CN108186289A - 一种变自由度上肢康复训练器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种变自由度上肢康复训练器，具有主体支架、旋转平台、手臂固定台以及牵引装置，旋转平台的一边通过自锁连杆支架与主体支架进行可转动式连接，手臂固定台安装于旋转平台上，牵引装置吊装于旋转平台的上方；所述旋转平台包括连接块，连接块的长轴方向为X轴，短轴方向为Y轴，长轴方向通过X轴传动机构安装手臂固定台，X轴传动机构以可移动方式垂直安装于Y轴传动机构上。本发明在现有的末端牵引式上肢康复医疗设备的基础上设置了自锁连杆支架，以使平台能够旋转，增加上肢的更多方向上的自由度，实现变自由度多自由度训练，且不影响机构的简洁性；设置了吊环，以作为控制上肢运动范围的辅助设备，且能够根据病人的身高调节高度。
Description
技术领域
本发明涉及一种康复训练器，具体为一种变自由度上肢康复训练器。
背景技术
现有的上肢康复医疗设备在功能实现上一般可分为两大类。一类为外骨骼穿戴式，此类***一般采用穿戴式机械结构，与患肢之间多点接触，由于需要与患肢紧密接触，因此对***安全性要求太高，不易实现，而且其机械结构设计和控制策略都比较复杂，不便于生产也不便于家庭和医院使用，因其关节驱动过多，机械结构自重比较大，惯性较大，也不能根据所需随时改变速度。另一类为末端牵引式，即上肢康复设备的末端牵引机构与患者手臂某一部分相连接，由末端牵引机构运动带动患肢进行康复训练。现有的末端牵引式设备缺点有：只有一个水平平台，所以上肢只能进行一个平面上的运动，能够训练的上肢自由度不多；除平台外，没有其他辅助设备控制上肢运动范围，若牵引过度容易对患者上肢造成二次伤害，同时，如果只用急停按钮来保证安全性，频繁的急停也影响设备的使用寿命。
发明内容
针对现有技术中的末端牵引式康复训练器训练自由度不足、牵引过度容易对患者上肢造成二次伤害、频繁的急停影响设备的使用寿命等不足，本发明要解决的问题是提供一种能够加强上肢的更多方向上的自由度、安全可靠、可实现变自由度多自由度训练的变自由度上肢康复训练器。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明一种变自由度上肢康复训练器，具有主体支架、旋转平台、手臂固定台以及牵引装置，其中，旋转平台的一边通过自锁连杆支架与主体支架进行可转动式连接，手臂固定台安装于旋转平台上，牵引装置吊装于旋转平台的上方。
所述旋转平台包括连接块，连接块的长轴方向为X轴，短轴方向为Y轴，长轴方向通过X轴传动机构安装手臂固定台，X轴传动机构以可移动方式垂直安装于Y轴传动机构上。
所述X轴传动机构包括第一电机、X轴第一齿轮、X轴第二齿轮、X轴同步带以及X轴第一、二光杠，其中X轴同步带为合围成长条环状结构，长条环状结构中间部分穿过手臂固定台，并与手臂固定台内部的齿啮合，长条环状结构两端与X轴第一齿轮、X轴第二齿轮啮合，X轴第一齿轮由第一电机驱动；X轴第一、二光杠平行安装于X轴同步带两侧，手臂固定台通过滑块与X轴第一、二光杠滑动连接。
X轴传动机构还具有连接块，设于X轴同步带下方，连接块具有通孔，通孔中具有与X轴同步带轴向垂直的齿条，该齿条与Y轴传动机构中的Y轴同步带啮合。
Y轴传动机构具有框架、第二电机，框架内安装有Y轴同步带，Y轴同步带穿过X轴传动机构的连接块并与之啮合；Y轴同步带两侧分别平行安装有Y轴第一、二光杠。
