CN108814905A - 一种上肢康复平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种上肢康复平台，包括手腕康复装置和变自由度立体运动平台，手腕康复装置包括手腕前康复单元和手腕后康复单元，手腕前康复单元经连接板与手腕后康复单元的弧形旋转机构固定连接；手腕后康复单元通过基座安装于变自由度立体运动平台的十字滑块上；手腕前康复单元中，手臂支撑架安装于连接板上，手臂支撑架与连接板之间设有第二电机，第二电机的输出轴通过连接组件与手臂后托盘连接，扇形齿轮通过键轴与手臂后托盘固连，手臂托盘与手臂后托盘铰接，手臂托盘经减速电机与小齿轮固定连接，小齿轮与扇形齿轮啮合。本发明综合穿戴式康复器与末端牵引式康复器，辅助患者手腕完成掌屈/背屈、内翻/外翻、内收/外收三个自由度的康复训练。

Description

一种上肢康复平台

技术领域

本发明涉及一种康复装置，具体为一种上肢康复平台。

背景技术

随着老龄化的加剧由脑卒中疾病引起的肢体功能丧失，这给患者的家庭和社会带来了沉重的负担。此外，由脑卒中等疾病引起的相关并发症也日益增加，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。临床上对偏瘫患者的康复方法是康复医师对病人投入大量时间徒手进行一对一的治疗，并且训康复效果很大程度上依赖康复医师的临床经验，除此之外，在传统的康复治疗过程中，由于专业护理人员的缺乏导致医疗费用昂贵。如果康复医师经验不足、康复训练方式不够准确以及对训练强度的无法掌控，最终会使患者错过了最有利康复治疗时间从而得不到理想的康复效果，甚至造成二次损伤。

目前，上肢康复装置，大部分都是患者通过手握康复装置的末端手柄来实现运动康复训练，然而许多的严重患者，他们的整个患肢无法自行实现手握功能，而且末端牵引式康复装置只能辅助患者上肢在单平面内做曲线或直线运动，可训练的自由度较少，无法实现多自由度的康复训练。

发明内容

针对现有技术中上肢康复装置无法实现多自由度的康复训练等不足，本发明要解决的问题是提供一种综合采用穿戴式康复器与末端牵引式康复器的特点的上肢康复平台。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种上肢康复平台，包括手腕康复装置和变自由度立体运动平台，其中手腕康复装置包括手腕前康复单元和手腕后康复单元，手腕前康复单元通过连接板与手腕后康复单元的弧形旋转机构固定连接；手腕后康复单元通过基座安装于变自由度立体运动平台的十字滑块上。

所述手腕前康复单元包括手臂托盘、手臂后托盘、扇形齿轮、手臂支撑架以及连接板，其中，手臂支撑架安装于连接板上，手臂支撑架与连接板之间设有第二电机，第二电机的输出轴穿过手臂支撑架通过连接组件与手臂后托盘连接，扇形齿轮通过键轴与手臂后托盘固定连接，手臂托盘与手臂后托盘铰接，手臂托盘与减速电机固定连接，通过减速电机的输出轴与小齿轮固定连接，同时小齿轮与扇形齿轮啮合。

所述第二电机的输出轴穿过手臂支撑架通过连接组件与手臂后托盘连接，其中，连接组件包括法兰连接件、止推轴承以及深沟球轴承，臂后托盘固定在法兰连接件的端面上，法兰连接件大径端面与止推轴承啮合，小径与深沟球轴承内圈固定连接，止推轴承与深沟球轴承分别与手臂支撑架固定连接，法兰连接件通过键与电机旋转轴连接。

