CN109953868A - 一种腕部扭摆助力康复装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及医疗康复器械，具体地说是一种腕部扭摆助力康复装置，包括腕部掌屈/背屈运动组件、前臂内旋/外旋运动组件、前臂固定组件、基座及套索驱动单元组件，所述腕部掌屈/背屈运动组件与所述前臂内旋/外旋运动组件连接，所述前臂内旋/外旋运动组件与所述前臂固定组件连接，所述基座与前臂内旋/外旋运动组件连接，所述套索驱动单元组件为可穿戴式腕部扭摆助力康复装置提供驱动力。本发明可实现多模式下腕部及前臂复合动作助力与康复运动，主要用于中风、偏瘫患者腕部及前臂的日常复合动作助力与康复训练，利于重塑脑功能，达到最佳助力/康复效果。
Description
技术领域
本发明涉及医疗康复器械，具体地说是一种腕部扭摆助力康复装置。
背景技术
随着生活节奏和人口老龄化加快、生活压力增大，心脑血管及神经***疾病造成的中风偏瘫患者逐年增加，其中约3/4患者有不同程度的神经损伤和功能运动障碍；特别是由于无法平衡腕部肌张力，造成患肢长期处于腕部掌屈及内旋状态，无法完成日常动作，严重影响生活质量。研究表明，这类患者除了早期的手术治疗和必要的药物治疗外，科学的康复训练对于患肢运动功能的改善和恢复起到非常重要的作用。
传统的康复训练是理疗师通过人力协调患者完成一系列的腕部背屈、外旋等康复训练运动，存在诸多局限，如康复效率低，劳动强度大；治疗效果受医生经验和水平影响较大，无法精确控制训练参数，无法对康复训练进行客观评价等。因此，将机器人及相关技术引入临床康复医学领域替代医生完成患者康复训练尤为重要，不仅可对腕部进行准确、持续、有效的康复训练治疗，延缓肌肉萎缩和关节挛缩，提高患者腕部运动能力，改善患者生活质量，同时通过感知***可对人机交互力信息、人体运动学和生理学数据实时记录，实时定量评估康复训练效果，为改进和优化康复方案提供客观依据。而目前开发出的腕部康复器械仅能完成腕部掌屈/背屈的被动训练，训练方法单一枯燥，不能根据患者实际肌力等级给予对应助力；同时，目前的腕部康复器械无法实现腕部掌屈/背屈、内旋/外旋复合康复运动，无法辅助患者实现完整训练动作，训练过程中患者认知能力参与性较差，不利于脑功能重塑。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于中风、偏瘫等运动功能障碍患者腕部日常动作助力与康复训练的腕部扭摆助力康复装置。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明包括腕部掌屈/背屈运动组件、前臂内旋/外旋运动组件、前臂固定组件、基座及套索驱动单元，其中前臂固定组件可相对移动地连接于基座上，所述前臂内旋/外旋运动组件安装在该基座上、具有负责动力输出的前臂套索驱动轮，该前臂套索驱动轮通过多组平行四边形机构与所述腕部掌屈/背屈运动组件连接，带动该腕部掌屈/背屈运动组件进行前臂的内外旋转；所述腕部掌屈/背屈运动组件具有负责动力输出的腕部套索驱动轮及由该腕部套索驱动轮带动的手背靠板，通过所述手背靠板带动患者手掌进行掌屈或背屈；所述腕部套索驱动轮及前臂套索驱动轮分别通过一个套索驱动单元控制，该腕部扭摆助力康复装置通过各套索驱动单元的驱动控制具有前臂内旋/外旋及腕部掌屈/背屈两个自由度；
其中：所述腕部掌屈/背屈运动组件包括软体束缚带B、软体束缚带C、手背靠板、腕部摆动板、腕部摆动支撑架、多维力传感器、腕部掌屈/背屈安装座、腕部角度编码器、腕部角度编码器支撑板、套索安装定位块A、套索安装定位板、腕部掌屈/背屈限位板、同步带、拉线、腕部套索驱动轮及腕部驱动轮转轴，该手背靠板的一侧与所述软体束缚带B和软体束缚带C分别连接，另一侧通过多维力传感器与腕部摆动板相连；所述腕部摆动支撑架的一端与腕部摆动板的一端转动连接，该腕部摆动板的另一端与所述腕部套索驱动轮连动、且与所述腕部驱动轮转轴固接，所述腕部摆动支撑架的另一端与该腕部驱动轮转轴转动连接；所述腕部摆动支撑架上安装有套索安装定位板，腕部角度编码器通过腕部角度编码器支撑板安装在该套索安装定位板上，所述腕部角度编码器通过同步带与腕部驱动轮转轴相连，所述腕部套索驱动轮通过拉线与所述套索驱动单元相连，该拉线分别由套索安装定位板及安装在套索安装定位板上的套索安装定位块A穿过；所述腕部套索驱动轮由套索驱动单元驱动旋转，进而通过所述腕部摆动板带动手背靠板进行掌屈/背屈；所述腕部摆动支撑架与所述前臂内旋/外旋运动组件相连；
