CN115154195A - 一种手腕康复装置 - Google Patents
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Abstract
一种手腕康复装置，包含底座、机架、手掌分指承托架、肘关节承托座和手腕联合康复机构；所述手腕联合康复机构具有二个旋转自由度，包含串联布置的一级传动***和二级传动***，一级传动***和肘关节承托座布置在底座上；手掌分指承托架上设置有用于固定手指和手掌的绑带；二级传动***布置在机架上，用于驱动设置于机架上的手掌分指承托架带动手掌作掌屈或背屈运动，一级传动***支撑机架，用于驱动机架，实现手掌分指承托架带动手臂作旋前或旋后运动。本发明为具有二自由度串联的独立训练设备，对应掌屈/背屈与前臂旋前/旋后的独立或复合运动，旨在提供较高强度训练诱导可塑性促进脑损伤的康复。
Description
技术领域
本发明涉及一种康复装置，具体涉及一种手腕康复装置。
背景技术
对于机器人辅助脑卒中后偏瘫患者手臂远端关节功能障碍的康复，常会忽视手腕功能的康复，另外，在面向手腕康复训练中，前臂的旋转运动作为腕部复合运动的重要组成也常被忽视。在常见的手腕康复装置中，不考虑训练轴线与生理旋转轴对齐的问题；传统康复训练中，旋前/旋后分解运动的训练多将前臂置于桌面并绕小指进行翻掌训练，掌的下落过程受重力影响，影响训练效果。
发明内容
本发明为克服现有技术的不足，提供一种手腕康复装置。该康复装置为具有二自由度串联的独立训练设备，对应掌屈/背屈与前臂旋前/旋后的独立或复合运动，旨在提供较高强度训练诱导可塑性促进脑损伤的康复。
一种手腕康复装置包含底座、机架、手掌分指承托架、肘关节承托座和手腕联合康复机构；所述手腕联合康复机构具有二个旋转自由度，包含串联布置的一级传动***和二级传动***，一级传动***和肘关节承托座布置在底座上；
手掌分指承托架上设置有用于固定手指和手掌的绑带；二级传动***布置在机架上，用于驱动设置于机架上的手掌分指承托架带动手掌作掌屈或背屈运动，一级传动***支撑机架，用于驱动机架，实现手掌分指承托架带动手臂作旋前或旋后运动。
本发明相比现有技术的有益效果是：
在日常活动中，手腕在抓握动作中起到定向与稳定手部功能运动的作用，因此，本发明设计了模块化的康复机器人，一个二自由度串联的独立训练设备，对应掌屈/背屈与前臂旋前/旋后的独立或复合运动，旨在提供较高强度训练诱导可塑性促进脑损伤的康复。
本发明考虑训练轴线与生理旋转轴对齐的问题；无需考虑掌的下落过程受重力影响，训练效果好。本发明以前臂的旋转运动为基，以手腕联合康复机构及机架来布置手掌屈伸训练。也就是，一轴对应前臂旋前/旋后自由度，二轴对应掌屈/背屈自由度。
手掌分指承托架的布置相对于两轴线的位姿符合人体工程学，符合腕关节生理运动规律，避免了人机异构带来的过约束问题。采用手掌分指承托架及绑带，抑制手指屈曲紧张，防止在训练中出现手指屈曲挛缩，抑制异常的共同运动，促进分离运动。选择肘关节承托座作对肘关节的近端关节的固定，保证前臂自由无约束，对前臂旋前/旋后运动不产生干扰。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步地说明：
附图说明
图1为本发明手腕康复装置的立体图；
图2为本发明手腕康复装置的主视图；
图3为一级传动***的分解图；
图4为二级传动***的分解图；
图5为肘关节承托座的结构示意图；
图6为二级传动***、机架和手掌分指承托架之间的相互布置关系图；
图7为一级传动***、二级传动***的输出轴线分别与手掌对应的生理轴线的俯视图；
图8为左手布置在手掌分指承托架的侧视图；
其中，电机A1、电机座A2、支撑架3、带轮A5、同步带6、带轮B9、传动轴10、连接件14、机架16、机板16-1、支撑板16-2、输出架B19、机架22、电机B24、电机座B25、齿轮A28、支撑轴32、输出架A30、齿轮B31、承托基座34、小臂支撑块35、大臂靠板36、活动件37、底座38、肘关节承托座C、一级传动***D、二级传动***E。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
如图1和图2所示，本实施方式的一种手腕康复装置包含底座38、机架16、手掌分指承托架22、肘关节承托座C和手腕联合康复机构；
