CN117898915B - 一种末端可调节的仿生腕关节康复训练装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种末端可调节的仿生腕关节康复训练装置，涉及康复医疗器械领域，该装置包括底座支撑组件、第一电机组件、转盘组件、第二电机组件以及手掌固定组件。所述底座支撑组件和手掌固定组件用于支撑人的手臂及手掌，能根据人的手部尺寸进行调节，保证腕关节运动轴线与康复训练装置转动轴线保持一致；所述第一电机组件、转盘组件、第二电机组件相互配合，为腕关节康复训练提供动力。该康复训练装置能实现腕关节尺偏/挠偏，屈曲/伸展二自由度的康复训练，采用机械限位保证人腕关节康复训练时的安全，降低康复训练过程中二次损伤风险，减轻医护人员的劳动强度。

Description

一种末端可调节的仿生腕关节康复训练装置

技术领域

本发明涉及康复医疗器械领域，特别是涉及一种末端可调节的仿生腕关节康复训练装置。

背景技术

按照联合国关于老龄化的划分标准，我国已经进入中度老龄化社会。随着人口老龄化的逐渐加剧，脑卒中造成的偏瘫患者数量不断增加。脑卒中会造成患者相应肢体或者器官功能障碍，对腕关节功能障碍患者来说，腕关节损伤会严重影响其日常生活活动。基于大脑神经的可塑性，通过接受康复训练可以恢复腕关节运动功能。目前，物理疗法是最常见的康复训练方法之一，但康复过程需要理疗师辅助患者执行康复动作，这对理疗师的劳动强度要求太高。因此，康复训练装置成为康复理疗领域的首选。康复训练装置具有促进患者神经重塑，改善患者的肢体运动功能，减少康复过程中人力和物力成本，提高康复效率等优点，结合科学的训练方法，能帮助患者早日回归正常生活。

康复训练装置作为一种神经康复类医疗器械，能够提供高强度、重复性、任务导向的长期治疗，并且在经济上具有可行性。现有一类腕关节康复训练装置，将患者手部固定在该装置末端执行机构，带动患者手部绕该装置运动轴线转动，进而达到康复训练目的；目前，部分腕关节康复训练装置仍存在一些问题，如无法根据患者手部实际尺寸来调节该装置转动轴线到末端执行机构的距离，导致实际康复训练时的运动轨迹跟腕关节的运动学特征不一致，康复训练效率较低，且难以满足不同康复阶段的使用需求，无法完成较为复杂的康复训练，严重时甚至会造成患者的二次伤害。此外，还有一些腕关节康复训练装置质量、体积较大，只能在医疗场所使用，使用场景有限。

因此，基于上述背景，迫切需要设计一种末端可调节的仿生腕关节康复训练装置，该装置尺寸不宜过大，便于携带，在医院以外的场所也可以进行康复训练，比如说家庭、社区和疗养院等；该装置能够最大程度贴合患者的前臂、手掌，能调节该装置转动轴线到末端执行机构的距离，使腕关节运动轴线与该装置转动轴线保持一致，为患者提供符合腕关节运动学特征的康复训练，避免患者腕关节遭受二次损伤，保证患者的安全性和舒适性。

发明内容

本发明的目的是提出一种末端可调节的仿生腕关节康复训练装置。该腕关节康复训练装置，在保证患者康复运动训练安全的前提下，解决灵活性低、便携性较差、训练自由度少、腕关节运动轴线与装置转动轴线不一致等问题，以帮助患者恢复腕关节功能。

本发明所要解决的问题是由以下技术方案实现的：一种末端可调节的仿生腕关节康复训练装置，该装置关于矢状面对称，包括与底座固定连接的底座支撑组件、与所述底座后端上表面固定连接的第一电机组件、设置于转盘组件中的转盘轴承外圈与所述底座前端上表面固定连接、与所述转盘组件连接的第二电机组件、与所述转盘组件中带立柱式转盘立柱顶部固定连接的手掌固定组件；所述底座支撑组件包括依次穿过第一横梁和第一弹簧，旋入第二支撑架中的第一内六角螺栓；所述手掌固定组件包括依次嵌入纵梁前端的第二弹簧、第二横梁、第三内六角螺栓；当患者手握住所述第二横梁时，扭动所述第一内六角螺栓和所述第三内六角螺栓，可调节所述第一横梁高度和所述第二横梁纵向深度，进而保证患者腕关节运动轴线与Ⅳ型带键槽铣槽直线光轴中心轴线一致。

