CN113440383B - 一种具有分级调节训练功能的便携式上肢康复机械臂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种具有分级调节训练功能的便携式上肢康复机械臂，机械臂包括大臂组件、支撑组件、分级调节组件、小臂组件、腕部组件和手部组件；大臂组件包括大臂外壳、大臂背板、第一和第二大臂支撑；支撑组件包括支撑基座、内支撑杆、外支撑杆、密封件、换向组件和连接螺栓组；分级调节组件包括肘部电机外壳、肘部关节电机和调节组件；小臂组件包括第一、第二小臂支撑、小臂背板和小臂外壳；腕部组件包括第一、第二腕部关节电机，第一、第二腕部电机外壳，第一、第二腕部托板；手部组件包括掌垫和关节振动组件。该康复机械臂可实现手臂、肘部、腕部及手部的康复训练，能够调节训练方式，适用于不同康复期的病人，具有便携、成本低、噪音小等特点。

Description

一种具有分级调节训练功能的便携式上肢康复机械臂
技术领域
本发明涉及康复医疗器械技术领域，特别是涉及一种具有分级调节训练功能的便携式上肢康复机械臂。
背景技术
随着生活水平的提高，健康问题越来越受到人们的关注。调查显示，脑卒中已成为危害我国国民身体健康乃至生命的最主要疾病之一，且向着年轻化的趋势发展。脑卒中具有发病率高、死亡率高和致残率高的特点，患者康复期往往需要经历长时间的康复训练，以降低致残的风险。
现阶段，传统的治疗方法是专业医师对患者进行一对一的康复训练，并根据患者病情不断调整训练模式，但这种训练强度高，过程繁琐，易使医师和患者产生身体及精神上的负担，造成一些患者选择放弃治疗，延误病情。随着社会的快速发展，使用医疗器械对患者进行康复训练已开始逐步替代传统治疗手段，但现存上肢康复器械大多不具备调节训练模式的功能，且功能单一，只能针对患者某一部位进行训练；一些具有主动运动功能的机械臂往往需要外置驱动、传动和固定设备，造成器械体积庞大，造价高昂，携带困难，不适合居家康复训练。
专利CN 111110509 A公开了《一种可互换且避奇异的七自由度上肢外骨骼人》，该专利所述的上肢外骨骼具有三种训练模式，能够对患者不同康复阶段进行上肢七个自由度的训练，实用性强，可供医疗机构使用，但其需要配置移动座椅，增加了购买成本，不适合居家训练；专利CN 210500265 U公开了一种《可折叠上肢外骨骼装置》，该专利所述上肢外骨骼结构巧妙，方便携带，但其结构不具备主动运动功能，不适用于患者上肢康复训练；专利CN202027877U公开了《一种可穿戴式的7自由度上肢运动康复训练外骨骼》，该专利所述的上肢外骨骼具有多自由度，配置了采集运动学数据的传感器，以便于医师分析和制定训练方案，但其结构需要基座固定，体积大，移动不便，此外，该结构采用齿轮驱动，工作噪声大，且不具备手部的康复训练功能；专利CN 109350446 A公开了一种《基于肌电信号的主被动结合上肢康复训练机器人系统》，该专利所述上肢康复训练机器人系统能够采集患者肌电信号，并制定相应训练方案，但该结构需要配置上位机和移动基座，体积庞大，增加了使用成本，且不具备腕部和手部的训练功能。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有分级调节训练功能的便携式上肢康复机械臂，以解决上述现有技术存在的问题，机械臂体积小，可折叠，便于携带，噪音小，成本低，安全性高，适用于不同康复期病人不同环境下的手臂、肘部、腕部及手部的康复训练。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种具有分级调节训练功能的便携式上肢康复机械臂，包括大臂组件、支撑组件、分级调节组件、小臂组件、腕部组件和手部组件；
