CN114191251B - 一种非穿戴式三自由度手腕康复治疗机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及康复医疗设备领域，公开了一种非穿戴式三自由度手腕康复治疗机器人，包括支撑台、控制面板、蓄电池、支撑板一、支撑板二、旋转电机、随动块、球铰链、随动板、电磁铁、环形压力感应片、弹簧、水平杆、连接块、竖直杆、圆球和手握杆。本发明结构简单，所使用到的电动设备较少，成本低，适于大范围推广应用；本发明使医生在患者使用本发明的姿势下直接检查患者在此姿势下的手腕活动情况，从而精确规划患者手腕康复活动轨迹，提高了康复治疗效率，对患者的康复治疗更具有针对性。

Description

一种非穿戴式三自由度手腕康复治疗机器人

技术领域

本发明涉及康复医疗设备领域，具体涉及一种非穿戴式三自由度手腕康复治疗机器人。

背景技术

我国每年手腕关节疾病患者数量呈递增趋势，手腕关节疾病、运动损伤和手腕部术后的康复治疗，除了使用药物治疗外，进行腕部训练更是一项必不可少的治疗手段。由于手腕位置的特殊性及对其恢复功能的要求较高，手腕功能的康复训练往往需要专业的医生引导患者进行相关动作练习，这是一项专业技术要求高、重复性大的任务，需要专业医生的定期诊断和针对性治疗，这一治疗过程需要耗费医生大量的时间和精力，也会增加患者的治疗成本。

目前的手腕康复治疗系统可以用于手腕关节疾病、运动损伤和手腕部术后的康复治疗，其通过一定的技术手段采集存储手腕康复治疗运动轨迹信息，再据此对患者进行手腕关节的康复训练。目前的系统和设备让医生难以精确的确定患者手腕的恢复程度，也难以直接的确定患者最佳的手腕康复训练轨迹，使得手腕康复训练系统和设备仍有很大的改进空间。另外目前有些手腕关节康复治疗设备结构比较复杂，成本高，导致实际应用过程中推广范围受限。

发明内容

基于以上问题，本发明提供一种非穿戴式三自由度手腕康复治疗机器人，本发明结构简单、成本低，适于大范围推广应用，可精确规划患者手腕康复活动轨迹，提高了康复治疗效率，对患者的康复治疗更具有针对性。

为解决以上技术问题，本发明提供了一种非穿戴式三自由度手腕康复治疗机器人，包括长方体形的支撑台，所述支撑台的外侧壁设有控制面板，所述支撑台内设有穿过支撑台的长度方向的机动腔，所述机动腔内设有沿支撑台的长度方向依次排列的蓄电池、支撑板一和支撑板二；所述支撑板一的顶部设有旋转电机，所述旋转电机面向支撑台二的一面设有转杆，所述转杆背离旋转电机的一端设有随动块；所述支撑台二的顶部设有横向设置的球铰链，所述球铰链包括球铰杆、球头和底座，所述球铰杆背离随动块侧设置，所述随动块与底座可转动连接，所述球铰杆伸出机动腔的一端，所述球铰杆伸出机动腔的部分的外周设有环绕球铰杆设置且可围绕球铰杆转动的随动板，所述随动板面向机动腔的一面设有环绕随动板设置的电磁铁，所述机动腔靠近随动板的一端设有环形支撑板，所述环形支撑板的外侧壁与机动腔的内壁相连，所述环形支撑板面向随动板的一面设有沿环形支撑板的圆周方向设置的环形转槽，所述环形转槽的槽底设有环绕环形转槽设置的环形压力感应片，所述环形压力感应片面向随动板的一面设有与环形压力感应片抵接的环形筒，所述环形筒的外侧壁和内侧壁均设有沿环形筒的圆周方向设置且位于环形转槽内的环形支板，所述环形支板与环形转槽的槽底之间设有弹簧，所述环形筒面向随动板的一面带有磁性，所述环形筒的磁性与电磁铁的磁性方向相反；

所述随动板的顶端设有与随动板松动连接且伸入机动腔内的水平杆，所述随动板与水平杆可拆卸连接，所述水平杆背离随动板的一端的底部设有可沿着支撑台的长度方向移动的连接块，所述连接块可随着随动块转动；

