CN113576829A - 一种上肢外骨骼的小臂旋转机构及康复训练装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种上肢外骨骼的小臂旋转机构及康复训练装置，该小臂旋转机构包括支架、驱动单元、齿轮传动单元和手部压板，所述驱动单元和所述齿轮传动单元设置在所述支架上，所述手部压板和所述齿轮传动单元连接；其中，所述齿轮传动单元包括主动轮传动组和从动轮传动组，所述主动轮传动组包括主动轮，所述从动轮传动组包括弧形齿圈，所述主动轮与所述弧形齿圈啮合连接，所述驱动单元的动力输出端与所述主动轮传动组的主动轮动力连接，所述驱动单元驱动所述主动轮旋转并带动所述弧形齿圈旋转。本发明小臂旋转机构中的驱动单元在主动轮与弧形齿圈配合传动下，能够实现小臂的大角度以及高精度旋转，屈腕角度可调，可以适应不同康复训练阶段的病患。

Description

一种上肢外骨骼的小臂旋转机构及康复训练装置
技术领域
本发明涉及外骨骼技术领域，特别涉及一种上肢外骨骼的小臂旋转机构及康复训练系统。
背景技术
上肢康复训练机器人一般包含肩关节、肘关节和腕关节，其中腕关节可带动小臂实现旋转运动，帮助患者进行小臂旋转康复训练。现有的小臂旋转机构多采用多连杆形式，结构复杂、实现的运动角度范围有限，且精度难以保证。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种结构紧凑、运动角度范围大、精度高的小臂旋转机构。
本发明的另一目的在于提供一种包含上述小臂旋转机构的康复训练装置。
为实现上述目的，本发明第一方面提供一种上肢外骨骼的小臂旋转机构，包括支架、驱动单元、齿轮传动单元和手部压板，所述驱动单元和所述齿轮传动单元设置在所述支架上，所述手部压板和所述齿轮传动单元连接；其中，所述齿轮传动单元包括主动轮传动组和从动轮传动组，所述主动轮传动组包括主动轮，所述从动轮传动组包括弧形齿圈，所述主动轮与所述弧形齿圈啮合连接，所述驱动单元的动力输出端与所述主动轮传动组的主动轮动力连接，所述驱动单元驱动所述主动轮旋转并带动所述弧形齿圈旋转。
进一步，还包括用于对所述弧形齿圈进行导向的导向单元。
进一步，所述导向单元包括弧形导轨和滑块，所述弧形导轨与所述弧形齿圈的弧度相配，所述弧形导轨设置在所述弧形齿圈的外侧且通过所述支架固定，所述滑块可滑动安装在所述弧形导轨上且固定安装在所述从动轮传动组上。
进一步，所述弧形导轨的弧长大于所述弧形齿圈的弧长。
进一步，所述从动轮传动组还包括弧形安装架，所述弧形安装架与所述弧形齿圈的弧度相配，所述弧形齿圈和所述滑块固定安装在所述弧形安装架上，所述弧形安装架的弧长大于所述弧形齿圈的弧长，所述手部压板铰接安装在所述弧形安装架的两端。
进一步，所述从动轮传动组上还设置限制所述弧形齿圈最大旋转角度的限位块，且在所述支架上对应所述弧形齿圈最大旋转位置设置有抵挡所述限位块的挡板。
进一步，所述支架包括第一支架和第二支架，所述驱动单元固定安装在所述第一支架上，所述第二支架与所述第一支架固定连接，所述导轨固定安装在所述第二支架上。
进一步，所述主动轮上还设置有感测所述驱动单元向所述主动轮输出扭矩的传感器。
进一步，所述驱动单元为驱动电机。
进一步，所述手部压板包括底板和背板，所述底板通过转动轴与所述弧形安装架铰接，所述背板通过转动轴与底板铰接。
本发明第二方面提供一种上肢外骨骼康复训练装置，包括座椅、大臂杆、小臂杆和如第一方面所述的小臂旋转机构，所述大臂杆和所述小臂杆铰接连接，所述小臂旋转机构固定在所述小臂杆上。
本发明小臂旋转机构中的驱动单元在主动轮与弧形齿圈配合传动下，能够实现小臂的大角度以及高精度旋转，屈腕角度可调，可以适应不同康复训练阶段的病患。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明一实施例的上肢外骨骼的小臂旋转机构的示意图；
图2为本发明一实施例的弧形导轨与驱动单元与支架固定方式的示意图；