所述大臂组件包括大臂外壳、大臂背板、第一大臂支撑和第二大臂支撑，所述第一大臂支撑和第二大臂支撑分别通过螺栓与所述大臂背板连接，所述大臂外壳通过螺栓与所述大臂背板连接，所述大臂背板上设置有弧形沟槽；
所述支撑组件包括支撑基座、内支撑杆、外支撑杆、密封件、换向组件和连接螺栓组，所述换向组件包括盖板、棘轮、棘齿、复位弹簧和按钮；所述换向组件安装在所述支撑基座上，并通过所述盖板进行密封；所述内支撑杆与所述外支撑杆同轴装配连接，所述内支撑杆与所述棘轮连接，所述内支撑杆和外支撑杆能够收入所述支撑基座内并通过所述密封件密封，连接螺栓组将支撑组件固定在大臂背板上，第一大臂支撑和第二大臂支撑分别通过一个螺钉与支撑基座固定连接；
所述分级调节组件包括肘部电机外壳、肘部关节电机和调节机构，所述调节机构包括旋钮帽、旋钮弹簧、调节旋钮、线板、线板盖板和上限位块；所述肘部电机外壳通过螺栓固定在所述大臂背板上，所述线板通过线板盖板固定在所述大臂背板上，所述线板和所述线板盖板分别设置有相同的六个通孔，所述调节旋钮一端穿过所述通孔，另一端穿过所述大臂背板上的弧形沟槽并与所述旋钮帽通过螺纹连接，所述旋钮弹簧安装在所述调节旋钮上；
所述小臂组件包括第一小臂支撑、第二小臂支撑、小臂背板和小臂外壳，所述第一小臂支撑和第二小臂支撑分别通过螺栓与所述小臂背板连接，所述小臂外壳与所述小臂背板通过螺栓与所述小臂背板连接；所述分级调节组件连接所述大臂组件和所述小臂组件；
所述腕部组件包括第一腕部关节电机、第二腕部关节电机、第一腕部电机外壳、第二腕部电机外壳、第一腕部托板和第二腕部托板；所述第一腕部关节电机连接所述小臂背板和所述第一腕部托板，所述第一腕部电机外壳通过螺栓固定在所述第一腕部托板上；所述第二腕部关节电机连接所述第一腕部托板和所述第二腕部托板，所述第二腕部电机外壳通过螺栓固定在所述第二腕部托板上，所述第二腕部托板连接所述手部组件；
所述手部组件包括掌垫和关节振动组件，所述掌垫设有手部绑带，所述关节振动组件包括手指绑带、微振单元和堵头，所述微振单元固定在所述手指绑带上并通过堵头密封。
优选地，所述大臂组件和小臂组件的相对转动范围为0°-180°。
优选地，所述大臂背板上方设置有两个用于悬挂机械臂的固定孔。
优选地，所述大臂外壳和小臂外壳均为空心壳体。
优选地，所述内支撑杆可通过棘轮进行单向锁紧，所述内支撑杆的一端设置有连接所述棘轮的方形孔，另一端设有按压收缩结构。
优选地，所述外支撑杆为空心管状，所述外支撑杆的侧壁对称设有六对均匀分布的固定通孔，外支撑杆的末端设有防滑护套。
优选地，所述支撑基座设有收纳所述内支撑杆和外支撑杆并安装所述换向组件的沟槽。
优选地，所述第一大臂支撑、第二大臂支撑、第一小臂支撑、第二小臂支撑、手部绑带与手指绑带均采用魔术贴制成。
优选地，所述肘部电机外壳表面设有显示所述调节旋钮所处档位的字符标识。
本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
1、本发明上肢康复机械臂大臂组件和小臂组件可收缩放置，便于携带；
2、本发明上肢康复机械臂可通过内、外支撑杆调节支撑高度和角度，无需额外底座、支架等，节省了安装空间，降低了成本，可减轻患者经济负担；
3、本发明上肢康复机械臂采用关节电机直接驱动，无齿轮传动、带传动等中间环节，减小了设备体积，降低了噪音，能够降低患者使用设备时的心理负担，增加舒适性；
4、本发明上肢康复机械臂具有分级调节功能，能够调节大臂、小臂之间的运动角度，适用于具有不同病情的不同康复期的病人进行康复训练；
5、本发明上肢康复机械臂设置有机械限位，增加了安全性；
6、本发明上肢康复机械臂适用于患者站姿、坐姿、卧姿，能够增加环境适应性，提高患者使用体验；
7、本发明上肢康复机械臂手部具有振动组件，对应手指关节，能够通过振动激活患者神经。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的机械臂整体结构示意图；
