CN104546379B - 四肢康复训练器 - Google Patents

Abstract

本发明所提供的四肢康复训练器，包括支架、固接于其上的驱动机构和与驱动机构连接的肢体固定装置，驱动机构为并联机构。支架起到了支撑驱动机构和肢体固定装置的作用，肢体固定装置用于固定人的手臂或腿，其受到驱动装置的驱动，带动手臂或腿运动，其采用了并联式的机构。并联机构可以定义为动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，该机构具有两个或两个以上自由度，且是以并联方式驱动的一种闭环机构。由于采用了这种结构，两个运动链相互独立，显著地提高了康复训练设备的调节精度、减少了累积误差。

Description

四肢康复训练器

技术领域

本发明涉及康复训练设备技术领域，更具体地说，涉及一种四肢康复训练器。

背景技术

当今社会中，脑中风是严重威胁中老年人身体健康的疾病，发病率有逐年上升的趋势。这种疾病引发了患者肢体运动功能的丧失及相关并发症。尤其是上肢运动功能的丧失，极大地影响了患者日常生活的能力。

机器人技术的发展及其临床康复医学的结合为康复机器人研究提供了一个很好的契机。利用机器人及其相关技术对训练过程进行客观的监测与评价，提高偏瘫康复训练的针对性和科学性，同时使治疗师从繁重的体力劳动种解脱出来，为患者制定更好的康复方案，进一步提高康复的效率。

针对目前国内外的上肢康复训练器技术，可对上肢康复训练器简单分为手动式上肢康复训练器和电动式上肢康复训练器两种。其中，手动式上肢康复训练器是比较传统的训练方式，其对患者上肢进行康复训练存在的不利问题是：依赖于治疗师对患者一对一的物理治疗，需要大量的人工辅。这样的方法费时费力，并且操作较为困难，也缺乏量化且客观的评价。对患者上肢运动的范围小，功能单一，缺少训练评估，既不利于患者也不利于医院治疗师。

与上述手动式上肢康复训练器相比，电动式上肢康复训练器是当前康复领域发展的趋势，电动式的训练器能实现简单的上肢康复训练自动化、智能化；在现有技术中，国内外电动式上肢康复训练器大多采用对称旋转式训练器和串联外骨骼式训练器；对于对称旋转式上肢训练器，其不利的问题是：上肢运动范围小，运动轨迹简单，不符合人体上肢运动规律，不利于患者恢复正常上肢功能。而对于串联外骨骼式上肢训练器，虽说可以很好的模拟手臂关节运动，但其制造成本高，机构相对复杂，固定患者麻烦，而且大多串联外穿骨骼式上肢训练器处在研究和开发阶段，技术不够成熟。尤其难以解决的问题是，串联式结构有多个驱动部件串联驱动，会积累误差，调节精度较低。

因此，如何提高康复训练设备的调节精度、减少累积误差，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种四肢康复训练器，以实现提高康复训练设备的调节精度、减少累积误差。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种四肢康复训练器，包括：支架；驱动机构，固接于所述支架上；肢体固定装置，与所述驱动机构连接；其特征在于，所述驱动机构为并联机构，所述驱动机构包括：固定架，与所述支架固接；所述固定架包括圆形的中部板和均匀分布于所述中部板的周圈、沿所述中部板径向向外的三个外伸板，所述外伸板的下壁面固接有用于固定电机的电机架；至少两组所述电机，连接于所述固定架上；至少两组传动机构，与至少两组所述电机的转轴分别连接；所述传动机构为连杆机构，所述连杆机构包括上杆和与所述上杆下端铰接的下杆，所述电机的转轴沿所述固定架的外边缘所在的圆周的切向设置，并沿所述上杆上端的径向与所述上杆固接；末端运动件，同时与至少两组所述传动机构的末端连接。

优选地，在上述四肢康复训练器中，所述末端运动件包括圆形的中部运动板和均匀分布于所述中部运动板的周圈、沿所述中部运动板径向向外的三个运动件外伸板，所述下杆为互相平行的两根，二者下端分别与所述运动件外伸板的两侧铰接。

优选地，在上述四肢康复训练器中，所述肢体固定装置的上端设置有竖直的调节杆，所述调节杆侧面带有沿竖向布置的卡槽，所述中部运动板的中部设置有与所述调节杆可上下调节并卡接的卡接孔，所述中部板的中部设置有直径大于所述调节杆直径的通过孔。