图3为本发明一实施例的主动轮传动组的结构示意图；
图4为本发明一实施例的从动轮传动组的结构示意图；
图5为本发明一实施例的手部压板的结构示意图；
图6为本发明一实施例的上肢外骨骼的小臂旋转机构旋转至最大角度的示意图；
图7为本发明一实施例的弧形导轨架的结构示意图；
图8为本发明一实施例的上肢外骨骼康复训练装置的结构示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在……上方”、“下”和“在……上”、“左右方向”、“上下方向”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含所指示的技术特征的数量。由此，限定的“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
如图1-5所示，本发明的上肢外骨骼的小臂旋转机构，包括支架1、驱动单元2、齿轮传动单元3和手部压板4，所述驱动单元2和所述齿轮传动单元3设置在所述支架1上，所述手部压板4和所述齿轮传动单元3连接；其中，所述齿轮传动单元3包括主动轮传动组31和从动轮传动组32，所述主动轮传动组31包括主动轮311，所述从动轮传动组32包括弧形齿圈321，所述主动轮311与所述弧形齿圈321啮合连接，所述驱动单元2的动力输出端与所述主动轮传动组31的主动轮311动力连接，所述驱动单元2驱动所述主动轮311旋转并带动所述弧形齿圈321旋转。在康复使用时，通过在弧形齿圈321的内侧固定手腕，并通过手部压板4将手掌压住固定，然后可以根据康复需要控制驱动单元2驱动主动轮311旋转预定角度并带动弧形齿圈321旋转，进而实现小臂的旋转动作。通过驱动单元2配合齿轮传动单元3的传动能够实现较高的运动精度，且弧形齿圈321为半开放式设计，患者穿戴起来更为简便。
为了保证齿轮传动单元3传动的稳定性和可靠性，小臂旋转机构还包括用于对所述弧形齿圈321进行导向的导向单元5。具体来说，所述导向单元5包括弧形导轨51和滑块52，所述弧形导轨51与所述弧形齿圈321的弧度相配，所述弧形导轨51设置在所述弧形齿圈321的外侧且通过所述支架1固定，所述滑块52可滑动安装在所述弧形导轨51上且固定安装在所述从动轮传动组32上。通过滑块52在弧形导轨51中滑动的导向作用下，可以确保弧形齿圈321在主动轮311带动旋转的稳定性和可靠性，避免弧形齿圈321在旋转过程中发生上下方向的错动以及弧形齿圈321与主动轮31之间脱离啮合连接。提高了整个小臂旋转机构使用稳定性和可靠性。此外，所述弧形导轨51的弧长可以大于所述弧形齿圈321的弧长，如此可以扩大小臂旋转角度范围。
所述从动轮传动组32还包括弧形安装架322，所述弧形安装架322与所述弧形齿圈321的弧度相配，所述弧形齿圈321和所述滑块52固定安装在所述弧形安装架322上，所述弧形安装架322的弧长大于所述弧形齿圈321的弧长，所述手部压板4铰接安装在所述弧形安装架322的两端，实现屈腕角度调节。
所述从动轮传动组32上还设置限制所述弧形齿圈321最大旋转角度的限位块323，且在所述支架1上对应所述弧形齿圈321最大旋转位置设置有抵挡所述限位块323的挡板。在限位块323与挡板的配合下，可以对弧形齿圈321的运动极限位置进行限定，实现转动范围的限定，避免使用者的小臂旋转角度过大，发生危险。其中，小臂旋转机构转动的最大位置参见图6。挡板324可以设置在第一支架11两侧。
所述支架1包括第一支架11和第二支架12，所述驱动单元2固定安装在所述第一支架11上，通过第一支架11固定安装驱动单元2。所述第二支架12与所述第一支架11固定连接，所述弧形导轨51固定安装在所述第二支架12上，通过第二支架12固定安装弧形导轨51。具体来说，弧形导轨51固定安装在第二支架12的下部，且使弧形导轨51被悬吊于弧形导轨51的外侧，主动轮311位于弧形导轨51的上方且在第二支架12上的镂空部分与弧形齿圈321啮合连接，如此既保证了结构安装更为紧凑，又确保了齿轮传动单元3与导向单元5的行不受对方干扰。需要说明的是，本实施例中第一支架11和第二支架12为分体设计，其也可以采用一体式设计，本发明并不局限于此。