图2是本发明的大臂组件结构爆炸示意图；
图3是本发明的支撑组件结构爆炸图；
图4是本发明的换向组件结构示意图；
图5是本发明的支撑杆装配关系示意图；
图6是本发明的分级调节组件结构爆炸示意图；
图7是本发明的小臂组件结构爆炸示意图；
图8是本发明的腕部组件结构爆炸示意图；
图9是本发明的手部组件结构示意图；
图10是本发明的振动组件结构爆炸示意图；
图11是本发明的调节旋钮安装局部剖视图；
图12是本发明的限位结构示意图；
图13是本发明的线板结构示意图；
图14是本发明的大臂组件与小臂组件收缩及展开示意图；
图中，1为大臂组件、2为支撑组件、3为分级调节组件、4为小臂组件、5为腕部组件、6为手部组件、11为大臂外壳、12为大臂背板、121为弧形沟槽、122为固定孔、13为第一大臂支撑、14为第二大臂支撑、21为支撑基座、22为内支撑杆、221为方形孔、222为按压收缩结构、2221为钢珠、2222为按压弹簧、23为外支撑杆、231为防滑护套、232为固定通孔、24为密封件、25为换向组件、251为盖板、252为棘轮、253为棘齿、254为复位弹簧、255为按钮、26为连接螺栓组、31为肘部电机外壳、32为肘部关节电机、33为调节机构、331为旋钮帽、332为旋钮弹簧、333为调节旋钮、334为线板、335为线板盖板、3361为通孔、337为上限位块、41为第一小臂支撑、42为第二小臂支撑、43为小臂背板、431为凸起、44为小臂外壳、51为第一腕部关节电机、52为第二腕部关节电机、53第一腕部电机外壳、54为第二腕部电机外壳、55为第一腕部托板、56为第二腕部托板、61为掌垫、611为手部绑带、62为振动组件、621为手指绑带、622为微振单元、623为堵头。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种具有分级调节训练功能的便携式上肢康复机械臂，以解决上述现有技术存在的问题，机械臂体积小，可折叠，便于携带，噪音小，成本低，安全性高，适用于不同康复期病人不同环境下的手臂、肘部、腕部及手部的康复训练。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-14所示，本实施例提供一种具有分级调节训练功能的上肢康复机械臂，包括大臂组件1、支撑组件2、分级调节组件3、小臂组件4、腕部组件5和手部组件6；
大臂组件1包括大臂外壳11、大臂背板12、第一大臂支撑13和第二大臂支撑14，第一大臂支撑13和第二大臂支撑14分别通过四个螺栓与大臂背板12连接，大臂外壳11通过六个螺栓与大臂背板12连接，大臂背板12上设置有弧形沟槽121；
支撑组件2包括支撑基座21、内支撑杆22、外支撑杆23、密封件24、换向组件25和连接螺栓组26，换向组件25包括盖板251、棘轮252、棘齿253、复位弹簧254和按钮255；换向组件25安装在支撑基座21上，并通过盖板251进行密封；内支撑杆22与外支撑杆23同轴装配连接，内支撑杆22与棘轮252连接，内支撑杆22和外支撑杆23能够收入支撑基座21内，并通密封件24密封，连接螺栓组26将支撑组件2固定在大臂背板12上，第一大臂支撑13和第二大臂支撑14分别通过一个螺钉与支撑基座21固定连接；
分级调节组件3包括肘部电机外壳31、肘部关节电机32和调节机构33，调节机构33包括旋钮帽331、旋钮弹簧332、调节旋钮333、线板334、线板盖板335和上限位块337；肘部电机外壳31通过螺栓固定在大臂背板12上，线板334通过线板盖板335固定在大臂背板12上，线板334和线板盖板335分别设置有相同的六个通孔3361，调节旋钮333一端穿过通孔3361，一端穿过大臂背板12上的弧形沟槽121，并与旋钮帽331通过螺纹连接，旋钮弹簧332安装在调节旋钮333上；