优选地，在上述四肢康复训练器中，所述调节杆的下端通过转动连接件连接有用于固定肢体的固定座，所述转动连接件以所述调节杆为轴转动。

优选地，在上述四肢康复训练器中，所述转动连接件的上端设置有三轴传感器。

优选地，在上述四肢康复训练器中，所述固定座包括固接于所述转动连接件下端的半圆形外套筒和通过半圆形滑轨可转动的连接于所述外套筒内的内套筒，所述内套筒的下端设置有固定绑带。

优选地，在上述四肢康复训练器中，所述外套筒的前端转动连接有可左右摆动的把手，所述把手竖向布置，设置于所述内套筒的前端方便手握的位置。

优选地，在上述四肢康复训练器中，所述把手上设置有握力传感器。

本发明所提供的一种四肢康复训练器，包括：支架；驱动机构，固接于支架上；肢体固定装置，与驱动机构连接；驱动机构为并联机构，包括：固定架，与支架固接；至少两组电机，连接于固定架上；至少两组传动机构，与至少两组电机的转轴分别连接；末端运动件，同时与至少两组传动机构的末端连接。支架起到了支撑驱动机构和肢体固定装置的作用，肢体固定装置用于固定人的手臂或腿，其受到驱动装置的驱动，带动手臂或腿运动，其采用了并联式的机构。并联机构可以定义为动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，该机构具有两个或两个以上自由度，且是以并联方式驱动的一种闭环机构。电机是驱动机构的动力部件，启动电机后，其转轴转动，可以带动与其连接的传动机构运动，传动机构将运动传递给末端运动件，从而带动与其连接的肢体固定装置运动。由于采用了这种结构，两个运动链相互独立，显著地提高了康复训练设备的调节精度、减少了累积误差。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的四肢康复训练机的驱动机构示意图；

图2为本发明所提供的四肢康复训练机的肢体固定装置示意图；

图3为本发明所提供的四肢康复训练机的驱动机构与肢体固定装置装配示意图；

图4为本发明所提供的四肢康复训练机的支架示意图；

图5为本发明所提供的四肢康复训练机的结构示意图；

上图中：1为固定架、2为电机、3为连杆机构、31为上杆、32为下杆、4为末端运动件、5为调节杆、6为三轴传感器、7为固定绑带、8为把手、9为支架。

具体实施方式

本发明提供了一种四肢康复训练器，提高了康复训练设备的调节精度、减少累积误差。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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。

图1为本发明所提供的四肢康复训练机的驱动机构示意图；图2为本发明所提供的四肢康复训练机的肢体固定装置示意图；图3为本发明所提供的四肢康复训练机的驱动机构与肢体固定装置装配示意图；图4为本发明所提供的四肢康复训练机的支架示意图；图5为本发明所提供的四肢康复训练机的结构示意图。

本发明提供的四肢康复训练器，包括：支架9；驱动机构，固接于所述支架9上；肢体固定装置，与所述驱动机构连接；所述驱动机构为并联机构，包括：固定架1，与所述支架9固接；至少两组电机2，连接于所述固定架1上；至少两组传动机构，与至少两组所述电机2的转轴分别连接；末端运动件4，同时与至少两组所述传动机构的末端连接。支架9起到了支撑驱动机构和肢体固定装置的作用，肢体固定装置用于固定人的手臂或腿，其受到驱动装置的驱动，带动手臂或腿运动，其采用了并联机构。并联机构可以定义为动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，该机构具有两个或两个以上自由度，且是以并联方式驱动的一种闭环机构。电机2是驱动机构的动力部件，启动电机2后，其转轴转动，可以带动与其连接的传动机构运动，传动机构将运动传递给末端运动件4，从而带动与其连接的肢体固定装置运动。由于采用了这种结构，两个运动链相互独立，显著地提高了康复训练设备的调节精度、减少了累积误差。目前，并联机构被广泛应用于工业领域的工业机器人中，而本发明首次把并联机构应用于医疗康复领域。