所述底座支撑组件还包括固定连接在所述底座上的第一支撑架和所述第二支撑架、设置于所述第二支撑架上方的所述第一横梁、用于绑定手前臂部分的第一弹性绑带和第二弹性绑带，调节弹性绑带松紧度使手前臂部分贴合装置。

所述第二电机组件包括第二电机，与所述第二电机固定连接的蜗轮蜗杆、穿过所述蜗轮蜗杆的Ⅲ型带键槽直线光轴、嵌入所述Ⅲ型带键槽直线光轴的Ⅲ型同步轮、与所述Ⅲ型同步轮啮合的第二同步带；所述手掌固定组件还包括与所述第二同步带上端啮合的Ⅳ型同步轮、穿过所述Ⅳ型同步轮的所述Ⅳ型带键槽铣槽直线光轴、嵌入所述Ⅳ型带键槽铣槽直线光轴的所述纵梁、嵌入所述纵梁的所述第二横梁，所述第二电机输出轴传输动力，使患者手握住的所述第二横梁上下转动，辅助患者腕关节进行屈曲和伸展运动，完成康复训练动作。

所述第一电机组件、所述转盘组件和所述手掌固定组件还包括与第一电机输出轴连接的Ⅰ型同步轮、与所述Ⅰ型同步轮啮合的第一同步带和Ⅱ型同步轮、依次通过Ⅱ型带键槽孔直线光轴和法兰联轴器与所述Ⅱ型同步轮固定连接的所述带立柱式转盘、与所述带立柱式转盘立柱顶部固定连接的轴承座、穿过所述轴承座的所述Ⅳ型带键槽铣槽直线光轴、嵌入所述Ⅳ型带键槽铣槽直线光轴的纵梁、嵌入所述纵梁的所述第二横梁；患者手握住所述第二横梁，第一电机所述带立柱式转盘左右转动，以辅助腕关节进行尺偏和挠偏运动，完成康复训练动作。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1.通过调节弹性绑带松紧度使手前臂和手掌部分贴合装置，扭动所述第一内六角螺栓和所述第三内六角螺栓，可调节所述第一横梁高度和第二横梁纵向深度，进而保证患者腕关节运动轴线与所述Ⅳ型带键槽铣槽直线光轴中心轴线一致。

2.当装置带动患者执行康复动作时，所述第一横梁、第二支撑架和位于所述带立柱式转盘中部两立柱起到机械限位的作用，防止转动角度过大；采用软件限位和机械限位两种方式，能有效避免腕关节二次伤害。

3.本发明中的电机、同步轮、直线光轴、法兰联轴器带有平键及键槽孔，并通过顶丝加强固定，相互连接传递扭矩时，有效防止传递扭矩过程中出现相对滑动，提高腕关节康复训练过程中的安全性与可靠性。

