一種氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的穿戴式肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的穿戴式肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置，包括人工氣動(dòng)肌肉組件、上臂支撐組件、前臂支撐組件、肘部連接組件和搖桿滑塊組件，其中氣動(dòng)肌肉組件用于提供驅(qū)動(dòng)力；上臂支撐組件包括肩部護(hù)板、主支撐板、肘部護(hù)板和轉(zhuǎn)盤，由此用于將驅(qū)動(dòng)力繼續(xù)傳遞；前臂支撐組件包括底板、小臂擋板和前臂板，并構(gòu)成容納前臂的接收腔；肘部連接組件包括第一滑板和第二滑板，共同構(gòu)成肘部轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)；搖桿滑塊組件包括曲柄套、曲柄桿和滑塊，由此完成驅(qū)動(dòng)力由上臂支撐組件向前臂支撐組件的傳輸。通過本發(fā)明，可以提供便于穿戴、安全性高、具有人體工程學(xué)特點(diǎn)的肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置，并尤其適用于復(fù)雜訓(xùn)練模式下對(duì)肘關(guān)節(jié)進(jìn)行主被動(dòng)協(xié)調(diào)訓(xùn)練。
【專利說明】一種氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的穿戴式肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于醫(yī)療設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的穿戴式肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著生活水平的逐漸提高，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求也越來越高，采用康復(fù)機(jī)器人對(duì)殘疾人及神經(jīng)損傷患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，被公認(rèn)為是提高他們生活質(zhì)量的重要途徑之一。肘關(guān)節(jié)是人體上肢中非常重要的一個(gè)關(guān)節(jié)，上肢絕大部分動(dòng)作均需要肘關(guān)節(jié)的參與才能完成，目前出現(xiàn)了許多幫助患者上肢各個(gè)關(guān)節(jié)進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練的裝置，但現(xiàn)有的上肢康復(fù)訓(xùn)練裝置均需要固定在地面或者支架上，不能穿戴，不適于家庭使用，而且普遍使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)或者氣缸驅(qū)動(dòng)，這兩種類型的驅(qū)動(dòng)方式均存在安全性差、低速爬行和高速?zèng)_擊等缺點(diǎn)，不符合康復(fù)科學(xué)理念。
[0003]由于康復(fù)訓(xùn)練裝置需要與人體直接作用，在設(shè)計(jì)可穿戴式的上肢康復(fù)訓(xùn)練裝置時(shí)，必須在結(jié)構(gòu)上保證康復(fù)訓(xùn)練的安全性與舒適性，為此在設(shè)計(jì)上肢肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置的結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)必須考慮肘關(guān)節(jié)的生理結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其運(yùn)動(dòng)方式。一方面，肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置的工作空間應(yīng)與人的肢體自然活動(dòng)空間一致，以保證在對(duì)患肢各個(gè)關(guān)節(jié)和肌肉組織進(jìn)行有效訓(xùn)練的同時(shí)不致拉傷人體組織；另一方面，肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置的結(jié)構(gòu)應(yīng)保證它能適應(yīng)不同患者的患肢尺寸，自動(dòng)順應(yīng)運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的配合誤差，使裝置在引導(dǎo)患肢運(yùn)動(dòng)時(shí)其本體結(jié)構(gòu)不與患肢產(chǎn)生干涉；再者肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也必須具有足夠的柔韌性，其驅(qū)動(dòng)方式不僅要求安全，而且要求結(jié)構(gòu)輕巧、行程與上肢肌肉收縮量一致，另外為了強(qiáng)化康復(fù)訓(xùn)練效果，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)還必須具備對(duì)患肢肘關(guān)節(jié)進(jìn)行主被動(dòng)協(xié)調(diào)康復(fù)訓(xùn)練的能力。