在本发明一具体实施例中，固定架1包括圆形的中部板和均匀分布于中部板的周圈、沿其径向向外的三个外伸板，外伸板的下壁面固接有用于固定电机2的电机架。驱动机构采用并联方式，并联的传动机构组数是指至少两组，采用三组并联是比较优选的，可以方便的实现三个平动自由度的移动，但实际情况中也会出现四组、五组或六组并联。本实施例提供了一种优选的固定架1，由于采用了外伸板的形式，其可以良好的对应三组传动机构并联的情况。

在本发明一具体实施例中，所述传动机构为连杆机构3，包括上杆31和与所述上杆31下端铰接的下杆32，所述电机2的转轴沿所述固定架1的外边缘所在的圆周的切向设置,并沿所述上杆31上端的径向与其固接。并联机构的传动机构可以采用连杆式结构、链条式结构或者滑轨式结构。本实施例采用了连杆式结构，并且该结构的连杆分上杆31和下杆32两部分，连接处采用铰接，进一步的提高了连杆的灵活性。转轴与上杆31垂直，转轴转动可以带动上杆31摆动。该电机2可以具体采用伺服电机，也可以采用其他能实现类似功能的设备代替电机2。

在本发明一具体实施例中，末端运动件4包括圆形的中部运动板和均匀分布于中部运动板的周圈、沿其径向向外的三个运动件外伸板，下杆为互相平行的两根，二者下端分别与运动件外伸板的两侧铰接。末端运动件4是带动肢体固定装置运动的部件。其采用类似于固定架1的结构，也是圆形片板周圈设置三个向外伸出的板作为固定端，下杆设置为两根互相平行的杆，间距与运动件外伸板的宽度接近，方便铰接于其两侧。一般的，末端运动件4比固定架1要小一点，这样可以更方便传动机构灵活的运动。

在本发明一具体实施例中，肢体固定装置的上端设置有竖直的调节杆5，其侧面带有沿竖向布置的卡槽，中部运动板的中部设置有与调节杆5可上下调节并卡接的卡接孔，中部板的中部设置有直径大于调节杆5直径的通过孔。通过调节调节杆5的上下运动，使该肢体康复训练机可以适合不同身高的使用者，调节杆5运动时，有时，其上端会触碰固定架1，为了避免这种情况，将固定架1的上端与调节杆5对应的位置设置通过孔，供其通过。在卡接时，一般采用螺钉卡接。

在本发明一具体实施例中，调节杆5的下端通过转动连接件连接有用于固定肢体的固定座，转动连接件以调节杆为轴转动。肢体固定装置与调节杆5之间通过转动连接件连接，实现了手臂左右摆动的自由度。转动连接件一般采用转轴轴承。

在本发明一具体实施例中，转动连接件上端设置有三轴传感器6。手臂固定端在运动过程中的力矩状态，均可通过三轴传感器6检测到，并反馈到训练***中。

在本发明一具体实施例中，固定座包括固接于转动连接件下端的半圆形外套筒和通过半圆形滑轨可转动的连接于外套筒内的内套筒，内套筒的下端设置有固定绑带7。内套筒与外套筒的配合，实现了手臂转动的自由度。

在本发明一具体实施例中，外套筒的前端转动连接有可左右摆动的把手8，把手8竖向布置，设置于内套筒的前端方便手握的位置。手可以方便的握住把手8，并以腕部用力，左右摆动。

在本发明一具体实施例中，把手8上设置有握力传感器。摆动过程中握力数据被握力传感器收集，并反馈到训练***中。

本发明采用三个伺服电机，分别以120度夹角均布在固定架1上，通过三组连杆机构3组成三维并联连杆机构，驱动末端运动件4。在此并联驱动机构中，以固定架1为定平台，以末端运动件4为动平台，通过同时控制三个伺服电机的转动去驱动末端运动件4这个动平台，从而实现对末端运动件4在X、Y、Z方向上移动的控制。肢体固定装置以转动连接件连接其上端的调节杆5，肢体固定装置在运动过程中的力矩状态，均可通过三轴传感器6检测，并反馈到训练***中，同时肢体固定装置末端的把手8上设置有握力传感器，手掌握力也可以被检测，从而精确地得到患者手臂在训练过程中的肌力反应。转动连接件下方的肢体固定装置有三个主动活动自由度，分别对应手肘摆动活动，手臂转动活动和手腕摆动活动；通过固定绑带7把患者的手腕固定在肢体康复训练器的手臂固定端上，用以确保患者训练具有完整的活动自由度；肢体固定装置与末端运动件4通过调节杆5连接；支架9上装有4个万向轮，通过并联式驱动结构与支架9结合，可以有效减少训练器的占地空间，同时方便机器的转移。