4.本发明采用的电机、蜗轮蜗杆和同步轮，能有效放大扭矩，减缓康复训练时的速度，以满足患者的腕关节的康复训练。

附图说明

图1为本发明所述末端可调节的仿生腕关节康复训练装置第一视角示意图；

图2为本发明所述末端可调节的仿生腕关节康复训练装置第二视角示意图；

图3为本发明所述底座支撑组件机构示意图；

图4为本发明所述第一电机组件机构示意图；

图5为本发明所述转盘组件机构示意图；

图6为本发明所述第二电机组件机构示意图；

图7为本发明所述手掌固定组件机构示意图；

图8为本发明执行康复训练动作时患者腕关节尺偏/挠偏活动范围图；

图9为本发明执行康复训练动作时患者腕关节屈曲/伸展活动范围图；

其中，图1和图2中1为底座支撑组件、2为第一电机组件、3为手掌固定组件、4为第二电机组件、5为转盘组件。图3中1-1为第二支撑架、1-2为底座、1-3为第一支撑架、1-4为第一弹簧、1-5为第二弹性绑带、1-6为第一弹性绑带、1-7为第一横梁、1-8为第一内六角螺栓；图4中2-1为Ⅰ型同步轮、2-2为第一顶丝、2-3为第一盖板、2-4为第二内六角螺栓、2-5为第一平键、2-6为第一键槽孔、2-7为第一电机；图5中5-1为第一同步带，5-2为Ⅱ型同步轮，5-3为转盘轴承，5-4为滚动轴承，5-5为带立柱式转盘，5-6为法兰联轴器，5-7为第二平键，5-8为Ⅱ型带键槽孔直线光轴；图6中4-1为蜗轮蜗杆，4-2为第二盖板，4-3为第三平键，4-4为第二电机，4-5为第二同步带，4-6为Ⅲ型同步轮，4-7为第四平键，4-8为第二键槽孔，4-9为Ⅲ型带键槽直线光轴；图7中3-1为Ⅳ型带键槽铣槽直线光轴，3-2为第一受压板，3-3为铣槽，3-4为轴承座，3-5为第三键槽孔，3-6为第五平键，3-7为Ⅳ型同步轮，3-8为第一凹槽，3-9为纵梁，3-10为螺母，3-11为第二受压板，3-12为第二凹槽，3-13为第二弹簧，3-14为第三弹性绑带，3-15为第二横梁，3-16为第三内六角螺栓。

具体实施方式

以下根据附图1-9对本发明做进一步说明：

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1、图2所示，本发明第一实施例在现有技术的基础上提供了一种末端可调节的仿生腕关节康复训练装置，该装置关于矢状面对称,包括与底座（1-2）固定连接的底座支撑组件（1）、与所述底座（1-2）后端上表面固定连接的第一电机组件（2）、设置于转盘组件（5）中的转盘轴承（5-3）外圈与所述底座（1-2）前端上表面固定连接、与所述转盘组件（5）连接的第二电机组件（4）、与所述转盘组件（5）中带立柱式转盘（5-5）立柱顶部固定连接的手掌固定组件（3）。

如图1、图2所示，图1为第一视角下的康复训练装置，图2为第二视角下的康复训练装置；下面将按照图2的附图标记底座支撑组件1、第一电机组件2、转盘组件5、第二电机组件4和手掌固定组件3，对各组件进行详细介绍。

首先详细介绍底座支撑组件1的具体结构，如图3所示，由第二支撑架1-1、底座1-2、第一支撑架1-3、第一弹簧1-4、第二弹性绑带1-5、第一弹性绑带1-6、第一横梁1-7和第一内六角螺栓1-8组成。底座1-2的下部依次嵌入第二支撑架1-1和第一支撑架1-3；第一内六角螺栓1-8依次穿过第一横梁1-7中螺钉孔和第一弹簧1-4，旋入第二支撑架1-1顶部螺钉孔；横梁1-7中部位置嵌有第二弹性绑带1-5，第一支撑架1-3顶部中部位置嵌有第一弹性绑带1-6。

第一电机组件2的具体结构，如图4所示，由第一电机2-7、第一键槽孔2-6、第一平键2-5、第二内六角螺栓2-4、第一盖板2-3、第一顶丝2-2及Ⅰ型同步轮2-1组成。第一电机2-7输出轴带有第一键槽孔2-6，第一平键2-5放入第一键槽孔2-6；第一电机2-7输出轴嵌入Ⅰ型同步轮2-1中，扭紧第一顶丝2-2，进而保证扭矩传递的精确性；第一盖板2-3是一块中部呈圆柱形凸起的盖板，通过第二内六角螺栓2-4固定连接到图3底座1-2后部和第一支撑架1-3下部；第一电机2-7放入第一盖板2-3空心圆柱中，起到支撑固定电机的作用。