[0004]CN1961848A中公開了一種基于氣動(dòng)肌肉的柔性外骨骼肘關(guān)節(jié)，其由兩條氣動(dòng)肌肉及一個(gè)單自由度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副構(gòu)成，由此通過采用氣動(dòng)肌肉作為關(guān)節(jié)的執(zhí)行元件，具有仿生學(xué)的特點(diǎn)。然而，進(jìn)一步的研究表明，上述現(xiàn)有裝置并未充分考慮到裝置運(yùn)動(dòng)與人體肘關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)之間的匹配問題，缺乏良好的順應(yīng)性，而且不能較好地符合康復(fù)科學(xué)對(duì)訓(xùn)練安全性的要求。事實(shí)上，由于該裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與人體肘關(guān)節(jié)的軸線存在較大的偏差，并且沒有相應(yīng)的補(bǔ)償機(jī)構(gòu)來彌補(bǔ)這一偏差，因而在實(shí)際康復(fù)訓(xùn)練過程中該外骨骼裝置會(huì)在患肢表面相對(duì)滑動(dòng)，若外骨骼裝置與患肢表面嚴(yán)格固定，則該裝置在使用時(shí)將存在運(yùn)動(dòng)困難的問題，并可能會(huì)對(duì)脆弱的患肢產(chǎn)生傷害。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的穿戴式肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置，其中通過對(duì)其關(guān)鍵組件的結(jié)構(gòu)及其相互聯(lián)接方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以提供便于穿戴、安全性高、可實(shí)現(xiàn)主被動(dòng)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)、具有人體工程學(xué)特點(diǎn)的肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置。[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的穿戴式肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置，該訓(xùn)練裝置包括人工氣動(dòng)肌肉組件、上臂支撐組件、前臂支撐組件、肘部連接組件和搖桿滑塊組件，其特征在于:
[0007]所述人工氣動(dòng)肌肉組件包括肌肉盒、和由肘屈氣動(dòng)肌肉和肘伸氣動(dòng)肌肉共同組成的一對(duì)人工氣動(dòng)肌肉，所述人工氣動(dòng)肌肉的一端分別固定在肌肉盒上，另外一端采用繩索分別經(jīng)由導(dǎo)向元件連接于上臂支撐組件的轉(zhuǎn)盤；
[0008]所述上臂支撐組件包括肩部護(hù)板、主支撐板、肘部護(hù)板和轉(zhuǎn)盤，其中肩部護(hù)板和肘部護(hù)板之間通過上臂連接板彼此聯(lián)接，在該上臂連接板上安裝主支撐板；所述轉(zhuǎn)盤由兩個(gè)同心扇形結(jié)構(gòu)件共同構(gòu)成，它們通過同一主軸安裝在所述主支撐板上，分別用于纏繞與人工氣動(dòng)肌肉相連的繩索，并在其帶動(dòng)下繞其安裝主軸轉(zhuǎn)動(dòng)； [0009]所述前臂支撐組件包括底板、小臂擋板和前臂板，其中底板和小臂擋板共同構(gòu)成用于容納使用者前臂的接收腔，前臂板與底板的上表面相固聯(lián)，并且在前臂板頂面上沿著前臂長(zhǎng)度方向分別設(shè)置有主滑桿和輔助滑桿；
[0010]所述肘部連接組件包括第一滑板和第二滑板，它們各自的一端共同安裝在肘軸上并可發(fā)生樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，此外第一滑板的另外一端可來回移位地安裝在設(shè)置于所述肘部護(hù)板表面的絲桿上，第二滑板的另外一端可來回滑動(dòng)地套設(shè)在所述輔助滑桿上，由此共同構(gòu)成肘部轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)；
[0011]所述搖桿滑塊組件包括曲柄套、曲柄桿和滑塊，其中曲柄套的一端與上臂支撐組件的所述轉(zhuǎn)盤固定相聯(lián)，另外一端可伸縮地安裝曲柄桿，曲柄桿伸出曲柄套的端部則與滑塊可樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)相連，并且所述滑塊可來回滑動(dòng)地套設(shè)在所述主滑桿上，由此完成驅(qū)動(dòng)力由上臂支撐組件向前臂支撐組件的傳輸。
[0012]作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)盤由兩個(gè)同心扇形結(jié)構(gòu)件共同構(gòu)成，并且這兩個(gè)扇形結(jié)構(gòu)件的半徑不同，張角均為90度。
