一種氣動肌肉驅動的穿戴式肘關節(jié)康復訓練裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氣動肌肉驅動的穿戴式肘關節(jié)康復訓練裝置，包括人工氣動肌肉組件、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，其中氣動肌肉組件用于提供驅動力；上臂支撐組件包括肩部護板、主支撐板、肘部護板和轉盤，由此用于將驅動力繼續(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，共同構成肘部轉動關節(jié)；搖桿滑塊組件包括曲柄套、曲柄桿和滑塊，由此完成驅動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、具有人體工程學特點的肘關節(jié)康復訓練裝置，并尤其適用于復雜訓練模式下對肘關節(jié)進行主被動協(xié)調訓練。
【專利說明】一種氣動肌肉驅動的穿戴式肘關節(jié)康復訓練裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于醫(yī)療設備【技術領域】，更具體地，涉及一種氣動肌肉驅動的穿戴式肘關節(jié)康復訓練裝置。
【背景技術】
[0002]隨著生活水平的逐漸提高，人們對生活質量的要求也越來越高，采用康復機器人對殘疾人及神經損傷患者進行康復訓練，被公認為是提高他們生活質量的重要途徑之一。肘關節(jié)是人體上肢中非常重要的一個關節(jié)，上肢絕大部分動作均需要肘關節(jié)的參與才能完成，目前出現(xiàn)了許多幫助患者上肢各個關節(jié)進行康復訓練的裝置，但現(xiàn)有的上肢康復訓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，而且普遍使用電機驅動或者氣缸驅動，這兩種類型的驅動方式均存在安全性差、低速爬行和高速沖擊等缺點，不符合康復科學理念。
[0003]由于康復訓練裝置需要與人體直接作用，在設計可穿戴式的上肢康復訓練裝置時，必須在結構上保證康復訓練的安全性與舒適性，為此在設計上肢肘關節(jié)康復訓練裝置的結構以及相應的驅動系統(tǒng)時必須考慮肘關節(jié)的生理結構特點及其運動方式。一方面，肘關節(jié)康復訓練裝置的工作空間應與人的肢體自然活動空間一致，以保證在對患肢各個關節(jié)和肌肉組織進行有效訓練的同時不致拉傷人體組織；另一方面，肘關節(jié)康復訓練裝置的結構應保證它能適應不同患者的患肢尺寸，自動順應運動中產生的配合誤差，使裝置在引導患肢運動時其本體結構不與患肢產生干涉；再者肘關節(jié)康復訓練裝置對應的驅動系統(tǒng)也必須具有足夠的柔韌性，其驅動方式不僅要求安全，而且要求結構輕巧、行程與上肢肌肉收縮量一致，另外為了強化康復訓練效果，驅動系統(tǒng)還必須具備對患肢肘關節(jié)進行主被動協(xié)調康復訓練的能力。
[0004]CN1961848A中公開了一種基于氣動肌肉的柔性外骨骼肘關節(jié)，其由兩條氣動肌肉及一個單自由度旋轉運動副構成，由此通過采用氣動肌肉作為關節(jié)的執(zhí)行元件，具有仿生學的特點。然而，進一步的研究表明，上述現(xiàn)有裝置并未充分考慮到裝置運動與人體肘關節(jié)運動之間的匹配問題，缺乏良好的順應性，而且不能較好地符合康復科學對訓練安全性的要求。事實上，由于該裝置的轉動軸線與人體肘關節(jié)的軸線存在較大的偏差，并且沒有相應的補償機構來彌補這一偏差，因而在實際康復訓練過程中該外骨骼裝置會在患肢表面相對滑動，若外骨骼裝置與患肢表面嚴格固定，則該裝置在使用時將存在運動困難的問題，并可能會對脆弱的患肢產生傷害。

【發(fā)明內容】

[0005]針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種氣動肌肉驅動的穿戴式肘關節(jié)康復訓練裝置，其中通過對其關鍵組件的結構及其相互聯(lián)接方式進行設計，可以提供便于穿戴、安全性高、可實現(xiàn)主被動協(xié)調運動、具有人體工程學特點的肘關節(jié)康復訓練裝置。[0006]為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種氣動肌肉驅動的穿戴式肘關節(jié)康復訓練裝置，該訓練裝置包括人工氣動肌肉組件、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]所述人工氣動肌肉組件包括肌肉盒、和由肘屈氣動肌肉和肘伸氣動肌肉共同組成的一對人工氣動肌肉，所述人工氣動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由導向元件連接于上臂支撐組件的轉盤；
