康復機器人多功能力矩感知手臂康復裝置的製作方法

2023-05-25 18:25:11

專利名稱：康復機器人多功能力矩感知手臂康復裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於康復醫療器械領域，是ー種幫助病人實現康復訓練的手臂康復裝置，主要用於安裝在具有一個旋轉軸輸出的康復訓練機器人的輸出軸末端，實現手臂功能力衰退病人的手臂訓練。
背景技術：
中風，是中老年人的常見病和多發病。一般來說，中風病人的下肢較容易康復，上肢不容易康復，尤其是以手部、肘關節、腕關節的功能最難恢復。康復醫學專家指出，越早進行康復訓練，可以降低致殘率、提高功能恢復的機率和效果。臨床上對中風患者的康複方法大多數依賴於治療醫師對患者一対一的物理治療，效果不明顯且缺乏量化和客觀的評價。因此，研製一種滿足患者手臂康復訓練要求的康復裝置具有極大的實用價值和社會意義。手臂康復裝置在國外得到醫療機構和研究者的普遍重視，許多機構進行了相關的 研究並取得了成效。國內對於手臂康復裝置的研究起步較晚，康復訓練主要在醫護人員的指導下完成，康復裝置的訓練部位単一，而且訓練的カ度多憑經驗完成，對康復訓練效果的評估不利，遠不能滿足康復病人的需求。鑑於此，本實用新型提出了ー種具有カ矩感知、平衡力感知的多功能手臂康復裝置，主要安裝在具有旋轉軸輸出的康復訓練機器人上，用於幫助病人進行肘關節、腕關節及手部的康復訓練。
發明內容本實用新型的目的在於為康復病人提供一種能夠實現其手臂主動訓練(康復病人自己帶動手臂康復裝置)、被動訓練(康復病人由其他康復機器人通過手臂康復裝置帶動訓練)兩種訓練方式的康復機器人多功能力矩感知手臂康復裝置。本實用新型採用以下技術方案一種康復機器人多功能力矩感知手臂康復裝置，其特徵在於包括左活動臂、右活動臂、半月形支架、力矩測量機構以及左壓カ測量機構和右壓カ測量機構，左活動臂的末端裝有左手柄，右活動臂的末端裝有右手柄，左活動臂、右活動臂分別與半月形支架的兩端轉動連接，半月形支架由彎曲梁和直梁兩部分組成，在彎曲梁上分別設有左活動臂定位孔和右活動臂定位孔，在左活動臂上設有與左活動臂定位孔相對應的左活動臂固定孔，在右活動臂上設有與右活動臂定位孔相對應的右活動臂固定孔，在直梁的中央設有圓孔，所述カ矩測量機構包括同心圓環、左中心梁和右中心梁，左中心梁的左端與半月形支架連接，左中心梁的右端與同心圓環連接，在左中心梁的兩側分別設有左前應變片和左後應變片，右中心梁的左端與同心圓環連接，右中心梁的右端與半月形支架連接，在右中心梁的兩側分別設有右前應變片和右後應變片，左壓カ測量機構和右壓カ測量機構採用一維壓カ測量裝置，所述的ー維壓カ測量裝置由一維壓カ傳感器和託盤組成，一維壓カ傳感器的受カ軸通過銷與託盤固定。[0008]康復機器人多功能力矩感知手臂康復裝置通過旋轉輸出軸與其他康復訓練機器人相固連，實現多種康復訓練。在進行肘關節和腕關節康復訓練時，康復病人雙手手部握住左、右活動臂上的手柄，繞著轉動軸轉動，沿半月形支架的導槽調節位置。在聯合其他康復機器人進行主、被動訓練時，先將左、右活動臂上的固定孔和半月形支架的彎曲梁上相對應的定位孔由插銷配合固定，康復病人將左右手肘放在左右壓カ測量機構的託盤上，手部握住半月形支架，主動帶動康復裝置繞旋轉輸出軸轉動或者由其他康復訓練機器人輸出扭矩力被動帶動轉動，力矩測量機構的左、右中心梁側面對稱貼有的四片應變片組成一個全橋電路，經放大電路放大後輸出ー個電壓值，這個電壓值與主、被動訓練時手臂康復裝置受到的カ矩大小成正比，根據這個電壓值的大小感知カ矩カ的大小，判斷康復病人手臂的恢復情況。