[0013]作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)盤上沿著圓周方向分布有多排螺孔，所述搖桿滑塊組件的的曲柄套可固定在不同位置的螺孔上，由此實(shí)現(xiàn)搖桿滑塊組件相對(duì)于轉(zhuǎn)盤的位置和角度可調(diào)。
[0014]作為進(jìn)一步優(yōu)選地，對(duì)于所述上臂支撐組件而言，其中的上臂連接板表面上還開設(shè)有直線滑槽，所述主支撐板可通過螺栓螺母分別固定在該直線滑槽的不同位置，由此便于調(diào)節(jié)上臂支撐組件以適用不同尺寸的上臂。
[0015]作為進(jìn)一步優(yōu)選地，對(duì)于所述前臂支撐組件而言，其中的底板的一側(cè)通過合頁與前臂板的近肘關(guān)節(jié)端相聯(lián)接，并使得兩者之間僅能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；所述底板的另外一側(cè)則與前臂板的近腕關(guān)節(jié)端可來回移動(dòng)地相聯(lián)接。
[0016]作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述前臂支撐組件中的小臂擋板優(yōu)選呈現(xiàn)彎板的形式，且其彎曲角度在120°~150°之間。
[0017]作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述底板的上表面上還設(shè)置有相互平行的第一側(cè)凸臺(tái)、第二側(cè)凸臺(tái)，所述前臂板的底面上對(duì)應(yīng)設(shè)置有第一吊耳和第二吊耳；第一支撐桿和第二支撐桿以相同方式將其一端鉸接在第一側(cè)凸臺(tái)上，另外一端則分別安裝在開設(shè)于第一側(cè)凸臺(tái)和第二側(cè)凸臺(tái)上的滑槽內(nèi)，由此實(shí)現(xiàn)所述底板的另外一側(cè)與前臂板的近腕關(guān)節(jié)端可來回移動(dòng)地相聯(lián)接。[0018]作為進(jìn)一步優(yōu)選地，對(duì)于所述肘部連接組件而言，其中的第一滑板通過螺紋孔聯(lián)接在所述肘部護(hù)板的絲桿上，第二滑板通過直線軸承聯(lián)接在所述輔助滑桿上，由此共同構(gòu)成位置可調(diào)的肘部轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)。
[0019]總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，可以便利地實(shí)現(xiàn)多處調(diào)節(jié)以便適用不同場(chǎng)合，其中包括主支撐板相對(duì)于上臂連接板的位置可調(diào)、曲柄套相對(duì)于轉(zhuǎn)盤的位置、夾角及其自身的長(zhǎng)度可調(diào)、第一滑板相對(duì)于肘部護(hù)板的位置可調(diào)，以及前臂板與小臂前端的角度可調(diào)等；此外，其結(jié)構(gòu)緊湊、便于穿戴、運(yùn)動(dòng)柔順性強(qiáng)、并能夠?qū)崿F(xiàn)主被動(dòng)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)具備人體工程學(xué)特點(diǎn)和高訓(xùn)練安全性，因而尤其適用于在各類復(fù)雜訓(xùn)練模式下對(duì)肘關(guān)節(jié)進(jìn)行主被動(dòng)協(xié)調(diào)訓(xùn)練。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是按照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例所構(gòu)建的穿戴式肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2是圖1中所示轉(zhuǎn)盤的局部剖視圖；
[0022]圖3是按照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的前臂支撐組件部分元件的相互聯(lián)接關(guān)系示意圖；
[0023]在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中:
[0024]1-肩部護(hù)板2-綁帶3-主支撐板4-肘伸鋼絲繩5-主軸6_轉(zhuǎn)盤8_曲柄套9_綁帶10-螺釘11-曲柄桿12-輔軸13-滑塊14-主滑桿15-綁帶16.1-第一支撐桿16.2-第二支撐桿17-底板17.1-第一側(cè)凸臺(tái)17.2-第二側(cè)凸臺(tái)18-前臂板18.1-第一吊耳18.2-第二吊耳19-綁帶20-小臂擋板21-輔助滑桿22-第二滑板23-肘軸24-第一滑板25-絲桿26-肘部護(hù)板27-上臂連接板27.1-豎直槽28-肘屈鋼絲繩29-肌肉盒30-第一彈性撓管31-第二彈性撓管32-肘伸氣動(dòng)肌肉33-肘屈氣動(dòng)肌肉33-合頁
【具體實(shí)施方式】