[0008]所述上臂支撐組件包括肩部護板、主支撐板、肘部護板和轉盤，其中肩部護板和肘部護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；所述轉盤由兩個同心扇形結構件共同構成，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肌肉相連的繩索，并在其帶動下繞其安裝主軸轉動； [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度方向分別設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)生樞軸轉動，此外第一滑板的另外一端可來回移位地安裝在設置于所述肘部護板表面的絲桿上，第二滑板的另外一端可來回滑動地套設在所述輔助滑桿上，由此共同構成肘部轉動關節(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動相連，并且所述滑塊可來回滑動地套設在所述主滑桿上，由此完成驅動力由上臂支撐組件向前臂支撐組件的傳輸。
[0012]作為進一步優(yōu)選地，所述轉盤由兩個同心扇形結構件共同構成，并且這兩個扇形結構件的半徑不同，張角均為90度。
[0013]作為進一步優(yōu)選地，所述轉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，由此實現(xiàn)搖桿滑塊組件相對于轉盤的位置和角度可調。
[0014]作為進一步優(yōu)選地，對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，由此便于調節(jié)上臂支撐組件以適用不同尺寸的上臂。
[0015]作為進一步優(yōu)選地，對于所述前臂支撐組件而言，其中的底板的一側通過合頁與前臂板的近肘關節(jié)端相聯(lián)接，并使得兩者之間僅能相對轉動；所述底板的另外一側則與前臂板的近腕關節(jié)端可來回移動地相聯(lián)接。
[0016]作為進一步優(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]作為進一步優(yōu)選地，所述底板的上表面上還設置有相互平行的第一側凸臺、第二側凸臺，所述前臂板的底面上對應設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凸臺上，另外一端則分別安裝在開設于第一側凸臺和第二側凸臺上的滑槽內，由此實現(xiàn)所述底板的另外一側與前臂板的近腕關節(jié)端可來回移動地相聯(lián)接。[0018]作為進一步優(yōu)選地，對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，由此共同構成位置可調的肘部轉動關節(jié)。
[0019]總體而言，通過本發(fā)明所構思的以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，可以便利地實現(xiàn)多處調節(jié)以便適用不同場合，其中包括主支撐板相對于上臂連接板的位置可調、曲柄套相對于轉盤的位置、夾角及其自身的長度可調、第一滑板相對于肘部護板的位置可調，以及前臂板與小臂前端的角度可調等；此外，其結構緊湊、便于穿戴、運動柔順性強、并能夠實現(xiàn)主被動協(xié)調運動，同時具備人體工程學特點和高訓練安全性，因而尤其適用于在各類復雜訓練模式下對肘關節(jié)進行主被動協(xié)調訓練。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是按照本發(fā)明優(yōu)選實施例所構建的穿戴式肘關節(jié)康復訓練裝置的整體結構示意圖；
[0021]圖2是圖1中所示轉盤的局部剖視圖；
[0022]圖3是按照本發(fā)明優(yōu)選實施例的前臂支撐組件部分元件的相互聯(lián)接關系示意圖；
[0023]在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結構，其中:
[0024]1-肩部護板2-綁帶3-主支撐板4-肘伸鋼絲繩5-主軸6_轉盤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-第一側凸臺17.2-第二側凸臺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-肘伸氣動肌肉33-肘屈氣動肌肉33-合頁
【具體實施方式】
[0025]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實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)明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0026]圖1是按照本發(fā)明優(yōu)選實施例所構建的穿戴式肘關節(jié)康復訓練裝置的整體結構示意圖。如圖1中所示，該穿戴式肘關節(jié)康復訓練裝置主要包括人工氣動肌肉組件、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曲柄滑塊機構，人工氣動肌肉組件依靠繩索類柔性機構(譬如，鋼絲繩)將動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，形成肘部轉動關節(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，驅動整個前臂支撐組件圍繞肘部關節(jié)轉動。