所述腕部摆动支撑架上安装有腕部掌屈/背屈限位板，该腕部掌屈/背屈限位板的一端固定在腕部摆动支撑架上，另一端位于所述腕部套索驱动轮的下方；所述腕部套索驱动轮上分别开设有腕部掌屈/背屈限位螺纹孔及用于固定拉线的拉线安装孔，该腕部掌屈/背屈限位螺纹孔上安装有随腕部套索驱动轮转动的螺栓，所述螺栓在转动过程中通过腕部掌屈/背屈限位板的另一端进行限位；
所述手背靠板与手掌接触的一侧安装有软体靠模，所述软体束缚带B与软体束缚带C的两端分别固定于该软体靠模的上下边缘；所述手背靠板上分别安装有末端辅助手柄及软体束缚带A，该末端辅助手柄安装在所述手背靠板的末端，所述软体束缚带A的两端均固定于手背靠板的背侧，并对所述软体束缚带B、末端辅助手柄及患者五个手指进行包络；
所述多维力传感器通过在手背靠板上开设有槽型孔实现位置可调，进而实现该手背靠板与腕部摆动板之间相对距离的调整，并在调整好后锁紧于所述手背靠板；所述腕部角度编码器支撑板通过其上开设的槽型孔实现在套索安装定位板上的安装位置可调，进而实现所述腕部角度编码器与腕部驱动轮转轴之间中心距的调整，并在调整好后锁紧于所述套索安装定位板；所述腕部摆动支撑架安装有腕部掌屈/背屈安装座，所述腕部掌屈/背屈运动组件通过该腕部掌屈/背屈安装座与前臂内旋/外旋运动组件连接；
所述前臂内旋/外旋运动组件包括前臂转接件、调整螺栓、前臂T型件A、前臂T型件B、前臂摆动连杆A、前臂固定连杆、前臂摆动连杆B、前臂内旋/外旋支撑架、前臂角度编码器安装架、前臂角度编码器、前臂驱动轮转轴及前臂套索驱动轮，该前臂内旋/外旋支撑架的一端位置可调地安装在所述基座上，另一端分别固接有前臂固定连杆和前臂角度编码器安装架，所述前臂转接件为“T”型，该“T”型一条边通过调整螺栓与腕部掌屈/背屈运动组件相对距离可调整在连接，并在调整好后锁紧定位，该“T”型的另一条边与所述前臂T型件B的一条边转动连接，该前臂T型件B另一条边的两端分别与所述前臂摆动连杆A的一端以及前臂摆动连杆B的一端转动连接，该前臂摆动连杆A的另一端与所述前臂固定连杆的一端转动连接，该前臂摆动连杆B的另一端与所述前臂套索驱动轮分别固定安装在前臂驱动轮转轴上，所述前臂固定连杆的另一端与该前臂驱动轮转轴转动连接，所述前臂T型件A一条边的两端分别与前臂摆动连杆A和前臂摆动连杆B转动连接，该前臂T型件A另一条边与“T”型的所述前臂转接件转动连接，进而构成多组平行四边形机构；所述前臂套索驱动轮通过拉线与所述套索驱动单元相连，该前臂套索驱动轮由套索驱动单元驱动旋转，进而通过构成的多组平行四边形机构带动前臂转接件进行内旋/外旋，进而带动所述腕部掌屈/背屈运动组件实现内旋/外旋自由度；所述前臂角度编码器安装在前臂角度编码器安装架上，并与所述前臂驱动轮转轴连接；
所述前臂摆动连杆A与前臂T型件B的转动连接轴中心线为A，前臂摆动连杆A与前臂T型件A的转动连接轴中心线为B，前臂摆动连杆A与前臂固定连杆的转动连接轴中心线为C，前臂摆动连杆B与前臂T型件B的转动连接轴中心线为D，前臂T型件A与前臂摆动连杆B的转动连接轴中心线为E，前臂固定连杆与前臂摆动连杆B的转动连接轴中心线为F，中心线ACFD、BCFE、ABHG或ACFD、BCFE、DEHG组合成多平行四边形机构；所述前臂转接件绕前臂内旋/外旋转轴中心线同步转动，且前臂内旋/外旋转轴中心线与人体前臂内旋/外旋转轴中心线在运动范围内重合，且该前臂内旋/外旋转轴中心线与腕部掌屈/背屈轴线转动垂直相交；
所述前臂内旋/外旋支撑架上安装有前臂内旋/外旋限位板，该前臂内旋/外旋限位板的一端固定在前臂内旋/外旋支撑架上，另一端位于所述前臂套索驱动轮的下方；所述前臂套索驱动轮上分别开设有前臂内旋/外旋限位螺纹孔及用于固定拉线的拉线安装孔，该前臂内旋/外旋限位螺纹孔上安装有随前臂套索驱动轮转动的螺栓，所述螺栓在转动过程中通过前臂内旋/外旋限位板的另一端进行限位；
所述前臂固定组件包括前臂软体束缚带、前臂保持架及前臂支撑架，该前臂支撑架的一端安装在所述基座上，另一端与所述前臂保持架相连，所述前臂软体束缚带附着在上臂保持架的内侧；
