三自由度腦卒中早期上肢康復機器人的製作方法

2023-04-25 05:58:11 1

三自由度腦卒中早期上肢康復機器人的製作方法
【專利摘要】一種三自由度腦卒中早期上肢康復機器人，涉及醫療器械領域，用於輔助患者完成上臂屈/伸、前臂屈/伸、前臂內旋/外旋三種運動。其結構主要由直流電機、行星減速器、一對錐齒輪、兩對直齒輪、傳動軸、銷軸、限位銷、限位擋板、肩部、上臂調節部分、前臂調節部分、支承導軌組成，所述行星減速器的輸出端與齒輪固定聯接；所述限位擋板和從動軸聯接，通過調節限位銷的位置，實現前臂屈/伸運動範圍不同時的安全限位；所述前臂和上臂的實際長度可以調節；所述支承導軌的V形結構給扇形直齒輪四提供支撐和導向。本裝置結構緊湊，安全，成本低，重量輕，符合人體上肢生理結構，可以穿戴在患者身上，可用於醫院康復訓練或家庭使用。
【專利說明】三自由度腦卒中早期上肢康復機器人
【技術領域】
[0001]本發明屬於醫療器械領域，它涉及一種康復訓練機器人，特別適用於腦卒中病人早期的上肢康復訓練。
【背景技術】
[0002]腦卒中疾病的致殘率極高，偏癱是腦卒中最主要的後遺症，約有75%的病人有不同程度的上肢運動功能障礙。而上肢功能的恢復對病人的日常生活能力影響很大。臨床醫學證明，除了早期的手術和必要的藥物治療外，只要急性腦卒中患者生命體徵穩定，神經系統症狀不再進展48小時後即可開始康復治療。訓練開始越早，運動功能恢復的潛力越大。為了促進患者儘快康復，臨床上一般由治療師輔助患者完成大量康復訓練，並培訓家屬為患者進行訓練。但由於我國患者數量多、治療師資源缺乏，同時這種訓練強度高，很多家屬不能完成而放棄治療，使病人喪失了康復的最好時機。為此，設計安全、定量、有效、可以進行重複訓練的早期上肢康復機器人具有實際意義。
[0003]人的肩關節和肘關節是上肢活動的基礎，通過人體肩關節和肘關節的運動，可以實現上肢的大範圍運動。而腕、指關節運動可以實現上肢精細運動。在偏癱患者康復的初期，通常是先進行肩、肘關節運動功能的康復。目前，已有的上肢康復機構或者自由度太多、結構複雜、笨重，或者自由度太少、用於腦卒中病人早期的康復訓練效果不佳。

【發明內容】

[0004]本發明是針對現有技術中腦卒中病人早期上肢康復訓練所遇到的問題，提供一種結構簡單、能夠輔助患者完成上臂屈/伸、前臂屈/伸、前臂內旋/外旋三種運動的康復機器人。
[0005]實現上述目的採用的技術方案是:一種三自由度腦卒中早期上肢康復機器人，包括肩部、上臂部分和前臂部分，所述機器人肩部和上臂部分用銷軸聯接，所述機器人上臂部分和前臂部分用從動軸聯接；所述肩部包括肩部支承、銷軸；所述上臂部分包括上臂一、上臂二、上臂長度調節件、調節螺栓、直流電機一、行星減速器一、錐齒輪一、錐齒輪二、主動軸、限位銷、限位擋板、從動軸、直齒輪一、扇形直齒輪二、開口銷，所述行星減速器一的輸出端與錐齒輪一固定聯接；所述錐齒輪二和直齒輪一與主動軸固定聯接；所述扇形直齒輪二和限位擋板與從動軸固定聯接；所述限位銷固定聯接在上臂一；所述上臂一和上臂二通過上臂長度調節件及調節螺栓來調節上臂長度；所述前臂部分包括直流電機二、行星減速器二、直齒輪三、支承導軌、扇形直齒輪四(大齒圈)、限位銷、前臂一、前臂二、前臂長度調節件、調節螺栓，所述行星減速器二的輸出端與直齒輪三固定聯接；所述支承導軌和前臂一固定聯接；所述扇形直齒輪四(大齒圈)支撐在支承導軌的V形槽中；所述限位銷固定在扇形直齒輪四(大齒圈)上；所述前臂一和前臂二通過前臂長度調節件及調節螺栓來調節前臂長度。