所述X轴传动机构包括第一电机、X轴丝杠以及X轴第一、二光杠，其中X轴丝杠通过丝母及与丝母连接的滑块与手臂固定台固连，第一电机的输出轴与X轴丝杠一端轴向连接，X轴丝杠的另一端通轴承转动安装于第一端部固定块上，X轴丝杠安装第一电机的端部设有第二端部固定块，第一端部固定块下部设有可通过Y轴传动机构的Y轴第一光杠的通孔；X轴第一、二光杠安装于第一、二端部固定块之间；第一、二端部固定块之间、X轴丝杠下方设有连接杆，连接杆与Y轴丝母固定连接。
Y轴传动机构具有框架，框架内安装有Y轴丝杠，Y轴丝杠与Y轴丝母啮合；Y轴丝杠两侧分别平行安装Y轴第一、二光杠。
所述牵引装置包括第三电机、第一滑轮、第二滑轮、轮轴、横杆、支杆以及绳，其中支杆竖直设直，第一滑轮安装于支杆上端部，横杆横向安装于支杆上部，横杆端部安装第二滑轮，轮轴安装于支杆底脚位置，轮轴与第三电机输出轴固定连接，绳一端缠绕在轮轴外周，另一端经过第一、二滑轮后下垂，并连接吊环。
横杆为伸缩杆。
所述主体支架采用U型立体框架，包括两个U型平面框架，两个U型平面框架相对平行设置，两个U型平面框架同侧立边通过立板连接，另一侧立边水平延伸，水平延伸部分安装Y轴传动机构的框架。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明在现有的末端牵引式上肢康复医疗设备的基础上设置了自锁连杆支架，以使平台能够旋转，增加上肢的更多方向上的自由度，实现变自由度多自由度训练，且不影响机构的简洁性；设置了吊环，以作为控制上肢运动范围的辅助设备，且能够根据病人的身高调节高度，舒适性好。
2.本发明中运动范围可以覆盖上肢的活动范围，且该专利设计简单、易于控制、可靠性和重复性相对较高，且安装使用方便。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明中的旋转平台旋转到水平方向时的整体结构示意图；
图3为本发明中的Y轴传动机构结构示意图；
图4为本发明中的X轴传动机构结构示意图；
图5为本发明中的自锁连杆支架结构示意图；
图6为本发明中的吊环及其支撑结构示意图；
图7为本发明中的X轴传动机构另一种结构示意图。
其中，1A为X轴第一齿轮，1B为X轴第二齿轮，2第一为电机，3为X轴同步带，4为连接块，5为手臂固定台，6A为X轴第一光杠，6B为X轴第二光杠，7为旋转平台，8为自锁连杆支架，9为主体支架，10为绳，11为支杆，12为吊环，13为第二滑轮，14为第一滑轮，15为横杆，16为轮轴，17为第二电机，18为Y轴同步带，19A为Y轴第一光杠，19B为Y轴第二光杠，20A为Y轴第一齿轮，20B为Y轴第二齿轮，21为X轴丝杠，22为第二电机。23A为第一端部固定块，23B为第二端部固定块，24为连接杆。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。
实施例1
如图1～2所示，本发明变自由度上肢康复训练器，具有主体支架9、旋转平台7、手臂固定台5以及牵引装置，其中，旋转平台7的一边通过自锁连杆支架8(如图5所示)与主体支架9进行可转动式连接，手臂固定台5安装于旋转平台7上，牵引装置吊装于旋转平台7的上方。
如图2所示，旋转平台7包括固定架4，固定架4的短轴方向为X轴，长轴方向为Y轴，短轴方向通过X轴传动机构安装手臂固定台5，X轴传动机构以可移动方式垂直安装于Y轴传动机构上。
如图4所示，所述X轴传动机构包括第一电机2、X轴第一齿轮1A、X轴第二齿轮1B、X轴同步带3以及X轴第一、二光杠6A、6B，其中X轴同步带3为合围成的长条环状结构，长条环状结构中间部分穿过手臂固定台5，并与手臂固定台5孔中内的齿啮合，长条环状结构两端与X轴第一齿轮1A、X轴第二齿轮1B啮合，X轴第一齿轮1A由第一电机驱动2；X轴第一、二光杠6A、6B平行安装于X轴同步带3两侧，手臂固定台5通过滑块与X轴第一、二光杠6A、6B滑动连接。