[0025]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0026]圖1是按照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例所構(gòu)建的穿戴式肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1中所示，該穿戴式肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置主要包括人工氣動(dòng)肌肉組件、上臂支撐組件、前臂支撐組件、肘部連接組件和搖桿滑塊組件，其中就功能而言，上臂支撐組件、前臂支撐組件、肘部連接組件和搖桿滑塊組件組成一個(gè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，人工氣動(dòng)肌肉組件依靠繩索類柔性機(jī)構(gòu)(譬如，鋼絲繩)將動(dòng)力傳遞至上臂支撐組件；上臂支撐組件和前臂支撐組件通過肘部連接組件連接，形成肘部轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)；搖桿滑塊組件連接上臂支撐組件中的曲柄和前臂支撐組件中的絲桿，驅(qū)動(dòng)整個(gè)前臂支撐組件圍繞肘部關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0027]下面將就各個(gè)組件的結(jié)構(gòu)和功能分別給出具體說明。
[0028]所述人工氣動(dòng)肌肉組件包括肌肉盒29、和由肘屈氣動(dòng)肌肉32和肘伸氣動(dòng)肌肉33共同組成的一對(duì)人工氣動(dòng)肌肉，這一對(duì)人工氣動(dòng)肌肉的一端分別固定在肌肉盒上，另外一端采用譬如鋼絲繩的繩索分別經(jīng)由導(dǎo)向元件(譬如，第一彈性套管30和第二彈性撓管31)連接于上臂支撐組件的轉(zhuǎn)盤6。兩根彈性撓管的一端與肌肉盒29固定，另一端與主支撐板3固定。
[0029]所述上臂支撐組件包括肩部護(hù)板1、主支撐板3、肘部護(hù)板26和轉(zhuǎn)盤6，其中肩部護(hù)板I和肘部護(hù)板26之間通過上臂連接板27彼此聯(lián)接，在該上臂連接板27上安裝主支撐板
3;轉(zhuǎn)盤6由兩個(gè)同心扇形結(jié)構(gòu)件共同構(gòu)成，它們通過同一主軸安裝在所述主支撐板3上，分別用于纏繞與人工氣動(dòng)肌肉30、31相連的鋼絲繩，并在其帶動(dòng)下繞其安裝主軸轉(zhuǎn)動(dòng)。換而言之，上臂連接板27分別與肩部護(hù)板I和肘部護(hù)板26固聯(lián)形成上臂支撐組件的基礎(chǔ)，轉(zhuǎn)盤6通過主軸固定在主支撐板3上形成曲柄組件，整個(gè)曲柄組件通過主支撐板3固聯(lián)在上臂連接板27上，絲杠25通過兩端的支撐凸臺(tái)固定于肘部護(hù)板26上。整個(gè)上臂支撐組件依靠固定在肩部護(hù)板I和肘部護(hù)板26上的綁帶實(shí)現(xiàn)與人體上臂的結(jié)合。
[0030]更具體地，肘屈氣動(dòng)人工肌肉33與肘伸氣動(dòng)肌肉32均安裝在肌肉盒29內(nèi)，肘屈氣動(dòng)肌肉33和肘伸氣動(dòng)肌肉32的活動(dòng)端分別與肘屈鋼絲繩28和肘伸鋼絲繩4連接。肘屈鋼絲繩28和肘伸鋼絲繩4分別穿過第一彈性撓管30和第二彈性撓管31與轉(zhuǎn)盤6連接。這兩根彈性撓管的一端與肌肉盒29固定，另一端與主支撐板3固定。轉(zhuǎn)盤6通過主軸5可樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)地活動(dòng)連接在主支撐板3的外側(cè)，轉(zhuǎn)盤6可相對(duì)于主支撐板3自由轉(zhuǎn)動(dòng)；主支撐板
3安裝在上臂連接板27的外側(cè)，其相對(duì)位置可通過上臂連接板27中部?jī)蓚€(gè)豎直槽27.1來調(diào)整。上臂連接板27的上端與肩部護(hù)板I固定連接，其下端與肘部護(hù)板26固定連接。
[0031]按照本發(fā)明的一 個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述轉(zhuǎn)盤6可以由兩個(gè)同心扇形結(jié)構(gòu)件共同構(gòu)成，并且這兩個(gè)扇形結(jié)構(gòu)件的半徑不同，張角均為90度，由此進(jìn)一步便于對(duì)來自氣動(dòng)肌肉的驅(qū)動(dòng)力執(zhí)行傳遞，并在保證結(jié)構(gòu)緊湊的前提下實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)力的有效分配。按照本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方式，對(duì)于所述上臂支撐組件而言，其中的上臂連接板27表面上還開設(shè)有直線滑槽，所述主支撐板3可通過螺栓螺母分別固定在該直線滑槽的不同位置，由此便于調(diào)節(jié)上臂支撐組件以適用不同尺寸的上臂。
[0032]此外，鋼絲繩4、28在轉(zhuǎn)盤6上的纏繞方式例如可采用圖2中所示的方式:兩個(gè)扇形結(jié)構(gòu)件沿外圓周方向均開有容納軟鋼絲繩的弧形槽，主支撐板3上端的兩側(cè)沿豎直方向各開有一個(gè)沉頭孔，兩個(gè)沉頭孔的軸線分別與轉(zhuǎn)盤6的兩個(gè)扇形盤面的外圓周相切。第一彈性撓管30和第二彈性撓管31分別插在這兩個(gè)沉頭孔的沉頭內(nèi)，肘屈鋼絲繩28和肘伸鋼絲繩4分別穿過沉頭孔，與轉(zhuǎn)盤6上的兩個(gè)扇形盤面內(nèi)的弧形槽相接觸并與之纏繞，鋼絲繩末端的埋頭與轉(zhuǎn)盤6固定連接。肘屈氣動(dòng)肌肉33收縮并拉動(dòng)肘屈鋼絲繩28繩時(shí)，轉(zhuǎn)盤6可繞主軸5逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；轉(zhuǎn)盤6逆時(shí)針轉(zhuǎn)過一定角度后，肘伸氣動(dòng)肌肉32收縮并拉動(dòng)肘伸鋼絲繩4，轉(zhuǎn)盤6便繞主軸5順時(shí)針轉(zhuǎn)到初始位置。