所述手腕后康复单元包括弧形旋转机构、弧形齿轮、齿轮、弧形机构支撑架、定位滚轮支撑杆、减速器支撑座、小臂支撑座以及基座，其中弧形旋转机构外端面轴承槽与径向轴承槽分别和第一、二深沟球轴承啮合，第一、二深沟球轴承内圈分别通过轴与弧形机构支撑架固定连接，弧形机构支撑架安装于基座上；弧形旋转机构通过光轴与弧形齿轮固连，弧形齿轮内圈与定位滚轮支撑杆上的定位轮啮合，定位滚轮支撑杆安装于基座上；弧形齿轮与齿轮啮合连接，齿轮通过键与减速器传动轴连接，减速器与电机连接。

还具有小臂支撑座，其通过燕尾槽与小臂支撑架相连，小臂支撑架安装于基座上。

所述减速器与电机分别固定于减速器支撑座和小臂支撑架上，减速器支撑座与小臂支撑架固定连接在基座上。

变自由度立体运动平台包括平台支架、旋转平台、X轴丝杠、X轴丝杠螺母、Y轴丝杠、Y轴丝杠螺母以及十字滑块，旋转平台采用方形框架结构，在方形框架相邻两边分别安装X轴丝杠和X轴丝杠，在另外相邻两边安装X轴光轴和Y轴光轴；十字滑块整体安装于正方形框架中，十字滑块中间是两根光轴形成十字交叉的两层结构，十字滑块的四个端点中，两邻两个端点分别与X轴丝杠螺母和Y轴丝杠螺母连接，另外两个端点分别与X轴光轴和Y轴光轴滑动连接。旋转平台底边通过平台翻转轴与平台支架铰接。

还包括第三～五电机，其中第三电机安装于旋转平台的Y轴侧边端部，负责十字滑块跟随Y轴丝杠螺母沿Y轴运动；第四电机安装于旋转平台X轴侧边端部，第四电机的输出轴通过联轴器固连X轴连接丝杠；第五电机安装于旋转平台的底边，通过减速器与平台翻转轴连接。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明综合采用穿戴式康复器与末端牵引式康复器的特点，在手腕康复装置上将手臂部分采用了穿戴式，辅助患者手腕完成掌屈/背屈、内翻/外翻、内收/外收三个自由度的康复训练。

2.本发明采用手部穿戴固定式结构，将患者的手部与康复平台紧密结合，能够更好地贴合患者腕部骨骼，引导患者腕部以更合理、真实、舒适的运动模式进行运动。并且整个设计以齿轮啮合为主，传动平稳噪声小有利于患者康复。

3.本发明在手腕康复装置基础上增加了变自由度立体运动平台，结合手腕康复装置完成肘关节与肩关节的康复训练，变自由度立体运动平台克服了传统的单平面的运动，采用电机驱动使平台能够旋转，能够加强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，在手腕康复装置的辅助下，提高患者训练的安全性与舒适度。

附图说明

图1为本发明总体结构示意图；

图2为本发明中手腕康复装置旋转一定角度的结构示意图；

图3为本发明中手腕康复装置结构示意图；

图4为本发明中手腕前康复单元结构示意图；

图5为本发明中转载荷支撑单元部分分解结构示意图；

图6为本发明中手腕后康复单元结构示意图；

图7为本发明中手腕后康复单元部分分解结构示意图；

图8为本发明中变自由度立体运动平台结构示意图；

图9为本发明中变自由度立体运动平台分解结构示意图。

其中，A为手腕康复装置，B为变自由度立体运动平台，1为基座，2为小臂支撑座，3为弧形齿轮，4为弧形旋转机构，5为手臂后托盘，6为手臂托盘，7为小齿轮，8为蜗轮蜗杆减速电机，9为扇形齿轮，10为手臂支撑架，11为第一深沟球轴承，12为弧形机构支撑架，13为定位滚轮支撑杆，14为齿轮，15为减速器，16为第一电机，17为连接板，18为第二电机，19为小臂支撑架，20为第二深沟球轴承，21为减速器支撑座，22为小型深沟球轴承，23为止推轴承，24为法兰连接件，25为平台支架，26为第三电机,27为Y轴丝杠螺母，28为旋转平台，29为十字滑块，30为联轴器，31为第四电机，32为立式轴承，33为X轴丝杠，34为X轴丝杠螺母，35为平台翻转轴，36为蜗轮蜗杆减速器，37为第五电机，38为立式轴承座，39为X轴光轴。

