CN114209549A - 两自由度手腕康复装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及康复医疗技术领域，尤其是一种两自由度手腕康复装置，包括：机架组件、掌屈/背屈机构以及内旋/外旋机构，其利用第一电机同时带动上圆环滑块和下圆环滑块转动，使内旋/外旋导轨及其上的侧圆环滑块和握把随之转动，从而实现掌屈/背屈，且上圆环滑块和下圆环滑块对内旋/外旋导轨形成双侧驱动，故而掌屈/背屈运动更加平稳、顺畅，避免发生卡滞现象；并利用第二电机带动侧圆环滑块转动，握把随之转动，从而实现腕部的内旋/外旋；各导轨和滑块均采用圆环状结构，能够保证康复装置的旋转中心与手腕运动的旋转中心重合，在扩大运动范围的同时使整体结构在空间布局上更加合理紧凑，结构强度高，安全性高。

Description

两自由度手腕康复装置
技术领域
本发明涉及康复医疗技术领域，尤其是一种两自由度手腕康复装置。
背景技术
随着我国人口老龄化问题的加剧，脑卒中患者也与日俱增。脑卒中，俗称中风，是由于脑部血管突然破裂或者因血管阻塞导致血液不能流入大脑而引起脑组织损伤的一组疾病，常发于老年人，并且由于生活的快节奏和压力的增加，年轻人患脑卒中的概率也大大增加，脑卒中已成为我国第一死亡原因，也是成年人残疾的首要原因。对于由于中风引起的肢体运动功能障碍，传统康复治疗方法是康复医生与患者进行一对一的康复训练治疗，这种治疗方法不仅需要大量的人力资源，而且影响康复治疗效果的因素较多，康复效果也无法定量。因此，康复训练机器人应运而生，但是目前使用的康复装置还不够改善。因此，设计合理可靠的康复机构，对患者提高康复效果具有非常重要的现实意义。
目前，针对于上肢康复机器人的研究越来越多，但是对于腕部康复机器人的研究并不是很多。现有的腕部康复装置大多为腕部结合肩部和肘部大关节康复训练的康复机器人，这种康复机器人对腕部的康复训练往往不够完善，不能对腕部进行较全面的康复运动训练，训练模式的多样性也达不到康复训练的要求。现有的具有腕部康复训练功能的康复机器人，为了满足腕部训练要求以及训练模式多样性的需求，常有结构复杂、设备体积大、舒适性差等缺点。因此，在设计腕部康复装置时，应合理地选取自由度数目，依据人体结构学选择合适的运动范围，结构紧凑，便于穿戴，具备安全稳定性的同时应具有一定的舒适性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了解决现有技术中的不足，现提供一种可实现腕部的掌屈/背屈和内旋/外旋康复运动的两自由度手腕康复装置；可依据不同康复时期的训练要求，结合控制策略，实现主动、助力或被动的康复训练。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种两自由度手腕康复装置，包括：
机架组件，包括均为圆环状的上掌屈/背屈导轨和下掌屈/背屈导轨，所述上掌屈/背屈导轨位于下掌屈/背屈导轨的上方；
掌屈/背屈机构，具有上圆环滑块、下圆环滑块、第一传动组件及第一电机、所述上圆环滑块转动安装在上掌屈/背屈导轨上，下圆环滑块转动安装在下掌屈/背屈导轨上，所述上圆环滑块与内旋/外旋导轨的上端固定连接，内旋/外旋导轨的下端与下圆环滑块固定连接，所述第一电机通过第一传动组件同时与上圆环滑块和下圆环滑块传动连接；
