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CN106726353A - 一种基于自适应的并联腕关节康复训练装置 - Google Patents

一种基于自适应的并联腕关节康复训练装置 Download PDF

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Abstract

一种基于自适应的并联腕关节康复训练装置涉及康复医疗器械领域。该装置采用并联结构形式，当人体穿戴后具有两个转动自由度。该装置由手部支撑架，顶部支架，侧面支架，第一支链，第二支链，前臂支撑架,前臂支座组成。该装置本身具有有六个自由度，当穿戴到人体后，由于腕关节两个广义的转动自由度限制了机构的四个自由度，使得整个机构穿戴到人体后只有腕关节的两个广义转动自由度，人体穿戴后整个机构在运动过程中其转动中心始终与人体腕关节转动中心重合，解决了人机的相容性问题，较好的舒适性。该装置在训练过程中可避免不必要的干涉，不仅能完全满足腕关节康复运动需要，而且有结构简单,紧凑,使用方便,驱动平稳,制造成本低的优点。

Description

一种基于自适应的并联腕关节康复训练装置
技术领域
本发明涉及康复医疗器械领域，具体涉及一种辅助腕关节康复的自适应并联康复训练装置。
背景技术
腕关节是人体最复杂的关节之一，腕关节位于人体上肢，腕关节在人体上肢做支撑、推拉等运动过程中承受着很大的负荷，因此在日常生活中和体育运动中极易受损。在日常活动中起着极其重要的作用。随着自然灾害的频发以及意外事故的伤亡，腕关节的骨折发病率也随之增高，此外社会老龄化的加剧使得中风偏瘫的人数增多，使得腕关节失去活动能力。因此对于人体腕关节的治疗显得尤为重要。传统的治疗方式为康复治疗师对患者进行一对一的训练，这种治疗不仅价格昂贵、耗费时长，而且在康复训练的过程中既不能精确的控制训练参数和记录实时的训练数据也不能反馈训练的参数与指标，如果治疗医师经验不足，甚至造成二次损伤。因此，在腕关节康复训练过程中的使用腕关节康复机构，不仅可以提升康复训练效率、减少昂贵的开销、减轻康复医师的工作量，而且可以通过实时记录训练参数来更好的反馈患者的康复效果。
目前人体腕关节康复机器人多是将人体腕关节模型看做轴线固定且相交的万向节关节。而根据人体解剖学可知：腕关节是人体关节中结构最复杂的关节之一，腕关节运动不仅仅是简单的尺/桡偏、屈/伸运动，也就是说腕关节做尺/桡偏、屈/伸运动的轴线是在空间内运动的。如果在设计康复装置时仍把尺/桡偏、屈/伸运动的转动中心看成固定不变，则在康复训练过程中必会导致人机之间的不相容，严重时可能会导致腕关节的二次损伤。因此，设计一个不仅能够较好的解决了人机的相容性问题，而且使人在康复训练过程中更加舒适的腕关节康复机器人是非常有意义的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，发明一种能满足腕关节康复运动需求(即腕关节的尺偏/桡偏，前屈/后伸运动)，且在康复的过程中自适应腕关节轴线的移动，使得患者在康复的过程中更加的舒适、自然。该装置由手部支架，顶部支架，侧面支架，第一支链，第二支链，前臂支撑架，前臂支座组成。该装置本身具有有六个自由度，当穿戴到人体后，由于腕关节两个广义的转动自由度限制了机构的四个自由度，使得整个机构穿戴到人体后只有腕关节的两个广义转动自由度，人体穿戴后整个机构在运动过程中其转动中心始终与人体腕关节转动中心重合，因此本发明较好的解决了人机的相容性问题，使人在康复训练过程中感到较好的舒适性。
本发明解决技术问题所采用的方案是：
一种腕关节康复训练装置，其特征在于：包括手部支架(1)、顶部支架(2)、侧面支架(3)、第一支链(4)、第二支链(5)、前臂支撑架(6)、前臂支座(7)。
进一步地，所述手部支架(1)上开设第一螺纹孔(11)、第二螺纹孔(12)、手部绑缚孔(13)。
进一步地，所述顶部支架(2)上开设有顶部支架第一螺纹孔(21)、顶部支架第二螺纹孔(23)；侧面支架(3)上开设有侧面支架第一螺纹孔(31)、侧面支架第二螺纹孔(33)。
进一步地，所述顶部支架(2)与手部支架(1)通过顶部支架紧固螺钉(22)连接；侧面支架(3)与手部支架(1)通过侧面支架紧固螺钉(32)连接。
进一步地，所述第一支链(4)包括第一紧固螺钉(41)、第一支链S副组件一(42)、第一支链S副组件二(43)、第一支链S副组件三(44)、S副连杆一(45)、第一直线电机(46)、U副连杆一(47)、第一支链U副组件一(48)、第一支链U副组件二(49)。
进一步地，第一支链S副组件一(42)通过第一紧固螺钉(41)与顶部支架(2)固定连接，第一支链S副组件一(42)、第一支链S副组件二(43)、第一支链S副组件三(44)组成球副与S副连杆一(45)连接，第一支链U副组件一(48)、第一支链U副组件二(49)组成胡克副与U副连杆一(47)连接，其中S副连杆一(45)、U副连杆一(47)之间连接第一直线电机(46)。
进一步地，所述第二支链(5)包括第二紧固螺钉(51)、第二支链S副组件一(52)、第二支链S副组件二(53)、第二支链S副组件三(54)、S副连杆二(55)、第二直线电机(56)、U副连杆二(57)、第二支链U副组件一(58)、第二支链U副组件二(59)。
