一種基于耦合驅(qū)動的肩肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于耦合驅(qū)動的肩肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置，包括肩部組件、連接在肩部組件上的肘部組件和連接在肘部組件上的腕部組件，肩部組件包括肩部連接座，肩部連接座上安裝有肩部轉(zhuǎn)軸，肩部轉(zhuǎn)軸上固定安裝有肩部驅(qū)動圓盤和肩部擺動架，肘部組件包括肘部連接座、肘部轉(zhuǎn)軸、肘部驅(qū)動圓盤和肘部擺動架，肩部連接座上固定安裝有肩部定圓盤，肩部定圓盤與肘部驅(qū)動圓盤通過繩索a和繩索b連接。本實用新型可以實現(xiàn)肩肘關(guān)節(jié)的耦合運動，在降低造價、節(jié)約能量、增強系統(tǒng)靈活度、減輕重量等方面都具有極大的優(yōu)越性，同時其安全系數(shù)高、便于穿戴、可實現(xiàn)主被動協(xié)調(diào)運動、具有人體工程學(xué)特點，可在各類復(fù)雜訓(xùn)練模式下對肩部進行主被動協(xié)調(diào)訓(xùn)練。
【專利說明】一種基于耦合驅(qū)動的肩肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于醫(yī)療康復(fù)設(shè)備領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于耦合驅(qū)動的肩肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代科技水平正飛速提高，人們的生活水平也與日俱增，但是在日常的生產(chǎn)及生活當中，難免發(fā)生各種意外，比如交通事故、工業(yè)生產(chǎn)事故等，加之一些疾病，如中風(fēng)、偏癱等，使得部分人群不得不面對這些災(zāi)難所帶來的諸如肢體運動功能障礙等方面的問題，這些肢體運動功能障礙患者大多生活無法自理，對患者的身心健康以及社會的和諧發(fā)展都是沉重的打擊和負擔，有悖于實現(xiàn)提高人民生活水平和質(zhì)量的目標。同時世界各國正逐步進入老齡化社會，老年人對于醫(yī)療保健的需求，也是各個家庭及國家需要面對的嚴峻問題。
[0003]因此，研制出實用可靠的醫(yī)療康復(fù)機器人，顯得尤為重要，無論是學(xué)術(shù)界還是產(chǎn)業(yè)界，其地位都逐日提升，成為一大熱門領(lǐng)域。采用肢體輔助康復(fù)設(shè)備對神經(jīng)損傷患者、殘疾人以及老年人進行相關(guān)康復(fù)輔助訓(xùn)練，已經(jīng)被公認為是提高其生活質(zhì)量的重要途徑。
[0004]目前出現(xiàn)了不少輔助上肢關(guān)節(jié)進行康復(fù)訓(xùn)練的裝置，各研宄機構(gòu)也在積極進行此類機構(gòu)的研宄，但是現(xiàn)有的上肢康復(fù)訓(xùn)練裝置均需要固定在地面或者單獨的支架上，即末端導(dǎo)引式上肢康復(fù)機器人，利用末端執(zhí)行器控制患肢的運動來達到對患肢進行康復(fù)訓(xùn)練的目的，不能穿戴，外型龐大，需要專門的空間場地，不適于家庭使用。
[0005]肩-肘關(guān)節(jié)是人體上肢的重要組成部分，起到了連接人體上肢的末端執(zhí)行部件一一手掌的作用，同時通過協(xié)調(diào)各關(guān)節(jié)的運動，將運動傳遞至手腕部分，控制其所到達的空間位置，因此設(shè)計此套肩肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置具有很大的現(xiàn)實意義。由于康復(fù)訓(xùn)練裝置在使用的過程當中需要直接與人體接觸，因此必須在結(jié)構(gòu)上保證康復(fù)訓(xùn)練過程中的舒適性和安全性，為此在設(shè)計上肢肩肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置的機構(gòu)以及相應(yīng)的驅(qū)動系統(tǒng)時，必須考慮肩肘關(guān)節(jié)的生理結(jié)構(gòu)特點及其運動方式。一方面，裝置在進行康復(fù)訓(xùn)練的時，其本體結(jié)構(gòu)不能與患者產(chǎn)生干涉，因此要求裝置應(yīng)能適應(yīng)不同患者的患肢尺寸；另一方面，在對患者進行有效訓(xùn)練的同時，不能拉傷人體組織，因此要求裝置的工作空間應(yīng)與人體肢體的自然活動空間一致；再者，肩肘部為人體上肢的重要組成部分，起到了連接以及傳遞、協(xié)調(diào)運動的作用，自由度較多，如何合理地加以驅(qū)動和控制，顯得尤為重要。
[0006]現(xiàn)如今絕大部分的機械臂都采用一個自由度對應(yīng)分配一個驅(qū)動的控制模式，這樣不僅增加了控制的復(fù)雜性，而且使機構(gòu)整體較為笨重，需要的原材料較多，成本造價也較尚ο
實用新型內(nèi)容