X轴传动机构还具有连接块4，设于X轴同步带3下方，连接块4具有通孔，通孔中具有与X轴同步带轴向垂直的齿条，该齿条与Y轴传动机构中的Y轴同步带18啮合。
如图3所示，Y轴传动机构具有框架、第二电机22，框架内安装有Y轴同步带18，Y轴同步带穿过X轴传动机构的连接块4并与之啮合；Y轴同步带18侧分别平行安装有Y轴第一、二光杠19A、19B。
如图6所示，牵引装置包括第三电机17、第一滑轮14、第二滑轮13、轮轴16、横杆15、支杆11以及绳10，其中支杆11竖直设置，第一滑轮14安装于支杆11上端部，横杆15横向安装于支杆11上部，横杆15端部安装第二滑轮13，轮轴16安装于支杆11底脚位置，轮轴16与第三电机17输出轴固定连接，绳10一端缠绕在轮轴16外周，另一端经过第一、二滑轮14、13后下垂，并连接吊环12。
本实施例中，横杆15为伸缩杆。
再如图1～2所示，主体支架9采用U型立体框架，包括两个U型平面框架，两个U型平面框架相对平行设置，两个U型平面框架同侧立边通过立板连接，另一侧立边水平延伸，水平延伸部分安装Y轴传动机构的框架。
本发明变自由度上肢康复训练器为一变自由度立体运动平台，包括水平运动位和垂直运动位两种运动形式。主体支架9采用U型立体框架采用两个U型平面框架连接成U型立体框架，对整个装置起支撑固定作用，旋转平台7与U型立体框架同侧的两个立边铰接，XY两个方向自由度装置以叠加的方式相固连，并由两个电机提供动力。X向驱动电即第一电机2带动X轴第一齿轮1A，X轴第一齿轮1A带动X轴同步带3，让手臂固定架5在X轴第一、二光杠6A、6B上沿X向运动，Y向驱动电机即第二电机22带动Y轴同步带18，让手臂固定台5沿Y轴第一、二光杠19A、19B在Y向运动，通过手动翻转旋转平台7在0°～90°旋转，自锁连杆支架8可以将旋转平台7固定在垂直位置，从而实现了变自由度立体运动。
使用时，患者坐在座椅上，将手腕放入吊环12中，第三电机17带动轮轴16转动，绳10缠绕在轮轴16上，轮轴16转动控制绳10在外的长度，以此来控制吊环12的高低往复运动和吊起病人手臂的所需高度。第一、二滑轮14、13对绳10起到传动作用。横杆15有用伸缩杆，可控制病人与吊环12的横向距离。
为提高患者的舒适度，本实施例在手臂固定台5上内衬海绵，外部通过多个柔性绑带将前臂与手臂固定台5连接，起到一定缓冲作用。
本发明是在现有的末端牵引式上肢康复医疗设备的基础上设置了自锁连杆支架，以使平台能够旋转，增多上肢的更多方向上的自由度，实现变自由度多自由度训练，且不影响机构的简洁性；吊环作为控制上肢运动范围的辅助设备，且能够根据病人的身高调节高度。
本发明由于平台可以旋转，能够变自由度，所以上肢能够进行两个平面上的运动，训练的上肢自由度增多，提高了训练效果；有吊环辅助控制上肢运动范围，增强了设备的安全性。设备运动范围基本可以覆盖上肢的活动范围，且该专利设计简单、易于控制、可靠性和重复性相对较高，且安装使用方便。
实施例2
与实施例1的不同之处在于，本发明中，X轴传动机构还可以是另外一种可替代结构，如图7所示，X轴传动机构包括第一电机2、X轴丝杠21以及X轴第一、二光杠6A、6B，其中X轴丝杠21通过丝母及与丝母连接的滑块与手臂固定台5固连，第一电机2的输出轴与X轴丝杠21一端轴向连接，X轴丝杠21的另一端通轴承转动安装于第一端部固定块23A上，X轴丝杠21安装第一电机2的端部设有第二端部固定块23B，第一端部固定块23A下部设有可通过Y轴传动机构的Y轴第一光杠19A的通孔；X轴第一、二光杠6A、6B安装于第一、二端部固定块23A、23B之间；第一、二端部固定块23A、23B之间、X轴丝杠21下方设有连接杆24，连接杆24与Y轴丝母固定连接。