所述球铰杆伸出机动腔的一端的顶部设有竖直杆，所述竖直杆的顶部设有中空的圆球，所述圆球面向支撑台的一端设有缺口二，所述圆球内设有水平设置的手握杆。

进一步的，所述随动块面向球铰链的一面设有伸入底座内的连接杆，所述连接杆背离随动块的一端设有位于底座内的限位板，所述限位板的直径大于连接杆的直径，所述限位板和连接杆均可在底座内转动。

进一步的，所述球铰杆的外侧壁设有环绕球铰杆设置的环形槽，所述随动板设有位于环形槽内的环形板。

进一步的，所述随动块的顶部设有沿支撑台的长度方向设置的滑槽，所述滑槽内设有与连接块松动连接的滑块，所述滑块背离随动板侧的一端设有伸缩杆，所述伸缩杆背离滑块的一端穿过随动块，所述伸缩杆背离滑块的一端设有与随动块相连的伸缩电机。

进一步的，所述随动板的顶端面向机动腔的一面设有穿孔一，所述水平杆靠近随动板的一端设有穿孔二，所述穿孔一内设有依次穿过穿孔一和穿孔二的弹性圆环，所述弹性圆环设有缺口一。

进一步的，所述连接块的底端设有穿孔三，所述滑块的顶部设有穿孔四，所述穿孔四内设有依次穿过穿孔三和穿孔四的封闭圆环。

进一步的，所述手握杆的两端均套设有可沿着手握杆推动的橡胶固定套。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明结构简单，所使用到的电动设备较少，成本低，适于大范围推广应用；本发明使医生在患者使用本发明的姿势下直接检查患者在此姿势下的手腕活动情况，从而精确规划患者手腕康复活动轨迹，提高了康复治疗效率，对患者的康复治疗更具有针对性。

附图说明

图1为本发明的外部结构示意图；

图2为本发明的内部结构示意图；

图3为本发明的弹性圆环处的结构示意图；

图4为本发明的弹簧处的结构示意图；

图5为本发明的滑槽处的结构示意图；

图6为本发明的手握杆的俯视图；

图7为本发明的弹性圆环的俯视图；

其中：1、支撑台；2、控制面板；3、机动腔；4、蓄电池；5、支撑板一；6、支撑板二；7、旋转电机；8、转杆；9、随动块；10、球铰杆；11、球头；12、底座；13、随动板；14、电磁铁；15、环形支撑板；16、环形转槽；17、环形压力感应片；18、环形筒；19、环形支板；20、弹簧；21、水平杆；22、连接块；23、竖直杆；24、圆球；25、缺口二；26、手握杆；27、连接杆；28、限位板；29、环形槽；30、环形板；31、滑槽；32、滑块；33、伸缩杆；34、伸缩电机；35、穿孔一；36、穿孔二；37、弹性圆环；38、缺口一；39、穿孔三；40、穿孔四；41、封闭圆环；42、橡胶固定套。

实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

见附图1、附图2、附图3、附图4、附图5、附图6和附图7，一种非穿戴式三自由度手腕康复治疗机器人，包括长方体形的支撑台1，支撑台1的外侧壁设有控制面板2，控制面板2与支撑台1粘接。支撑台1内设有穿过支撑台1的长度方向的机动腔3，机动腔3内设有沿支撑台1的长度方向依次排列的蓄电池4、支撑板一5和支撑板二6，蓄电池4、支撑板一5和支撑板二6均与机动腔3的底壁焊接。

