一种手臂扭转角度的测量装置及方法与流程

本发明涉及一种医疗康复设备，尤其涉及的是一种手臂扭转角度的测量装置及方法。

背景技术：

随着我国老龄化进程加快，越来越多的老年人健康成为社会的一大问题。脑卒中是老年人普遍发生的一种疾病，有着发病率高、死亡率高、致残率高的特点，对老年人的健康威胁重大。脑卒中是导致患者偏瘫的重要因素，而上肢偏瘫可直接造成患者的运功功能及日常生活自理能力逐渐丧失，对患者的生活质量带来了严重影响。上肢主动康复设备是针对上肢有部分行动能力的患者，通过对患者上肢动作采集，以游戏的方式与患者互动，以减少病人做重复康复运动的疲劳感和枯燥感，加速病人的恢复进程。

人体上肢在运动过程中自由度较多，除肩关节、肘关节及腕关节常规的屈/伸运动外，腕部相对与前臂的中轴线还可做旋内/旋外运动，即前臂的扭转运动。前臂扭转运动的轴心为前臂的中轴线，在运动采集过程中对此运动角度的测量较困难。现有的上肢主动康复设备多采用定制传感器对前臂扭转角度测量，传感器结构复杂、费用高且较难维护。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种手臂扭转角度的测量装置及方法，通过手臂扭动转换为弧形滑动，实现对扭转角度的测量。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括具有弧度的导轨、传动模块、滑轮模块、手臂支撑模块和角度测量模块；所述手臂支撑模块固定在滑轮模块上，所述滑轮模块卡持在具有弧度的导轨上并沿具有弧度的导轨滑动，所述传动模块包括传动齿轮和同步带，所述同步带沿具有弧度的导轨的弧形面设置，所述传动齿轮与所述同步带啮合，所述传动齿轮的输出端连接角度测量模块，所述角度测量模块连接在滑轮模块上。

所述具有弧度的导轨的两个弧形侧边分别具有向内凹陷的第一凹槽，所述具有弧度的导轨的弧形底部具有向内凹陷的第二凹槽。

所述滑轮模块包括滑轮支架、第一横向滑轮组、第二横向滑轮组和纵向滑轮组，所述第一横向滑轮组和第二横向滑轮组分别横向设置在滑轮支架的两侧，所述纵向滑轮组纵向设置在滑轮支架的底部，所述第一横向滑轮组和第二横向滑轮组分别位于所述弧形导辊两个弧形侧边的第一凹槽内，所述纵向滑轮组位于所述具有弧度的导轨的第二凹槽内。

将滑轮模块卡入具有弧度的导轨对应的凹槽，能够实现在具有弧度的导轨上的有效滑动。

所述第一横向滑轮组和第二横向滑轮组结构相同，分别具有至少一组横向滑轮件，所述横向滑轮件包括横向连接轴和至少一个横向轴承，所述横向连接轴的首端横向连接在滑轮支架的侧边，末端悬空设置，所述横向轴承套设在所述横向连接轴的悬空部，所述横向连接轴悬空部的长度与所述第一凹槽的深度相匹配，所述纵向滑轮组包括至少一组纵向滑轮件，所述纵向滑轮件包括纵向连接轴和至少一个纵向轴承，所述纵向连接轴的首端纵向连接在滑轮支架的底部，末端悬空设置，所述纵向轴承套设在所述纵向连接轴的悬空部，所述纵向连接轴的悬空部的长度与所述第二凹槽的深度相匹配。

所述纵向连接轴的首端为螺纹端，所述纵向连接轴的螺纹端穿过滑轮支架的底部并通过螺纹固定，所述滑轮支架的底部和纵向轴承之间设有轴承垫圈，所述横向连接轴的首端为螺纹端，所述横向连接轴的螺纹端穿过滑轮支架的侧边并通过螺母固定，所述滑轮支架的侧边和横向轴承之间设有轴承垫圈。