小臂组件4包括第一小臂支撑41、第二小臂支撑42、小臂背板43和小臂外壳44，第一小臂支撑41和第二小臂支撑42分别通过四个螺栓与小臂背板43连接，小臂外壳44与小臂背板43通过六个螺栓连接；分级调节组件3连接大臂组件1和小臂组件4；
腕部组件5包括第一腕部关节电机51、第二腕部关节电机52、第一腕部电机外壳53、第二腕部电机外壳54、第一腕部托板55和第二腕部托板56；第一腕部关节电机51连接小臂背板43和第一腕部托板55，第一腕部电机外壳53通过螺栓固定在第一腕部托板55上；第二腕部关节电机52连接第一腕部托板55和第二腕部托板56，第二腕部电机外壳54通过螺栓固定在第二腕部托板56上，第二腕部托板56连接手部组件6；
手部组件6包括掌垫61和关节振动组件62，掌垫61设有手部绑带611，关节振动组件包括手指绑带621、微振单元622和堵头623，微振单元622固定在手指绑带621上，并通过堵头623密封。
于本实施例中，大臂组件1和小臂组件4相对转动范围0°-180°，能够实现收缩放置；大臂背板12上方设置有两个用于悬挂机械臂的固定孔122；大臂外壳11、小臂外壳44均为空心壳体；内支撑杆22可通过棘轮252进行单向锁紧，一端设置有连接棘轮252的方形孔221，另一端设有按压收缩结构222，按压收缩结构由钢珠2221和按压弹簧2222组成；外支撑杆23为空心管状，侧壁对称设有六对均匀分布的固定通孔232，末端设有防滑护套231；支撑基座21设有收纳内支撑杆22、外支撑杆23和安装换向组件25的沟槽211和212；第一大臂支撑13、第二大臂支撑14、第一小臂支撑41、第二小臂支撑42、手部绑带611与手指绑带621均为魔术贴；调节旋钮333穿过线板334和线板盖板335上的通孔3361形成机械限位；线板334和线板盖板335上的六个通孔3361形成六个档位，肘部电机外壳31表面设有显示调节旋钮333所处档位的字符标识；与手指关节对应的振动组件62件共十四组。
使用机械臂时，将第一大臂支撑13和第二大臂支撑14与人体大臂固定，将第一小臂支撑41和第二小臂支撑42与人体小臂固定；取下密封件24，按下按钮255，将内支撑杆22和外支撑杆23旋出支撑基座21上的沟槽211，将外支撑杆23相对于内支撑杆22拉动，使钢球2221挤压按压弹簧2222，当钢球2221到达外支撑杆23上的固定通孔232位置时钢球2221复位，按压收缩结构222将内支撑杆22和外支撑杆23固定在一起，调整旋出角度与拉动距离，使内支撑杆22和外支撑杆23能够支撑人体大臂，松开按钮255，将内支撑杆22锁紧，防滑护套231防止机械臂滑动；提拉旋钮帽331，将调节旋钮333拉起至脱离线板334上的通孔3361，沿大臂背板12上的弧形沟槽121滑动调节旋钮333，以调节至肘部电机外壳31表面所显示的Ⅲ档为例，松开旋钮帽331，在旋钮弹簧332的作用下，调节旋钮333重新插入线板334上与Ⅲ档对应的通孔3361，并形成机械限位，当小臂背板43上的凸起431与调节旋钮333接触时，将限制小臂组件4向下运动；调节旋钮333与线板334接触，改变接入肘部关节电机32的阻值R，通过预先设置的控制程序，将控制肘部关节电机32在Ⅲ档范围内进行往复转动，上限位块337将限制小臂组件4向上运动，此外，控制程序可进行软限位；手部组件6与第二腕部托板56固定，将手部绑带611与人体手掌固定，将手指绑带621分别与人体手指固定，第一腕部电机51旋转，带动手部组件6、第二腕部电机52及第二腕部托板56转动，实现手腕的内旋、外旋运动，第二腕部电机52转动，带动手部组件6转动，实现手腕的内翻、外翻；振动组件62对应人体手指的十四个关节，通过微振单元622的振动，可以按摩患者手指关节，达到激活手指神经和肌肉的目的。