同時託盤將康復病人左右手肘的支撐カ大小傳遞給左、右壓カ測量機構的ー維壓カ傳感器，感知託盤所受的康復病人手肘的垂直軸向カ的情況。與現有技術相比，本實用新型具有如下優點(I)本實用新型可安裝在具有一個旋轉輸出軸的康復訓練機器人輸出軸末端，通過簡單可靠的訓練幫助康復病人提高甚至恢復手臂運動的能力。(2)本實用新型可由康復病人握住左、右活動手臂的手柄繞著轉動軸轉動，沿半月形支架的導槽自由調節左右活動手臂的位置，實現手肘關節和腕關節的康復訓練。(3)左、右活動臂上的固定孔可以和半月形支架彎曲梁上的定位孔通過插銷配合固定，實現不同形式的組合，方便康復病人進行主、被動訓練，防止訓練過程中左右活動臂鬆動對康復病人造成傷害。(4)由力矩測量機構的左、右中心梁側面四片應變片組成的全橋電路可以測量病人在康復訓練中主、被動扭矩的大小，實現了カ矩的感知。(5)左、右壓カ測量機構能夠測量康復病人在訓練時左右手肘的支撐カ大小，判斷重心是否平衡，以便讓病人及時調整訓練姿態。

圖I是本實用新型的康復機器人多功能力矩感知手臂康復裝置的結構示意圖。圖2是本實用新型的康復機器人多功能力矩感知手臂康復裝置的剖視圖。圖3是本實用新型的半月形支架及力矩測量機構的結構示意圖。圖4是本實用新型的康復機器人多功能力矩感知手臂康復裝置的一種組合示意圖。圖5是本實用新型的壓カ測量機構的連接結構示意圖。圖6是本實用新型與其他康復訓練機器人的連接結構示意圖。圖7是本實用新型的力矩測量機構的信號測量電路原理圖。
具體實施方案一種康復機器人多功能力矩感知手臂康復裝置，其特徵在於包括左活動臂6、右活動臂2、半月形支架4、カ矩測量機構8以及左壓カ測量機構5和右壓カ測量機構3，左活動臂6的末端裝有左手柄7，右活動臂2的末端裝有右手柄1，左活動臂6、右活動臂2分別通過轉動軸22、23與半月形支架4的兩端轉動連接，半月形支架由彎曲梁10和直梁9兩部分組成，在彎曲梁10上分別設有左活動臂定位孔和右活動臂定位孔，在左活動臂6上設有與左活動臂定位孔相對應的左活動臂固定孔，在右活動臂2上設有與右活動臂定位孔相對應的右活動臂固定孔，在直梁9的中央設有圓孔14，所述カ矩測量機構8包括同心圓環11、左中心梁13和右中心梁12，左中心梁13的左端與半月形支架4連接，左中心梁13的右端與同心圓環11連接，在左中心梁13的兩側分別設有左前應變片R4和左後應變片R3，右中心梁12的左端與同心圓環11連接，右中心梁12的右端與半月形支架4連接，在右中心梁12的兩側分別設有右前應變片R1和右後應變片R2，左壓カ測量機構5和右壓カ測量機構3採用ー維壓カ測量裝置，所述的ー維壓カ測量裝置由一維壓カ傳感器16和託盤19組成，一維壓カ傳感器16的受カ軸17通過銷18與託盤19固定。
以下結合附圖及具體實施例對本實用新型的康復機器人多功能力矩感知手臂康復裝置的結構進行詳細敘述說明。參照圖I、圖2，一種康復機器人多功能力矩感知手臂康復裝置，左活動臂6通過轉動軸22與半月形支架4的左端轉動連接，右活動臂2通過轉動軸23與半月形支架4的右端轉動連接。康復病人可以雙手握住左右活動臂6、2末端的手柄7、1，分別繞轉動軸22、23進行平面半圓周轉動，沿半月形支架4上的導槽調節位置，以實現手肘關節和腕關節的康復訓練。