所述套索驱动单元包括动力源、驱动安装架、套索主动轮、刹车豆、涨紧调整架、支撑板、导向板、调节螺栓及套索安装定位块B，该动力源安装在驱动安装架上，输出端连接有套索主动轮，所述套索主动轮上安装有两个刹车豆；所述涨紧调整架的一端开有涨紧导向孔，另一端安装有支撑板，该支撑板上设有调节螺栓，所述驱动安装架上延伸有导向板，该导向板由所述涨紧导向孔穿过，所述调节螺栓与导向板抵接；所述涨紧调整架上安装有两个套索安装定位块B，所述套索主动轮上缠绕有两根拉线，每根拉线的一端均固定在一个所述刹车豆上，另一端由一个所述套索安装定位块B穿过后分别与所述腕部套索驱动轮或套索驱动轮B连接；所述动力源的输出端安装有扭矩传感器；
所述涨紧调整架呈“L”形，所述涨紧导向孔开设在该“L”形的一边，并在该边上开设有用于固定套索安装定位块B的限位槽；所述支撑板固定在该“L”形另一边的端部，在该边上开有槽孔，通过旋拧所述调节螺栓使导向板与涨紧调整架相对移动，进而调整所述涨紧调整架与套索主动轮之间的距离；调整好后的所述导向板通过螺栓***槽孔中锁紧固定。
本发明的优点与积极效果为：
1.本发明采用多组平行四边形机构实现前臂内旋/外旋运动，可避免平行四边形与同步带传动方式中存在的双向运动不连续现象，同时，相比传统的以圆弧导轨的方式，大幅简化关节结构，减小关节体积及重量，利于实现轻量化设计。
2.本发明设计的腕部掌屈/背屈运动组件，采用软体束缚带与软体靠模对患者手部进行固定，提高不同肌力等级患者穿戴适用性、舒适性和稳固性；同时，助力康复运动中腕部掌屈/背屈轴线J1与人体腕部腕部掌屈/背屈轴线重合，避免腕部奇异位形，造成二次伤害。
3.相比传统的腕部被动、单一康复训练装置，本发明可实现腕部掌屈/背屈、前臂内旋/外旋复合运动，并根据患者实际肌力等级给予对应的训练模式，如被动、助力、主动、抗阻等，提高训练过程中患者认知能力参与性，利于脑功能重塑。
4.本发明通过角度编码器、扭矩传感器和多维力传感器等感知***，可对康复训练过程中人机交互力信息、人体运动学和生理学数据进行实时记录，定量评估患者病情，制定多种康复训练模式，有效提升康复训练效果，减少并发症产生。
5.本发明采用套索驱动单元为外骨骼运动关节提供扭矩驱动，实现驱动与执行机构的分离，有效减小执行机构的质量和惯量，实现外骨骼轻量化设计，提高***运动稳定性、安全性和穿戴舒适性。
6.本发明广泛适用于中风、偏瘫等患者腕部及前臂的日常动作助力与康复训练。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明腕部掌屈/背屈运动组件的立体结构示意图；
图3为图2中腕部摆动支撑架下部的局部放大图之一；
图4为图2中腕部摆动支撑架下部的局部放大图之二；
图5为本发明前臂内旋/外旋运动组件的立体结构示意图之一；
图6为本发明前臂内旋/外旋运动组件中T型件、摆动连杆与固定连杆连接的结构示意图；
图7为本发明前臂内旋/外旋运动组件的立体结构示意图之二；
图8为图5中套索驱动轮处的局部放大图；
图9为本发明前臂固定组件的立体结构示意图；
图10为本发明基座的立体结构示意图；
图11为本发明套索驱动单元的立体结构示意图之一；
图12为本发明套索驱动单元的立体结构示意图之二；
图13为图11、图12中涨紧调整架的结构示意图；
其中：100为腕部掌屈/背屈运动组件，200为前臂内旋/外旋运动组件，300为前臂固定组件，400为基座，500为套索驱动单元组件，J1为腕部掌屈/背屈转轴中心线，J2为前臂内旋/外旋转轴中心线；
101为软体束缚带A，102为软体束缚带B，103为软体束缚带C，104为末端辅助手柄，105为软体靠模，106为手背靠板，107为腕部摆动板，108为润滑轴承，109为腕部摆动支撑架，110为多维力传感器，111为腕部掌屈/背屈安装座，112为腕部角度编码器，113为腕部角度编码器支撑板，114为套索安装定位块A，115为套索安装定位板，116为腕部掌屈/背屈限位板，117为同步带，118为拉线，119为腕部套索驱动轮，120为腕部驱动轮转轴，121为拉线安装孔，122为腕部掌屈/背屈限位螺纹孔；
201为前臂转接件，202为调整螺栓，203为前臂润滑轴承，204为前臂T型件A，205为前臂T型件B，206为前臂摆动连杆A，207为前臂固定连杆A，208为前臂摆动连杆B，209为前臂连接销轴，210为前臂内旋/外旋支撑架，211为前臂角度编码器安装架，212为前臂角度编码器，213为前臂内旋/外旋限位板，214为前臂驱动轮转轴，215为前臂套索驱动轮；