以及内旋/外旋机构，具有侧圆环滑块、握把、第二传动组件及第二电机，所述侧圆环滑块的外周面与内旋/外旋导轨的内周面转动连接，所述第二电机通过第二传动组件和侧圆环滑块传动连接，所述上圆环滑块的转动中心和下圆环滑块的转动中心彼此重合，但均与侧圆环滑块的转动中心相互交叉设置，所述握把安装在侧圆环滑块内。
本方案中利用第一电机同时带动上圆环滑块和下圆环滑块转动，使内旋/外旋轨道及其上的侧圆环滑块和握把随之转动，从而实现掌屈/背屈，且上圆环滑块和下圆环滑块对内旋/外旋轨道形成双侧驱动，故而掌屈/背屈运动更加平稳、顺畅，避免发生卡滞现象；
利用第二电机带动侧圆环滑块转动，握把随之转动，从而实现腕部的内旋/外旋；
各导轨和滑块均采用圆环状结构，能够保证康复装置的旋转中心与手腕运动的旋转中心重合，在扩大运动范围的同时使整体结构在空间布局上更加合理紧凑，结构强度高。
进一步地，所述上圆环滑块的上端面凸出有上圆环部，所述上掌屈/背屈导轨的下端面开设有与下圆环部相匹配的上圆环槽，所述上圆环部与上圆环滑块同轴设置，并嵌入到上圆环槽内，从而实现上圆环滑块与上掌屈/背屈导轨之间的转动连接；
所述下圆环滑块的下端面凸出有下圆环部，所述下掌屈/背屈导轨的上端面开设有与下圆环部相匹配的下圆环槽，所述下圆环部与下圆环滑块同轴设置，并嵌入到下圆环槽内，从而实现下圆环滑块与下掌屈/背屈导轨之间的转动连接；
所述侧圆环滑块的外周面凸出有侧圆环部，所述内旋/外旋导轨的内周面开设有与侧圆环部相匹配的侧圆环槽，所述侧圆环部与侧圆环滑块同轴设置，并嵌入到侧圆环槽内；从而实现侧圆环滑块与内旋/外旋导轨之间的转动连接。
为了同时实现第一电机同时驱动上圆环滑块和下圆环滑块转动，进一步地，所述第一传动组件包括短轴、固定在短轴上的上锥齿轮、长轴及固定在长轴上的下锥齿轮，所述短轴和长轴均转动安装在机架组件上，所述上圆环滑块的下端面沿圆弧形轨迹分布有若干上锥齿，所述下圆环滑块的上端面沿圆弧形轨迹分布有若干下锥齿；
所述上锥齿轮和上圆环滑块下端面的上锥齿啮合，所述下锥齿轮和下圆环滑块上端面的下锥齿啮合；所述长轴和短轴各自同轴固定有一同步轮，两个同步轮之间通过同步带传动连接；所述第一电机和长轴传动连接。
为了降低转速，提供输出扭矩，进一步地，所述第一电机上传动连接有第一减速器，所述第一电机的输出端和第一减速器的输入端传动连接，第一减速器的输出端上固定有大直齿轮，长轴上固定有小直齿轮，所述大直齿轮和小直齿轮啮合。
进一步地，所述第二传动组件包括直齿轮，所述侧圆环滑块上伸出有半圆形伸出台，所述伸出台的外侧面沿其周向分布有若干直齿，所述直齿轮和伸出台的直齿啮合，所述第二电机与直齿轮传动连接。
为了降低转速，提供输出扭矩，进一步地，所述第二电机上传动连接有第二减速器，所述第二电机的输出端和第二减速器的输入端连接，所述第二减速器的输出端和直齿轮传动连接。
进一步地，所述机架组件还包括底座、下支撑台和上支撑台，所述下支撑台固定在底座上，所述上支撑台位于下支撑台的上方，并与下支撑台固定连接；
所述下掌屈/背屈导轨与下支撑台固定连接，上掌屈/背屈导轨与上支撑台固定连接。
为了提高转动的灵活性，进一步地，所述长轴与下支撑台转动连接，且彼此之间配置有下轴承，所述短轴与上支撑台转动连接，且彼此之间配置有上轴承。
进一步地，还包括前臂臂托，所述前臂臂托的上表面具有用于放置手臂的弧形凹陷，所述前臂臂托位于上掌屈/背屈导轨前面；
