CN102258411B

CN102258411B - 索控式上肢功能训练机械手臂

Info

Publication number: CN102258411B
Application number: CN 201110112069
Authority: CN
Inventors: 喻洪流; 易金花; 简卓; 顾余辉; 赵展
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: Suzhou Haobo Medical Instrument Co., Ltd
Priority date: 2011-05-03
Filing date: 2011-05-03
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2031-05-03
Also published as: CN102258411A

Abstract

本发明涉及一种索控式上肢功能训练机械手臂，肘关节通过肘关节U形器与肩关节连接，肩关节通过肩关节U形器和肩胛器与主杆连接，肘关节U形器中用肘关节轴贯穿连接大臂杆前部，肘关节轴上套接有肘关节滚轮，肘关节滚轮与肘关节U形器固定连接，肩关节U形器内连接肩关节滚轮，并用肩关节轴贯穿连接肩胛器，肩关节轴上固定连接肘关节大导轮，肩胛器内分别设有肩关节上左、右导轮和肩关节下左、右导轮，肩胛器与主杆框通过中间的主杆轴相连，主杆轴上固定连接有主杆滚轮，主杆框后端分别设有四个主杆导轮，主杆框下端设有二个主杆导轮。本发明不仅可以使手臂远离电机，完成电机带动钢丝绳，再由钢丝绳带动各关节的运动，还能方便地转换对左、右手臂的功能康复训练。

Description

索控式上肢功能训练机械手臂

技术领域

本发明涉及一种上肢功能障碍康复训练装置，尤其是一种应用于脑卒中造成的上肢功能障碍康复训练（包括上肢功能神经康复）；也可以应用于脑瘫、外伤、糖尿病等引起的上肢功能障碍康复训练机械手臂。

背景技术

脑卒中幸存患者众多，其中偏瘫、行走能力丧失是最主要的后遗症。脑卒中后大约有85%患者伴有上肢功能缺损，他们中的55-75%患者在发病后3－6个月仍伴有上肢功能障碍，研究脑卒中后上肢功能的恢复问题已成为临床康复领域中最富有挑战性的课题。

目前国内外电动上肢康复臂一般都是把电动机安装在关节处，这样不仅不够美观，还常给患者带来噪音，同时电机造成的手臂体积增大也会给患者带来心里压力，此外，一般的电动上肢康复臂只能进行单臂康复训练，不能让双臂都有功能障碍的患者对手臂分别进行训练，大大降低了产品的应用效率。因而研发一种左右手臂均能使用的、具有轻便新型结构的上肢功能障碍的新型康复训练***，也对提高脑卒中患者上肢功能障碍康复水平、促进上肢康复训练设备的创新与产业发展具有重要意义。

发明内容

本发明为了克服电机放在关节处造成的不便，而提供一种索控式上肢功能训练机械手臂，该机械手臂利用钢丝绳将电动机和手臂连在一起，通过电动机，控制各关节的运动，这样不仅使电机脱离机械手臂，又能保持肘关节和肩关节的运动，使得整个上肢康复机械臂看上去小巧、轻便。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种索控式上肢功能训练机械手臂，包括肘关节，肩关节，主杆，电机，钢丝绳，其特点是：肘关节通过肘关节U形器与肩关节转动连接，肩关节通过肩关节U形器和肩胛器与主杆转动连接；其中，肘关节U形器中用肘关节轴贯穿连接肩关节的大臂杆前部，肘关节轴伸出端上套接有肘关节滚轮，且肘关节滚轮与肘关节U形器固定连接，肩关节U形器内固定连接有肩关节滚轮，并用肩关节轴贯穿连接肩胛器，肩关节轴上固定连接有肘关节大导轮，肩胛器内上下分别设有肩关节上左、右导轮，和肩关节下左、右导轮，肩胛器与主杆框通过中间的主杆轴相连，主杆轴上固定连接有主杆滚轮，主杆框后端分别设有第一至四主杆导轮，主杆框下端设有左，右主杆导轮；一根钢丝绳绕在轴关节滚轮，并从轴关节滚轮引出通过肩关节大导轮连接至肩关节下左、右导轮后导入到肩胛器中的圆孔里，并通过第一，四主杆导轮导到主杆下面与电机相连；一根钢丝绳从肩关节滚轮出来通过肩关节上左、右导轮导入到肩胛器的圆孔里，并由第二，三主杆导轮导到主杆下面与电机相连；主杆滚轮出来的钢丝绳两边直接由左，右主杆导轮导到主杆下面与电机相连。

肘关节包括前臂杆，前臂筒，前臂杆套接在前臂筒内，并通过螺母固定，前臂筒与肘关节U形器通过螺纹固定连接。

肘关节U形器与肘关节轴之间设有一对圆锥滚子轴承，肘关节轴上用圆螺母固定的整个肘关节，肘关节轴下面设有肘关节角度传感器凸台，肘关节U形器与肘关节滚轮之间用两个螺钉固定连接，肘关节滚轮中设有一个推力轴承；肘关节轴和肘关节角度传感器凸台上安装肘关节角度传感器，用于确定肘关节导轮和肘关节轴之间相对运动的角度大小。