301为前臂软体束缚带，302为前臂保持架，303为前臂支撑架；
401为螺纹定位安装孔，402为绑带捆绑安装孔，403为负压吸盘；
501为驱动电机，502为减速机，503为驱动安装架，504为套索主动轮，505为扭矩传感器，506为刹车豆，507为涨紧调整架，508为支撑板，509为导向板，510为调节螺栓，511为槽孔，512为套索安装定位块B，513为涨紧导向孔，514为限位槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1所示，本发明包括腕部掌屈/背屈运动组件100、前臂内旋/外旋运动组件200、前臂固定组件300、基座400及套索驱动单元，腕部掌屈/背屈运动组件100与前臂内旋/外旋运动组件200连接，前臂内旋/外旋运动组件200与前臂固定组件300连接，基座400与前臂内旋/外旋运动组件200连接，套索驱动单元为可穿戴式腕部扭摆助力康复装置提供驱动力。
如图2～4所示，腕部掌屈/背屈运动组件100包括软体束缚带A101、软体束缚带B102、软体束缚带C103、末端辅助手柄104、软体靠模105、手背靠板106、腕部摆动板107、润滑轴承108、腕部摆动支撑架109、多维力传感器110、腕部掌屈/背屈安装座111、腕部角度编码器112、腕部角度编码器支撑板113、套索安装定位块A114、套索安装定位板115、腕部掌屈/背屈限位板116、同步带A117、拉线118、腕部套索驱动轮119及腕部驱动轮转轴120，软体靠模105与手背靠板106固定连接，提高穿戴舒适性；软体束缚带B102和软体束缚带C103固定于软体靠模105的上下边缘，穿戴时软体束缚带B102和软体束缚带C103分居大拇指前后两侧，使患者手背部紧贴软体靠模105。末端辅助手柄104安装在手背靠板106的末端，用于辅助患者手指抓握，软体束缚带A101对末端辅助手柄104、软体束缚带B102及患者五个手指进行包络，并固定于手背靠板106背侧，增强患肢手部稳固性；手背靠板106通过多维力传感器110连接到腕部摆动板107，手背靠板106与腕部摆动板107相对距离可进行调整并锁紧，以便适应不同患者手部尺寸；手背靠板106上开设槽型孔，多维力传感器110与手背靠板106之间距离调整好后通过螺栓锁紧，进而实现手背靠板106与腕部摆动板107相对距离可进行调整。多维力传感器110可对人机交互力信息及人体运动学和生理学数据进行检测与记录。腕部摆动板107通过润滑轴承108连接到腕部摆动支撑架109，并可沿腕部掌屈/背屈转轴中心线J1转动，腕部掌屈/背屈转轴中心线J1与人体腕部掌屈/背屈轴线在运动范围内重合。腕部摆动支撑架109与腕部掌屈/背屈安装座111、套索安装定位板115、腕部掌屈/背屈限位板116固定连接，腕部角度编码器112通过腕部角度编码器支撑板113固定在套索安装定位板115上，腕部角度编码器112通过同步带A117连接到腕部驱动轮转轴120，且中心距可通过腕部角度编码器支撑板113进行微调，用于检测患肢腕部位姿；腕部角度编码器支撑板113上开设有槽型孔，腕部角度编码器112与腕部驱动轮转轴120之间的中心距调整好后，用螺栓将腕部角度编码器支撑板113锁紧在套索安装定位板115上。腕部套索驱动轮119和腕部摆动板107通过平键连接固定安装在腕部驱动轮转轴120上，并通过润滑轴承108连接到腕部摆动支撑架109。腕部摆动支撑架109上安装有腕部掌屈/背屈限位板116，该腕部掌屈/背屈限位板116的一端固定在腕部摆动支撑架109上，另一端位于腕部套索驱动轮119的下方，且另一端的两侧均为弧形；腕部套索驱动轮119上分别开设有腕部掌屈/背屈限位螺纹孔122及用于固定拉线118的拉线安装孔121，该腕部掌屈/背屈限位螺纹孔122上安装有随腕部套索驱动轮119转动的螺栓，螺栓在转动过程中通过腕部掌屈/背屈限位板116的另一端进行限位。腕部掌屈/背屈安装座111用于连接前臂内旋/外旋运动组件200。拉线118为两根，每根拉线118的一端均缠绕在腕部套索驱动轮上，另一端分别由套索安装定位板115及安装在套索安装定位板115上的套索安装定位块A114穿过，连接至其中一个套索驱动单元。