[0007]針對目前肩肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制冗余，整體呈現(xiàn)笨重的不足之處，以及對康復(fù)訓(xùn)練裝置的如需要與人體上肢有較好的適應(yīng)性等設(shè)計要求，本實用新型提供了一種安全系數(shù)高、便于穿戴、可實現(xiàn)主被動協(xié)調(diào)運動、具有人體工程學(xué)特點的一種基于耦合驅(qū)動的肩肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，按照本實用新型的一個方面，提供了一種基于耦合驅(qū)動的肩肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置，包括肩部組件、連接在肩部組件上的肘部組件和連接在肘部組件上的腕部組件，肩部組件包括肩部連接座，肩部連接座上通過軸承安裝有肩部轉(zhuǎn)軸，肩部轉(zhuǎn)軸上固定安裝有肩部驅(qū)動圓盤和肩部擺動架，所述肩部驅(qū)動圓盤由電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，所述肘部組件安裝在肩部擺動架上，肘部組件包括固定連接在肩部擺動架上的肘部連接座、固定安裝在肘部連接座上的肘部轉(zhuǎn)軸和通過軸承安裝在肘部轉(zhuǎn)軸上的肘部驅(qū)動圓盤，肘部連接座位于肩部擺動架的下方，肩部連接座上固定安裝有肩部定圓盤，肩部定圓盤與肘部驅(qū)動圓盤通過繩索a和繩索b連接，肩部驅(qū)動圓盤的轉(zhuǎn)動帶動肩部擺動架和肘部連接座擺動，使得繩索a松馳而繩索b張緊，繩索a和繩索b對拉從而使肘部驅(qū)動圓盤實現(xiàn)與肩部驅(qū)動圓盤轉(zhuǎn)向相同的自轉(zhuǎn)。
[0009]優(yōu)選地，所述肘部驅(qū)動圓盤上固定安裝有肘部擺動架，肘部擺動架通過軸承安裝在肘部轉(zhuǎn)軸上，所述腕部組件安裝在肘部擺動架上，肘部連接座上固定安裝有肘部定圓盤，所述腕部組件包括安裝在肘部擺動架上的弧形導(dǎo)軌滑塊，以及可相對弧形導(dǎo)軌滑塊運動的弧形導(dǎo)軌和固連在其上的弧形導(dǎo)軌連接件及弧形導(dǎo)軌配件，肘部擺動架上安裝有導(dǎo)輪組a和導(dǎo)輪組b，導(dǎo)輪組a和導(dǎo)輪組b均設(shè)置兩個以上，導(dǎo)輪組a的軸線水平設(shè)置，導(dǎo)輪組b的軸線豎直設(shè)置，所述肘部定圓盤通過繩索c和繩索d與弧形導(dǎo)軌配件相連接，弧形導(dǎo)軌配件的中心軸線豎直設(shè)置，繩索c從一側(cè)的導(dǎo)輪組a和導(dǎo)輪組b繞過后連接在弧形導(dǎo)軌配件的一端，繩索d從另一側(cè)的導(dǎo)輪組a和導(dǎo)輪組b繞過后連接在弧形導(dǎo)軌配件的另一端，肘部驅(qū)動圓盤的轉(zhuǎn)動帶動肘部擺動架擺動，使得繩索c松馳而繩索d張緊，繩索c和繩索d對拉從而使弧形導(dǎo)軌配件繞其豎直中心軸線轉(zhuǎn)動。
[0010]優(yōu)選地，所述肘部擺動架上安裝有弧形導(dǎo)軌滑塊，所述弧形導(dǎo)軌滑塊上安裝有弧形導(dǎo)軌，所述弧形導(dǎo)軌通過弧形導(dǎo)軌連接件與弧形導(dǎo)軌配件固定連接。
[0011]優(yōu)選地，所述肩部擺動架上設(shè)置有導(dǎo)輪組c和導(dǎo)輪組d，導(dǎo)輪組c和導(dǎo)輪組d的軸線均水平設(shè)置，繩索a和繩索b分別從導(dǎo)輪組c和導(dǎo)輪組d繞過后固定連接在肘部驅(qū)動圓盤上。
[0012]優(yōu)選地，所述腕部組件包括第一限位機構(gòu)，所述第一限位機構(gòu)限制弧形導(dǎo)軌配件的運動范圍在0?40°。
[0013]優(yōu)選地，所述肩部連接座上安裝有用于檢測肩部驅(qū)動圓盤轉(zhuǎn)過的角度的角度傳感器。
[0014]優(yōu)選地，肩部擺動架包括肩部連接板、調(diào)節(jié)蓋板、肩肘連接板和肩部連接架，肩部連接板固定連接在肩部轉(zhuǎn)軸上，調(diào)節(jié)蓋板固定連接在肩部連接板上，所述肩肘連接板上豎直設(shè)置有長條孔，有第一螺栓裝置從長條孔內(nèi)穿過肩肘連接板和肩部連接板，從而將肩肘連接板和肩部連接板固定連接在一起。
[0015]優(yōu)選地，所述肩部定圓盤包括肩部圓盤a和肩部圓盤b，所述肩部圓盤a上設(shè)置有第一弧形孔，有第二螺栓裝置從第一弧形孔內(nèi)穿過肩部圓盤a和肩部圓盤b，從而將肩部圓盤a和肩部圓盤b固定連接在一起。
[0016]優(yōu)選地，所述肩部驅(qū)動圓盤上固定安裝有配重圓盤，該配重圓盤通過繩索e連接有配重塊，以用于減小電機的輸出力矩。
[0017]優(yōu)選地，所述肩部組件包括第二限位機構(gòu)，第二限位機構(gòu)限制肩部驅(qū)動圓盤的轉(zhuǎn)動范圍在0?135°。
[0018]總體而言，本方案所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比較，通過本實用新型所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，該訓(xùn)練裝置成功實現(xiàn)了耦合驅(qū)動，運動連貫自如，靈活巧妙，能夠取得下列有益效果:
[0019]1)本實用新型可以實現(xiàn)肩肘關(guān)節(jié)的耦合運動，在降低造價、節(jié)約能量、增強系統(tǒng)靈活度、減輕重量等方面都具有極大的優(yōu)越性，同時其安全系數(shù)高、結(jié)構(gòu)緊湊、便于穿戴、可實現(xiàn)主被動協(xié)調(diào)運動、具有人體工程學(xué)特點，工作空間與人的肢體自然活動空間一致，突破了傳統(tǒng)的聯(lián)接方式，實現(xiàn)了耦合驅(qū)動，使各機構(gòu)更具關(guān)聯(lián)性，減輕了控制系統(tǒng)的負擔，可在各類復(fù)雜訓(xùn)練模式下對肩部進行主被動協(xié)調(diào)訓(xùn)練。
[0020]2)本實用新型通過對各機構(gòu)的巧妙設(shè)計，具有穿戴舒適性、運動柔順性以及訓(xùn)練安全性的特點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1?圖2是本實用新型不同視角下的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3是本實用新型中肩部組件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4是本實用新型中肘部組件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖5是本實用新型中腕部組件的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0025]為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。此外，下面所描述的本實用新型各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0026]如圖1?圖5所示，為本實用新型裝置的初始狀態(tài)。一種基于耦合驅(qū)動的肩肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置，包括肩部組件100、連接在肩部組件100上的肘部組件200和連接在肘部組件200上的腕部組件300，肩部組件100包括肩部連接座101，肩部連接座101上通過軸承安裝有肩部轉(zhuǎn)軸102，肩部轉(zhuǎn)軸102上固定安裝有肩部驅(qū)動圓盤103和肩部擺動架104，所述肩部驅(qū)動圓盤103由電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，所述肘部組件200安裝在肩部擺動架104上，肘部組件200包括固定連接在肩部擺動架104上的肘部連接座214、固定安裝在肘部連接座214上的肘部轉(zhuǎn)軸202、通過軸承安裝在肘部轉(zhuǎn)軸202上的肘部驅(qū)動圓盤201和固定安裝在肘部驅(qū)動圓盤201上的肘部擺動架203，肘部連接座214位于肩部擺動架104的下方，肩部連接座101上固定安裝有肩部定圓盤105，肩部定圓盤105與肘部驅(qū)動圓盤201通過繩索a400和繩索b401連接，肩部驅(qū)動圓盤103的轉(zhuǎn)動帶動肩部擺動架104和肘部連接座214擺動，使得繩索a400松馳而繩索b401張緊，繩索a400和繩索b401對拉從而使繩索b401拉動肘部驅(qū)動圓盤201實現(xiàn)肘部驅(qū)動圓盤201與肩部驅(qū)動圓盤103轉(zhuǎn)向相同的自轉(zhuǎn)。
[0027]所述肘部驅(qū)動圓盤201上固定安裝肘部擺動架203，肘部擺動架203通過軸承安裝在肘部轉(zhuǎn)軸202上，所述腕部組件300安裝在肘部擺動架203上，肘部連接座214上固定安裝有肘部定圓盤204，所述腕部組件300包括安裝在肘部擺動架203上的弧形導(dǎo)軌滑塊302，以及可相對弧形導(dǎo)軌滑塊302運動的弧形導(dǎo)軌303和固連在其上的弧形導(dǎo)軌連接件304及弧形導(dǎo)軌配件301，肘部擺動架上安裝有導(dǎo)輪組a500、導(dǎo)輪組b501，導(dǎo)輪組a500和導(dǎo)輪組b501均設(shè)置兩個以上，導(dǎo)輪組a500的軸線水平設(shè)置，導(dǎo)輪組b501的軸線豎直設(shè)置，所述肘部定圓盤204通過繩索c403和繩索d404與弧形導(dǎo)軌配件301相連接，弧形導(dǎo)軌配件301的中心軸線豎直設(shè)置，繩索c403從一側(cè)的導(dǎo)輪組a500和導(dǎo)輪組b501繞過后連接在弧形導(dǎo)軌配件301的一端，繩索d404從另一側(cè)的導(dǎo)輪組a500和導(dǎo)輪組b501繞過后連接在弧形導(dǎo)軌配件301的另一端，肘部驅(qū)動圓盤201的轉(zhuǎn)動帶動肘部擺動架203擺動，使得繩索c403松馳而繩索d404張緊，繩索c403和繩索d404對拉從而使繩索d404拉動弧形導(dǎo)軌配件301繞其豎直中心軸線轉(zhuǎn)動。