[0033]所述前臂支撐組件包括底板17、小臂擋板20和前臂板18，其中底板17和小臂擋板20共同構(gòu)成用于容納使用者前臂的接收腔，并通過固定于其上的綁帶和人體前臂結(jié)合，為肘關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)提供有效的均勻支撐。前臂板18與底板17的上表面相固聯(lián)，并且在其頂面上沿著前臂長(zhǎng)度方向分別設(shè)置有主滑桿14和輔助滑桿21。
[0034]更具體地，前臂支撐組件中的底板17的一側(cè)優(yōu)選通過合頁與前臂板18的近肘關(guān)節(jié)端相聯(lián)接，并使得兩者之間僅能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；底板17的另外一側(cè)則適于采用各種形式來實(shí)現(xiàn)與前臂板18的近腕關(guān)節(jié)端可來回移動(dòng)地相聯(lián)接。此外，小臂擋板20優(yōu)選呈現(xiàn)彎板的形式，且其彎曲角度在120°~150°之間。[0035]按照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，對(duì)于底部17另外一側(cè)與前臂板18的近腕關(guān)節(jié)端之間的聯(lián)接方式，如圖3中所示，可以通過平行分布的第一側(cè)凸臺(tái)17.1、第二側(cè)凸臺(tái)
17.2、第一支撐桿16.1、第二支撐桿16.2、第一吊耳18.1、第二吊耳18.2固聯(lián)于前臂板18的近腕關(guān)節(jié)端，具體連接方式為:第一支撐桿16.1的一端和固定于前臂板18的第一吊耳
18.1鉸接，另一端通過銷軸在固定于地板上的第一側(cè)邊凸臺(tái)17.1的滑槽內(nèi)滑動(dòng)，第二支撐桿16.2、第二吊耳18.2、第二側(cè)邊凸臺(tái)17.2亦采用同樣的方式聯(lián)接。由此形成了整個(gè)前臂支撐組件的支撐基礎(chǔ)。通過以上設(shè)置，喲與底板17和前臂板18近肘關(guān)節(jié)端通過合頁聯(lián)接，只能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)?shù)谝弧⒌诙螚U16.1,16.2分別在第一、第二側(cè)邊凸臺(tái)17.1,17.2上的滑槽內(nèi)滑動(dòng)時(shí)，底板17和前臂板18近腕關(guān)節(jié)端的距離會(huì)發(fā)生變化，隨之兩板之間的夾角發(fā)生變化。[0036]對(duì)于所述肘部連接組件而言，其包括第一滑板24和第二滑板22，它們各自的一端共同安裝在肘軸23上并可發(fā)生樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，此外第一滑板24的另外一端可來回移位地安裝在設(shè)置于肘部護(hù)板26表面的絲桿25上，第二滑板22的另外一端可來回滑動(dòng)地套設(shè)在所述輔助滑桿21上，由此共同構(gòu)成肘部轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)。
[0037]更具體地，第一滑板24通過螺紋孔聯(lián)接在所述肘部護(hù)板26的絲桿(25)上，第二滑板22通過直線軸承聯(lián)接在輔助滑桿21上，由此共同構(gòu)成位置可調(diào)的肘部轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)。
[0038]對(duì)于所述搖桿滑塊組件而言，其包括曲柄套8、曲柄桿11和滑塊13，其中曲柄套8的一端與上臂支撐組件的轉(zhuǎn)盤6固定相聯(lián)，另外一端可伸縮地安裝曲柄桿11，該曲柄桿11伸出曲柄套的端部則與滑塊13可樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)相連，并且所述滑塊13可來回滑動(dòng)地套設(shè)在主滑桿14上，由此完成驅(qū)動(dòng)力由上臂支撐組件向前臂支撐組件的傳輸。
[0039]再次參見圖1，曲柄套8與曲柄桿11組成一個(gè)長(zhǎng)度可調(diào)的曲柄I，通過緊定螺釘10可將曲柄I固定在合適的長(zhǎng)度。在轉(zhuǎn)盤6的盤面上沿徑向分布有一系列通孔，可根據(jù)實(shí)際需要從中選擇2~3個(gè)通孔將曲柄I的一端固定在轉(zhuǎn)盤6上，另外一端可樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置在滑桿14上。曲柄I的另一端通過輔軸12與滑塊13活動(dòng)連接，滑塊13可繞輔軸12相對(duì)曲柄I的末端自由轉(zhuǎn)動(dòng)，滑塊13套在滑桿14上，滑塊13可在主滑桿14上自由滑動(dòng)。
[0040]下面將具體描述按照本發(fā)明的康復(fù)訓(xùn)練裝置的使用原理。