支撑板一5的顶部设有旋转电机7，旋转电机7与支撑板一5焊接，旋转电机7面向支撑台1二的一面设有转杆8，转杆8与旋转电机7的输出轴端相连，转杆8背离旋转电机7的一端设有随动块9，随动块9与转杆8焊接。支撑台1二的顶部设有横向设置的球铰链，球铰链包括球铰杆10、球头11和底座12，本实施例所使用的球铰链与现有技术中的球铰链的结构和功能均相同。球铰杆10背离随动块9侧设置，随动块9与底座12背离球头11的一侧可转动连接，球铰杆10伸出机动腔3的一端。本实施例的随动块9面向球铰链的一面设有伸入底座12内的连接杆27，连接杆27与随动块9焊接，连接杆27背离随动块9的一端设有位于底座12内的限位板28，限位板28的直径大于连接杆27的直径，限位板28和连接杆27均可在底座12内转动，限位板28与连接杆27为一体化制作，当旋转电机7运行时，转杆8转动，进而带动随动块9转动，由于连接杆27和限位板28的存在，球铰链并不会随着随动块9而转动。

球铰杆10伸出机动腔3的部分的外周设有环绕球铰杆10设置且可围绕球铰杆10转动的随动板13，本实施例的球铰杆10的外侧壁设有环绕球铰杆10设置的环形槽29，环形槽29沿球铰杆10的圆周方向设置，随动板13设有位于环形槽29内的环形板30，环形板30可在环形槽29内转动，环形板30与随动板13为一体化制作。随动板13面向机动腔3的一面设有环绕随动板13的圆周方向设置的电磁铁14。机动腔3靠近随动板13的一端设有环形支撑板15，环形支撑板15的外侧壁与机动腔3的内壁焊接，球头11靠近环形支撑板15侧的一端和球铰杆10均可穿过环形支撑板15的中间，也就是说环形支撑板15的存在不会影响到球铰链的功能和作用。环形支撑板15面向随动板13的一面设有沿环形支撑板15的圆周方向设置的环形转槽16，环形转槽16的槽底设有环绕环形转槽16设置的环形压力感应片17，环形压力感应片17与环形转槽16的槽底粘接，环形压力感应片17面向随动板13的一面设有与环形压力感应片17抵接的环形筒18，环形筒18既未与环形转槽16的内壁固定连接也未与环形压力感应片17固定连接，环形筒18的外侧壁和内侧壁与环形转槽16的内壁之间均留有间隙，环形筒18的外侧壁和内侧壁均设有沿环形筒18的圆周方向设置且位于环形转槽16内的环形支板19，环形支板19与环形筒18为一体化制作，环形支板19与环形转槽16的槽底之间设有弹簧20，弹簧20与环形支板19和环形转槽16的槽底均粘接。环形筒18面向随动板13的一面带有磁性，环形筒18的磁性与电磁铁14的磁性方向相反，当电磁铁14通电时，环形筒18与电磁铁14之间产生排斥力，环形筒18与电磁铁14之间的距离越近，磁性排斥力越强，从而将环形筒18朝远离随动板13侧的方向压，进而使环形筒18进一步压紧环形压力感应片17，环形压力感应片17感应到的压力值则更大，进而可感知哪个方位的电磁铁14与环形筒18的距离最近。

随动板13的顶端设有与随动板13松动连接且伸入机动腔3内的水平杆21，随动板13与水平杆21可拆卸连接，水平杆21背离随动板13的一端的底部设有可沿着支撑台1的长度方向移动的连接块22，连接块22可随着随动块9转动。本实施例的随动块9的顶部设有沿支撑台1的长度方向设置的滑槽31，滑槽31内设有与连接块22松动连接的滑块32，滑块32可沿着滑槽31滑动，滑块32背离随动板13侧的一端设有伸缩杆33，伸缩杆33与滑块32焊接，伸缩杆33背离滑块32的一端穿过随动块9背离随动板13侧的一端，伸缩杆33背离滑块32的一端设有与随动块9相连的伸缩电机34。伸缩杆33与伸缩电机34的输出轴端相连，伸缩电机34与随动块9焊接。随动板13面向机动腔3的一面设有穿孔一35，水平杆21靠近随动板13的一端设有穿孔二36，穿孔一35内设有依次穿过穿孔一35和穿孔二36的弹性圆环37，弹性圆环37设有缺口一38，可将弹性圆环37掰开，使弹性圆环37从穿孔一35和穿孔二36内移出，进而使水平杆21与随动板13分开。连接块22的底端设有穿孔三39，滑块32的顶部设有穿孔四40，穿孔四40内设有依次穿过穿孔三39和穿孔四40的封闭圆环41，封闭圆环41可在穿孔三39和穿孔四40内活动。