[0028]優(yōu)選地，所述肘部擺動架203上安裝有弧形導(dǎo)軌滑塊302，所述弧形導(dǎo)軌滑塊302上安裝有弧形導(dǎo)軌303，所述弧形導(dǎo)軌303通過弧形導(dǎo)軌連接件304與弧形導(dǎo)軌配件301固定連接。
[0029]所述肩部組件100主要包括肩部驅(qū)動圓盤103、配重圓盤113、繩索導(dǎo)套a600、繩索導(dǎo)套b601、繩索導(dǎo)套c602、肩部連接座101、肩部轉(zhuǎn)軸102、角度傳感器支架118、角度傳感器107、調(diào)節(jié)螺釘、肩部擺動架104、導(dǎo)輪組c503、導(dǎo)輪組d504 ;其中肩部連接座101包括肩部連接塊al 16、肩部連接塊b 117、肩部連接板121、調(diào)節(jié)蓋板120，肩部定圓盤105包括肩部圓盤al05、肩部圓盤bl05，肩部擺動架104包括肩肘連接板108、肩部輔助板115、肩部連接架114、肩部連接板121。
[0030]肘部組件200主要包括肘部連接座214、肘部擺動架203、肘部圓盤c211、肘部圓盤d212、導(dǎo)輪組a500、導(dǎo)輪組b501，其中肘部擺動架203包括肘部連接板206、肘部支架213、肘腕連接座205，肘部驅(qū)動圓盤201包括肘部圓盤a208、肘部圓盤b207，肘部連接座214包括肘部支撐板a209和肘部支撐板b210。
[0031]腕部組件300包括弧形導(dǎo)軌配件301、弧形導(dǎo)軌滑塊302、弧形導(dǎo)軌303、弧形導(dǎo)軌連接件304。
[0032]參照圖1，肩部驅(qū)動圓盤103通過外部兩條繩索的對拉作用，被電機所驅(qū)動，由初始狀態(tài)逆時針轉(zhuǎn)動，本實用新型中所有提到的逆時針轉(zhuǎn)動或擺動均是指訓(xùn)練裝置在圖1所示的視角下其上零件轉(zhuǎn)動方向。肩部轉(zhuǎn)軸102與肩部驅(qū)動圓盤103固聯(lián)，因此肩部轉(zhuǎn)軸102隨肩部驅(qū)動圓盤103 —起逆時針轉(zhuǎn)動，其中肩部輔助板115、肩部連接板121均與肩部轉(zhuǎn)軸102固聯(lián)，因此肩部擺動架104和肘部連接座214隨之繞肩部轉(zhuǎn)軸102軸線逆時針擺動，從而帶動整個肘部組件200和腕部組件300繞肩部轉(zhuǎn)軸102軸線做逆時針擺動。
[0033]在肩部驅(qū)動圓盤103轉(zhuǎn)動的同時，肩部連接座101的肩部連接塊all6、肩部連接塊bll7是固定不動的，使得固定在其上的肩部圓盤allO和肩部圓盤bill也是固定不動的，即肩部圓盤allO和肩部圓盤bill不進行自轉(zhuǎn)，其中繩索a400通過繩索卡塊700固定在肩部圓盤allO和肘部圓盤a208上，繩索b401通過繩索卡塊700固定在肩部圓盤bill和肘部圓盤b207上，由于肘部圓盤a208和肘部圓盤b207均隨著肩部擺動架104和肘部連接座214繞著肩部轉(zhuǎn)軸102做逆時針擺動，同時肩部圓盤allO、肩部圓盤bill是相對固定不動的，因此繩索a400放松，繩索b401張緊，通過繩索a400和繩索b401的對拉作用，使得繩索b401拉動肘部圓盤a208和肘部圓盤b207相對于自身軸線做逆時針自轉(zhuǎn)，這樣就實現(xiàn)了第一個耦合運動。肘部圓盤a208和肘部圓盤b207是同步轉(zhuǎn)動的。
[0034]肘部連接板206與肘部圓盤a208固聯(lián)，因此肘部連接板206隨之繞肘部轉(zhuǎn)軸202的做逆時針轉(zhuǎn)動，從而帶動肘部支架213以及整個腕部組件300繞逆時針轉(zhuǎn)動。肘部驅(qū)動圓盤201在轉(zhuǎn)動時能帶動肘部擺動架203擺動，即肘部擺動架203與肘部連接座214具有相對轉(zhuǎn)動。
[0035]在肘部擺動架203相對肘部連接座214轉(zhuǎn)動時，繩索c403的一端通過繩索卡塊700固定在肘部圓盤c211上，另一端通過繩索卡塊700固定在弧形導(dǎo)軌配件301的一端的極限位置，繩索d404 —端通過繩索卡塊700固定在肘部圓盤d212上，另一端通過繩索卡塊700固定在弧形導(dǎo)軌配件301的另一端的極限位置，由于弧形導(dǎo)軌配件301整體繞豎直軸線做逆時針轉(zhuǎn)動，同時肘部圓盤c211、肘部圓盤d212在肘部擺動架203擺動時不發(fā)生自轉(zhuǎn)，因此繩索c403放松，繩索d404張緊，產(chǎn)生的對拉作用使繩索d404拉動弧形導(dǎo)軌配件301，使弧形導(dǎo)軌配件301相對于豎直軸線做逆時針轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)第二個耦合運動，該運動可實現(xiàn)腕關(guān)節(jié)環(huán)轉(zhuǎn)運動，帶動手掌部分轉(zhuǎn)動。