所述手腕联合康复机构具有二个旋转自由度，包含串联布置的一级传动***D和二级传动***E，一级传动***D和肘关节承托座C布置在底座38上；
手掌分指承托架22上设置有用于固定手指和手掌的绑带；
二级传动***E布置在机架16上，用于驱动设置于机架16上的手掌分指承托架22带动手掌作掌屈或背屈运动；
一级传动***D支撑机架16，用于驱动机架16，实现手掌分指承托架22带动手臂作旋前或旋后运动。
在解剖学上，前臂的旋转围绕单轴发生，轴线大致与桡骨的中心和尺骨茎突的基部相交，因此，患者手部在手掌分指承托架22(例如是分指板)固定状态下，前臂位于旋前位时，取无名指近似直线为一级传动***D的输出轴的旋转轴线，带动前臂以近似尺骨中轴线为轴运动。
掌屈/背屈运动绕矢状轴，位于手掌的三角骨外侧，设备保证二级传动***E的输出轴的掌屈/背屈旋转轴线与手掌生理轴线近似重合，二级传动***E的输出轴绕手掌的三角骨外侧的生理轴线转动。能看到在中立位时，设计手掌分指承托架22，使其处于特定位姿下。
手掌分指承托架22的布置相对于两轴线的位姿符合人体工程学，符合腕关节生理运动规律，避免了人机异构带来的过约束问题。
采用作为分指板的手掌分指承托架，抑制手指屈曲紧张，防止在训练中出现手指屈曲挛缩，抑制异常的共同运动，促进分离运动。选择肘部作为对于近端关节的固定，保证前臂自由无约束，对前臂旋前/旋后运动不产生干扰。
进一步地，如图3所示，所述一级传动***D包含电机A1、电机座A2、支撑架3、带轮A5、同步带6、带轮B9、传动轴10和连接件14；
支撑架3安装在底座38上，电机A1安装在电机座A2上，电机座A2安装在支撑架3上，带轮A5安装在电机A1的输出轴上，带轮B9安装在传动轴10的一端，传动轴10可转动地设置在支撑架3上，带轮A5通同步带6与带轮B9相连，传动轴10的另一端安装有连接件14，连接件14与机架16固接，传动轴10的轴线与置于手掌分指承托架22上的手掌的尺骨中轴线近似重合。本实施方式以前臂的旋转运动为基，以一级传动***、二级传动***及机架来布置手掌屈伸训练机构。也就是，考虑训练轴线与生理旋转轴对齐的问题，对应前臂旋前/旋后自由度。如图7所示，传动轴10的轴线与尺骨中轴线KL近似重合或对齐，无需考虑重力影响，电机A1通过同步带6，带动前臂以近似尺骨中轴线为轴运动。极大地提高了训练效果。图8为手掌布置在手掌分指承托架22上的侧视图。
本实施方式中电机A1固定位置靠近底座38，采用同步带6传动，减速同时抬升旋转轴线，保证空中不会分布大体积质量的电机。
上述方案中，支撑架3与电机A1、电机座B2通过螺栓固定，通常，带轮A5直径小于带轮B9的直径，优选地，电机A1的D型输出轴与带轮A5的D型内孔过渡配合，带轮A5径向存在螺纹孔，通过顶丝紧固于电机轴平面，电机A1的输出轴存在内螺纹孔，止动限位片A4通过螺栓与电机轴固定，限制带轮A5的轴向运动，动力通过同步带6传递至带轮B9，带轮B9内孔与传动轴10过盈配合，轴肩限位，并通过顶丝紧固。
如此这样，电机A1将动力传递给带轮A5，通过同步带6将动力传递给带轮B9，通过传动轴10带动机架16旋转，进而带动手掌分指承托架22旋转，实现手掌分指承托架22带动手臂作旋前或旋后运动。
所述一级传动***D还包含深沟球轴承11、轴承座12和止推轴承13；轴承座12固定在支撑架3上，传动轴10安装在布置于轴承座12内的深沟球轴承11中，轴承座12与连接件14之间还设置止推轴承13。深沟球轴承11位于支撑架3的异侧，相对于同步带，深沟球轴承11的轴承外圈分别紧靠支撑架3与轴承座12，内圈紧靠传动轴10的轴肩，轴承座12与支撑架3通过螺栓连接。传动轴10与连接件14(例如连接块)通过矩形轴孔配合，轴承座12与连接件14(例如连接件14为连接块)之间布置止推轴承13。进一步地，带轮B9输出轴系在轴线方向通过长螺栓8与防松螺母15紧固(长螺栓8穿过带轮B9、传动轴10、深沟球轴承11、轴承座12、止推轴承13和连接件14，长螺栓端部用防松螺母15紧固)，止动限位片B7与传动轴10固定，限制带轮B9的轴向运动。深沟球轴承能用于承受径向负荷或径向和轴向同时作用的联合负荷的机件上，也可用于承受轴向负荷的机件上，摩擦阻力小，结构紧凑，使用方便。止推轴承能很好地承受轴向载荷，确保运行工作稳定可靠。