肩关节包括大臂杆前部，大臂杆后部，大臂筒，大臂杆前部与大臂杆后部通过螺纹固定连接，大臂杆前部与肘关节轴之间用螺钉固定，大臂杆套接在大臂筒内，并通过螺母固定，大臂筒与肩关节U形器通过螺纹进行连接。

肩关节轴与肩关节滚轮之间通过键连接，肩关节轴与肘关节大导轮之间设有深沟球轴承，肩胛器下面的肩关节轴上用圆螺母固定整个肩关节，肩关节轴上设有肩关节角度传感器凸台，在肩关节轴和肩关节角度传感器凸台上安装肩关节角度传感器，用于确定肩关节轴和肩胛器相对运动的角度大小。

本发明的有益效果是：

本发明把能实现关节运动的地方都设计为滚轮结构，并使滚轮与需要带动的手臂通过键或焊接连接在一起，让电机放在座椅下面，通过钢丝绳带动滚轮运动，以至于控制各关节的运动。运用大量的导轮，使得钢丝绳的走线尽量在臂筒里面，且不出现干扰。大手臂，小手臂的设计采用筒套方式，可以旋转，采用四爪机构和螺母进行筒套的固定。因此，本发明不仅可以使手臂远离电机，完成电机带动钢丝绳，再由钢丝绳带动各关节的运动，还能方便地转换左右手臂的功能康复训练。

附图说明

图1是上肢康复机械臂的立体示意图；

图2是图1的展开平面图；

图3是肘关节的局部放大图；

图4是肩关节的局部放大图；

图5是图4中沿A-A的剖视图；

图6是主杆部分的局部放大图；

图7是图6中B向视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1，2所示，本发明的索控式上肢功能训练机械手臂，包括肘关节31，肩关节32，主杆33，电机，钢丝绳，肘关节U形器4，肩关节U形器12，肩胛器14，主杆框22等。

肘关节31通过肘关节U形器4与肩关节32转动连接，肩关节32通过肩关节U形器12和肩胛器14与主杆33转动连接。

如图3所示，肘关节31包括前臂杆1，螺母2，前臂筒3，前臂杆1与前臂筒3采用套筒形式，可以进行长度的调整，通过螺母2进行固定，前臂杆1可以旋转，进而改变手柄的方向。前臂筒3与肘关节U形器4通过螺纹连接，且用厌氧胶胶合，进行固定。肘关节轴5贯穿肘关节U形器4和肘关节滚轮10，且在肘关节U形器4中加一对圆锥滚子轴承，在肘关节滚轮10中加一个推力轴承，通过肘关节滚轮10的下面用圆螺母对整个肘关节加以固定，肘关节U形器4与肘关节滚轮10之间用两个螺钉进行固定，保证钢丝绳在带动肘关节滚轮10的同时，也能带动前臂的运动，而肘关节轴5保持不动。肘关节角度传感器安装在肘关节轴5和肘关节角度传感器凸台9上，通过肘关节导轮10和肘关节轴5之间的相对运动确定角度大小。

肩关节32包括大臂杆前部6，大臂杆后部7，螺母8，大臂筒11，大臂杆前部6与大臂杆后部7通过螺纹连接，且用厌氧胶胶合，进行固定。大臂杆前部6与肘关节轴5之间用螺钉固定，保证肘关节轴5与前臂之间的运动为相对运动。大臂杆7与大臂筒11采用套筒方式，通过螺母8进行固定，也可以进行长度的调整。

如图4，5所示，大臂筒11与肩关节U形器12通过螺纹进行连接，并通过厌氧胶进行胶合，加强大臂的的强度。肩关节滚轮17与肩关节U形器12之间通过焊接固定在一起，保证钢丝绳带动肩关节滚轮17的同时，也能带动大臂的运动。肩关节轴13贯穿肩胛器14、肩关节U形器12、肩关节滚轮17、肘关节大导轮16，且与肩关节滚轮之间通过键连接，与肘关节大导轮16之间有深沟球轴承，整个肩关节32的活动通过肩胛器14下面的圆螺母进行固定。肩关节角度传感器安装在肩关节轴13和肩关节角度传感器凸台15上，通过肩关节轴13和肩胛器14的相对运动，确定角度的大小。肘关节大导轮16的作用就是把带动肘关节运动的钢丝绳引到肩关节上，从图5可以看到，由肘关节大导轮16导出的两根钢丝线通过肩关节下左、右导轮21，20导入到肩胛器14中的圆孔里，而带动肩关节滚轮17的钢丝绳两边则由肩关节上左、右导轮18，19导入到肩胛器14中的圆孔里，并使四根钢丝绳互不干扰。