可选的，驱动单元2可以采用驱动电机。
如图3所示，主动轮传动组31包括主动轮311、联轴器312、扭矩传感器313、齿轮轴314、轴承架315，联轴器312一端与电机输出轴相连，另一端与与扭矩传感器313的输入端相连，扭矩传感器313的输出端与齿轮轴314固连，所述主动轮311通过键连接与齿轮轴314固连，所述齿轮轴314通过交叉滚子轴环安装在轴承架315上，所述交叉滚子轴承外圈通过端盖316压紧。通过扭矩传感器313可以感测电机向所述主动轮311输出的扭矩。
如图5所示，所述手部压板4包括底板41和背板42，所述底板41通过转动轴与所述弧形安装架322铰接，所述背板42通过转动轴与底板41铰接。如此实现屈腕角度可调以及对手掌的压紧固定。
如图8所示，本发明的上肢外骨骼康复训练装置，包括座椅81、大臂杆82、小臂杆83和上述小臂旋转机构，所述大臂杆82和所述小臂杆83铰接连接，所述小臂旋转机构固定在所述小臂杆83上。使用者坐在座椅81上，通过将大臂、小臂、腕部以及手掌分别固定在大臂杆82、小臂杆83、小臂旋转机构上，然后调节大臂杆82和小臂杆83的角度以及小臂旋转机构的旋转角度就可以完成使用者上肢的辅助康复训练。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种上肢外骨骼的小臂旋转机构，其特征在于，包括支架、驱动单元、齿轮传动单元和手部压板，所述驱动单元和所述齿轮传动单元设置在所述支架上，所述手部压板和所述齿轮传动单元连接；其中，所述齿轮传动单元包括主动轮传动组和从动轮传动组，所述主动轮传动组包括主动轮，所述从动轮传动组包括弧形齿圈，所述主动轮与所述弧形齿圈啮合连接，所述驱动单元的动力输出端与所述主动轮传动组的主动轮动力连接，所述驱动单元驱动所述主动轮旋转并带动所述弧形齿圈旋转。
2.如权利要求1所述的小臂旋转机构，其特征在于，还包括用于对所述弧形齿圈进行导向的导向单元。
3.如权利要求2所述的小臂旋转机构，其特征在于，所述导向单元包括弧形导轨和滑块，所述弧形导轨与所述弧形齿圈的弧度相配，所述弧形导轨设置在所述弧形齿圈的外侧且通过所述支架固定，所述滑块可滑动安装在所述弧形导轨上且固定安装在所述从动轮传动组上。
4.如权利要求3所述的小臂旋转机构，其特征在于，所述从动轮传动组还包括弧形安装架，所述弧形安装架与所述弧形齿圈的弧度相配，所述弧形齿圈和所述滑块固定安装在所述弧形安装架上，所述弧形安装架的弧长大于所述弧形齿圈的弧长，所述手部压板铰接安装在所述弧形安装架的两端。
5.如权利要求1所述的小臂旋转机构，其特征在于，所述从动轮传动组上还设置限制所述弧形齿圈最大旋转角度的限位块，且在所述支架上对应所述弧形齿圈最大旋转位置设置有抵挡所述限位块的挡板。
6.如权利要求3所述的小臂旋转机构，其特征在于，所述支架包括第一支架和第二支架，所述驱动单元固定安装在所述第一支架上，所述第二支架与所述第一支架固定连接，所述弧形导轨固定安装在所述第二支架上。
7.如权利要求1所述的小臂旋转机构，其特征在于，所述主动轮上还设置有感测所述驱动单元向所述主动轮输出扭矩的传感器。
8.如权利要求1所述的小臂旋转机构，其特征在于，所述驱动单元为驱动电机。
9.权利要求4所述的小臂旋转机构，其特征在于，所述手部压板包括底板和背板，所述底板通过转动轴与所述弧形安装架铰接，所述背板通过转动轴与底板铰接。
10.一种上肢外骨骼康复训练装置，其特征在于，包括座椅、大臂杆、小臂杆和如权利要求1-9任一项所述的小臂旋转机构，所述大臂杆和所述小臂杆铰接连接，所述小臂旋转机构固定在所述小臂杆上。
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