[0006]本發明的有益效果是:本發明模擬了人體上肢的上臂屈/伸、前臂屈/伸、前臂內旋/外旋三種康復運動，本裝置結構緊湊，安全，成本低，採用鋁合金材質的總重量為3kg，可以穿戴在患者身上，符合人體上肢生理結構，可用於醫院康復訓練，也可直接在家庭使用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是本發明整體結構示意圖。
[0008]圖2是前臂內旋/外旋結構局部示意圖。
[0009]圖3是前臂內旋/外旋支撐結構局部剖視圖。
[0010]圖4是前臂屈/伸運動安全限位結構局部示意圖。
[0011]圖中:1-肩部支承；2-銷軸；3_上臂長度調節件；4_調節螺栓；5_直流電機一；6-行星減速器一 ；7_錐齒輪一 ；8_錐齒輪二 ；9_主動軸；10_限位銷；11_限位擋板；12_從動軸；13_調節螺栓；14_直流電機二 ；15_行星減速器二 ；16_直齒輪三；17_支承導軌；18-扇形直齒輪四(大齒圈)；19_限位銷；20_前臂一 ；21_前臂長度調節件；22_前臂二 ；23-開口銷；24_扇形直齒輪二 ；25_直齒輪一 ；26_上臂一 ；27_上臂二 ；28_上臂屈/伸運動；29_前臂屈/伸運動；30_前臂內旋/外旋運動。
【具體實施方式】
[0012]下面結合附圖對本發明做進一步說明。
[0013]參見附圖1、附圖2、附圖3和附圖4，本發明的三自由度腦卒中早期上肢康復機器人，包括肩部、上臂部分和前臂部分。其結構由兩個直流電機5和14、兩個行星減速器6和15、兩對直齒輪24和25及16和18、一對錐齒輪7和8、兩根傳動軸9和12、上臂長度調節部分26、27、3、4、前臂長度調節部分20、21、22、13、兩組限位銷10和19、限位擋板11、支承導軌17、銷軸2、肩部支承1、開口銷23組成。
[0014]行星減速器一 6,—端直接聯接直流電機一 5, —端固定聯接錐齒輪一 7 ;錐齒輪二8、直齒輪一 25、扇形直齒輪二 24通過鍵分別與主動軸9、從動軸12聯接，實現從動軸12的擺動；主動軸9和從動軸12由耐磨軸套支撐，軸套安裝在上臂一 26的軸承孔內；限位擋板11通過緊定螺釘和從動軸12聯接，限位銷10固定在上臂一 26的孔內，通過限位銷10放置在不同位置的孔內，實現前臂屈/伸運動範圍不同時的安全限位；前臂的實際長度通過前臂一 20、前臂二 22、前臂長度調節件21、調節螺栓13調節，以適應不同患者個體的前臂長度；從動軸12的端部為方形，和前臂二 22的方形槽聯接，並用開口銷23軸向限位，實現前臂屈/伸運動29 ;行星減速器二 15，一端直接聯接直流電機二 14，一端固定聯接直齒輪三16 ;支承導軌17，用螺栓固定在前臂一 20上，其上的V形導軌和扇形直齒輪四(大齒圈)18的V形槽配合，為扇形直齒輪四(大齒圈)18提供支撐和導向；人體的腕部固定在扇形直齒輪四(大齒圈)18內，通過直齒輪三16和扇形直齒輪四(大齒圈)18的嚙合實現前臂內旋/外旋運動30 ;限位銷19固定在扇形直齒輪四(大齒圈)18上，用於前臂內旋/外旋運動範圍的安全限位；肩部支承1，一端為U形結構，用於和人體肩膀固定，一端和上臂二 27用銷軸2連接，實現前臂屈/伸運動28，前臂屈/伸運動28屬於被動關節，沒有驅動；上臂的實際長度通過上臂一 26、上臂二 27、上臂長度調節件3、調節螺栓4調節，以適應不同患者個體的上臂長度。[0015]本發明的具體工作過程:
[0016]當直流電機一 5工作時，通過行星減速器一 6降速驅動錐齒輪一 7，錐齒輪一 7和錐齒輪二 8嚙合帶動主動軸9工作，並實現軸的90°運動轉換，直齒輪一 25和扇形直齒輪二 24嚙合帶動從動軸12擺動，通過從動軸12和前臂二 22的聯接，實現前臂屈/伸運動29。通過限位銷10放置在不同位置的孔內，限制和從動軸12聯接的限位擋板11的運動範圍，實現前臂屈/伸運動的安全限位；