此方案中，Y轴传动机构也采用丝杠结构，具有框架，框架内安装有Y轴丝杠，Y轴丝杠与Y轴丝母啮合；Y轴丝杠两侧分别平行安装Y轴第一、二光杠19A、19B。
本实施例的控制原理与实施例1相同，只是将齿1与同步3换为丝杠装置，手臂固定台5固定在丝杠上，电机带动丝杠转动，从而使手臂固定台移动，带动患者上肢运动。此方案仍可达到变自由度康复训练的效果。
本实施例中，可以为X轴传动机构或Y轴传动机构单独替换，也可以同时替换，都可以达到手臂固定台运动平稳，速度不会变化太快的目的。
Claims (10)
1.一种变自由度上肢康复训练器，其特征在于：具有主体支架、旋转平台、手臂固定台以及牵引装置，其中，旋转平台的一边通过自锁连杆支架与主体支架进行可转动式连接，手臂固定台安装于旋转平台上，牵引装置吊装于旋转平台的上方。
2.根据权利要求1所述的变自由度上肢康复训练器，其特征在于：所述旋转平台包括连接块，连接块的长轴方向为X轴，短轴方向为Y轴，长轴方向通过X轴传动机构安装手臂固定台，X轴传动机构以可移动方式垂直安装于Y轴传动机构上。
3.根据权利要求2所述的变自由度上肢康复训练器，其特征在于：所述X轴传动机构包括第一电机、X轴第一齿轮、X轴第二齿轮、X轴同步带以及X轴第一、二光杠，其中X轴同步带为合围成长条环状结构，长条环状结构中间部分穿过手臂固定台，并与手臂固定台内部的齿啮合，长条环状结构两端与X轴第一齿轮、X轴第二齿轮啮合，X轴第一齿轮由第一电机驱动；X轴第一、二光杠平行安装于X轴同步带两侧，手臂固定台通过滑块与X轴第一、二光杠滑动连接。
4.根据权利要求3所述的变自由度上肢康复训练器，其特征在于：X轴传动机构还具有连接块，设于X轴同步带下方，连接块具有通孔，通孔中具有与X轴同步带轴向垂直的齿条，该齿条与Y轴传动机构中的Y轴同步带啮合。
5.根据权利要求2所述的变自由度上肢康复训练器，其特征在于：Y轴传动机构具有框架、第二电机，框架内安装有Y轴同步带，Y轴同步带穿过X轴传动机构的连接块并与之啮合；Y轴同步带两侧分别平行安装有Y轴第一、二光杠。
6.根据权利要求2所述的变自由度上肢康复训练器，其特征在于：所述X轴传动机构包括第一电机、X轴丝杠以及X轴第一、二光杠，其中X轴丝杠通过丝母及与丝母连接的滑块与手臂固定台固连，第一电机的输出轴与X轴丝杠一端轴向连接，X轴丝杠的另一端通轴承转动安装于第一端部固定块上，X轴丝杠安装第一电机的端部设有第二端部固定块，第一端部固定块下部设有可通过Y轴传动机构的Y轴第一光杠的通孔；X轴第一、二光杠安装于第一、二端部固定块之间；第一、二端部固定块之间、X轴丝杠下方设有连接杆，连接杆与Y轴丝母固定连接。
7.根据权利要求6所述的变自由度上肢康复训练器，其特征在于：Y轴传动机构具有框架，框架内安装有Y轴丝杠，Y轴丝杠与Y轴丝母啮合；Y轴丝杠两侧分别平行安装Y轴第一、二光杠。
8.根据权利要求1所述的变自由度上肢康复训练器，其特征在于：所述牵引装置包括第三电机、第一滑轮、第二滑轮、轮轴、横杆、支杆以及绳，其中支杆竖直设直，第一滑轮安装于支杆上端部，横杆横向安装于支杆上部，横杆端部安装第二滑轮，轮轴安装于支杆底脚位置，轮轴与第三电机输出轴固定连接，绳一端缠绕在轮轴外周，另一端经过第一、二滑轮后下垂，并连接吊环。
9.根据权利要求8所述的变自由度上肢康复训练器，其特征在于：横杆为伸缩杆。
10.根据权利要求1述的变自由度上肢康复训练器，其特征在于：所述主体支架采用U型立体框架，包括两个U型平面框架，两个U型平面框架相对平行设置，两个U型平面框架同侧立边通过立板连接，另一侧立边水平延伸，水平延伸部分安装Y轴传动机构的框架。
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