球铰杆10伸出机动腔3的一端的顶部设有竖直杆23，竖直杆23的顶部设有中空的圆球24，圆球24面向支撑台1的一端设有缺口二25，圆球24内设有水平设置的手握杆26，手握杆26的长度方向与支撑台1的长度方向垂直，本实施例的手握杆26的两端与圆球24的内壁均焊接，手握杆26所处的水平面高于或等于支撑台1的顶面所处的水平面。本实施例的手握杆26的两端均套设有可沿着手握杆26推动的橡胶固定套42，橡胶固定套42可被推着沿手握杆26的长度方向移动，橡胶固定套42可用于固定手握在手握杆26上的位置。

本实施例的控制面板2可控制旋转电机7和伸缩电机34运行，控制面板2还可检测到环形压力感应片17的压力值，并可控制电磁铁14是否通电以及控制其磁力大小。

本实施例的使用原理如下：使用时，让患者将胳膊放置在支撑台1的顶面，并以手掌朝下的姿势握住手握杆26，医生取下弹性圆环37，此时随动板13与水平杆21分离，医生手握圆球24的外侧壁，活动患者在前述姿势下的手腕，确定患者手腕的康复程度，并根据患者的康复程度确认手腕活动轨迹，之后通过控制面板2控制电磁铁14通电，并操作控制面板2开启记忆功能，然后医生根据确认好的活动轨迹手动活动患者的手腕，活动患者的手腕时，圆球24会倾斜，圆球24倾斜时，随动板13也随着倾斜，倾斜一端的电磁铁14与相应位置的环形筒18距离变小，产生的排斥力变大，该部分的环形筒18对应的环形压力感应片17感应到的压力值变大，控制面板2根据相关方位的环形压力感应片17的压力值的变化检测圆球24的活动轨迹，进而存储运动轨迹信息，存储完成之后，保存运动轨迹信息，设置为默认操作，之后将弹性圆环37安装在随动板13和水平杆21上，随动板13和水平杆21相连，然后直接通过控制面板2开启自动运行；控制面板2控制旋转电机7运行，旋转电机7驱动随动块9转动，随动块9带动水平杆21转动，从而带动随动板13围绕球铰杆10转动，从而将水平杆21转动至手腕活动的方位，旋转电机7运行的同时控制面板2还控制伸缩电机34运行，伸缩电机34驱动滑块32沿着滑槽31滑动，从而将与水平杆21相连的随动板13的一端朝环形支撑板15拉近或者推远（这一部分的技术效果得益于球铰链可360°扭动的功能），进而带动球铰杆10朝相应的方向倾斜，从而带动圆球24朝相应的方向倾斜，从而活动手腕；上述过程中，控制面板2根据保存的运动轨迹信息自动活动患者手腕时，是根据之间环形压力感应片17在各个方位所感应到的压力值的变化情况来调节旋转电机7和伸缩电机34运行，进而使得自动运行时环形压力感应片17在各个方位所感应到的压力值的变化情况与保存的运动轨迹信息中的压力值变化情况和规律相同。