所述前臂臂托的底端滑动安装在机架组件的臂托导轨上，以靠拢或远离所述握把，所述前臂臂托的底端沿其滑动方向间隔开设有若干定位孔，所述臂托导轨上设有用于插入定位孔中的定位销；前臂臂托可以调节其与握把之间的距离，适应不同患者的使用需求，增加康复训练的舒适性。
进一步地，所述侧圆环滑块内固定有握把支架，所述握把安装在握把支架上，所述握把支架上安装有用于配合握把以固定手部位置的魔术贴或绑带。
本发明的有益效果是：本发明的两自由度手腕康复装置可实现腕部的内旋/外旋和掌屈/背屈，共二个自由度的康复运动训练，每个自由度单独运动，安全性高，切合临床康复实际需要；同时，各导轨和滑块均采用圆环状结构，能够保证康复装置的旋转中心与手腕运动的旋转中心重合，在扩大运动范围的同时使整体结构在空间布局上更加合理紧凑，结构强度高。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明两自由度手腕康复装置的三维示意图；
图2是本发明中前臂壁托的三维示意图；
图3是本发明中内旋/外旋机构的结构示意图；
图4是本发明中掌屈/背屈机构的三维示意图；
图5是本发明中机架组件的三维示意图。
图中：1、前臂臂托，2、内旋/外旋机构、3、掌屈/背屈机构，4、机架组件，5、定位孔，6、定位销，7、握把，8、握把支架，9、魔术贴，10、内旋/外旋导轨，11、伸出台，12、直齿，13、直齿轮，14、第二减速器，15、第二电机，16、电机支架，17、上圆环滑块，18、上锥齿，19、上锥齿轮，20、短轴，21、上轴承，22、下圆环滑块，23、下锥齿，24、下锥齿轮，25、长轴，26、下轴承，27、小直齿轮，28、大直齿轮，29、第一减速器，30、第一电机，31、同步带，32、底座，33、臂托导轨，34、下支撑台，35、上支撑台，36、上掌屈/背屈导轨，37、下掌屈/背屈导轨，38、电机座，39、侧圆环滑块。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成，方向和参照(例如，上、下、左、右、等等)可以仅用于帮助对附图中的特征的描述。因此，并非在限制性意义上采用以下具体实施方式，并且仅仅由所附权利要求及其等同形式来限定所请求保护的主题的范围。
实施例1
如图1-5所示，一种两自由度手腕康复装置，包括：
机架组件4，包括底座32、下支撑台34、上支撑台35、上掌屈/背屈导轨36、下掌屈/背屈导轨37、臂托导轨33及电机座38；上掌屈/背屈导轨36和下掌屈/背屈导轨37均为圆环状，上掌屈/背屈导轨36位于下掌屈/背屈导轨37的上方，下支撑台34和臂托导轨33均固定在底座32上，上支撑台35位于下支撑台34的上方，并与下支撑台34固定连接，下掌屈/背屈导轨37与下支撑台34固定连接，上掌屈/背屈导轨36与上支撑台35固定连接，电机座38与下支撑台34固定连接；
掌屈/背屈机构3，具有上圆环滑块17、下圆环滑块22、第一传动组件及第一电机30、所述上圆环滑块17转动安装在上掌屈/背屈导轨36上，下圆环滑块22转动安装在下掌屈/背屈导轨37上，上圆环滑块17与内旋/外旋导轨10的上端固定连接，内旋/外旋导轨10的下端与下圆环滑块22固定连接，所述第一电机30固定在电机座38上，并通过第一传动组件同时与上圆环滑块17和下圆环滑块22传动连接；