进一步地，第二支链S副组件一(52)通过第一紧固螺钉(51)与侧面支架(3)固定连接，第二支链S副组件一(52)、第二支链S副组件二(53)、第二支链S副组件三(54)组成球副与S副连杆二(55)连接，第二支链U副组件一(58)、第二支链U副组件二(59)组成胡克副与U副连杆二(57)连接，其中S副连杆二(55)、U副连杆二(57)之间连接第二直线电机(56)。
进一步地，所述前臂支撑架(6)上开设有前臂绑缚孔(61)、前臂支架第一螺纹孔(62)、前臂支架第一轴承孔(63)、前臂支架第二螺纹孔(64)前臂支架第二轴承孔(65)。
进一步地，所述前臂支架第一轴承孔(63)内安放第一转动轴承(103)、第一支链U副组件二(49)，通过第一轴承端盖(101)固定在前臂支撑架(6)上，前臂支架第二轴承孔(65)内安放第二转动轴承(111)、第二支链U副组件二(59)，通过第二轴承端盖(115)固定在前臂支撑架(6)上。
进一步地，所述第一轴承端盖(101)上开设有第一轴承端盖螺纹孔(104)，通过第一轴承端盖紧固螺钉(105)固定到前臂支架第一螺纹孔(62)处，所述第二轴承端盖(112)上开设有第一轴承端盖螺纹孔(115)，通过第二轴承端盖紧固螺钉(117)固定到前臂支架第二螺纹孔(63)处。
进一步地，所述第一支链U副组件一(48)与第一支链U副组件二(49)用U副第一紧固螺钉(107)通过U副第一组件螺纹孔一(106)、U副第二组件螺纹孔二(102)连接，第二支链U副组件一(58)与第一支链U副组件二(59)用U副第二紧固螺钉(114)通过U副第一组件螺纹孔三(113)、U副第二组件螺纹孔四(116)连接。
本发明采用以上技术方案，创新设计出了一种自适应的并联腕关节康复机器人。该装置不仅能完全满足腕关节康复运动需要，而且有结构简单、安装紧凑、使用方便、驱动平稳，制造成本低的优点。此外，人体穿戴后整个机构在运动过程中其转动中心始终与人体腕关节转动中心重合，较好的解决了人机的相容性问题，由于该康复装置采用了并联机构，与串联的手腕康复装置相比有着较好的刚度和运动学性能。
下面结合附图对本发明一种基于自适应的并联腕关节康复机器人作进一步说明。
附图说明
图1为腕关节人体模型运动示意图；
图2为本发明一种腕关节康复机器人的总体结构图；
图3为本发明一种腕关节康复装置的手部支架模块的连接示意图；
图4为本发明一种腕关节康复装置的第一支链、第二支链连接示意图；
图5为本发明一种腕关节康复装置的前臂支撑架模块的连接示意图；
图6为本发明一种腕关节康复装置的前臂支座结构示意图；
图1—图5中：J1-尺偏/桡偏轴线，J2-屈/伸轴线，1-手部支架，11—第一螺纹孔，12—第二螺纹孔，13-手部绑缚孔，2—顶部支架，21—顶部支架第一螺纹孔，22—顶部支架紧固螺钉，23—顶部支架第二螺纹孔，24—S副第一紧固螺钉，3—侧面支架，31—侧面支架第二螺纹孔，32-侧面支架紧固螺钉，33—侧面支架第二螺纹孔，34—S副第二紧固螺钉，4-第一支链，41—第一紧固螺钉，42—第一支链S副组件一，43—第一支链S副组件二，44—第一支链S副组件三，45-S副连杆一，46-第一直线电机，47-第一支链U副连杆一，48-第一支链U副组件一，49-第一支链U副组件二，5-第二支链，51-第二紧固螺钉，52—第二支链S副组件一，53—第二支链S副组件二，54—第二支链S副组件三，55-S副连杆二，56-第二直线电机，57-U副连杆二，58-第二支链U副组件一，59-第二支链U副组件二，6-前臂支撑架，61-前臂绑缚孔，62-前臂支架第一螺纹孔，63-前臂支架第一轴承孔，64-前臂支架第二螺纹孔，65-前臂支架第二轴承孔，7-前臂支座，101-第一轴承端盖，102-第一U副螺纹孔一，103-第一滚动轴承，104-第一轴承端盖螺纹孔，105-第一轴承端盖紧固螺钉，106-第一U副螺纹孔二，107-U副第一紧固螺钉，111-第二滚动轴承，112-第二轴承端盖，113-第二U副螺纹孔一，114-U副第二紧固螺钉，115-第二轴承端盖螺纹孔，116-第二U副螺纹孔二，117-第二轴承端盖紧固螺钉。
具体实施方式
如图1—图5所示，本发明为一种种基于自适应的并联腕关节康复机器人，具有两个转动自由度，采用并联的结构形式：即采用两个驱动支链UPS的并联机构。该装置主要包括手部支架(1)、顶部支架(2)、侧面支架(3)、第一支链(4)、第二支链(5)前臂支撑架(6)、前臂支座(7)。在进行康复训练过程中，首先用弹性绑带将患者的前臂与前臂支架(6)进行绑缚，将患者的手部与手部支架(1)进行绑缚，然后将手臂置于前臂支座(7)上，在进行绑缚之前要尽量调整好患者前臂与手掌的位姿，防止人机之间出现较大位移，在康复的过程中使患者感到不适，造成二次损伤。
当康复装置与人体绑缚后，将前臂置于前臂支架(7)上便可以进行康复训练，对两个驱动支链(4、5)上的直线电机(46、56)进行驱动便可以使该装置进行两个方向的旋转运动，即实现了该装置绕J1、J2轴线的转动；由于该机构在康复运动的过程中可以时刻保持腕关节的转动轴线与机构转动轴线的动态重合，所以较好的解决了人机的相容性问题，使人在康复训练过程中感到更加的舒适。
综上可知，此腕关节康复机器人可以实现绕J1、J2轴线的转动，即手腕的尺/桡偏，屈/伸运动，由于保证了腕关节的转动中心与机构转动中心的动态重合。故此腕关节康复机器人能够有效地实现腕关节的康复训练。