所述支撑架3为碳纤维支撑架。可做成板状结构。碳纤维强度高，具有耐腐蚀和抗摩擦的特点。
更近一步地，如图4所示，所述二级传动***E包含电机B24、电机座B25、齿轮A28、齿轮B31、支撑轴32、输出架A30和输出架B19；机架16上具有可使手掌分指承托架22运动的中空区域，电机座B25安装在中空区域一侧的机架16上，电机B24安装在电机座B25上，齿轮A28安装在电机B24的输出轴上，齿轮B31可转动地设置在电机座B25上，齿轮A28与齿轮B31啮合，齿轮B31与输出架A30固接，输出架B19可转动地设置在中空区域另一侧的机架16上，手掌分指承托架22固定在输出架A30和输出架B19上，支撑轴32的轴线与置于手掌分指承托架22上的手掌的三角骨外侧的生理轴线近似重合。如图7所示，支撑轴32的轴线与生理轴线MN近似重合或对齐，无需考虑重力影响，极大地提高了训练效果，图8为手掌布置在手掌分指承托架22上的侧视图。
本实施方式以前臂的旋转运动为基，以一级传动***、二级传动***及机架来布置手掌屈伸训练机构。也就是，考虑训练轴线与生理旋转轴对齐的问题，对应掌屈/背屈自由度。
手掌分指承托架22的布置相对于两轴线的位姿符合人体工程学，符合腕关节生理运动规律，避免了人机异构带来的过约束问题。
可选地，如图5所示，所述肘关节承托座C包含承托基座34、小臂支撑块35和大臂靠板36；承托基座34固定在底座38上，小臂支撑块35可滑动地设置在承托基座34上，小臂支撑块35由活动件37定位，小臂支撑块35的滑动方向顺着小臂长度方向设置，大臂靠板36固定在小臂支撑块35的后侧。
承托基座34与底座38通过插接固连，小臂支撑块35可在承托基座34内部滑槽滑动，适应不同长度手臂的调整，调整到位后，通过布置在承托基座34和小臂支撑块35上的活动件37定位(例如活动件37可选用蝶形螺栓，蝶形螺栓穿过小臂支撑块35旋拧在承托基座34上)，大臂靠板36与小臂支撑块35固连，实现大臂被支撑，以及小臂能稳定的旋前或旋后运动。通常，大臂靠板36材质为聚丙烯。
基于上述实施方案，连接件14与机架16通过螺栓连接，
如图6所示，所述机架16包含两个机板16-1和多个支撑板16-2；两个机板16-1上下平行间隔设置，两个机板16-1通过多个支撑板16-2连接为一体，连接件14设置在两个机板16-1之间并与两个机板16-1固接。支撑板16-2(例如选取4个)以插接的形式安装于上下机板16-1(例如机板16-1为弧形板，优选地为U形板)之间，电机座B25通过螺栓连接于两个机板16-1之间。
电机B24通过螺栓固定在电机座B25上，电机B24的D型输出轴与联轴器26的D型内孔过盈配合，外侧挡片29将齿轮A28通过螺栓固定在过渡垫片27上，过渡垫片27与联轴器26通过螺栓固定，外侧挡片29覆盖齿轮A28啮合部分。支撑轴32的一端支撑在安装于电机座B25内的法兰轴承33中，齿轮B31安装在支撑轴32的另一端，法兰轴承33安装在电机座B25上，支撑轴32(例如碳纤维材质)与法兰轴承33内圈固定连接，轴肩紧靠。齿轮A28与齿轮B31啮合，螺栓依次穿过支撑轴32、齿轮B31与输出架A30固定。
较佳地，如图6所示，输出架B19可转动地设置在中空区域另一侧的机架16上是这样设计的，法兰轴承座21通过螺栓固定于机架16的对侧，内置轴承槽嵌入第二法兰轴承20，轴承内圈与输出架B19固连，托板18同时通过螺栓与输出架A30和输出架B19连接，手掌分指承托架22通过铆钉与托板18固定，绑带23用于固定手指与手掌。
如此这样，电机B24将动力传递给齿轮A28，通过啮合传递，将动力传递给齿轮B31,进而带动输出架A30和输出架B19转动，进而带动手掌分指承托架22旋转，实现手掌分指承托架22带动手臂作作掌屈或背屈运动。
可选地，托板18、外侧挡片29、齿轮A28、齿轮B31和支撑轴32均为碳纤维材质。碳纤维强度高，具有耐腐蚀和抗摩擦的特点。
本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，均仍属本发明技术方案范围。
Claims (9)
1.一种手腕康复装置，其特征在于：包含底座(38)、机架(16)、手掌分指承托架(22)、肘关节承托座(C)和手腕联合康复机构；
所述手腕联合康复机构具有二个旋转自由度，包含串联布置的一级传动***(D)和二级传动***(E)，一级传动***(D)和肘关节承托座(C)布置在底座(38)上；