[0036]所述腕部組件300包括第一限位機構(gòu)，所述第一限位機構(gòu)限制弧形導(dǎo)軌配件301的運動范圍在0?40°。作為一種選擇，第一限位機構(gòu)為設(shè)置在弧形導(dǎo)軌配件301上的繩索卡塊700上的凸臺，該凸臺與導(dǎo)輪組b501接觸，即弧形導(dǎo)軌配件301受到阻礙，從而實現(xiàn)機械限位；作為另一種選擇，第一限位機構(gòu)也可以為設(shè)置在弧形導(dǎo)軌配件301的端部限位螺釘，利用限位螺釘?shù)耐怀霾糠峙c肘腕連接座205的接觸，阻礙弧形導(dǎo)軌配件301的運動，從而對弧形導(dǎo)軌配件301實現(xiàn)機械限位。此外，常用的一些凸臺與凸臺之間配合限位的結(jié)構(gòu)也適用于第一限位機構(gòu)。
[0037]所述肩部組件100包括第二限位機構(gòu)，第二限位機構(gòu)限制肩部驅(qū)動圓盤103的轉(zhuǎn)動范圍在0?135°。作為一種選擇，第二限位機構(gòu)的結(jié)構(gòu)為設(shè)置在肩部驅(qū)動圓盤103的某處的限位螺釘，利用限位螺釘?shù)耐怀霾糠峙c肩部連接塊all6的接觸使得肩部驅(qū)動圓盤103的運動受阻，從而實現(xiàn)機械限位；作為另一種選擇，也可以為在肩部驅(qū)動圓盤103上的某處加工一個凸臺，同時在肩部連接塊all6的對應(yīng)位置加工一個和凸臺想契合的弧形凹槽，凸臺伸入弧形凹槽內(nèi)，凸臺的行程受到弧形凹槽的限制，從而實現(xiàn)機械限位。此外，常用的一些凸臺與凸臺之間配合限位的結(jié)構(gòu)也適用于第二限位機構(gòu)。
[0038]在肩部驅(qū)動圓盤103上設(shè)計了機械限位，使其運動范圍控制在0?135°，通過耦合驅(qū)動，運動傳遞到肘部圓盤a208、肘部圓盤b207上，其運動范圍也控制在0?135°，通過第二個耦合驅(qū)動，運動傳遞到弧形導(dǎo)軌303，弧形導(dǎo)軌303的運動范圍控制在0?40°。
[0039]本實用新型裝置具有能夠適應(yīng)不同患者的患肢尺寸的特點，主要是肩部擺動架104的長度可調(diào)整。肩部擺動架104包括肩部連接板121、調(diào)節(jié)蓋板120、肩肘連接板108和肩部連接架114，肩部連接板121固定連接在肩部轉(zhuǎn)軸102上，調(diào)節(jié)蓋板120固定連接在肩部連接板121上，所述肩肘連接板108上豎直設(shè)置有長條孔，有第一螺栓裝置109從長條孔內(nèi)穿過肩肘連接板108和肩部連接板121，從而將肩肘連接板108和肩部連接板121固定連接在一起。第一螺栓裝置109采用調(diào)節(jié)螺釘，通過調(diào)節(jié)肩部組件100上的調(diào)節(jié)螺釘，即可調(diào)節(jié)肩部組件100的長度。
[0040]所述肩部轉(zhuǎn)軸102上固定安裝有配重圓盤113，該配重圓盤113通過繩索e402連接有配重塊，以用于減小電機的輸出力矩。配重圓盤113和肩部驅(qū)動圓盤103固聯(lián)，同時配重圓盤113通過繩索與機箱中的配重聯(lián)接，用來平衡機械臂的自重，減少電機的輸出力矩，其意義在于當外部負載比較大時，能充分發(fā)揮電機的動力。
[0041]總體而言，該裝置成功實現(xiàn)了耦合驅(qū)動，由一個電機，控制了三個自由度的運動，且運動連貫自如，靈活巧妙。本方案所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比較，可以實現(xiàn)肩肘關(guān)節(jié)的耦合運動，在降低造價、節(jié)約能量、增強系統(tǒng)靈活度、減輕重量等方面都具有極大的優(yōu)越性，同時其安全系數(shù)高、結(jié)構(gòu)緊湊、便于穿戴、可實現(xiàn)主被動協(xié)調(diào)運動、具有人體工程學(xué)特點，工作空間與人的肢體自然活動空間一致，能適應(yīng)不同患者的患肢尺寸，且突破了傳統(tǒng)的聯(lián)接方式，實現(xiàn)了耦合驅(qū)動，使各機構(gòu)更具關(guān)聯(lián)性，減輕了控制系統(tǒng)的負擔，可在各類復(fù)雜訓(xùn)練模式下對肩部進行主被動協(xié)調(diào)訓(xùn)練。
[0042]本實用新型由安置在機箱中的電機提供驅(qū)動力，電機依靠繩索類柔性機構(gòu)將動力傳遞至肩部組件100，通過第一個耦合運動，動力被傳遞到肘部組件200，接下來通過第二個耦合運動，動力被傳遞到腕部組件300，第二個耦合運動僅涉及腕關(guān)節(jié)的環(huán)轉(zhuǎn)運動，這里歸到肩肘運動中去描述。一組動作下來，便實現(xiàn)了一個電機驅(qū)動三個自由度的運動。此三個自由度的運動分別為:肩部驅(qū)動圓盤103的旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)整個肩膀的抬升；肘部擺動架203的擺動，實現(xiàn)小胳膊的擺動；弧形導(dǎo)軌配件301繞豎直軸線的旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)手腕的環(huán)轉(zhuǎn)。
[0043]下面將就各個組件的結(jié)構(gòu)和功能分別給出具體說明。