[0041]按照本發(fā)明的肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置使用綁帶2、綁帶9、綁帶15，綁帶19以及小臂擋板20將其固定在人體上肢，如圖1所示，其中綁帶2和綁帶9，分別與肩部護(hù)板I和肘部護(hù)板26連接；綁帶15和綁帶19的一端與底板18連接，它們的另一端與小臂擋板20連接，小臂擋板20通過鉸鏈與底板18的側(cè)邊活動(dòng)連接，當(dāng)綁帶15和綁帶19繞在人體上肢小臂上并被拉緊時(shí)，小臂擋板20將與小臂均勻緊貼，為肘關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)提供有效的均勻支撐。此外，曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將帶動(dòng)滑塊在搖桿上滑動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)搖桿擺動(dòng)。由于搖桿與上肢小臂固定，因而搖桿的擺動(dòng)將造成小臂繞肘關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。
[0042]從以上描述中不難看出，為了適應(yīng)不同人群的肢體尺寸，本裝置設(shè)置了 5處調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，具體包括:主支撐板3相對(duì)于上臂連接板27的位置可調(diào)；曲柄I上端相對(duì)于轉(zhuǎn)盤6的位置和夾角可調(diào)；曲柄I的長(zhǎng)度可調(diào)；螺紋滑板24在肘部護(hù)板26上相對(duì)的位置可調(diào)；以及前臂板18與上肢小臂前端的角度可調(diào)等。
[0043]下面將對(duì)按照本發(fā)明的肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置的具體改進(jìn)之處及其所帶來的優(yōu)點(diǎn)更為具體地加以解釋說明。[0044]通過將曲柄桿嵌在曲柄套內(nèi)并可相對(duì)曲柄套伸出和縮進(jìn)，曲柄套上沒有設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)軸，而是將其與一個(gè)表面分布有多個(gè)定位孔的轉(zhuǎn)盤相固定，選擇合理的定位孔可將曲柄套布置在需要的角度和位置。由轉(zhuǎn)盤、曲柄套和曲柄桿組成的曲柄可以看成是一個(gè)長(zhǎng)度和轉(zhuǎn)動(dòng)中心可調(diào)的復(fù)合曲柄。
[0045]由于人體上肢小臂是一個(gè)類似于紡錘體的一端大一端小的不規(guī)則柱體結(jié)構(gòu)，為了保證搖桿與支座處于一個(gè)相對(duì)平行的空間位置以便于曲柄能正常轉(zhuǎn)動(dòng)，本裝置在搖桿與人體上肢小臂之間設(shè)置了一個(gè)支架，用于調(diào)整搖桿與小臂之間的角度，以保證搖桿的運(yùn)動(dòng)平面與支座所在的平面平行。
[0046]由于搖桿的轉(zhuǎn)動(dòng)中心同肘關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心不可避免地存在偏離，本裝置在搖桿與支座連接的地方設(shè)置了一個(gè)可調(diào)絲杠和一個(gè)被動(dòng)滑動(dòng)副?？烧{(diào)絲杠用來在穿戴時(shí)情況下粗調(diào)搖桿的轉(zhuǎn)動(dòng)中心，使搖桿的轉(zhuǎn)動(dòng)中心與肘關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心近似同軸。被動(dòng)滑動(dòng)副在搖桿擺動(dòng)時(shí)起到彌補(bǔ)搖桿的轉(zhuǎn)動(dòng)中心與肘關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心之間偏差的作用，使搖桿能主動(dòng)順應(yīng)肘關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，防止小臂與搖桿之間由于運(yùn)動(dòng)不匹配造成的運(yùn)動(dòng)困難以及由此帶來的運(yùn)動(dòng)傷害。
[0047]也就是說，為了適應(yīng)不同人的上肢尺寸本發(fā)明裝置在多個(gè)地方設(shè)置了調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其中主支撐板可沿上臂連接板的豎直槽滑動(dòng)，選定合理的位置后可用螺釘螺母將二者鎖緊；曲柄上端相對(duì)轉(zhuǎn)盤的位置亦可通過二者接合面上的定位孔來調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)曲柄桿在曲柄套內(nèi)的深入量便可獲得不同的曲柄長(zhǎng)度。
[0048]此外，曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)通過兩根氣動(dòng)肌肉的協(xié)調(diào)收縮與舒張來實(shí)現(xiàn)，由于氣動(dòng)肌肉與人體骨骼肌運(yùn)動(dòng)方式類似，行程有限且無運(yùn)動(dòng)沖擊，因而曲柄的最大轉(zhuǎn)動(dòng)角度能夠始終維持在人體肘關(guān)節(jié)所能運(yùn)動(dòng)的范圍內(nèi)，且曲柄的運(yùn)動(dòng)始終是平滑的，這就在驅(qū)動(dòng)方式上保證了訓(xùn)練的安全性。