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。

如图1、2、3、所示，本发明一种上肢康复平台，包括手腕康复装置A和变自由度立体运动平台B，其中手腕康复装置A包括手腕前康复单元和手腕后康复单元，手腕前康复单元通过连接板17与手腕后康复单元的弧形旋转机构4固定连接；手腕后康复单元通过基座1安装于变自由度立体运动平台的十字滑块29上。

如图3、4所示，腕前康复单元包括手臂托盘6、手臂后托盘5、扇形齿轮9、手臂支撑架10以及连接板17，其中，手臂支撑架10安装于连接板17上，手臂支撑架10与连接板17之间设有第二电机18，第二电机的输出轴穿过手臂支撑架通过连接组件与手臂后托盘连接，扇形齿轮手臂通过键轴与手臂后托盘5固定连接，手臂托盘与手臂后托盘铰接，手臂托盘6与减速电机8固定连接，通过减速电机8的输出轴与小齿轮7固定连接，同时小齿轮7与扇形齿轮9啮合。

如图5所示，第二电机18的输出轴穿过手臂支撑架10通过连接组件与手臂后托盘连接，其中，连接组件包括法兰连接件24、止推轴承23以及深沟球轴承22，臂后托盘5固定在法兰连接件24的端面上，法兰连接件24大径端面与止推轴承23啮合，小径与深沟球轴承22内圈固定连接，止推轴承23与深沟球轴承22分别与手臂支撑架10固定连接，法兰连接件24通过键与电机18旋转轴连接。

如图6、7所示，手腕后康复单元包括弧形旋转机构4、弧形齿轮3、齿轮14、弧形机构支撑架12、定位滚轮支撑杆13、减速器支撑座21以及基座1，其中弧形旋转机构4外端面轴承槽与径向轴承槽分别和第一、二深沟球轴承11、20啮合，第一、二深沟球轴承11、20内圈分别通过轴与弧形机构支撑架12固定连接，弧形机构支撑架12安装于基座1上；

弧形旋转机构4通过光轴与弧形齿轮3固连，弧形齿轮3内圈与定位滚轮支撑杆13上的定位轮啮合，定位滚轮支撑杆13安装于基座1上；弧形齿轮3与齿轮14啮合连接，齿轮14通过键与减速器15传动轴连接，减速器15与电机16连接；

还具有小臂支撑座2，其通过燕尾槽与小臂支撑架19相连，小臂支撑架19安装于基座1上。

减速器15与电机16分别固定于减速器支撑座21和小臂支撑架19上，减速器支撑座21与小臂支撑架19固定连接在基座1上。

如图8、9所示，变自由度立体运动平台B包括平台支架25、旋转平台28、X轴丝杠33、X轴丝杠螺母34、Y轴丝杠、Y轴丝杠螺母27以及十字滑块29。旋转平台28采用正方形框架结构，在正方形框架相邻两边分别安装X轴丝杠33和X轴丝杠，在另外相邻两边安装X轴光轴39和Y轴光轴；十字滑块29整体安装于正方形框架中，十字滑块29中间是两根光轴形成十字交叉的两层结构，十字滑块29的四个端点中，两邻两个端点分别与X轴丝杠螺母34和Y轴丝杠螺母27连接，另外两个端点分别与X轴光轴39(图8中已增加标号39)和Y轴光轴滑动连接。旋转平台28底边通过平台翻转轴39与平台支架25铰接。