需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种具有分级调节训练功能的便携式上肢康复机械臂，其特征在于：包括大臂组件、支撑组件、分级调节组件、小臂组件、腕部组件和手部组件；
所述大臂组件包括大臂外壳、大臂背板、第一大臂支撑和第二大臂支撑，所述第一大臂支撑和第二大臂支撑分别通过螺栓与所述大臂背板连接，所述大臂外壳通过螺栓与所述大臂背板连接，所述大臂背板上设置有弧形沟槽；
所述支撑组件包括支撑基座、内支撑杆、外支撑杆、密封件、换向组件和连接螺栓组，所述换向组件包括盖板、棘轮、棘齿、复位弹簧和按钮；所述换向组件安装在所述支撑基座上，并通过所述盖板进行密封；所述内支撑杆与外支撑杆同轴装配连接，所述内支撑杆与棘轮连接，所述内支撑杆和外支撑杆能够收入所述支撑基座内并通过所述密封件密封，连接螺栓组将支撑组件固定在大臂背板上，第一大臂支撑和第二大臂支撑分别通过一个螺钉与支撑基座固定连接；
所述分级调节组件包括肘部电机外壳、肘部关节电机和调节机构，所述调节机构包括旋钮帽、旋钮弹簧、调节旋钮、线板、线板盖板和上限位块；所述肘部电机外壳通过螺栓固定在所述大臂背板上，所述线板通过线板盖板固定在所述大臂背板上，所述线板和线板盖板分别设置有相同的六个通孔，所述调节旋钮一端穿过通孔，另一端穿过所述大臂背板上的弧形沟槽并与所述旋钮帽通过螺纹连接，所述旋钮弹簧安装在所述调节旋钮上；
所述小臂组件包括第一小臂支撑、第二小臂支撑、小臂背板和小臂外壳，所述第一小臂支撑和第二小臂支撑分别通过螺栓与所述小臂背板连接，所述小臂外壳与所述小臂背板通过螺栓与所述小臂背板连接；所述分级调节组件连接所述大臂组件和小臂组件；
所述腕部组件包括第一腕部关节电机、第二腕部关节电机、第一腕部电机外壳、第二腕部电机外壳、第一腕部托板和第二腕部托板；所述第一腕部关节电机连接所述小臂背板和第一腕部托板，所述第一腕部电机外壳通过螺栓固定在所述第一腕部托板上；所述第二腕部关节电机连接所述第一腕部托板和第二腕部托板，所述第二腕部电机外壳通过螺栓固定在所述第二腕部托板上，所述第二腕部托板连接手部组件；
所述手部组件包括掌垫和关节振动组件，所述掌垫设有手部绑带，所述关节振动组件包括手指绑带、微振单元和堵头，所述微振单元固定在所述手指绑带上并通过堵头密封。
2.根据权利要求1所述的具有分级调节训练功能的便携式上肢康复机械臂，其特征在于：所述大臂组件和小臂组件的相对转动范围为0°-180°。
3.根据权利要求1所述的具有分级调节训练功能的便携式上肢康复机械臂，其特征在于：所述大臂背板上方设置有两个用于悬挂机械臂的固定孔。
4.根据权利要求1所述的具有分级调节训练功能的便携式上肢康复机械臂，其特征在于：所述大臂外壳和小臂外壳均为空心壳体。
5.根据权利要求1所述的具有分级调节训练功能的便携式上肢康复机械臂，其特征在于：所述内支撑杆可通过棘轮进行单向锁紧，所述内支撑杆的一端设置有连接所述棘轮的方形孔，另一端设有按压收缩结构。
6.根据权利要求1所述的具有分级调节训练功能的便携式上肢康复机械臂，其特征在于：所述外支撑杆为空心管状，所述外支撑杆的侧壁对称设有六对均匀分布的固定通孔，外支撑杆的末端设有防滑护套。
7.根据权利要求1所述的具有分级调节训练功能的便携式上肢康复机械臂，其特征在于：所述支撑基座设有收纳所述内支撑杆和外支撑杆并安装所述换向组件的沟槽。
8.根据权利要求1所述的具有分级调节训练功能的便携式上肢康复机械臂，其特征在于：所述第一大臂支撑、第二大臂支撑、第一小臂支撑、第二小臂支撑、手部绑带与手指绑带均采用魔术贴制成。
9.根据权利要求1所述的具有分级调节训练功能的便携式上肢康复机械臂，其特征在于：所述肘部电机外壳表面设有显示所述调节旋钮所处档位的字符标识。
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