如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种非穿戴式三自由度手腕康复治疗机器人，其特征在于，包括长方体形的支撑台(1)，所述支撑台(1)的外侧壁设有控制面板(2)，所述支撑台(1)内设有穿过支撑台(1)的长度方向的机动腔(3)，所述机动腔(3)内设有沿支撑台(1)的长度方向依次排列的蓄电池(4)、支撑板一(5)和支撑板二(6)；所述支撑板一(5)的顶部设有旋转电机(7)，所述旋转电机(7)面向支撑台(1)二的一面设有转杆(8)，所述转杆(8)背离旋转电机(7)的一端设有随动块(9)；所述支撑台(1)二的顶部设有横向设置的球铰链，所述球铰链包括球铰杆(10)、球头(11)和底座(12)，所述球铰杆(10)背离随动块(9)侧设置，所述随动块(9)与底座(12)可转动连接，所述球铰杆(10)伸出机动腔(3)的一端，所述球铰杆(10)伸出机动腔(3)的部分的外周设有环绕球铰杆(10)设置且可围绕球铰杆(10)转动的随动板(13)，所述随动板(13)面向机动腔(3)的一面设有环绕随动板(13)设置的电磁铁(14)，所述机动腔(3)靠近随动板(13)的一端设有环形支撑板(15)，所述环形支撑板(15)的外侧壁与机动腔(3)的内壁相连，所述环形支撑板(15)面向随动板(13)的一面设有沿环形支撑板(15)的圆周方向设置的环形转槽(16)，所述环形转槽(16)的槽底设有环绕环形转槽(16)设置的环形压力感应片(17)，所述环形压力感应片(17)面向随动板(13)的一面设有与环形压力感应片(17)抵接的环形筒(18)，所述环形筒(18)的外侧壁和内侧壁均设有沿环形筒(18)的圆周方向设置且位于环形转槽(16)内的环形支板(19)，所述环形支板(19)与环形转槽(16)的槽底之间设有弹簧(20)，所述环形筒(18)面向随动板(13)的一面带有磁性，所述环形筒(18)的磁性与电磁铁(14)的磁性方向相反；

所述随动板(13)的顶端设有与随动板(13)松动连接且伸入机动腔(3)内的水平杆(21)，所述随动板(13)与水平杆(21)可拆卸连接，所述水平杆(21)背离随动板(13)的一端的底部设有可沿着支撑台(1)的长度方向移动的连接块(22)，所述连接块(22)可随着随动块(9)转动；

所述球铰杆(10)伸出机动腔(3)的一端的顶部设有竖直杆(23)，所述竖直杆(23)的顶部设有中空的圆球(24)，所述圆球(24)面向支撑台(1)的一端设有缺口二(25)，所述圆球(24)内设有水平设置的手握杆(26)；

所述随动块(9)的顶部设有沿支撑台(1)的长度方向设置的滑槽(31)，所述滑槽(31)内设有与连接块(22)松动连接的滑块(32)，所述滑块(32)背离随动板(13)侧的一端设有伸缩杆(33)，所述伸缩杆(33)背离滑块(32)的一端穿过随动块(9)，所述伸缩杆(33)背离滑块(32)的一端设有与随动块(9)相连的伸缩电机(34)；

所述随动板(13)的顶端面向机动腔(3)的一面设有穿孔一(35)，所述水平杆(21)靠近随动板(13)的一端设有穿孔二(36)，所述穿孔一(35)内设有依次穿过穿孔一(35)和穿孔二(36)的弹性圆环(37)，所述弹性圆环(37)设有缺口一(38)；

所述控制面板（2）通过环形压力感应片(17)传送回的压力值获得医生输入的手腕活动轨迹以及患者独自使用时手腕的活动轨迹，患者进行康复训练时，控制面板（2）通过控制旋转电机(7)和伸缩电机(34)运行复现医生输入的手腕活动轨迹。

2.根据权利要求1所述的一种非穿戴式三自由度手腕康复治疗机器人，其特征在于，所述随动块(9)面向球铰链的一面设有伸入底座(12)内的连接杆(27)，所述连接杆(27)背离随动块(9)的一端设有位于底座(12)内的限位板(28)，所述限位板(28)的直径大于连接杆(27)的直径，所述限位板(28)和连接杆(27)均可在底座(12)内转动。

3.根据权利要求1所述的一种非穿戴式三自由度手腕康复治疗机器人，其特征在于，所述球铰杆(10)的外侧壁设有环绕球铰杆(10)设置的环形槽(29)，所述随动板(13)设有位于环形槽(29)内的环形板(30)。

4.根据权利要求1所述的一种非穿戴式三自由度手腕康复治疗机器人，其特征在于，所述连接块(22)的底端设有穿孔三(39)，所述滑块(32)的顶部设有穿孔四(40)，所述穿孔四(40)内设有依次穿过穿孔三(39)和穿孔四(40)的封闭圆环(41)。

5.根据权利要求1所述的一种非穿戴式三自由度手腕康复治疗机器人，其特征在于，所述手握杆(26)的两端均套设有可沿着手握杆(26)推动的橡胶固定套(42)。