Claims (1)

1.一种基于自适应的康复训练机器人，其特征在于采用并联结构形式，包括手部支架、顶部支架、侧面支架、第一支链、第二支链、前臂支架、前臂支座；
手部支架(1)上开设第一螺纹孔(11)、第二螺纹孔(12)、手部绑缚孔(13)；
顶部支架(2)上开设有顶部支架第一螺纹孔(21)、顶部支架第二螺纹孔(23)，顶部支架(2)与手部支架(1)通过顶部支架紧固螺钉(22)连接；
侧面支架(3)上开设有侧面支架第一螺纹孔(31)、侧面支架第二螺纹孔(33)，侧面支架(3)与手部支架(1)通过侧面支架紧固螺钉(32)连接；
第一支链(4)包括第一紧固螺钉(41)、第一支链S副组件一(42)、第一支链S副组件二(43)、第一支链S副组件三(44)、S副连杆一(45)、第一直线电机(46)、U副连杆一(47)、第一支链U副组件一(48)、第一支链U副组件二(49)；
第一支链S副组件一(42)通过第一紧固螺钉(41)与顶部支架(2)固定连接，第一支链S副组件一(42)、第一支链S副组件二(43)、第一支链S副组件三(44)组成球副与S副连杆一(45)连接，第一支链U副组件一(48)、第一支链U副组件二(49)组成胡克副与U副连杆一(47)连接，其中S副连杆一(45)、U副连杆一(47)之间连接第一直线电机(46)，第一支链U副组件一(48)与第一支链U副组件二(49)用U副第一紧固螺钉(107)通过U副第一组件螺纹孔一(106)、U副第二组件螺纹孔二(102)连接；
第二支链(5)包括第二紧固螺钉(51)、第二支链S副组件一(52)、第二支链S副组件二(53)、第二支链S副组件三(54)、S副连杆二(55)、第二直线电机(56)、U副连杆二(57)、第二支链U副组件一(58)、第二支链U副组件二(59)；
第二支链S副组件一(52)通过第一紧固螺钉(51)与侧面支架(3)固定连接，第二支链S副组件一(52)、第二支链S副组件二(53)、第二支链S副组件三(54)组成球副与S副连杆二(55)连接，第二支链U副组件一(58)、第二支链U副组件二(59)组成胡克副与U副连杆二(57)连接，其中S副连杆二(55)、U副连杆二(57)之间连接第二直线电机(56)，第二支链U副组件一(58)与第一支链U副组件二(59)用U副第二紧固螺钉(114)通过U副第一组件螺纹孔三(113)、U副第二组件螺纹孔四(116)连接；
前臂支撑架(6)上开设有前臂绑缚孔(61)、前臂支架第一螺纹孔(62)、前臂支架第一轴承孔(63)、前臂支架第二螺纹孔(64)前臂支架第二轴承孔(65)；
还包括前臂支架第一轴承孔(33)内安放第一转动轴承(103)和第一支链U副组件二(49)，通过第一轴承端盖(101)固定在前臂支撑架(6)上，前臂支架第二轴承孔(65)内安放第二转动轴承(111)和第二支链U副组件二(59)，通过第二轴承端盖(112)固定在前臂支撑架(6)上；
还包括第一轴承端盖(101)上开设有第一轴承端盖螺纹孔(104)，通过第一轴承端盖紧固螺钉(105)固定到前臂支架第一螺纹孔(62)处，第二轴承端盖(112)上开设有第一轴承端盖螺纹孔(115)，通过第二轴承端盖紧固螺钉(117)固定到前臂支架第二螺纹孔(63)处。
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