[0044]繩索從機箱中導(dǎo)出，穿過繩索導(dǎo)套a600和繩索導(dǎo)套b601，繩索被引導(dǎo)至肩部驅(qū)動圓盤103處，通過繩索卡塊700固定在肩部驅(qū)動圓盤103上。機箱中的電機通過驅(qū)動繩索，繩索的對拉作用，使得肩部驅(qū)動圓盤103由初始位置相對于其中心軸線做逆時針轉(zhuǎn)動。
[0045]在肩部驅(qū)動圓盤103轉(zhuǎn)動的同時，肩部連接塊all6和肩部連接塊bll7的空間位置不發(fā)生變化，即二者可看成是固定不動的機架，肩部圓盤bill固定在肩部連接塊all6上，又因為在本訓(xùn)練裝置的使用過程，肩部圓盤allO與肩部圓盤bill固聯(lián)，因此肩部圓盤allO和肩部圓盤bill固定不動。配重圓盤113與肩部驅(qū)動圓盤103固聯(lián)，因此隨其繞中心軸線逆時針轉(zhuǎn)動，其中固定在配重圓盤113上的繩索穿過繩索導(dǎo)套c602與機箱中的配重聯(lián)接，用來平衡機械臂的自重，減少電機的輸出力矩，當外部負載比較大時，能充分發(fā)揮電機的動力。
[0046]肩部轉(zhuǎn)軸102與肩部驅(qū)動圓盤103固聯(lián)，同時通過軸承固定在肩部連接塊all6和肩部連接塊bll7上，可相對二者轉(zhuǎn)動，因此肩部轉(zhuǎn)軸102可隨肩部驅(qū)動圓盤103 —起繞中心軸線做逆時針轉(zhuǎn)動，其中肩部輔助板115與肩部轉(zhuǎn)軸102固聯(lián)，因此隨之繞肩部驅(qū)動圓盤103的中心軸線做逆時針轉(zhuǎn)動。
[0047]角度傳感器107通過角度傳感器支架118固定在肩部連接塊bll7上，并且通過聯(lián)軸器119與肩部轉(zhuǎn)軸102聯(lián)接，起到實時監(jiān)測肩部驅(qū)動圓盤103轉(zhuǎn)過的角度的作用。
[0048]肩部連接板121、調(diào)節(jié)蓋板120、調(diào)節(jié)螺釘、肩肘連接板108構(gòu)成了一個長度可調(diào)機構(gòu)。通過松開調(diào)節(jié)螺釘，將肩肘連接板108上下移動至合適的長度位置，再擰緊調(diào)節(jié)螺釘，即可完成機構(gòu)長度的調(diào)節(jié)，使本裝置具有能適應(yīng)不同患者的患肢尺寸的特點。其中肩部連接板121與肩部輔助板115、肩部轉(zhuǎn)軸102均固聯(lián)，因此隨之繞肩部驅(qū)動圓盤103的中心軸線做逆時針轉(zhuǎn)動，即此時肩部擺動架104和肘部連接座214逆時針擺動，使得帶動整個肘部組件200繞肩部驅(qū)動圓盤103的中心軸線做逆時針轉(zhuǎn)動。
[0049]肩部連接架114固定在肩肘連接板108上，所述肩部擺動架104上設(shè)置有導(dǎo)輪組c503和導(dǎo)輪組d504，導(dǎo)輪組c503和導(dǎo)輪組d504的軸線均水平設(shè)置，繩索a400和繩索b401分別從導(dǎo)輪組c503和導(dǎo)輪組d504繞過后固定連接在肘部驅(qū)動圓盤201上。導(dǎo)輪組c503和導(dǎo)輪組d504分別固定在肩部連接架114的兩側(cè)，起到變換繩索a400和繩索b401空間走向的作用。
[0050]單獨從肘部組件200來看，肘部圓盤a208通過軸承安裝在肘部轉(zhuǎn)軸202上，因此肘部圓盤a208可繞其中心軸線發(fā)生自轉(zhuǎn)，又因為在訓(xùn)練裝置的使用過程中，肘部圓盤b207與肘部圓盤a208固聯(lián)，因此肘部圓盤a208和肘部圓盤b207可同步一起繞其中心軸線相對轉(zhuǎn)動。
[0051]弧形導(dǎo)軌滑塊302固定在肘腕連接座205上，其中弧形導(dǎo)軌303和弧形導(dǎo)軌滑塊302配合使用，在裝置的使用過程中，弧形導(dǎo)軌303可相對滑塊，繞軌道中心軸滑動，由于弧形導(dǎo)軌303的滑動是用于實現(xiàn)腕關(guān)節(jié)的環(huán)轉(zhuǎn)運動，又因為軌道的半徑有專門的行業(yè)標準，無法與實際人體手腕環(huán)轉(zhuǎn)運動的半徑相符合，因此本實用新型設(shè)計了一個弧形導(dǎo)軌配件301，其形狀與弧形導(dǎo)軌303相似，該弧形導(dǎo)軌配件301的半徑嚴格符合經(jīng)實驗和統(tǒng)計所得到的實際人體手腕環(huán)轉(zhuǎn)運動的半徑，以實現(xiàn)人體手腕的環(huán)轉(zhuǎn)運動。又因為弧形導(dǎo)軌連接件304固定在弧形導(dǎo)軌303上，同時弧形導(dǎo)軌配件301與弧形導(dǎo)軌連接件304固聯(lián)，因此二者可隨弧形導(dǎo)軌303 —起繞軌道的中心軸線轉(zhuǎn)動，又因為繩索是連接在弧形導(dǎo)軌配件301上的，因此最終實現(xiàn)的環(huán)轉(zhuǎn)半徑是弧形導(dǎo)軌配件301的半徑，這樣便巧妙實現(xiàn)了機構(gòu)回轉(zhuǎn)半徑的傳遞。