以及内旋/外旋机构2，具有侧圆环滑块39、握把7、第二传动组件及第二电机15，所述侧圆环滑块39的外周面与内旋/外旋导轨10的内周面转动连接，内旋/外旋导轨10的底端固定有电机支架16，第二电机15固定在电机支架16上，并通过第二传动组件和侧圆环滑块39传动连接，所述上圆环滑块17的转动中心和下圆环滑块22的转动中心彼此重合，但均与侧圆环滑块39的转动中心相互交叉设置，所述握把7安装在侧圆环滑块39内。
上圆环滑块17的上端面凸出有上圆环部，所述上掌屈/背屈导轨36的下端面开设有与下圆环部相匹配的上圆环槽，所述上圆环部与上圆环滑块17同轴设置，并嵌入到上圆环槽内，从而实现上圆环滑块17与上掌屈/背屈导轨36之间的转动连接；
所述下圆环滑块22的下端面凸出有下圆环部，所述下掌屈/背屈导轨37的上端面开设有与下圆环部相匹配的下圆环槽，所述下圆环部与下圆环滑块22同轴设置，并嵌入到下圆环槽内，从而实现下圆环滑块22与下掌屈/背屈导轨37之间的转动连接；
所述侧圆环滑块39的外周面凸出有侧圆环部，所述内旋/外旋导轨10的内周面开设有与侧圆环部相匹配的侧圆环槽，所述侧圆环部与侧圆环滑块39同轴设置，并嵌入到侧圆环槽内；从而实现侧圆环滑块39与内旋/外旋导轨10之间的转动连接。
所述第一传动组件包括短轴20、固定在短轴20上的上锥齿轮19、长轴25及固定在长轴25上的下锥齿轮24，长轴25位于短轴20的下方，长轴25与下支撑台34转动连接，且彼此之间配置有下轴承26，所述短轴20与上支撑台35转动连接，且彼此之间配置有上轴承21，所述上圆环滑块17的下端面沿圆弧形轨迹分布有若干上锥齿18，所述下圆环滑块22的上端面沿圆弧形轨迹分布有若干下锥齿23；
所述上锥齿轮19和上圆环滑块17下端面的上锥齿18啮合，所述下锥齿轮24和下圆环滑块22上端面的下锥齿23啮合；所述长轴25和短轴20各自同轴固定有一同步轮，两个同步轮之间通过同步带31传动连接；所述第一电机30和长轴25传动连接。
所述第一电机30上传动连接有第一减速器29，第一电机30的壳体与第一减速器29的壳体固定连接，所述第一电机30的输出端和第一减速器29的输入端传动连接，第一减速器29的输出端上固定有大直齿轮28，长轴25上固定有小直齿轮27，所述大直齿轮28和小直齿轮27啮合；
第一电机30通过第一减速器29带动大直齿轮28转动，大直齿轮28带动小直齿轮27转动，长轴25随小直齿轮27转动，并在同步带31的传动下长轴25与短轴20同步转动，长轴25的下锥齿轮24与下圆环滑块22上端面的下锥齿23啮合，实现由长轴25带动下圆环滑块22转动；同样，短轴20的上锥齿轮19和上圆环滑块17下端面的上锥齿18啮合，实现由短轴20带动上圆环滑块17转动。
本实施例中掌屈/背屈的康复运动范围由上圆环滑块17的上锥齿18和下圆环滑块22的下锥齿23的分布范围限制，本设计可满足患者最大±60°的掌屈/背屈康复运动训练；
所述第二传动组件包括直齿轮13，所述侧圆环滑块39上伸出有半圆形伸出台11，所述伸出台11的外侧面沿其周向分布有若干直齿12，所述直齿轮13和伸出台11的直齿12啮合，所述第二电机15与直齿轮13传动连接；
所述第二电机15上传动连接有第二减速器14，第二电机15的壳体和第二减速器14的壳体固定连接，所述第二电机15的输出端和第二减速器14的输入端连接，所述第二减速器14的输出端和直齿轮13传动连接；
第二电机15通过第二减速器14带动直齿轮13转动，直齿轮13与伸出台11的直齿12啮合，从而实现由直齿轮13带动侧圆环滑块39转动；