如图6，7所示，肩胛器14与主杆框22通过中间的主杆轴30相连，且主杆滚轮23通过键与主杆轴30连接在一起，通过钢丝绳带动主杆滚轮23的运动，从而带动肩胛器14的运动，而从主杆滚轮23下来的钢丝绳两边则由主杆导轮25和24导到主杆的下面与电机相连。最终由肩胛器14的圆孔里导出的四根钢丝绳又通过第一至四主杆导轮26，27，28，29导到下面与电机相连，钢丝绳的连接情况为从轴关节滚轮10出来的钢丝绳二边通过肩关节大导轮16导到肩关节32，再由肩关节下左、右导轮21，20导入到肩胛器14中的圆孔里，最后通过第一，四主杆导轮26、29导到主杆下面与电机相连；从肩关节滚轮17出来的钢丝绳二边通过肩关节上左、右导轮18，19导入到肩胛器14的圆孔里，最终由第二，三主杆导轮27、28导到主杆下面与电机相连；主杆滚轮23出来的钢丝绳两边直接由左，右主杆导轮25，24导到主杆下面与电机相连。

Claims

1.一种索控式上肢功能训练机械手臂，包括肘关节（31），肩关节（32），主杆（33），电机，钢丝绳，其特征在于：所述肘关节（31）通过肘关节U形器（4）与肩关节（32）转动连接，肩关节（32）分别通过肩关节U型器（12）和肩胛器（14），与主杆（33）转动连接；其中，肘关节U形器（4）中用肘关节轴（5）贯穿连接肩关节的大臂杆前部（6），肘关节轴（5）伸出端上套接有肘关节滚轮（10），且肘关节滚轮（10）与肘关节U形器（4）固定连接，肩关节U形器（12）内固定连接有肩关节滚轮（17），并用肩关节轴（13）贯穿连接肩胛器（14），肩关节轴（13）上固定连接有肘关节大导轮（16），肩胛器（14）内上下分别设有肩关节上左、右导轮（18，19）和肩关节下左、右导轮（21，20），肩胛器（14）与主杆框（22）通过中间的主杆轴（30）相连，主杆轴（30）上固定连接有主杆滚轮（23），主杆框（22）后端分别设有第一至四主杆导轮（26，27，28，29），主杆框（22）下端设有左，右主杆导轮（25，24）；一根钢丝绳绕在肘关节滚轮（10），并从肘关节滚轮（10）引出通过肩关节大导轮（16）连接至肩关节下左、右导轮（21，20）后导入到肩胛器（14）中的圆孔里，并通过第一，四主杆导轮（26、29）导到主杆下面与电机相连；一根钢丝绳从肩关节滚轮（17）出来通过肩关节上左、右导轮（18，19）导入到肩胛器（14）的圆孔里，并由第二，三主杆导轮（27、28）导到主杆下面与电机相连；主杆滚轮（23）出来的钢丝绳两边直接由左，右主杆导轮（25，24）导到主杆下面与电机相连。

2.根据权利要求1所述的索控式上肢功能训练机械手臂，其特征在于：所述肘关节（31）包括前臂杆（1），前臂筒（3），前臂杆（1）套接在前臂筒（3）内，并通过螺母（2）固定，前臂筒（3）与肘关节U形器（4）通过螺纹固定连接。

3.根据权利要求1所述的索控式上肢功能训练机械手臂，其特征在于：所述肘关节U形器（4）与肘关节轴（5）之间设有一对圆锥滚子轴承，肘关节轴（5）上用圆螺母固定整个肘关节（31），肘关节轴（5）下面设有肘关节角度传感器凸台（9），肘关节U形器（4）与肘关节滚轮（10）之间用两个螺钉固定连接，肘关节滚轮（10）中设有一个推力轴承；肘关节轴（5）和肘关节角度传感器凸台（9）上安装肘关节角度传感器，用于确定肘关节滚轮（10）和肘关节轴（5）之间相对运动的角度大小。

4.根据权利要求1所述的索控式上肢功能训练机械手臂，其特征在于：所述肩关节包括大臂杆前部（6），大臂杆后部（7），大臂筒（11），大臂杆前部（6）与大臂杆后部（7）通过螺纹固定连接，大臂杆前部（6）与肘关节轴（5）之间用螺钉固定，大臂杆后部（7）套接在大臂筒（11）内，并通过螺母（8）固定，大臂筒（11）与肩关节U形器（12）通过螺纹进行连接。

5.根据权利要求1所述的索控式上肢功能训练机械手臂，其特征在于：所述肩关节轴（13）与肩关节滚轮（17）之间通过键连接，肩关节轴（13）与肘关节大导轮（16）之间设有深沟球轴承，肩胛器（14）下面的肩关节轴（13）上用圆螺母固定整个肩关节（32），肩关节轴（13）上设有肩关节角度传感器凸台（15），在肩关节轴（13）和肩关节角度传感器凸台（15）上安装肩关节角度传感器，用于确定肩关节轴（13）和肩胛器（14）相对运动的角度大小。