所述手臂支撑模块包括支撑连接板、支撑板、束紧带；所述支撑连接板的一端连接滑轮模块上，另一端连接支撑板，所述支撑板具有与手臂相匹配的弧度，所述束紧带束缚在支撑板的弧形开口上。

所述支撑板的两端具有连接口，所述束紧带为两个，两个所述束紧带的一端连接在支撑板两端的连接口上，另一端通过搭扣连接。可以根据需要进行调节松紧，满足不同身型的使用者。

所述具有弧度的导轨的两端的端部对称设置封边限位块，所述封边限位块上具有用于连接设备的安装孔，所述封边限位块上连接同步带的端部。封边限位块可以确保整个具有弧度的导轨的端部进行限位，不会发生滑出具有弧度的导轨的情况。

所述同步带的两端通过同步固定板固定在对应的封边限位块上。能够满足整个具有弧度的导轨上都能进行传动。

所述角度测量模块包括多圈角位移传感器、传感器支座和罩壳支座，所述多圈角位移传感器固定在传感器支座上，所述传感器支架和罩壳支座分别固定在滑轮模块上，所述传感器支座和罩壳支座之间设有用于包覆多圈角位移传感器的罩壳，所述传动齿轮连接在多圈角位移传感器的输入端。

所述罩壳上设有用于观测传动齿轮的开口；所述传感器支座上设有用于调节传动齿轮位置的u型孔。可以根据需要调节传动齿轮和同步带的松紧，从而达到理想的啮合状态。

一种手臂扭转角度的测量方法，使用如所述的测量装置进行测量，具体方法为：手臂带动手臂支撑模块、滑轮模块和角度测量模块一起沿具有弧度的导轨扭转，角度测量模块测得的角度与传动模块的传动比的比值即为实际的扭转角度。

本发明相比现有技术具有以下优点：本发明采用间接测量的方式，不需要外部的驱动力，可以通过使用者自身手部的转动即可实现，角度测量模块内角度传感器测定的角度与实际手臂扭转角度成比例关系，其比值即为传动模块的传动比。由于所述传动模块的传动比较大，最终测量结果的误差低于多圈角位移传感器误差，提高了测量精度，可以将本发明的装置应用在医疗康复领域，精简设备并满足肢体康复的需要。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的局部剖视图；

图3是具有弧度的导轨的横截面示意图；

图4是滑轮模块的结构示意图；

图5是滑轮模块和角度测量模块的装配示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1～5所示，本实施例包括具有弧度的导轨1、传动模块6、滑轮模块5、手臂支撑模块3和角度测量模块4；所述手臂支撑模块3固定在滑轮模块5上，所述滑轮模块5卡持在具有弧度的导轨1上并沿具有弧度的导轨1滑动，所述传动模块6包括传动齿轮61和同步带62，所述同步带62沿具有弧度的导轨1的弧形面设置，所述传动齿轮61与所述同步带62啮合，所述传动齿轮61的输出端连接角度测量模块4，所述角度测量模块4连接在滑轮模块5上。

所述具有弧度的导轨1为整个装置的装配基准。所述具有弧度的导轨1的两个弧形侧边分别具有向内凹陷的第一凹槽11，所述具有弧度的导轨1的弧形底部具有向内凹陷的第二凹槽12。本实施例的具有弧度的导轨1为具有开口的弧形，其他实施例中可以选用圆形、椭圆形等封闭弧形。

所述滑轮模块5包括滑轮支架51、第一横向滑轮组、第二横向滑轮组和纵向滑轮组，所述第一横向滑轮组和第二横向滑轮组分别横向设置在滑轮支架51的两侧，所述纵向滑轮组纵向设置在滑轮支架51的底部，所述第一横向滑轮组和第二横向滑轮组分别位于所述弧形导辊两个弧形侧边的第一凹槽11内，所述纵向滑轮组位于所述具有弧度的导轨1的第二凹槽12内。