[0027]下面將就各個組件的結構和功能分別給出具體說明。
[0028]所述人工氣動肌肉組件包括肌肉盒29、和由肘屈氣動肌肉32和肘伸氣動肌肉33共同組成的一對人工氣動肌肉，這一對人工氣動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由導向元件(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板1、主支撐板3、肘部護板26和轉盤6，其中肩部護板I和肘部護板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;轉盤6由兩個同心扇形結構件共同構成，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肌肉30、31相連的鋼絲繩，并在其帶動下繞其安裝主軸轉動。換而言之，上臂連接板27分別與肩部護板I和肘部護板26固聯(lián)形成上臂支撐組件的基礎，轉盤6通過主軸固定在主支撐板3上形成曲柄組件，整個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固定于肘部護板26上。整個上臂支撐組件依靠固定在肩部護板I和肘部護板26上的綁帶實現(xiàn)與人體上臂的結合。
[0030]更具體地，肘屈氣動人工肌肉33與肘伸氣動肌肉32均安裝在肌肉盒29內，肘屈氣動肌肉33和肘伸氣動肌肉32的活動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。轉盤6通過主軸5可樞軸轉動地活動連接在主支撐板3的外側，轉盤6可相對于主支撐板3自由轉動；主支撐板
3安裝在上臂連接板27的外側，其相對位置可通過上臂連接板27中部兩個豎直槽27.1來調整。上臂連接板27的上端與肩部護板I固定連接，其下端與肘部護板26固定連接。
[0031]按照本發(fā)明的一 個優(yōu)選實施方式，所述轉盤6可以由兩個同心扇形結構件共同構成，并且這兩個扇形結構件的半徑不同，張角均為90度，由此進一步便于對來自氣動肌肉的驅動力執(zhí)行傳遞，并在保證結構緊湊的前提下實現(xiàn)驅動力的有效分配。按照本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式，對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在轉盤6上的纏繞方式例如可采用圖2中所示的方式:兩個扇形結構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上端的兩側沿豎直方向各開有一個沉頭孔，兩個沉頭孔的軸線分別與轉盤6的兩個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分別插在這兩個沉頭孔的沉頭內，肘屈鋼絲繩28和肘伸鋼絲繩4分別穿過沉頭孔，與轉盤6上的兩個扇形盤面內的弧形槽相接觸并與之纏繞，鋼絲繩末端的埋頭與轉盤6固定連接。肘屈氣動肌肉33收縮并拉動肘屈鋼絲繩28繩時，轉盤6可繞主軸5逆時針轉動；轉盤6逆時針轉過一定角度后，肘伸氣動肌肉32收縮并拉動肘伸鋼絲繩4，轉盤6便繞主軸5順時針轉到初始位置。
[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合，為肘關節(jié)運動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度方向分別設置有主滑桿14和輔助滑桿21。
[0034]更具體地，前臂支撐組件中的底板17的一側優(yōu)選通過合頁與前臂板18的近肘關節(jié)端相聯(lián)接，并使得兩者之間僅能相對轉動；底板17的另外一側則適于采用各種形式來實現(xiàn)與前臂板18的近腕關節(jié)端可來回移動地相聯(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)明的一個優(yōu)選實施方式，對于底部17另外一側與前臂板18的近腕關節(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凸臺17.1、第二側凸臺
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邊凸臺17.1的滑槽內滑動，第二支撐桿16.2、第二吊耳18.2、第二側邊凸臺17.2亦采用同樣的方式聯(lián)接。由此形成了整個前臂支撐組件的支撐基礎。通過以上設置，喲與底板17和前臂板18近肘關節(jié)端通過合頁聯(lián)接，只能相對轉動；當?shù)谝?、第二支撐桿16.1,16.2分別在第一、第二側邊凸臺17.1,17.2上的滑槽內滑動時，底板17和前臂板18近腕關節(jié)端的距離會發(fā)生變化，隨之兩板之間的夾角發(fā)生變化。[0036]對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)生樞軸轉動，此外第一滑板24的另外一端可來回移位地安裝在設置于肘部護板26表面的絲桿25上，第二滑板22的另外一端可來回滑動地套設在所述輔助滑桿21上，由此共同構成肘部轉動關節(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，由此共同構成位置可調的肘部轉動關節(jié)。