本实施例中内旋/外旋的康复运动范围受伸出台11外侧的直齿12分布的范围限制，本设计最大可满足患者手腕内旋/外旋±90°的康复运动训练。
还包括前臂臂托1，所述前臂臂托1的上表面具有用于放置手臂的弧形凹陷，所述前臂臂托1和侧圆环滑块39分别位于上掌屈/背屈导轨36的两侧；
所述前臂臂托1的底端滑动安装在机架组件4的臂托导轨33上，以靠拢或远离所述握把7，所述前臂臂托1的底端沿其滑动方向间隔开设有若干定位孔5，所述臂托导轨33上设有用于插入定位孔5中的定位销6；通过滑动前臂臂托1可调节前臂臂托1的位置，位置调节后，将定位销6插入相应的定位孔5中，即可将前臂臂托1固定在所调节的位置处；从而实现前臂臂托1可以调节其与握把7之间的距离，适应不同患者的使用需求，增加康复训练的舒适性。
侧圆环滑块39内固定有握把支架8，所述握把7安装在握把支架8上，所述握把支架8上安装有用于配合握把7以固定手部位置的魔术贴9或绑带。
本实施利用中两自由度手腕康复装置的使用过程为：
患者将手臂放置在前臂臂托1的弧形凹陷上，手部握住握把7，并可由魔术贴9或绑带将手部固定在握把7上；
利用第一电机30同时带动上圆环滑块17和下圆环滑块22转动，使内旋/外旋轨道10及其上的侧圆环滑块39和握把7随之转动，从而实现掌屈/背屈，且上圆环滑块17和下圆环滑块22对内旋/外旋轨道10形成双侧驱动，故而掌屈/背屈运动更加平稳、顺畅，避免发生卡滞现象；
利用第二电机15带动侧圆环滑块39转动，握把7随之转动，从而实现腕部的内旋/外旋。
上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种两自由度手腕康复装置，其特征在于：包括：
机架组件(4)，包括均为圆环状的上掌屈/背屈导轨(36)和下掌屈/背屈导轨(37)，所述上掌屈/背屈导轨(36)位于下掌屈/背屈导轨(37)的上方；
掌屈/背屈机构(3)，具有上圆环滑块(17)、下圆环滑块(22)、第一传动组件及第一电机(30)、所述上圆环滑块(17)转动安装在上掌屈/背屈导轨(36)上，下圆环滑块(22)转动安装在下掌屈/背屈导轨(37)上，所述上圆环滑块(17)与内旋/外旋导轨(10)的上端固定连接，内旋/外旋导轨(10)的下端与下圆环滑块(22)固定连接，所述第一电机(30)通过第一传动组件同时与上圆环滑块(17)和下圆环滑块(22)传动连接；
以及内旋/外旋机构(2)，具有侧圆环滑块(39)、握把(7)、第二传动组件及第二电机(15)，所述侧圆环滑块(39)的外周面与内旋/外旋导轨(10)的内周面转动连接，所述第二电机(15)通过第二传动组件和侧圆环滑块(39)传动连接，所述上圆环滑块(17)的转动中心和下圆环滑块(22)的转动中心彼此重合，但均与侧圆环滑块(39)的转动中心相互交叉设置，所述握把(7)安装在侧圆环滑块(39)内。
2.根据权利要求1所述的两自由度手腕康复装置，其特征在于：所述上圆环滑块(17)的上端面凸出有上圆环部，所述上掌屈/背屈导轨(36)的下端面开设有与下圆环部相匹配的上圆环槽，所述上圆环部与上圆环滑块(17)同轴设置，并嵌入到上圆环槽内；
所述下圆环滑块(22)的下端面凸出有下圆环部，所述下掌屈/背屈导轨(37)的上端面开设有与下圆环部相匹配的下圆环槽，所述下圆环部与下圆环滑块(22)同轴设置，并嵌入到下圆环槽内；
所述侧圆环滑块(39)的外周面凸出有侧圆环部，所述内旋/外旋导轨(10)的内周面开设有与侧圆环部相匹配的侧圆环槽，所述侧圆环部与侧圆环滑块(39)同轴设置，并嵌入到侧圆环槽内。