[0049]經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，氣動(dòng)肌肉在彎曲狀態(tài)下工作時(shí)氣管表面容易出現(xiàn)局部變形，而且放氣松弛后局部變形處難以恢復(fù)正常狀態(tài)，嚴(yán)重影響了氣動(dòng)肌肉的工作性能和使用壽命，為此本發(fā)明將氣動(dòng)肌肉筆直布置在單獨(dú)的氣動(dòng)肌肉盒內(nèi)，避免了彎曲狀態(tài)工作時(shí)氣動(dòng)肌肉收縮不均勻的問題，確保了氣動(dòng)肌肉始終處于正常的工作狀態(tài)。氣動(dòng)肌肉盒與裝置本體之間通過彈性撓管連接，其中彈性撓管內(nèi)部穿有傳遞拉力的軟鋼絲繩，氣動(dòng)肌肉收縮時(shí)產(chǎn)生的拉力通過兩根軟鋼絲傳遞到轉(zhuǎn)盤上。軟鋼絲外面所套的彈性撓管具有很高撓性，該彈性撓管不可被拉伸和壓縮，只能以較大的曲率被彎曲，可以保證軟鋼絲在傳遞拉力時(shí)始終保證張緊狀態(tài)。彈性撓管的使用使得驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與訓(xùn)練裝置得到了分離，保證了訓(xùn)練裝置在整體上是一個(gè)不帶電路元件的“無電裝置”，使得患者在心里上易于接受康復(fù)訓(xùn)練，同時(shí)也使得驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以擺放在環(huán)境中的任何地方，節(jié)約了空間的使用。
[0050]最后，為了滿足復(fù)雜訓(xùn)練模式下機(jī)器人與患肢主被動(dòng)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的要求，在患者主動(dòng)能力不足時(shí)提供適度的輔助，而在患者有能力完成動(dòng)作時(shí)適當(dāng)減小輔助甚至施加阻力，本發(fā)明配置了兩根氣動(dòng)肌肉以實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的正反運(yùn)動(dòng)，這樣可依據(jù)相應(yīng)的訓(xùn)練模式，例如結(jié)合力矩傳感器和角位移傳感器實(shí)時(shí)采集的作用力信息與位置信息，通過控制各個(gè)氣動(dòng)肌肉的收縮來實(shí)現(xiàn)肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置與患肢肘部的主被動(dòng)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。
[0051]綜上所述，按照本發(fā)明的穿戴式肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置結(jié)構(gòu)緊湊、便于穿戴、運(yùn)動(dòng)柔順性強(qiáng)、并能夠?qū)崿F(xiàn)主被動(dòng)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)具備人體工程學(xué)特點(diǎn)和高訓(xùn)練安全性，因而尤其適用于在各類復(fù)雜訓(xùn)練模式下對(duì)肘關(guān)節(jié)進(jìn)行主被動(dòng)協(xié)調(diào)訓(xùn)練。
[0052] 本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的穿戴式肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置，該訓(xùn)練裝置包括人工氣動(dòng)肌肉組件、上臂支撐組件、前臂支撐組件、肘部連接組件和搖桿滑塊組件，其特征在于: 所述人工氣動(dòng)肌肉組件包括肌肉盒(29)、和由肘屈氣動(dòng)肌肉(32)和肘伸氣動(dòng)肌肉(33)共同組成的一對(duì)人工氣動(dòng)肌肉，所述人工氣動(dòng)肌肉的一端分別固定在肌肉盒上，另外一端采用繩索分別經(jīng)由導(dǎo)向元件連接于上臂支撐組件的轉(zhuǎn)盤(6); 所述上臂支撐組件包括肩部護(hù)板(I)、主支撐板(3)、肘部護(hù)板(26)和轉(zhuǎn)盤(6)，其中肩部護(hù)板(I)和肘部護(hù)板(26)之間通過上臂連接板(27)彼此聯(lián)接，在該上臂連接板(27)上安裝主支撐板(3);所述轉(zhuǎn)盤(6)由兩個(gè)同心扇形結(jié)構(gòu)件共同構(gòu)成,它們通過同一主軸安裝在所述主支撐板(3)上，分別用于纏繞與人工氣動(dòng)肌肉(30，31)相連的繩索，并在其帶動(dòng)下繞其安裝主軸轉(zhuǎn)動(dòng)； 所述前臂支撐組件包括底板(17)、小臂擋板(20)和前臂板(18)，其中底板(17)和小臂擋板(20)共同構(gòu)成用于容納使用者前臂的接收腔，前臂板(18)與底板(17)的上表面相固聯(lián)，并且在前臂板頂面上沿著前臂長(zhǎng)度方向分別設(shè)置有主滑桿(14)和輔助滑桿(21); 