[0052]所述肩部定圓盤105包括肩部圓盤allO和肩部圓盤bill，所述肩部圓盤allO上設(shè)置有第一弧形孔106，有第二螺栓裝置112從第一弧形孔106內(nèi)穿過肩部圓盤allO和肩部圓盤bill，從而將肩部圓盤allO和肩部圓盤bill固定連接在一起。第二螺栓裝置112為螺釘，肩部圓盤allO和肩部圓盤bill之間通過螺釘擰緊來固定，在螺釘連接處設(shè)計了第一弧形孔106，使得肩部圓盤allO和肩部圓盤bill之間的相對位置能進行調(diào)節(jié)，同樣的設(shè)計也用于肘部圓盤a208和肘部圓盤b207，使得肘部圓盤a208和肘部圓盤b207之間也可發(fā)生相對運動，裝置使用了一段時間后，繩索a400、繩索b401可能會變松，此時通過調(diào)節(jié)肩部圓盤allO、肩部圓盤bill，以及肘部圓盤a208、肘部圓盤b207兩兩之間的相對位置，可以使繩索重新恢復(fù)張緊的狀態(tài)，保證第一個耦合運動可以順利進行。肘部圓盤d212和肘部支撐板b210通過螺釘擰緊來固定，在螺釘連接處設(shè)計了第二弧形孔，因此通過調(diào)節(jié)肘部圓盤d212、肘部連接板206以及肘部圓盤d212、肘部圓盤c211兩兩之間的相對位置，可以使變松的繩索c403、繩索d404重新恢復(fù)張緊狀態(tài)，保證第二個耦合運動得以順利進行。
[0053]正如上文中所提，本訓(xùn)練裝置在使用過程中，需保證螺釘處于擰緊狀態(tài)，此時肩部圓盤allO與肩部圓盤bill固聯(lián)不進行自轉(zhuǎn)，肩部驅(qū)動圓盤allO與肩部圓盤bill固聯(lián)以實現(xiàn)同步轉(zhuǎn)動；肘部圓盤a208與肘部圓盤b207固聯(lián)以實現(xiàn)同步轉(zhuǎn)動；肘部圓盤d212和肘部支撐板b210固聯(lián)，肘部圓盤c211和肘部圓盤d212固聯(lián)，肘部圓盤c211和肘部圓盤d212不能自轉(zhuǎn)。
[0054]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于耦合驅(qū)動的肩肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置，包括肩部組件(100)、連接在肩部組件(100)上的肘部組件(200)和連接在肘部組件(200)上的腕部組件(300)，其特征在于:肩部組件(100)包括肩部連接座(101)，肩部連接座(101)上通過軸承安裝有肩部轉(zhuǎn)軸(102)，肩部轉(zhuǎn)軸(102)上固定安裝有肩部驅(qū)動圓盤(103)和肩部擺動架(104)，所述肩部驅(qū)動圓盤(103)由電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，所述肘部組件(200)安裝在肩部擺動架(104)上，肘部組件(200)包括固定連接在肩部擺動架(104)上的肘部連接座(214)、固定安裝在肘部連接座(214)上的肘部轉(zhuǎn)軸(202)和通過軸承安裝在肘部轉(zhuǎn)軸(202)上的肘部驅(qū)動圓盤(201)，肘部連接座(214)位于肩部擺動架(104)的下方，肩部連接座(101)上固定安裝有肩部定圓盤(105)，肩部定圓盤(105)與肘部驅(qū)動圓盤(201)通過繩索a(400)和繩索b (401)連接，肩部驅(qū)動圓盤(103)的轉(zhuǎn)動帶動肩部擺動架(104)和肘部連接座(214)擺動，使得繩索a(400)松馳而繩索b(401)張緊，繩索a(400)和繩索b(401)對拉從而使肘部驅(qū)動圓盤(201)實現(xiàn)肘部驅(qū)動圓盤(201)與肩部驅(qū)動圓盤(103)轉(zhuǎn)向相同的自轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于耦合驅(qū)動的肩肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置，其特征在于:所述肘部驅(qū)動圓盤(201)上固定安裝有肘部擺動架(203)，肘部擺動架(203)通過軸承安裝在肘部轉(zhuǎn)軸(202)上，所述腕部組件(300)安裝在肘部擺動架(203)上，肘部連接座(214)上固定安裝有肘部定圓盤(204)，所述腕部組件(300)包括安裝在肘部擺動架(203)上的弧形導(dǎo)軌滑塊(302)，以及可相對弧形導(dǎo)軌滑塊(302)運動的弧形導(dǎo)軌(303)和固連在其上的弧形導(dǎo)軌連接件(304)及弧形導(dǎo)軌配件(301)，肘部擺動架(203)上安裝有導(dǎo)輪組a (500)和導(dǎo)輪組b (501)，導(dǎo)輪組a (500)和導(dǎo)輪組b(501)均設(shè)置兩個以上，導(dǎo)輪組a (500)的軸線水平設(shè)置，導(dǎo)輪組b (501)的軸線豎直設(shè)置，所述肘部定圓盤(204)通過繩索c(403)和繩索d(404)與弧形導(dǎo)軌配件(301)相連接，弧形導(dǎo)軌配件(301)的中心軸線豎直設(shè)置，繩索c (403)從一側(cè)的導(dǎo)輪組a(500)和導(dǎo)輪組b(501)繞過后連接在弧形導(dǎo)軌配件(301)的一端，繩索d(404)從另一側(cè)的導(dǎo)輪組a(500)和導(dǎo)輪組b(501)繞過后連接在弧形導(dǎo)軌配件(301)的另一端，肘部驅(qū)動圓盤(201)的轉(zhuǎn)動帶動肘部擺動架(203)擺動，使得繩索c(403)松馳而繩索d (404)張緊，繩索c (403)和繩索d (404)對拉從而使弧形導(dǎo)軌配件(301)繞其豎直中心軸線轉(zhuǎn)動。