左活動臂6上設有三個固定孔611、612、613，右活動臂2上設有三個固定孔201、202、203，半月形支架4的彎曲梁10上設有六個定位孔401、402、403、411、412、413，可以通過插銷將相對應的固定孔和定位孔相配合固定，實現不同位置的固定組合，方便康復病人進行主被動扭矩訓練，防止訓練過程中左、右活動臂6、2鬆動對康復病人造成傷害。圖4為康復機器人多功能力矩感知手臂康復裝置的ー種組合方式。如圖3所示，力矩測量機構採用典型的橫梁結構，左中心梁13和右中心梁12組成一字橫梁，這種結構簡化了弾性體的受カ模型，通過測量一字橫梁弾性體相應的變形即可得到カ矩輸出。左中心梁13的兩側分別設有左前應變片R4和左後應變片R3，右中心梁12的兩側分別設有右前應變片R1和右後應變片R2，用於測量康復病人主、被動訓練時扭矩力大小。當康復機器人多功能力矩感知手臂康復裝置繞著與同心圓環11配合的旋轉輸出軸轉動時，左、右中心梁13、12受到轉動軸向的扭矩，產生彎曲變形，貼於左、右中心梁13、12側面的四片應變片的零位阻值Rtl將發生變化，組成全橋如圖7所示，R廣R4為四片應變片6的阻值，E為橋路供電電壓，取12V。參考手臂康復裝置繞順時針轉動時，可得如下公式
權利要求1 一種康復機器人多功能力矩感知手臂康復裝置，其特徵在於包括左活動臂(6)、右活動臂(2)、半月形支架(4)、カ矩測量機構(8)以及左壓カ測量機構(5)和右壓カ測量機構(3)，左活動臂(6)的末端裝有左手柄(7)，右活動臂(2)的末端裝有右手柄(1)，左活動臂(6)、右活動臂(2)分別與半月形支架(4)的兩端轉動連接，半月形支架由彎曲梁(10)和直梁(9)兩部分組成，在彎曲梁(10)上分別設有左活動臂定位孔和右活動臂定位孔，在左活動臂(6)上設有與左活動臂定位孔相對應的左活動臂固定孔，在右活動臂(2)上設有與右活動臂定位孔相對應的右活動臂固定孔，在直梁(9)的中央設有圓孔(14)，所述カ矩測量機構(8)包括同心圓環(11)、左中心梁(13)和右中心梁(12)，左中心梁(13)的左端與半月形支架(4)連接，左中心梁(13)的右端與同心圓環(11)連接，在左中心梁(13)的兩側分別設有左前應變片(R4)和左後應變片(R3)，右中心梁(12 )的左端與同心圓環(11)連接，右中心梁(12)的右端與半月形支架(4)連接，在右中心梁(12)的兩側分別設有右前應變片(R1)和右後應變片(R2)，左壓カ測量機構(5)和右壓カ測量機構(3)採用ー維壓カ測量 裝置，所述的ー維壓カ測量裝置由一維壓カ傳感器(16)和託盤(19)組成，一維壓カ傳感器(16)的受カ軸(17)通過銷(18)與託盤(19)固定。
專利摘要一種康復機器人多功能力矩感知手臂康復裝置，包括左活動臂、右活動臂、半月形支架、力矩測量機構以及左壓力測量機構和右壓力測量機構，左、右活動臂分別與半月形支架兩端轉動連接，半月形支架包括彎曲梁和直梁，彎曲梁上設有左活動臂定位孔和右活動臂定位孔，左、右活動臂上分別設有左、右活動臂固定孔，力矩測量機構包括同心圓環和左、右中心梁，左中心梁的左端與半月形支架連接，右端與同心圓環連接，在左中心梁的兩側設有左前、左後應變片，右中心梁的左端與同心圓環連接，右端與半月形支架連接，在右中心梁的兩側設有右前、右後應變片，左、右壓力測量機構採用一維壓力測量裝置，所述一維壓力測量裝置由一維壓力傳感器和託盤組成。
文檔編號A61H1/02GK202397780SQ20112028488
公開日2012年8月29日 申請日期2011年8月8日 優先權日2011年8月8日
發明者吳常鋮, 宋愛國, 崔建偉, 李會軍, 柯欣, 王楠, 茅晨 申請人:東南大學