所述肘部連接組件包括第一滑板(24)和第二滑板(22)，它們各自的一端共同安裝在肘軸(23)上并可發(fā)生樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，此外第一滑板(24)的另外一端可來回移位地安裝在設(shè)置于所述肘部護(hù)板(26)表面的絲桿(25)上，第二滑板(22)的另外一端可來回滑動(dòng)地套設(shè)在所述輔助滑桿(21)上，由此共同構(gòu)成肘部轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)； 所述搖桿滑塊組件包括曲柄套(8)、曲柄桿(11)和滑塊(13)，其中曲柄套(8)的一端與上臂支撐組件的所述轉(zhuǎn)盤(6)固定相聯(lián)，另外一端可伸縮地安裝曲柄桿(11)，曲柄桿(11)伸出曲柄套的端部則與滑塊(13)可樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)相連，并且所述滑塊(13)可來回滑動(dòng)地套設(shè)在所述主滑桿(14)上，由此完成驅(qū)動(dòng)力由上臂支撐組件向前臂支撐組件的傳輸。
2.如權(quán)利要求1所述的穿戴式肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)盤(6)由兩個(gè)同心扇形結(jié)構(gòu)件共同構(gòu)成，并且這兩個(gè)扇形結(jié)構(gòu)件的半徑不同，張角均為90度。
3.如權(quán)利要求1或2所述的穿戴式肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)盤(6)上沿著圓周方向分布有多排螺孔，所述搖桿滑塊組件的的曲柄套(8)可固定在不同位置的螺孔上，由此實(shí)現(xiàn)搖桿滑塊組件相對(duì)于轉(zhuǎn)盤的位置和角度可調(diào)。
4.如權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的穿戴式肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置，其特征在于，對(duì)于所述上臂支撐組件而言，其中的上臂連接板(27)表面上還開設(shè)有直線滑槽，所述主支撐板(3)可通過螺栓螺母分別固定在該直線滑槽的不同位置，由此便于調(diào)節(jié)上臂支撐組件以適用不同尺寸的上臂。
5.如權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的穿戴式肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置，其特征在于，對(duì)于所述前臂支撐組件而言，其中的底板(17)的一側(cè)通過合頁與前臂板(18)的近肘關(guān)節(jié)端相聯(lián)接，并使得兩者之間僅能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；所述底板(17)的另外一側(cè)則與前臂板(18)的近腕關(guān)節(jié)端可來回移動(dòng)地相聯(lián)接。
6.如權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)所述的穿戴式肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置，其特征在于，所述前臂支撐組件中的小臂擋板(20)優(yōu)選呈現(xiàn)彎板的形式，且其彎曲角度在120°~150°之間。
7.如權(quán)利要求5所述的穿戴式肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置，其特征在于，所述底板(17)的上表面上還設(shè)置有相互平行的第一側(cè)凸臺(tái)(17.1)、第二側(cè)凸臺(tái)(17.2)，所述前臂板(18)的底面上對(duì)應(yīng)設(shè)置有第一吊耳(18.1)和第二吊耳(18.2);第一支撐桿(16.1)和第二支撐桿(16.2)以相同方式將其一端鉸接在第一側(cè)凸臺(tái)(17.1)上,另外一端則分別安裝在開設(shè)于第一側(cè)凸臺(tái)和第二側(cè)凸臺(tái)(17.1)上的滑槽內(nèi)，由此實(shí)現(xiàn)所述底板(17)的另外一側(cè)與前臂板(18)的近腕關(guān)節(jié)端可來回移動(dòng)地相聯(lián)接。
8.如權(quán)利要求1-7任意一項(xiàng)所述的穿戴式肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置，其特征在于，對(duì)于所述肘部連接組件而言，其中的第一滑板(24)優(yōu)選通過螺紋孔聯(lián)接在所述肘部護(hù)板(26)的絲桿(25)上，第二滑板(22)優(yōu)選通過直線軸承聯(lián)接在所述輔助滑桿(21)上，由此共同構(gòu)成位置可調(diào)的肘部轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié) 。
【文檔編號(hào)】A63B22/00GK103536426SQ201310476999
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月12日
【發(fā)明者】熊蔡華, 陳文斌, 柳鍇, 孫容磊, 熊有倫 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)