[0017]當直流電機二 14工作時，通過行星減速器二 15降速驅動直齒輪三16，支承導軌17上的V形導軌為扇形直齒輪四(大齒圈)18提供支撐和導向，通過直齒輪三16和扇形直齒輪四(大齒圈)18的嚙合實現前臂內旋/外旋運動30。限位銷19用於前臂內旋/外旋運動的安全限位；
[0018]安裝在肩部支承I和上臂二 27之間的銷軸2，實現前臂屈/伸運動28，前臂屈/伸運動28屬於沒有驅動的被動關節，提供了機器人運動的靈活性。
【權利要求】
1.一種三自由度腦卒中早期上肢康復機器人，包括肩部、上臂部分、前臂部分，其特徵在於:所述機器人肩部和上臂部分用銷軸(2)聯接，所述機器人上臂部分和前臂部分用從動軸(12)聯接；所述上臂部分包括上臂一(26)、上臂二(27)、上臂長度調節件(3)、直流電機一(5)、行星減速器一(6)、一對錐齒輪(7)和(8)、主動軸(9)、限位銷(10)、限位擋板(11)、從動軸(12)、直齒輪一(25)、扇形直齒輪二(24),所述行星減速器一(6)的輸出端與錐齒輪一(7)固定聯接；所述錐齒輪二(8)和直齒輪一(25)與主動軸(9)固定聯接；所述扇形直齒輪二(24)和限位擋板(11)與從動軸(12)固定聯接；所述限位銷(10)固定聯接在上臂一(26);所述上臂一(26)和上臂二(27)通過上臂長度調節件(3)來調節上臂長度；所述前臂部分包括直流電機二(14)、行星減速器二(15)、直齒輪三(16)、支承導軌(17)、扇形直齒輪四(18)、限位銷(19)、前臂一(20)、前臂二(22)、前臂長度調節件(21)，所述行星減速器二(15)的輸出端與直齒輪三(16)固定聯接；所述支承導軌(17)和前臂一(20)固定聯接；所述扇形直齒輪四(18)支撐在支承導軌(17)的V形槽中；所述限位銷(19)固定在扇形直齒輪四(18)上；所述前臂一(20)和前臂二(22)通過前臂長度調節件(21)來調節前臂長度。
2.根據權利要求1所述的三自由度腦卒中早期上肢康復機器人，其特徵在於:當直流電機一(5)工作時，通過行星減速器一 (6)降速驅動錐齒輪一(7)，錐齒輪一(7)和錐齒輪二(8)嚙合帶動主動軸(9)工作，並實現軸的90°運動轉換，直齒輪一(25)和扇形直齒輪二(24)嚙合帶動從動軸(12)擺動，從動軸(12)的端部為方形，和前臂二(22)的方形槽固定聯接，並用開口銷(23)軸向限位，實現前臂屈/伸運動(29);通過限位銷(10)放置在不同位置的孔內，限制和從動軸(12)聯接的限位擋板(11)的運動範圍，實現前臂屈/伸運動的安全限位。
3.根據權利要求1所述 的三自由度腦卒中早期上肢康復機器人，其特徵在於:當直流電機二(14)工作時，通過行星減速器二(15)降速驅動直齒輪三(16)，支承導軌(17)上的V形導軌為扇形直齒輪四(18)提供支撐和導向，通過直齒輪三(16)和扇形直齒輪四(18)的嚙合實現前臂內旋/外旋運動(30);限位銷(19)用於前臂內旋/外旋運動的安全限位。
4.根據權利要求1所述的三自由度腦卒中早期上肢康復機器人，其特徵在於:安裝在肩部支承(I)和上臂二(27)之間的銷軸(2)，實現前臂屈/伸運動(28)。
【文檔編號】A61H1/02GK203447479SQ201320430436
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年7月19日 優先權日:2013年7月19日
【發明者】程秀芳, 況照飛, 韋國遠, 蔣天文, 肖衝, 侯偉民 申請人:河北聯合大學