本发明通过三个伺服***和三组独立连杆组建一个并联机构驱动的闭环***，结合三轴传感器6，设计出一套拥有六自由度运动的肢体康复训练器；运用运动算法实时模拟人体上肢的运动规律，构建一个可智能反馈的运动的三维空间，通过动平台上的机械手结构固定患者的手臂，可在三维空间内进行任意轨迹运动，或牵引患者的手在这个三维空间进行一系列的康复动作，并能实现手臂在负重或者减重的状态下进行主动训练和被动训练，并提供高质量的评估信息反馈，跟踪患者训练后的康复程度。

本发明有以下优点：1、多自由度运动，可在三维空间内进行任意轨迹运动，末端负载反应速度快；2、通过运动算法实现示教训练功能，只需治疗师控制患者的手臂移动一个动作或者连续动作，本训练器可在接下的一段时间连续进行这个示教动作，本方式大大的提高了医院治疗师的工作效率、节省了治疗师的工作时间；3、只需固定手臂的一道绑带就可以固定病人，实现快速简单固定患者，提升了医院的工作效率；4、具备主动运动训练和被动训练功能，能快速实现智能主被动转换训练；5、内置握力传感器和三轴传感器，实现快速训练反馈和运动评估；6、采用并联机构驱动，无累积误差，精度较高；7、运动部分重量轻，反应速度快；8、具备快速移动功能，方便了患者转移问题。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种四肢康复训练器，包括：

支架(9)；

驱动机构，固接于所述支架(9)上；

肢体固定装置，与所述驱动机构连接；

其特征在于，所述驱动机构为并联机构，所述驱动机构包括：

固定架(1)，与所述支架(9)固接；所述固定架(1)包括圆形的中部板和均匀分布于所述中部板的周圈、沿所述中部板径向向外的三个外伸板，所述外伸板的下壁面固接有用于固定电机(2)的电机架；

至少两组所述电机(2)，连接于所述固定架(1)上；

至少两组传动机构，与至少两组所述电机(2)的转轴分别连接；所述传动机构为连杆机构(3)，所述连杆机构(3)包括上杆(31)和与所述上杆(31)下端铰接的下杆(32)，所述电机(2)的转轴沿所述固定架(1)的外边缘所在的圆周的切向设置，并沿所述上杆(31)上端的径向与所述上杆(31)固接；

末端运动件(4)，同时与至少两组所述传动机构的末端连接。

2.如权利要求1所述的四肢康复训练器，其特征在于，所述末端运动件(4)包括圆形的中部运动板和均匀分布于所述中部运动板的周圈、沿所述中部运动板径向向外的三个运动件外伸板，所述下杆为互相平行的两根，二者下端分别与所述运动件外伸板的两侧铰接。

3.如权利要求2所述的四肢康复训练器，其特征在于，所述肢体固定装置的上端设置有竖直的调节杆(5)，所述调节杆(5)侧面带有沿竖向布置的卡槽，所述中部运动板的中部设置有与所述调节杆(5)可上下调节并卡接的卡接孔，所述中部板的中部设置有直径大于所述调节杆(5)直径的通过孔。

4.如权利要求3所述的四肢康复训练器，其特征在于，所述调节杆(5)的下端通过转动连接件连接有用于固定肢体的固定座，所述转动连接件以所述调节杆为轴转动。

5.如权利要求4所述的四肢康复训练器，其特征在于，所述转动连接件的上端设置有三轴传感器(6)。

6.如权利要求5所述的四肢康复训练器，其特征在于，所述固定座包括固接于所述转动连接件下端的半圆形外套筒和通过半圆形滑轨可转动的连接于所述外套筒内的内套筒，所述内套筒的下端设置有固定绑带(7)。

7.如权利要求6所述的四肢康复训练器，其特征在于，所述外套筒的前端转动连接有可左右摆动的把手(8)，所述把手(8)竖向布置，设置于所述内套筒的前端方便手握的位置。

8.如权利要求7所述的四肢康复训练器，其特征在于，所述把手(8)上设置有握力传感器。