[0038]對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可樞軸轉動相連，并且所述滑塊13可來回滑動地套設在主滑桿14上，由此完成驅動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組成一個長度可調的曲柄I，通過緊定螺釘10可將曲柄I固定在合適的長度。在轉盤6的盤面上沿徑向分布有一系列通孔，可根據實際需要從中選擇2~3個通孔將曲柄I的一端固定在轉盤6上，另外一端可樞軸轉動地設置在滑桿14上。曲柄I的另一端通過輔軸12與滑塊13活動連接，滑塊13可繞輔軸12相對曲柄I的末端自由轉動，滑塊13套在滑桿14上，滑塊13可在主滑桿14上自由滑動。
[0040]下面將具體描述按照本發(fā)明的康復訓練裝置的使用原理。
[0041]按照本發(fā)明的肘關節(jié)康復訓練裝置使用綁帶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，分別與肩部護板I和肘部護板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的側邊活動連接，當綁帶15和綁帶19繞在人體上肢小臂上并被拉緊時，小臂擋板20將與小臂均勻緊貼，為肘關節(jié)運動提供有效的均勻支撐。此外，曲柄轉動時將帶動滑塊在搖桿上滑動，進而帶動搖桿擺動。由于搖桿與上肢小臂固定，因而搖桿的擺動將造成小臂繞肘關節(jié)的運動。
[0042]從以上描述中不難看出，為了適應不同人群的肢體尺寸，本裝置設置了 5處調節(jié)機構，具體包括:主支撐板3相對于上臂連接板27的位置可調；曲柄I上端相對于轉盤6的位置和夾角可調；曲柄I的長度可調；螺紋滑板24在肘部護板26上相對的位置可調；以及前臂板18與上肢小臂前端的角度可調等。
[0043]下面將對按照本發(fā)明的肘關節(jié)康復訓練裝置的具體改進之處及其所帶來的優(yōu)點更為具體地加以解釋說明。[0044]通過將曲柄桿嵌在曲柄套內并可相對曲柄套伸出和縮進，曲柄套上沒有設置轉動軸，而是將其與一個表面分布有多個定位孔的轉盤相固定，選擇合理的定位孔可將曲柄套布置在需要的角度和位置。由轉盤、曲柄套和曲柄桿組成的曲柄可以看成是一個長度和轉動中心可調的復合曲柄。
[0045]由于人體上肢小臂是一個類似于紡錘體的一端大一端小的不規(guī)則柱體結構，為了保證搖桿與支座處于一個相對平行的空間位置以便于曲柄能正常轉動，本裝置在搖桿與人體上肢小臂之間設置了一個支架，用于調整搖桿與小臂之間的角度，以保證搖桿的運動平面與支座所在的平面平行。
[0046]由于搖桿的轉動中心同肘關節(jié)的轉動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置了一個可調絲杠和一個被動滑動副。可調絲杠用來在穿戴時情況下粗調搖桿的轉動中心，使搖桿的轉動中心與肘關節(jié)的轉動中心近似同軸。被動滑動副在搖桿擺動時起到彌補搖桿的轉動中心與肘關節(jié)的轉動中心之間偏差的作用，使搖桿能主動順應肘關節(jié)的運動，防止小臂與搖桿之間由于運動不匹配造成的運動困難以及由此帶來的運動傷害。
[0047]也就是說，為了適應不同人的上肢尺寸本發(fā)明裝置在多個地方設置了調節(jié)機構，其中主支撐板可沿上臂連接板的豎直槽滑動，選定合理的位置后可用螺釘螺母將二者鎖緊；曲柄上端相對轉盤的位置亦可通過二者接合面上的定位孔來調節(jié)；調節(jié)曲柄桿在曲柄套內的深入量便可獲得不同的曲柄長度。
[0048]此外，曲柄的轉動通過兩根氣動肌肉的協(xié)調收縮與舒張來實現(xiàn)，由于氣動肌肉與人體骨骼肌運動方式類似，行程有限且無運動沖擊，因而曲柄的最大轉動角度能夠始終維持在人體肘關節(jié)所能運動的范圍內，且曲柄的運動始終是平滑的，這就在驅動方式上保證了訓練的安全性。
[0049]經實驗證明，氣動肌肉在彎曲狀態(tài)下工作時氣管表面容易出現(xiàn)局部變形，而且放氣松弛后局部變形處難以恢復正常狀態(tài)，嚴重影響了氣動肌肉的工作性能和使用壽命，為此本發(fā)明將氣動肌肉筆直布置在單獨的氣動肌肉盒內，避免了彎曲狀態(tài)工作時氣動肌肉收縮不均勻的問題，確保了氣動肌肉始終處于正常的工作狀態(tài)。氣動肌肉盒與裝置本體之間通過彈性撓管連接，其中彈性撓管內部穿有傳遞拉力的軟鋼絲繩，氣動肌肉收縮時產生的拉力通過兩根軟鋼絲傳遞到轉盤上。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始終保證張緊狀態(tài)。彈性撓管的使用使得驅動系統(tǒng)與訓練裝置得到了分離，保證了訓練裝置在整體上是一個不帶電路元件的“無電裝置”，使得患者在心里上易于接受康復訓練，同時也使得驅動系統(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，為了滿足復雜訓練模式下機器人與患肢主被動協(xié)調運動的要求，在患者主動能力不足時提供適度的輔助，而在患者有能力完成動作時適當減小輔助甚至施加阻力，本發(fā)明配置了兩根氣動肌肉以實現(xiàn)對應的正反運動，這樣可依據相應的訓練模式，例如結合力矩傳感器和角位移傳感器實時采集的作用力信息與位置信息，通過控制各個氣動肌肉的收縮來實現(xiàn)肘關節(jié)康復訓練裝置與患肢肘部的主被動協(xié)調運動。
