CN203988903U - 一种智能上肢辅助运动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能上肢辅助运动装置，由机械外骨骼和动力转换机构组成；所述机械外骨骼包括机械臂、肘关节控制机构、肩关节控制机构、肩轴和背板；所述动力转换机构包括左侧维度控制液压缸、动力转换器和右侧维度控制液压缸，所述左侧维度控制液压缸通过油管与所述动力转换器相连，所述动力转换器通过油管与所述右侧维度控制液压缸相连。本实用新型采用液压系统，设计简单，可靠性高，由患者健康上肢作为动力源，无外接电源，安全可靠，无二次伤害风险，同时又是在家庭中使用，极大地降低了患者的康复支出。

Description

一种智能上肢辅助运动装置

技术领域

本发明涉及一种辅助运动器械，尤其涉及上肢康复训练装置。

背景技术

绝大多数脑卒中患者和一些上肢受到意外伤害的患者，在术后需要对患肢进行长时间、高频率的康复训练，尤其是脑卒中患者，手术完成并结束在医院的初步康复后，病人就会回到家中，为了使患肢能够经常活动并不至于萎缩，病人需要定期到康复中心进行康复训练，给患者及家属带来了非常大的不便。

现在的上肢康复训练主要有三种方式：由医疗技师进行的康复训练、类似自行车脚蹬的做圆周运动的康复装置、机电控制的类似工业机器人的机械臂。

由医疗技师进行的康复训练，通过技师对患者的观察、询问，技师能够对患者的康复情况进行细致的了解，并针对患者的需要进行康复，有着非常好的效果，同时通过对患者的鼓励，使患者充满康复的信心。这种方法的不足之处一是患者需要在他人的陪同下，经常地往来康复中心，给距离康复中心较远地方的患者带来很大的不便。二是康复的费用比较昂贵，医疗技师属中高级技术人才，康复过程又会占用技师较多的时间，同时康复往往要持续几年的时间，这个费用给许多的家庭带来困扰。

类似自行车脚蹬的做圆周运动的康复装置，它的作用原理是在一个转动轴的两侧安装把手，将健康上肢和患肢分别固定，通过健康上肢的手动或者电机带动来实现患肢的训练。它的优点一是费用非常低廉，二是患者自己在家中就可以进行，非常方便。它的不足之处是患肢运动的方向和幅度都非常有限，该装置只能置于患者前方，在有限的幅度内进行上下前后的运动，肩关节的向外和举高等无法实现。

机电控制的类似工业机器人的机械臂进行的康复训练，它的优点是减少了医疗技师的工作强度，提高了技师的工作效率。不足之处一是费用昂贵，二是患者仍然要往来家庭和康复中心之间，三是它只能按照预先的编制程序进行动作，四是在现有的技术条件下，对疼痛的感知不够及时，五是怎样消除疼痛感知和设备停止工作之间的延时，以及由此带来的二次伤害。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明公开了一种智能上肢辅助运动装置，可以使患者自主进行患肢的康复训练，长期训练有助于患肢神经系统的恢复。

本发明的技术解决方案是：一种智能上肢辅助运动装置，由机械外骨骼和动力转换机构组成；所述机械外骨骼由机械臂、肘关节控制机构、肩关节控制机构、肩轴和背板依次组成；所述动力转换机构包括左侧维度控制液压缸、动力转换器、右侧维度控制液压缸，所述左侧维度控制液压缸通过油管与所述动力转换器相连，所述动力转换器通过油管与所述右侧维度控制液压缸相连。

上述智能上肢辅助运动装置，其进一步特征在于：所述机械臂包括大臂和小臂；所述动力转换器由转换器第一液压缸311、转换器第二液压缸312、限位杆313、缸体固定板314、柱塞杆固定销315组成；所述转换器第一液压缸和转换器第二液压缸并列固定后用固定销将柱塞杆固定。

上述智能上肢辅助运动装置，其进一步特征在于：所述动力转换机构有四组，每组控制所述机械臂一个维度的运动，共控制四个维度的运动；所述肘关节控制机构为单维度运动；所述肩关节控制机构为三维度运动；所述肩关节控制机构由上部、下部和水平三个维度控制液压缸控制，分别布置在大臂的上面、下面和侧面，上部和下部的维度控制液压缸固定在与背板相连的同一垂直肩轴之上，水平的维度控制液压缸固定在由背板伸出的横向支撑杆上。

当在一侧的所述机械臂的任何动作将驱动与之相连的维度控制液压缸做出伸缩动作，维度控制液压缸的伸缩通过所述动力转换器将完全相同的伸缩动作传递到另一侧的机械臂上，使另一侧的机械臂做出完全相同的动作。

所述机械臂与背板通过转轴连接，动力转换器可以安装在背板内；本发明采用液压传动设计，所述机械臂与使用者手臂的连接固定方式采用开合式卡环固定，所述开合式卡环的开合借用手掌握紧控制或尼龙胶带两种方式。