如图5～8所示，前臂内旋/外旋运动组件200包括前臂转接件201、调整螺栓202、前臂润滑轴承203、前臂T型件A204、前臂T型件B205、前臂摆动连杆A206、前臂固定连杆207、前臂摆动连杆B208、前臂连接销轴209、前臂内旋/外旋支撑架210、前臂角度编码器安装架211、前臂角度编码器212、前臂内旋/外旋限位板213、前臂驱动轮转轴214及前臂套索驱动轮215，前臂润滑轴承203和前臂连接销轴209为前臂内旋/外旋运动组件200通用件，前臂转接件201为“T”型，该“T”型一条边的上下两端分别通过调整螺栓202与腕部掌屈/背屈运动组件100中腕部掌屈/背屈安装座111连接，且相对距离可进行调整，并在调整好后锁紧定位；该“T”型的另一条边通过前臂连接销轴209与前臂T型件B205的一条边转动连接，该前臂T型件B205另一条边的上下两端分别通过前臂连接销轴209与前臂摆动连杆A206的一端以及前臂摆动连杆B208的一端转动连接，该前臂摆动连杆A206的另一端通过前臂连接销轴209与前臂固定连杆207的一端转动连接，该前臂摆动连杆B208的另一端与前臂套索驱动轮215通过平键分别固定安装在前臂驱动轮转轴214上，前臂固定连杆207的另一端通过前臂润滑轴承203与前臂驱动轮转轴214转动连接，前臂T型件A204一条边的上下两端分别通过前臂连接销轴209与前臂摆动连杆A206和前臂摆动连杆B208转动连接，该前臂T型件A204另一条边通过前臂润滑轴承203与“T”型的前臂转接件201的一条边转动连接，进而构成多组平行四边形机构。其中，前臂摆动连杆A206与前臂T型件B205的转动连接轴中心线为A，前臂摆动连杆A206与前臂T型件A204的转动连接轴中心线为B，前臂摆动连杆A206与前臂固定连杆207的转动连接轴中心线为C，前臂摆动连杆B208与前臂T型件B205的转动连接轴中心线为D，前臂T型件A204与前臂摆动连杆B208的转动连接轴中心线为E，前臂固定连杆207与前臂摆动连杆B208的转动连接轴中心线为F，中心线ACFD、BCFE、ABHG或ACFD、BCFE、DEHG组合成多平行四边形机构，可实现前臂转接件201绕前臂内旋/外旋转轴中心线J2同步转动，且前臂内旋/外旋转轴中心线J2与人体前臂内旋/外旋转轴中心线在运动范围内重合，前臂内旋/外旋转轴中心线J2与腕部掌屈/背屈轴线J1转动垂直相交，符合人体仿生学结构。前臂内旋/外旋支撑架210的一端位置可调地安装在所述基座400上，另一端分别固接有前臂固定连杆207和前臂角度编码器安装架211，前臂内旋/外旋支撑架210上设置有套索安装定位孔和多组前臂支撑定位安装孔，前臂角度编码器212通过前臂角度编码器安装架211与前臂驱动轮转轴214连接，以检测患肢前臂位姿。前臂套索驱动轮215通过拉线118与套索驱动单元相连，由套索驱动单元驱动旋转，进而通过构成的多组平行四边形机构带动前臂转接件201进行内旋/外旋，进而带动腕部掌屈/背屈运动组件100实现内旋/外旋自由度。前臂内旋/外旋支撑架210上安装有前臂内旋/外旋限位板213，该前臂内旋/外旋限位板213的一端固定在前臂内旋/外旋支撑架210上，另一端位于前臂套索驱动轮215的下方，另一端的两侧均为弧形；前臂套索驱动轮215上分别开设有前臂内旋/外旋限位螺纹孔及用于固定拉线118的拉线安装孔，该前臂内旋/外旋限位螺纹孔上安装有随前臂套索驱动轮215转动的螺栓，螺栓在转动过程中通过前臂内旋/外旋限位板213的另一端进行限位。
如图9所示，前臂固定组件300包括前臂软体束缚带301、前臂保持架302和前臂支撑架303，前臂软体束缚带301附着在上臂保持架302内侧，提高穿戴舒适性，并可根据人体手臂维度自动调整束缚半径，前臂内旋/外旋转轴中心线J2与人体前臂内旋/外旋转轴中心线在运动范围内重合。前臂保持架302与前臂支撑架303固定连接，前臂支撑架303设置有导向沟槽和升降槽孔，前臂保持架302可沿导向沟槽进行左右位置调整并定位锁紧。前臂支撑架303与前臂内旋/外旋支撑架210固定连接，前臂支撑架303可沿升降槽孔进行上下位置调整并定位锁紧，前臂支撑架303可通过多组前臂支撑定位安装孔进行前后位置调整并定位锁紧，实现前臂保持架302的三维空间调整，适应不同患者前臂尺寸。