转盘组件5的具体结构，如图5所示，由第一同步带5-1、Ⅱ型同步轮5-2、转盘轴承5-3、带立柱式转盘5-5、滚动轴承5-4、法兰联轴器5-6、Ⅱ型带键槽孔直线光轴5-8以及第二平键5-7组成。转盘轴承5-3的外圈下表面通过螺栓固定连接在底座1-2的上表面，内圈上表面固定连接在带立柱式转盘5-5底部的下表面，从而形成带立柱式转盘5-5与底座1-2的相对转动；将滚动轴承5-4嵌在带立柱式转盘5-5的外立柱底部；法兰联轴器5-6的上表面固定连接在带立柱式转盘5-5底部中心位置的下表面；Ⅱ型带键槽孔直线光轴5-8的两端均带有键槽孔，用于放置第二平键5-7；法兰联轴器5-6通过第二平键5-7固定连接Ⅱ型带键槽孔直线光轴5-8的一端，将法兰联轴器5-6的顶丝扭紧，使两者连接稳固；Ⅱ型带键槽孔直线光轴5-8的另一端通过顶丝固定连接Ⅱ型同步轮5-2；Ⅱ型同步轮5-2通过第一同步带5-1连接到图4中Ⅰ型同步轮2-1。

第二电机组件4的具体机构，如图6所示，主要由第二电机4-4、第二盖板4-2、蜗轮蜗杆4-1、第三平键4-3、第四平键4-7、Ⅲ型带键槽直线光轴4-9、第二键槽孔4-8、Ⅲ型同步轮4-6以及第二同步带4-5组成。第二盖板4-2是一块中部呈空心圆柱形凸起的盖板，将第二电机4-4放入空心圆柱中，起到支撑固定电机的作用；第二盖板4-2通过螺栓固定连接在图5带立柱式转盘5-5中部方形框的上表面；第二电机4-4输出轴带有键槽孔，将第三平键4-3嵌入键槽孔内，通过顶丝固定连接在蜗轮蜗杆4-1的蜗杆内；Ⅲ型带键槽直线光轴4-9的一段带有第二键槽孔4-8和第四平键4-7；蜗轮蜗杆4-1的蜗轮通过平键和顶丝固定连接在Ⅲ型带键槽直线光轴4-9的中部位置；蜗轮蜗杆4-1采用1：20的传动比，有效提升康复训练装置在有限空间内的输出扭矩。蜗轮蜗杆4-1不仅能够增加末端执行机构的输出扭矩，而且具备自锁功能，即只有蜗杆能够带动蜗轮转动，反之则无法实现转动，该功能有助于患者佩戴该装置。Ⅲ型带键槽直线光轴4-9转动时，其一端通过第四平键4-7和顶丝固定连接Ⅲ型同步轮4-6，再通过第二同步带4-5将动力传出给图7中的Ⅳ型同步轮3-7。

手掌固定组件3的具体结构，如图7所示，由Ⅳ型带键槽铣槽直线光轴3-1、第一受压板3-2、铣槽3-3、轴承座3-4、第三键槽孔3-5、第五平键3-6、Ⅳ型同步轮3-7、第一凹槽3-8、纵梁3-9、螺母3-10、第二受压板3-11、第二凹槽3-12、第二弹簧3-13、第三弹性绑带3-14、第二横梁3-15和第三内六角螺栓3-16组成；Ⅳ型带键槽铣槽直线光轴3-1中部带有铣槽3-3，右部带有第三键槽孔3-5；Ⅳ型带键槽铣槽直线光轴3-1穿过轴承座3-4及邻近的另一轴承座；Ⅳ型带键槽铣槽直线光轴3-1右端通过第五平键3-6连接到Ⅳ型同步轮3-7，再通过图6的第二同步带4-5与Ⅲ型同步轮4-6相连；纵梁3-9带有第一凹槽3-8，嵌入Ⅳ型带键槽铣槽直线光轴3-1的铣槽3-3中，再将第一受压板3-2嵌入第一凹槽3-8中，用螺栓固定；第二弹簧3-13和第二横梁3-15依次嵌入纵梁3-9内的第二凹槽3-12；螺母3-10沿纵梁3-9上表面嵌入第二凹槽3-12中，第三内六角螺栓3-16和第二受压板3-11分别嵌入第二凹槽3-12前面和侧面，并通过螺栓固定第二受压板3-11；第三内六角螺栓3-16旋前旋后运动时，推动第二横梁3-15前后移动，压缩纵梁3-9内的第二弹簧3-13，进而保证第二横梁3-15稳固；患者手部通过第三弹性绑带3-14固定在第二横梁3-15上部，第二横梁3-15带动腕关节前后移动，使腕关节水平轴线与Ⅳ型带键槽铣槽直线光轴3-1水平中心轴线保持一致。