本发明于现有的技术相比具有明显的优点和积极效果：1、本装置按照机械外骨骼原理进行设计，患肢的运动几乎可以完成日常生活中的所有动作，训练效果明显；2、本装置采用液压系统，设计简单，可靠性高，适合长期训练；3、本装置由患者健康上肢作为动力源，无外接电源，安全可靠，无二次伤害风险；4、本装置造价便宜，同时又是在家庭中使用，极大地降低了患者的康复支出；5、本装置与手臂的连接采用开合式卡环，卡环与手臂吻合接触，动力传输更顺滑，手臂的固定和脱离非常方便。

附图说明

图1为本发明动力转换机构示意图；

图2为本发明系统工作原理图；

图3为本发明上肢辅助运动装置示意图。

图中部件编码表如下：

1	左侧机械臂外骨骼
		10	左侧机械臂肘关节维度控制液压缸
11	左侧机械臂肩关节下部维度控制液压缸
		111	液压缸缸体
112	液压缸柱塞杆
		12	左侧机械臂肩关节上部维度控制液压缸
13	左侧机械臂肩关节水平维度控制液压缸
		14	左侧机械臂小臂
15	左侧机械臂肘关节支撑
		16	左侧机械臂大臂
17	左侧机械臂横向支撑
		18	左侧机械臂肩轴
3	动力转换机构
		30	肘关节动力转换器
31	肩关节下部液压缸动力转换器
		311	转换器第一液压缸
312	转换器第二液压缸
		313	限位杆
314	缸体固定板
		315	柱塞杆固定销
32	肩关节上部液压缸动力转换器
		33	肩关节水平液压缸动力转换器
5	右侧机械臂外骨骼

50	右侧机械臂肘关节维度控制液压缸
		51	右侧机械臂肩关节下部维度控制液压缸
52	右侧机械臂肩关节上部维度控制液压缸
		53	右侧机械臂肩关节水平维度控制液压缸
54	右侧机械臂小臂
		55	右侧机械臂肘关节支撑
56	右侧机械臂大臂
		57	右侧机械臂横向支撑
58	右侧机械臂肩轴
		7	背板
9	油管

具体实施方式

以下结合附图，通过具体实施例对本发明技术方案做进一步的说明。

如图1、图2、图3所示，图1为本发明动力转换机构示意图；图2为本发明系统工作原理图；图3为本发明上肢辅助运动装置示意图。

本实施例的智能上肢辅助运动装置，由左侧机械臂外骨骼1和右侧机械臂外骨骼5和动力转换机构组成。

所述左侧机械臂外骨骼1由左侧机械臂肘关节维度控制液压缸10、左侧机械臂肩关节下部维度控制液压缸11、液压缸缸体111、液压缸柱塞杆112、左侧机械臂肩关节上部维度控制液压缸12、左侧机械臂肩关节水平维度控制液压缸13、左侧机械臂小臂14、左侧机械臂肘关节支撑15、左侧机械臂大臂16、左侧机械臂横向支撑17、左侧机械臂肩轴18依次组成；

所述右侧机械臂外骨骼5由右侧机械臂肘关节维度控制液压缸50、右侧机械臂肩关节下部维度控制液压缸51、右侧机械臂肩关节上部维度控制液压缸52、右侧机械臂肩关节水平维度控制液压缸53、右侧机械臂小臂54、右侧机械臂肘关节支撑55、右侧机械臂大臂56、右侧机械臂横向支撑57、右侧机械臂肩轴58依次组成。

所述动力转换器3由肘关节动力转换器30、肩关节下部液压缸动力转换器31、肩关节上部液压缸动力转换器32、肩关节水平液压缸动力转换器33组成；所述肩关节下部液压缸动力转换器31由转换器第一液压缸311、转换器第二液压缸312、限位杆313、缸体固定板314、柱塞杆固定销315组成；所述转换器第一液压缸311和转换器第二液压缸312并列固定后用柱塞杆固定销315固定。

所述左侧维度控制液压缸包括左侧机械臂肘关节维度控制液压缸10、左侧机械臂肩关节下部维度控制液压缸11、左侧机械臂肩关节上部维度控制液压缸12、左侧机械臂肩关节水平维度控制液压缸13。

所述右侧维度控制液压缸包括右侧机械臂肘关节维度控制液压缸50、右侧机械臂肩关节下部维度控制液压缸51、右侧机械臂肩关节上部维度控制液压缸52、右侧机械臂肩关节水平维度控制液压缸53。