如图10所示，基座400与前臂内旋/外旋支撑架210固定连接，基座400设置有负压吸盘403、螺纹定位安装孔401和绑带捆绑安装孔402，可选用负压吸附连接、螺纹连接和绑带捆绑连接等不同安装方式，以适应不同使用环境要求。
如图11～13所示，本发明的两个套索驱动单元结构相同，分别通过拉线118与腕部套索驱动轮119和前臂套索驱动轮215连接；套索驱动单元包括动力源、驱动安装架503、套索主动轮504、扭矩传感器505、刹车豆506、涨紧调整架507、支撑板508、导向板509、调节螺栓510及套索安装定位块B512，该动力源包括驱动电机501和减速机502，驱动电机501和减速机502优选轻量型大扭矩伺服电机，以减轻***能量密度，提高便携性。驱动安装架503可固定在基座组件上，驱动电机501与减速机502连接后固定在驱动安装架503的一侧，套索主动轮504位于驱动安装架503的另一侧，并与减速机502的输出端相连，由驱动电机501和减速机502驱动旋转。套索主动轮504上安装有两个刹车豆506，用于套索主动轮504和拉线118的固定连接。涨紧调整架507呈“L”形，该“L”形的一边开有涨紧导向孔513，另一边的端部固定安装有支撑板508，该支撑板508上设有调节螺栓510。驱动安装架503上延伸有导向板509，该导向板509由涨紧导向孔513穿过，调节螺栓510与导向板509抵接。在“L”形涨紧调整架507的一边上还开设有两个限位槽514，每个限位槽514内均安装一个套索安装定位块B512；套索主动轮504上缠绕有两根拉线118，每根拉线118的一端均固定在一个刹车豆506上，另一端由一个套索安装定位块B512穿过后分别与套索驱动轮119和前臂套索驱动轮215。在“L”形涨紧调整架507的另一边上开设有槽孔511，该槽孔511呈长条形；导向板509上开设有螺栓孔，通过螺栓穿过槽孔511后拧紧在螺栓孔内。旋拧调节螺栓510，使导向板509与涨紧调整架507相对移动，进而调整涨紧调整架507与套索主动轮504之间的距离。调整过程中，导向板509上的螺栓始终在槽孔511内移动、起到导向作用，确保涨紧调整架507沿直线调整；调整好后，拧紧螺栓固定导向板509。减速机502的输出轴上安装有扭矩传感器505。套索驱动轮119、前臂套索驱动轮215及套索主动轮415上各沿圆周方向开设了两个沟槽，用于容置缠绕的两根拉线118。
本发明广泛适用于中风、偏瘫等患者腕部及前臂的日常动作助力与康复训练。
Claims (11)
1.一种腕部扭摆助力康复装置，其特征在于：包括腕部掌屈/背屈运动组件(100)、前臂内旋/外旋运动组件(200)、前臂固定组件(300)、基座(400)及套索驱动单元，其中前臂固定组件(300)可相对移动地连接于基座(400)上，所述前臂内旋/外旋运动组件(200)安装在该基座(400)上、具有负责动力输出的前臂套索驱动轮(215)，该前臂套索驱动轮(215)通过多组平行四边形机构与所述腕部掌屈/背屈运动组件(100)连接，带动该腕部掌屈/背屈运动组件(100)进行前臂的内外旋转；所述腕部掌屈/背屈运动组件(100)具有负责动力输出的腕部套索驱动轮(119)及由该腕部套索驱动轮(119)带动的手背靠板(106)，通过所述手背靠板(106)带动患者手掌进行掌屈或背屈；所述腕部套索驱动轮(119)及前臂套索驱动轮(215)分别通过一个套索驱动单元控制，该腕部扭摆助力康复装置通过各套索驱动单元的驱动控制具有前臂内旋/外旋及腕部掌屈/背屈两个自由度。
2.根据权利要求1所述的腕部扭摆助力康复装置，其特征在于：所述腕部掌屈/背屈运动组件(100)包括软体束缚带B(102)、软体束缚带C(103)、手背靠板(106)、腕部摆动板(107)、腕部摆动支撑架(109)、多维力传感器(110)、腕部掌屈/背屈安装座(111)、腕部角度编码器(112)、腕部角度编码器支撑板(113)、套索安装定位块A(114)、套索安装定位板(115)、腕部掌屈/背屈限位板(116)、同步带(117)、拉线(118)、腕部套索驱动轮(119)及腕部驱动轮转轴(120)，该手背靠板(106)的一侧与所述软体束缚带B(102)和软体束缚带C(103)分别连接，另一侧通过多维力传感器(110)与腕部摆动板(107)相连；所述腕部摆动支撑架(109)的一端与腕部摆动板(107)的一端转动连接，该腕部摆动板(107)的另一端与所述腕部套索驱动轮(119)连动、且与所