3.根据权利要求1所述的两自由度手腕康复装置，其特征在于：所述第一传动组件包括短轴(20)、固定在短轴(20)上的上锥齿轮(19)、长轴(25)及固定在长轴(25)上的下锥齿轮(24)，所述短轴(20)和长轴(25)均转动安装在机架组件(4)上，所述上圆环滑块(17)的下端面沿圆弧形轨迹分布有若干上锥齿(18)，所述下圆环滑块(22)的上端面沿圆弧形轨迹分布有若干下锥齿(23)；
所述上锥齿轮(19)和上圆环滑块(17)下端面的上锥齿(18)啮合，所述下锥齿轮(24)和下圆环滑块(22)上端面的下锥齿(23)啮合；所述长轴(25)和短轴(20)各自同轴固定有一同步轮，两个同步轮之间通过同步带(31)传动连接；所述第一电机(30)和长轴(25)传动连接。
4.根据权利要求1所述的两自由度手腕康复装置，其特征在于：所述第一电机(30)上传动连接有第一减速器(29)，所述第一电机(30)的输出端和第一减速器(29)的输入端传动连接，第一减速器(29)的输出端上固定有大直齿轮(28)，长轴(25)上固定有小直齿轮(27)，所述大直齿轮(28)和小直齿轮(27)啮合。
5.根据权利要求3所述的两自由度手腕康复装置，其特征在于：所述第二传动组件包括直齿轮(13)，所述侧圆环滑块(39)上伸出有半圆形伸出台(11)，所述伸出台(11)的外侧面沿其周向分布有若干直齿(12)，所述直齿轮(13)和伸出台(11)的直齿(12)啮合，所述第二电机(15)与直齿轮(13)传动连接。
6.根据权利要求5所述的两自由度手腕康复装置，其特征在于：所述第二电机(15)上传动连接有第二减速器(14)，所述第二电机(15)的输出端和第二减速器(14)的输入端连接，所述第二减速器(14)的输出端和直齿轮(13)传动连接。
7.根据权利要求5所述的两自由度手腕康复装置，其特征在于：所述机架组件(4)还包括底座(32)、下支撑台(34)和上支撑台(35)，所述下支撑台(34)固定在底座(32)上，所述上支撑台(35)位于下支撑台(34)的上方，并与下支撑台(34)固定连接；
所述下掌屈/背屈导轨(37)与下支撑台(34)固定连接，上掌屈/背屈导轨(36)与上支撑台(35)固定连接。
8.根据权利要求7所述的两自由度手腕康复装置，其特征在于：所述长轴(25)与下支撑台(34)转动连接，且彼此之间配置有下轴承(26)，所述短轴(20)与上支撑台(35)转动连接，且彼此之间配置有上轴承(21)。
9.根据权利要求1所述的两自由度手腕康复装置，其特征在于：还包括前臂臂托(1)，所述前臂臂托(1)的上表面具有用于放置手臂的弧形凹陷，所述前臂臂托(1)位于上掌屈/背屈导轨(36)的前面；
所述前臂臂托(1)的底端滑动安装在机架组件(4)的臂托导轨(33)上，以靠拢或远离所述握把(7)，所述前臂臂托(1)的底端沿其滑动方向间隔开设有若干定位孔(5)，所述臂托导轨(33)上设有用于插入定位孔(5)中的定位销(6)。
10.根据权利要求1所述的两自由度手腕康复装置，其特征在于：所述侧圆环滑块(39)内固定有握把支架(8)，所述握把(7)安装在握把支架(8)上，所述握把支架(8)上安装有用于配合握把(7)以固定手部位置的魔术贴(9)或绑带。
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