所述动力转换机构有四组，每组控制所述机械臂一个维度的运动，共控制四个维度的运动。所述肘关节控制机构为单维度运动；所述肩关节控制机构为三维度运动；所述肩关节控制机构由(上部、下部和水平)三个维度控制液压缸控制，分别是布置在大臂上面的上部维度控制液压缸、下面的下部维度控制液压缸和侧面的水平维度控制液压缸，所述上部维度控制液压缸和下部维度控制液压缸固定在与背板相连的同一垂直肩轴之上，所述水平维度控制液压缸固定在由背板伸出的横向支撑杆上。

在一侧的所述机械臂的任何动作将驱动与之相连的维度控制液压缸做出伸缩动作，维度控制液压缸的伸缩通过所述动力转换器将完全相同的伸缩动作传递到另一侧的机械臂上。

机械臂与背板7通过肩轴连接；动力转换机构安装在背板7内。智能上肢辅助运动装置采用液压传动设计，机械臂与使用者手臂的连接固定方式采用开合式卡环固定，所述开合式卡环的开合借用手掌握紧控制或尼龙胶带两种方式。

本实施例的智能上肢辅助运动装置使用过程分为以下几步：

第一步，将背板7固定在椅子的靠背上，调节背板7的宽度及机械臂的长度以适应不同患者的身高；这个操作一般情况下，在患者的长期运动过程中只需要进行一次，减少了患者家人的操作频次；

第二步，患者坐在椅子上，用健康上肢将患肢放入同侧的机械臂上的卡环内，再用卡环上的尼龙胶带将卡环紧固，健康上肢再伸入对应的机械臂，握紧把手；

第三步，患者健康上肢做出希望患肢进行训练的动作，比如：平举、屈肘、上举、水平伸展、顺逆时针回环等；

第四步，当运动完成，健康上肢从机械臂中脱离，解开患肢卡环上的尼龙胶带，将患肢从机械臂中脱离。

本装置的动力源为健康上肢，同时采用液压传动设计，其运动速度较慢，在运动过程中，患者感到任何的疼痛或不适，健康上肢可以立即停止运动并向舒缓方向回复，几乎完全避免了二次伤害的发生；患者对本装置的使用自己可以独立完成，不需要他人的协助，可以随时康复训练；本装置由于没有外接电源，当患者独自在家时，不用担心触电风险。

本装置的手臂固定机构为手掌握紧控制或尼龙胶带固定的开合式卡环，若患者在使用过程中有任何其它需求，比如咳嗽、挠痒、饮水、听电话等，健康上肢可以随时松开手掌，使手臂从机械臂中脱出以完成相关需求，而不需要将患肢从机械臂脱出并站立身体。

上述实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；凡依本发明技术方案所做的改变，所产生的功能未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种智能上肢辅助运动装置，其特征在于：由机械外骨骼和动力转换机构组成；所述机械外骨骼由机械臂、肘关节控制机构、肩关节控制机构、肩轴和背板依次组成；所述动力转换机构包括左侧维度控制液压缸、动力转换器、右侧维度控制液压缸，所述左侧维度控制液压缸通过油管与所述动力转换器相连，所述动力转换器通过油管与所述右侧维度控制液压缸相连。

2.根据权利要求1所述的智能上肢辅助运动装置，其特征在于：所述机械臂包括大臂和小臂；所述动力转换器由转换器第一液压缸(311)、转换器第二液压缸(312)、限位杆(313)、缸体固定板(314)、柱塞杆固定销(315)组成；所述转换器第一液压缸(311)和转换器第二液压缸(312)并列固定后用固定销将柱塞杆固定。

3.根据权利要求1所述的智能上肢辅助运动装置，其特征在于：所述动力转换机构有四组，每组控制所述机械臂一个维度的运动，共控制四个维度的运动。

4.根据权利要求1或3所述的智能上肢辅助运动装置，其特征在于：所述肘关节控制机构为单维度运动；所述肩关节控制机构为三维度运动；所述肩关节控制机构由三个维度控制液压缸控制，分别是布置在大臂上面的上部维度控制液压缸、下面的下部维度控制液压缸和侧面的水平维度控制液压缸，所述上部维度控制液压缸和下部维度控制液压缸固定在与背板相连的同一垂直肩轴之上，所述水平维度控制液压缸固定在由背板伸出的横向支撑杆上。

5.根据权利要求1所述的智能上肢辅助运动装置，其特征在于：在一侧的所述机械臂的任何动作将驱动与之相连的维度控制液压缸做出伸缩动作，维度控制液压缸的伸缩通过所述动力转换器将完全相同的伸缩动作传递到另一侧的机械臂上。

6.根据权利要求1所述的智能上肢辅助运动装置，其特征在于：所述机械臂与所述背板通过肩轴连接；所述动力转换器安装在所述背板内。

7.根据权利要求1所述的智能上肢辅助运动装置，其特征在于：所述智能上肢辅助运动装置采用液压传动设计，所述机械臂与使用者手臂的连接固定方式采用开合式卡环固定，所述开合式卡环的开合借用手掌握紧控制或尼龙胶带两种方式。