变自由度立体运动平台B还包括第三～五电机26、31、37，在平台支架25上，通过电机37带动蜗轮蜗杆减速器36，蜗轮蜗杆减速器36输出孔与平台翻转轴35通过键连接，平台翻转轴35与旋转平台28一侧边固定连接，同时平台翻转轴35两端分别通过轴承转动安装于立式轴承座38上，立式轴承座38通过安装板固定于平台支架25上；在旋转平台28上固定安装第四电机31，第四电机31的输出轴通过联轴器30固定X轴连接丝杠33，X轴丝杠螺母34与十字滑块29连接，十字滑块29跟随X轴丝杠螺母34沿X轴运动。

同理，在旋转平台28的Y轴侧边端部安装第三电机26，负责十字滑块29跟随Y轴丝杠螺母27沿Y轴运动。

第五电机37安装于旋转平台28的底边，通过减速器36与平台翻转轴35连接，负责旋转平台28的转动角度控制。

本实施例中，手腕康复装置A由两部分构成，第一部分为手腕前康复单元，该部分可分别实现绕变自由度立体运动平台的X、Z两轴旋转自由度的运动，其工作过程及原理如下：

手臂通过绑带固定于手臂托盘6上，蜗轮蜗杆减速电机8与手臂托盘6固定连接，由蜗轮蜗杆减速电机8带动小齿轮7与扇形齿轮9外啮合，扇形齿轮9与手臂后托盘5固定连接，手臂托盘6与手臂后托盘5铰接，从而带动手臂托盘6及手臂沿着扇形齿轮9实现绕X轴的旋转运动，完成手臂的掌屈/被屈训练。手臂后托盘5与法兰连接件24固连，分别与止推轴承23和第二深沟球轴承22啮合，安装于手臂支撑架10上，最终由第二电机18带动手臂后托盘5实现绕Z轴的旋转运动，完成手臂内收/外收训练。

第二部分为手腕后康复单元，其工作过程及原理如下：

通过绑带将患者小臂固定于小臂支撑座2上，根据患者小臂长度可沿Y轴滑动小臂支撑座2调节到舒适位置，由第一电机16提供动力带动减速器15，通过旋转轴带动齿轮14与弧形齿轮3外啮合，带动弧形旋转机构4，连接板17与弧形旋转机构4固定连接，弧形机构支撑架12，以及小型深沟球轴承11与深沟球轴承20，起到支撑与定位的作用，从而实现沿Y轴的旋转运动，带动手臂完成内旋/外旋训练。

变自由度立体运动平台B包括水平运动位和垂直运动位两种运动形式。平台支架25对整个装置起支撑固定作用，旋转平台28与平台支架25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向驱动电机即第四电机31带动X轴丝杠33,带动X轴丝杠螺母34，让十字滑块29在X轴光杠上延X向运动，同理Y向驱动电机即第三电机26通过Y轴丝杠带动Y轴丝杠螺母27，让十字滑块29在Y轴光杠上延Y向运动。

第五电机37通过蜗轮蜗杆减速器36，带动旋转平台28在0°～90°间任意角度的旋转固定，从而实现了变自由度立体运动。患者坐在座椅上，将手腕与装置A固定根据患者手臂长度可滑动A装置中的小臂支撑座2调整到合适位置，可带动患者上肢在不同角度的平面内做康复训练。

本发明将穿戴式康复器与末端牵引式康复器有利的结合到一起，因穿戴式康复器需要与患者患肢紧密结合，将此特点应用到手腕康复部分能够更好地贴合患者腕部患者的手部与康复平台紧密结合能够更好地贴合患者腕部骨骼，引导患者腕部以更合理、真实、舒适的运动模式进行运动。

本发明由于采用了蜗轮蜗杆减速电机，因具备自锁功能可使患者在康复训练过程中实现任意角度的稳定停止，提高了灵活性。并且整个设计以齿轮啮合为主，传动平稳噪声小有利于患者康复，提高了稳定性与安全性。在传统的单平面低自由度末端牵引式的基础上，增加了平台的可翻转性，能够加强上肢的更多方向上的自由度，实现变自由度多自由度训练。