述腕部驱动轮转轴(120)固接，所述腕部摆动支撑架(109)的另一端与该腕部驱动轮转轴(120)转动连接；所述腕部摆动支撑架(109)上安装有套索安装定位板(115)，腕部角度编码器(112)通过腕部角度编码器支撑板(113)安装在该套索安装定位板(115)上，所述腕部角度编码器(112)通过同步带(117)与腕部驱动轮转轴(120)相连，所述腕部套索驱动轮(119)通过拉线(118)与所述套索驱动单元相连，该拉线(118)分别由套索安装定位板(115)及安装在套索安装定位板(115)上的套索安装定位块A(114)穿过；所述腕部套索驱动轮(119)由套索驱动单元驱动旋转，进而通过所述腕部摆动板(107)带动手背靠板(106)进行掌屈/背屈；所述腕部摆动支撑架(109)与所述前臂内旋/外旋运动组件(200)相连。
3.根据权利要求2所述的腕部扭摆助力康复装置，其特征在于：所述腕部摆动支撑架(109)上安装有腕部掌屈/背屈限位板(116)，该腕部掌屈/背屈限位板(116)的一端固定在腕部摆动支撑架(109)上，另一端位于所述腕部套索驱动轮(119)的下方；所述腕部套索驱动轮(119)上分别开设有腕部掌屈/背屈限位螺纹孔(122)及用于固定拉线(118)的拉线安装孔(121)，该腕部掌屈/背屈限位螺纹孔(122)上安装有随腕部套索驱动轮(119)转动的螺栓，所述螺栓在转动过程中通过腕部掌屈/背屈限位板(116)的另一端进行限位。
4.根据权利要求2所述的腕部扭摆助力康复装置，其特征在于：所述手背靠板(106)与手掌接触的一侧安装有软体靠模(105)，所述软体束缚带B(102)与软体束缚带C(103)的两端分别固定于该软体靠模(105)的上下边缘；所述手背靠板(106)上分别安装有末端辅助手柄(104)及软体束缚带A(101)，该末端辅助手柄(104)安装在所述手背靠板(106)的末端，所述软体束缚带A(101)的两端均固定于手背靠板(106)的背侧，并对所述软体束缚带B(102)、末端辅助手柄(104)及患者五个手指进行包络。
5.根据权利要求2所述的腕部扭摆助力康复装置，其特征在于：所述多维力传感器(110)通过在手背靠板(106)上开设有槽型孔实现位置可调，进而实现该手背靠板(106)与腕部摆动板(107)之间相对距离的调整，并在调整好后锁紧于所述手背靠板(106)；所述腕部角度编码器支撑板(113)通过其上开设的槽型孔实现在套索安装定位板(115)上的安装位置可调，进而实现所述腕部角度编码器(112)与腕部驱动轮转轴(120)之间中心距的调整，并在调整好后锁紧于所述套索安装定位板(115)；所述腕部摆动支撑架(109)安装有腕部掌屈/背屈安装座(111)，所述腕部掌屈/背屈运动组件(100)通过该腕部掌屈/背屈安装座(111)与前臂内旋/外旋运动组件(200)连接。
6.根据权利要求1所述的腕部扭摆助力康复装置，其特征在于：所述前臂内旋/外旋运动组件(200)包括前臂转接件(201)、调整螺栓(202)、前臂T型件A(204)、前臂T型件B(205)、前臂摆动连杆A(206)、前臂固定连杆(207)、前臂摆动连杆B(208)、前臂内旋/外旋支撑架(210)、前臂角度编码器安装架(211)、前臂角度编码器(212)、前臂驱动轮转轴(214)及前臂套索驱动轮(215)，该前臂内旋/外旋支撑架(210)的一端位置可调地安装在所述基座(400)上，另一端分别固接有前臂固定连杆(207)和前臂角度编码器安装架(211)，所述前臂转接件(201)为“T”型，该“T”型一条边通过调整螺栓(202)与腕部掌屈/背屈运动组件(100)相对距离可调整在连接，并在调整好后锁紧定位，该“T”型的另一条边与所述前臂T型件B(205)的一条边转动连接，该前臂T型件B(205)另一条边的两端分别与所述前臂摆动连杆A(206)的一端以及前臂摆动连杆B(208)的一端转动连接，该前臂摆动连杆A(206)的另一端与所述前臂固定连杆(207)的一端转动连接，该前臂摆动连杆B(208)的另一端与所述前臂套索驱动轮(215)分别固定安装在前臂驱动轮转轴(214)上，所述前臂固定连杆(207)的另一端与该前臂驱动轮转轴(214)转动连接，所述前臂T型件A(204)一条边的两端分别与前臂摆动连杆A(206)和前臂摆动连杆B(208)转动连接，该前臂T型件A(204)另一条边与“T”型的所述前臂转接件(201)转动连接，进而构成多组平行四边形机构；所述前臂套索驱动轮(215)通过拉线(118)与所述套索驱动单元相连，该前臂套索驱动轮(215)由套索驱动单元驱动旋转，进而通过构成的多组平行四边形机构带动前臂转接件(201)进行内旋/外旋，进而带动所述腕部掌屈/背屈运动组件(100)实现内旋/外旋自由度；所述前臂角度编码器(212)安装在前臂角度编码器安装架(211)上，并与所述前臂驱动轮转轴(214)连接。