手掌分指承托架(22)上设置有用于固定手指和手掌的绑带(23)；
二级传动***(E)布置在机架(16)上，用于驱动设置于机架(16)上的手掌分指承托架(22)带动手掌作掌屈或背屈运动；
一级传动***(D)支撑机架(16)，用于驱动机架(16)，实现手掌分指承托架(22)带动手臂作旋前或旋后运动。
2.根据权利要求1所述一种手腕康复装置，其特征在于：所述一级传动***(D)包含电机A(1)、电机座A(2)、支撑架(3)、带轮A(5)、同步带(6)、带轮B(9)、传动轴(10)和连接件(14)；
支撑架(3)安装在底座(38)上，电机A(1)安装在电机座A(2)上，电机座A(2)安装在支撑架(3)上，带轮A(5)安装在电机A(1)的输出轴上，带轮B(9)安装在传动轴(10)的一端，传动轴(10)可转动地设置在支撑架(3)上，带轮A(5)通同步带(6)与带轮B(9)相连，传动轴(10)的另一端安装有连接件(14)，连接件(14)与机架(16)固接，传动轴(10)的轴线与置于手掌分指承托架(22)上的手掌的尺骨中轴线近似重合。
3.根据权利要求1所述一种手腕康复装置，其特征在于：所述二级传动***(E)包含电机B(24)、电机座B(25)、齿轮A(28)、齿轮B(31)、支撑轴(32)、输出架A(30)和输出架B(19)；
机架(16)上具有可使手掌分指承托架(22)运动的中空区域，电机座B(25)安装在中空区域一侧的机架(16)上，电机B(24)安装在电机座B(25)上，齿轮A(28)安装在电机B(24)的输出轴上，齿轮B(31)可转动地设置在电机座B(25)上，齿轮A(28)与齿轮B(31)啮合，齿轮B(31)与输出架A(30)固接，输出架B(19)可转动地设置在中空区域另一侧的机架(16)上，手掌分指承托架(22)固定在输出架A(30)和输出架B(19)上，支撑轴(32)的轴线与置于手掌分指承托架(22)上的手掌的三角骨外侧的生理轴线近似重合。
4.根据权利要求1所述一种手腕康复装置，其特征在于：所述肘关节承托座(C)包含承托基座(34)、小臂支撑块(35)和大臂靠板(36)；
承托基座(34)固定在底座(38)上，小臂支撑块(35)可滑动地设置在承托基座(34)上，小臂支撑块(35)由活动件(37)定位，小臂支撑块(35)的滑动方向顺着小臂长度方向设置，大臂靠板(36)固定在小臂支撑块(35)的后侧。
5.根据权利要求2所述一种手腕康复装置，其特征在于：所述一级传动***(D)还包含深沟球轴承(11)、轴承座(12)和止推轴承(13)；轴承座(12)固定在支撑架(3)上，传动轴(10)安装在布置于轴承座(12)内的深沟球轴承(11)中，轴承座(12)与连接件(14)之间还设置止推轴承(13)。
6.根据权利要求3所述一种手腕康复装置，其特征在于：支撑轴(32)的一端支撑在安装于电机座B(25)内的法兰轴承(33)中，齿轮B(31)安装在支撑轴(32)的另一端。
7.根据权利要求2所述一种手腕康复装置，其特征在于：所述机架(16)包含两个机板(16-1)和多个支撑板(16-2)；两个机板(16-1)上下平行间隔设置，两个机板(16-1)通过多个支撑板(16-2)连接为一体，连接件(14)设置在两个机板(16-1)之间并与两个机板(16-1)固接。
8.根据权利要求2或7所述一种手腕康复装置，其特征在于：所述支撑架(3)为碳纤维支撑架。
9.根据权利要求3或6所述一种手腕康复装置，其特征在于：所述齿轮A(28)和齿轮B(31)的材质均为碳纤维。
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| CN202210885142.5A CN115154195A (zh) | 2022-07-26 | 2022-07-26 | 一种手腕康复装置 |
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2022
- 2022-07-26 CN CN202210885142.5A patent/CN115154195A/zh active Pending
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