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于耦合驅(qū)動的肩肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置，其特征在于:所述肘部擺動架(203)上安裝有弧形導(dǎo)軌滑塊(302)，所述弧形導(dǎo)軌滑塊(302)上安裝有弧形導(dǎo)軌(303)，所述弧形導(dǎo)軌(303)通過弧形導(dǎo)軌連接件(304)與弧形導(dǎo)軌配件(301)固定連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于耦合驅(qū)動的肩肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置，其特征在于:所述肩部擺動架(104)上設(shè)置有導(dǎo)輪組c(503)和導(dǎo)輪組d(504)，導(dǎo)輪組c(503)和導(dǎo)輪組d(504)的軸線均水平設(shè)置，繩索a(400)和繩索b(401)分別從導(dǎo)輪組c(503)和導(dǎo)輪組d(504)繞過后固定連接在肘部驅(qū)動圓盤(201)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于耦合驅(qū)動的肩肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置，其特征在于:所述腕部組件(300)包括第一限位機構(gòu)，所述第一限位機構(gòu)限制弧形導(dǎo)軌配件(301)的運動范圍在O?40°。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于耦合驅(qū)動的肩肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置，其特征在于:所述肩部連接座(101)上安裝有用于檢測肩部驅(qū)動圓盤(103)轉(zhuǎn)過的角度的角度傳感器(107)ο
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于耦合驅(qū)動的肩肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置，其特征在于:肩部擺動架(104)包括肩部連接板(121)、調(diào)節(jié)蓋板(120)、肩肘連接板(108)和肩部連接架(114)，肩部連接板(121)固定連接在肩部轉(zhuǎn)軸(102)上，調(diào)節(jié)蓋板(120)固定連接在肩部連接板(121)上，所述肩肘連接板(108)上豎直設(shè)置有長條孔，有第一螺栓裝置(109)從長條孔內(nèi)穿過肩肘連接板(108)和肩部連接板(121)，從而將肩肘連接板(108)和肩部連接板(121)固定連接在一起。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于耦合驅(qū)動的肩肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置，其特征在于:所述肩部定圓盤(105)包括肩部圓盤a(110)和肩部圓盤b(lll)，所述肩部圓盤a(110)上設(shè)置有第一弧形孔(106)，有第二螺栓裝置(112)從第一弧形孔(106)內(nèi)穿過肩部圓盤a(110)和肩部圓盤b(lll)，從而將肩部圓盤a(110)和肩部圓盤b(lll)固定連接在一起。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于耦合驅(qū)動的肩肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置，其特征在于:所述肩部驅(qū)動圓盤(103)上固定安裝有配重圓盤(113)，該配重圓盤(113)通過繩索e(402)連接有配重塊，以用于減小電機的輸出力矩。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于耦合驅(qū)動的肩肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置，其特征在于:所述肩部組件(100)包括第二限位機構(gòu)，第二限位機構(gòu)限制肩部驅(qū)動圓盤(103)的轉(zhuǎn)動范圍在O?135°。
【文檔編號】A61H1/00GK204181849SQ201420613810
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月22日
【發(fā)明者】熊蔡華, 王婷, 柳鍇, 陳文斌 申請人:華中科技大學(xué)