Claims (8)

1.一种上肢康复平台，其特征在于：包括手腕康复装置和变自由度立体运动平台，其中手腕康复装置包括手腕前康复单元和手腕后康复单元，手腕前康复单元通过连接板与手腕后康复单元的弧形旋转机构固定连接；手腕后康复单元通过基座安装于变自由度立体运动平台的十字滑块上。

2.根据权利要求1所述的上肢康复平台，其特征在于：所述手腕前康复单元包括手臂托盘、手臂后托盘、扇形齿轮、手臂支撑架以及连接板，其中，手臂支撑架安装于连接板上，手臂支撑架与连接板之间设有第二电机，第二电机的输出轴穿过手臂支撑架通过连接组件与手臂后托盘连接，扇形齿轮通过键轴与手臂后托盘固定连接，手臂托盘与手臂后托盘铰接，手臂托盘与减速电机固定连接，通过减速电机的输出轴与小齿轮固定连接，同时小齿轮与扇形齿轮啮合。

3.根据权利要求2所述的上肢康复平台，其特征在于：所述第二电机的输出轴穿过手臂支撑架通过连接组件与手臂后托盘连接，其中，连接组件包括法兰连接件、止推轴承以及深沟球轴承，臂后托盘固定在法兰连接件的端面上，法兰连接件大径端面与止推轴承啮合，小径与深沟球轴承内圈固定连接，止推轴承与深沟球轴承分别与手臂支撑架固定连接，法兰连接件通过键与电机旋转轴连接。

4.根据权利要求1所述的上肢康复平台，其特征在于：所述手腕后康复单元包括弧形旋转机构、弧形齿轮、齿轮、弧形机构支撑架、定位滚轮支撑杆、减速器支撑座、小臂支撑座以及基座，其中弧形旋转机构外端面轴承槽与径向轴承槽分别和第一、二深沟球轴承啮合，第一、二深沟球轴承内圈分别通过轴与弧形机构支撑架固定连接，弧形机构支撑架安装于基座上；弧形旋转机构通过光轴与弧形齿轮固连，弧形齿轮内圈与定位滚轮支撑杆上的定位轮啮合，定位滚轮支撑杆安装于基座上；弧形齿轮与齿轮啮合连接，齿轮通过键与减速器传动轴连接，减速器与电机连接。

5.根据权利要求4所述的上肢康复平台，其特征在于：还具有小臂支撑座，其通过燕尾槽与小臂支撑架相连，小臂支撑架安装于基座上。

6.根据权利要求4所述的上肢康复平台，其特征在于：所述减速器与电机分别固定于减速器支撑座和小臂支撑架上，减速器支撑座与小臂支撑架固定连接在基座上。

7.根据权利要求1所述的上肢康复平台，其特征在于：变自由度立体运动平台包括平台支架、旋转平台、X轴丝杠、X轴丝杠螺母、Y轴丝杠、Y轴丝杠螺母以及十字滑块，旋转平台采用方形框架结构，在方形框架相邻两边分别安装X轴丝杠和X轴丝杠，在另外相邻两边安装X轴光轴和Y轴光轴；十字滑块整体安装于正方形框架中，十字滑块中间是两根光轴形成十字交叉的两层结构，十字滑块的四个端点中，两邻两个端点分别与X轴丝杠螺母和Y轴丝杠螺母连接，另外两个端点分别与X轴光轴和Y轴光轴滑动连接。旋转平台底边通过平台翻转轴与平台支架铰接。

8.根据权利要求7所述的上肢康复平台，其特征在于：还包括第三～五电机，其中第三电机安装于旋转平台的Y轴侧边端部，负责十字滑块跟随Y轴丝杠螺母沿Y轴运动；第四电机安装于旋转平台X轴侧边端部，第四电机的输出轴通过联轴器固连X轴连接丝杠；第五电机安装于旋转平台的底边，通过减速器与平台翻转轴连接。