[0051]綜上所述，按照本發(fā)明的穿戴式肘關節(jié)康復訓練裝置結構緊湊、便于穿戴、運動柔順性強、并能夠實現(xiàn)主被動協(xié)調運動，同時具備人體工程學特點和高訓練安全性，因而尤其適用于在各類復雜訓練模式下對肘關節(jié)進行主被動協(xié)調訓練。
[0052] 本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種氣動肌肉驅動的穿戴式肘關節(jié)康復訓練裝置，該訓練裝置包括人工氣動肌肉組件、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: 所述人工氣動肌肉組件包括肌肉盒(29)、和由肘屈氣動肌肉(32)和肘伸氣動肌肉(33)共同組成的一對人工氣動肌肉，所述人工氣動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由導向元件連接于上臂支撐組件的轉盤(6); 所述上臂支撐組件包括肩部護板(I)、主支撐板(3)、肘部護板(26)和轉盤(6)，其中肩部護板(I)和肘部護板(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);所述轉盤(6)由兩個同心扇形結構件共同構成,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肌肉(30，31)相連的繩索，并在其帶動下繞其安裝主軸轉動； 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度方向分別設置有主滑桿(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)生樞軸轉動，此外第一滑板(24)的另外一端可來回移位地安裝在設置于所述肘部護板(26)表面的絲桿(25)上，第二滑板(22)的另外一端可來回滑動地套設在所述輔助滑桿(21)上，由此共同構成肘部轉動關節(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)可樞軸轉動相連，并且所述滑塊(13)可來回滑動地套設在所述主滑桿(14)上，由此完成驅動力由上臂支撐組件向前臂支撐組件的傳輸。
2.如權利要求1所述的穿戴式肘關節(jié)康復訓練裝置，其特征在于，所述轉盤(6)由兩個同心扇形結構件共同構成，并且這兩個扇形結構件的半徑不同，張角均為90度。
3.如權利要求1或2所述的穿戴式肘關節(jié)康復訓練裝置，其特征在于，所述轉盤(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，由此實現(xiàn)搖桿滑塊組件相對于轉盤的位置和角度可調。
4.如權利要求1-3任意一項所述的穿戴式肘關節(jié)康復訓練裝置，其特征在于，對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，由此便于調節(jié)上臂支撐組件以適用不同尺寸的上臂。
5.如權利要求1-4任意一項所述的穿戴式肘關節(jié)康復訓練裝置，其特征在于，對于所述前臂支撐組件而言，其中的底板(17)的一側通過合頁與前臂板(18)的近肘關節(jié)端相聯(lián)接，并使得兩者之間僅能相對轉動；所述底板(17)的另外一側則與前臂板(18)的近腕關節(jié)端可來回移動地相聯(lián)接。
6.如權利要求1-6任意一項所述的穿戴式肘關節(jié)康復訓練裝置，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.如權利要求5所述的穿戴式肘關節(jié)康復訓練裝置，其特征在于，所述底板(17)的上表面上還設置有相互平行的第一側凸臺(17.1)、第二側凸臺(17.2)，所述前臂板(18)的底面上對應設置有第一吊耳(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凸臺(17.1)上,另外一端則分別安裝在開設于第一側凸臺和第二側凸臺(17.1)上的滑槽內，由此實現(xiàn)所述底板(17)的另外一側與前臂板(18)的近腕關節(jié)端可來回移動地相聯(lián)接。
8.如權利要求1-7任意一項所述的穿戴式肘關節(jié)康復訓練裝置，其特征在于，對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，由此共同構成位置可調的肘部轉動關節(jié) 。
【文檔編號】A63B22/00GK103536426SQ201310476999
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月12日 優(yōu)先權日:2013年10月12日
【發(fā)明者】熊蔡華, 陳文斌, 柳鍇, 孫容磊, 熊有倫 申請人:華中科技大學