患者穿戴本发明执行康复训练动作时，腕关节活动范围如图8、图9所示，以腕关节运动轴线初始位置为0度，尺偏/挠偏活动范围角度为-8度到20度，屈曲/伸展活动范围角度为-19度到42度。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。

Claims (1)

1.一种末端可调节的仿生腕关节康复训练装置，其特征在于，该装置关于矢状面对称,包括与底座（1-2）固定连接的底座支撑组件（1）、与所述底座（1-2）后端上表面固定连接的第一电机组件（2）、转盘组件（5）、与所述转盘组件（5）连接的第二电机组件（4）、与所述转盘组件（5）中带立柱式转盘（5-5）立柱顶部固定连接的手掌固定组件（3）、设置于转盘组件（5）中的转盘轴承（5-3）外圈与所述底座（1-2）前端上表面固定连接；

所述底座支撑组件（1）包括依次穿过第一横梁（1-7）和第一弹簧（1-4），旋入第二支撑架（1-1）中的第一内六角螺栓（1-8）；所述手掌固定组件（3）包括依次嵌入纵梁（3-9）前端的第二弹簧（3-13）、第二横梁（3-15）、第三内六角螺栓（3-16）；当患者手握住所述第二横梁（3-15）时，扭动所述第一内六角螺栓（1-8）和所述第三内六角螺栓（3-16），可调节所述第一横梁（1-7）高度和所述第二横梁（3-15）纵向深度，进而保证患者腕关节运动轴线与Ⅳ型带键槽铣槽直线光轴（3-1）中心轴线一致；

所述底座支撑组件（1）还包括固定连接在所述底座（1-2）上的第一支撑架（1-3）和所述第二支撑架（1-1）、设置于所述第二支撑架（1-1）上方的所述第一横梁（1-7）、用于绑定手前臂部分的第一弹性绑带（1-6）和第二弹性绑带（1-5），调节弹性绑带松紧度使手前臂部分贴合装置；

所述第二电机组件（4）包括第二电机（4-4），与所述第二电机（4-4）固定连接的蜗轮蜗杆（4-1）、穿过所述蜗轮蜗杆（4-1）的Ⅲ型带键槽直线光轴（4-9）、嵌入所述Ⅲ型带键槽直线光轴（4-9）的Ⅲ型同步轮（4-6）、与所述Ⅲ型同步轮（4-6）啮合的第二同步带（4-5）；所述手掌固定组件（3）还包括与所述第二同步带（4-5）上端啮合的Ⅳ型同步轮（3-7）、穿过所述Ⅳ型同步轮（3-7）的所述Ⅳ型带键槽铣槽直线光轴（3-1）、嵌入所述Ⅳ型带键槽铣槽直线光轴（3-1）的所述纵梁（3-9）、嵌入所述纵梁（3-9）的所述第二横梁（3-15），所述第二电机（4-4）输出轴传输动力，使患者手握住的所述第二横梁（3-15）上下转动，辅助患者腕关节进行屈曲和伸展运动，完成康复训练动作；

所述第一电机组件（2）包括与第一电机（2-7）输出轴连接的Ⅰ型同步轮（2-1）；所述转盘组件（5）还包括与所述Ⅰ型同步轮（2-1）啮合的第一同步带（5-1）和Ⅱ型同步轮（5-2），依次通过Ⅱ型带键槽孔直线光轴（5-8）和法兰联轴器（5-6）与所述Ⅱ型同步轮（5-2）固定连接的所述带立柱式转盘（5-5）；所述手掌固定组件（3）还包括与所述带立柱式转盘（5-5）立柱顶部固定连接的轴承座（3-4）、所述Ⅳ型带键槽铣槽直线光轴（3-1）穿过所述轴承座（3-4）；患者手握住所述第二横梁（3-15），所述第一电机（2-7）驱动所述带立柱式转盘（5-5）左右转动，以辅助腕关节进行尺偏和挠偏运动，完成康复训练动作。