所述第一横向滑轮组和第二横向滑轮组结构相同，分别具有两组横向滑轮件，所述横向滑轮件包括横向连接轴52和两个横向轴承53，所述横向连接轴52的首端横向连接在滑轮支架51的侧边，末端悬空设置，所述两个横向轴承53依次套设在所述横向连接轴52的悬空部，所述横向连接轴52悬空部的长度与所述第一凹槽11的深度相匹配，所述纵向滑轮组包括两组纵向滑轮件，所述纵向滑轮件包括纵向连接轴54和一个纵向轴承55，所述纵向连接轴54的首端纵向连接在滑轮支架51的底部，末端悬空设置，所述纵向轴承55套设在所述纵向连接轴54的悬空部，所述纵向连接轴54的悬空部的长度与所述第二凹槽12的深度相匹配。

将滑轮模块5卡入具有弧度的导轨1对应的凹槽，能够实现在具有弧度的导轨1上的有效滑动。

所述纵向连接轴54的首端为螺纹端，所述纵向连接轴54的螺纹端穿过滑轮支架51的底部并通过螺纹固定，所述滑轮支架51的底部和纵向轴承55之间设有轴承垫圈，所述横向连接轴52的首端为螺纹端，所述横向连接轴52的螺纹端穿过滑轮支架51的侧边并通过螺母固定，所述滑轮支架51的侧边和横向轴承53之间设有轴承垫圈56。

所述横向轴承53和纵向轴承55的内圈与对应的横向连接轴52或纵向连接轴54的光轴的圆柱面套装，通过横向连接轴52或纵向连接轴54的轴肩面和轴承垫圈56在轴向对其卡紧限位。

本实施例的横向轴承53和纵向轴承55均为小尺寸深沟球轴承。滑轮模块5与具有弧度的导轨1上的凹槽相匹配，第一凹槽11和第二凹槽12对滑轮模块5起限位作用，限制整个滑轮模块5沿第一凹槽11和第二凹槽12做弧形滑动。

所述手臂支撑模块3包括支撑连接板31、支撑板32、束紧带33；所述支撑连接板31的一端连接滑轮模块5上，另一端连接支撑板32，所述支撑板32具有与手臂相匹配的弧度，所述束紧带33束缚在支撑板32的弧形开口上。

所述支撑板32的两端具有矩形连接口，所述束紧带33为两个，两个所述束紧带33的一端连接在支撑板32两端的连接口上，另一端通过搭扣34连接。可以根据需要进行调节松紧，满足不同身型的使用者。使用者的手臂穿过束紧带33平放在支撑板32，通过搭扣34调节束紧手臂。

所述具有弧度的导轨1的两端的端部对称通过螺钉设置封边限位块，所述封边限位块上具有用于连接设备的安装孔，可以将整个装置固定在康复设备上，所述封边限位块上连接同步带62的端部。封边限位块可以确保整个具有弧度的导轨1的端部进行限位，不会发生滑出具有弧度的导轨1的情况。

所述同步带62的两端通过同步固定板63和对应的螺钉在对应的封边限位块上。能够满足整个具有弧度的导轨1上都能进行传动。

所述角度测量模块4包括多圈角位移传感器41、传感器支座42和罩壳支座43，所述多圈角位移传感器41通过沉头螺钉在传感器支座42上，所述传感器支架和罩壳支座43分别通过螺钉固定在滑轮支架51的外端面，所述传感器支座42和罩壳支座43之间设有用于包覆多圈角位移传感器41的罩壳，所述传动齿轮61通过紧定螺钉连接在多圈角位移传感器41的输入端。

所述罩壳为u型折弯板，罩壳上设有用于观测传动齿轮61的开口，可以查看传动齿轮61和同步带62是否啮合完好；所述传感器支座42上设有用于调节传动齿轮61位置的u型孔。可以根据需要调节传动齿轮61和同步带62的松紧，从而达到理想的啮合状态。

在测量过程中，手臂带动手臂支撑模块3、滑轮模块5和角度测量模块4一起运动，通过同步带62与传动啮合，将角度传导给所述多圈角位移传感器41，所测角度与传动比的比值即为实际旋转角度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。