7.根据权利要求6所述的腕部扭摆助力康复装置，其特征在于：所述前臂摆动连杆A(206)与前臂T型件B(205)的转动连接轴中心线为A，前臂摆动连杆A(206)与前臂T型件A(204)的转动连接轴中心线为B，前臂摆动连杆A(206)与前臂固定连杆(207)的转动连接轴中心线为C，前臂摆动连杆B(208)与前臂T型件B(205)的转动连接轴中心线为D，前臂T型件A(204)与前臂摆动连杆B(208)的转动连接轴中心线为E，前臂固定连杆(207)与前臂摆动连杆B(208)的转动连接轴中心线为F，中心线ACFD、BCFE、ABHG或ACFD、BCFE、DEHG组合成多平行四边形机构；所述前臂转接件(201)绕前臂内旋/外旋转轴中心线(J2)同步转动，且前臂内旋/外旋转轴中心线(J2)与人体前臂内旋/外旋转轴中心线在运动范围内重合，且该前臂内旋/外旋转轴中心线(J2)与腕部掌屈/背屈轴线(J1)转动垂直相交。
8.根据权利要求6所述的腕部扭摆助力康复装置，其特征在于：所述前臂内旋/外旋支撑架(210)上安装有前臂内旋/外旋限位板(213)，该前臂内旋/外旋限位板(213)的一端固定在前臂内旋/外旋支撑架(210)上，另一端位于所述前臂套索驱动轮(215)的下方；所述前臂套索驱动轮(215)上分别开设有前臂内旋/外旋限位螺纹孔及用于固定拉线(118)的拉线安装孔，该前臂内旋/外旋限位螺纹孔上安装有随前臂套索驱动轮(215)转动的螺栓，所述螺栓在转动过程中通过前臂内旋/外旋限位板(213)的另一端进行限位。
9.根据权利要求1所述的腕部扭摆助力康复装置，其特征在于：所述前臂固定组件(300)包括前臂软体束缚带(301)、前臂保持架(302)及前臂支撑架(303)，该前臂支撑架(303)的一端安装在所述基座(400)上，另一端与所述前臂保持架(302)相连，所述前臂软体束缚带(301)附着在上臂保持架(302)的内侧。
10.根据权利要求1所述的腕部扭摆助力康复装置，其特征在于：所述套索驱动单元包括动力源、驱动安装架(503)、套索主动轮(504)、刹车豆(506)、涨紧调整架(507)、支撑板(508)、导向板(509)、调节螺栓(510)及套索安装定位块B(512)，该动力源安装在驱动安装架(503)上，输出端连接有套索主动轮(504)，所述套索主动轮(504)上安装有两个刹车豆(506)；所述涨紧调整架(507)的一端开有涨紧导向孔(513)，另一端安装有支撑板(508)，该支撑板(508)上设有调节螺栓(510)，所述驱动安装架(503)上延伸有导向板(509)，该导向板(509)由所述涨紧导向孔(513)穿过，所述调节螺栓(510)与导向板(509)抵接；所述涨紧调整架(507)上安装有两个套索安装定位块B(512)，所述套索主动轮(504)上缠绕有两根拉线(118)，每根拉线(118)的一端均固定在一个所述刹车豆(506)上，另一端由一个所述套索安装定位块B(512)穿过后分别与所述腕部套索驱动轮(119)或套索驱动轮B(212)连接；所述动力源的输出端安装有扭矩传感器(505)。
11.根据权利要求10所述的腕部扭摆助力康复装置，其特征在于：所述涨紧调整架(507)呈“L”形，所述涨紧导向孔(513)开设在该“L”形的一边，并在该边上开设有用于固定套索安装定位块B(512)的限位槽(514)；所述支撑板(508)固定在该“L”形另一边的端部，在该边上开有槽孔(511)，通过旋拧所述调节螺栓(510)使导向板(509)与涨紧调整架(507)相对移动，进而调整所述涨紧调整架(507)与套索主动轮(504)之间的距离；调整好后的所述导向板(509)通过螺栓***槽孔(511)中锁紧固定。
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