一种上肢外骨骼装置的制作方法

本发明涉及一种康复训练器具，具体涉及一种上肢外骨骼装置。

背景技术：

2015年9月，国际助老会发布的《2015全球老龄事业观察指数》报告指出，全球60岁及以上人口约9.01亿，占世界人口12.3％。到2030年这一比例将达到16.5％。全球范围内，60岁以上的人口数已超过5岁以下儿童的人口数，到2050年，60岁以上的人口数将超过15岁以下的人口数。报告还表明目前中国是世界上老龄人口最多的国家，根据国家统计局最新发布的数据显示，截止2016年底，我国65周岁及以上人口1.5亿人，占总人口的10.8％。60周岁及以上人口已达2.3亿人，占总人口的16.7％，而根据全国老龄工作委员会预测，到2050年该比例将达到28％，2050年中国老年人口将达到4.8亿，约占全球老年人口的四分之一。人口老龄化，将是中国当前和未来一段时间面临的国情。

人口老龄化会带来一系列社会问题，老年人健康问题越来越得到社会的重视与关注，其中，脑血管疾病或神经系统疾病对老年人的健康威胁尤为重大。仅以脑卒中为例，据卫生部统计，每年新发病例250万人，死亡约150万人，在幸存者中约70％-80％的病人留有不同程度的残疾，存在长期的运动障碍。据不完全统计，在我国仅脑卒中引起的偏瘫患者就占全国人口数的3‰～10‰。若按我国13亿人口计算，则偏瘫患者的人数将高达390万～1300万。除了老龄化带来的大量的中风患者，发育中胎儿或婴幼儿脑部非进行性脑损伤所致的运动和姿势发育持续性障碍即脑瘫的患者也不在少数。脑瘫的发病率在世界范围内约为1.5‰～4‰，平均约为2‰。我国脑瘫发病率约为1.8‰～4‰。不管脑瘫还是中风，随着我国科学技术的不断发展，越来越多的患者得到了及时的治疗，但大部分患者都会伴随着上下肢运动功能障碍等后遗症。与此同时，随着世界经济的迅速发展，交通运输工具的迅速增长，由于交通事故所引起的偏瘫患者人数也呈逐年上升趋势。因此，让偏瘫、脑瘫患者重新获得生活自理能力，提高患者本人的生活质量，减轻患者家属身心上的压力刻不容缓。

但是，临床康复治疗往往重视下肢运动功能的康复训练，对上肢功能和手功能的康复训练重视不足，而且目前常规的康复训练是以医护人员手工进行，而上肢功能的康复治疗需要进行更多更精细的康复训练。然而，传统的康复方式主要是医师针对患者进行“一对一”甚至“多对一”的辅助作业疗法，这既费时、费力，且花费大，普通家庭难以承受。另外，穿戴式外骨骼，是一种可以穿在患者身上，辅助患者进行康复训练的康复辅具，而且目前国内外也有多种上肢外骨骼机器人产品，但是这些有源设备一般体型庞大，造价昂贵，一般人消费不了，由于这些特点，该类产品通常在大型公共医疗机构使用，普及程度不高。

技术实现要素：

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种上肢外骨骼装置。

本发明提供了一种上肢外骨骼装置，安装在轮椅上，用于帮助具有上下肢功能障碍的患者进行上肢运动和主动训练，具有这样的特征，包括：连接支撑机构，用于连接轮椅并支撑患者的上肢外骨骼，包括固定在轮椅上的轮椅固定杆、套设在该轮椅固定杆上并用于夹持轮椅的水平座位框架的第一轮椅锁持夹、通过轮椅锁固夹安装在轮椅固定杆上的支撑架、通过单头锁固夹安装在支撑架上的牵拉杆和与该牵拉杆连接并用于夹持轮椅的靠背框架的单头锁持夹；肩关节活动机构，用于让患者进行肩关节锻炼运动，包括可滑动地套设在支撑架上的支撑盘、通过蝶形螺母和对应的螺栓可转动地安装在支撑盘上的旋转件、通过弹簧杆套和活动杆帽铰接在旋转件上的上臂支撑件和通过卡扣连接在上臂支撑件上的上臂转轴件，旋转件和上臂支撑件转动时带动患者的肩关节进行收展伸缩运动；肘关节活动机构，用于让患者进行肘关节锻炼运动，包括套设在上臂转轴件上的上臂固定件和两侧分别通过上肘关节连接件和下肘关节连接件连接在上臂固定件上的前臂固定件；以及腕关节活动机构，用于让患者进行腕关节锻炼运动，包括依次连接的手握、弯曲弹簧、前臂调节杆和前臂支撑件，该前臂支撑件与前臂固定件连接，其中，上臂支撑件上设置有弹簧杆，该弹簧杆上套设有压缩弹簧，该压缩弹簧用于在患者进行肘关节锻炼运动时向患者的上臂给予重力补偿，前臂支撑件上设置有两个第一柱状凸台，前臂固定件上设置有两个第二柱状凸台，第一柱状凸台和第二柱状凸台之间设置有橡皮筋，该橡皮筋用于在患者进行腕关节锻炼运动时向患者的前臂给予重力补偿。

在本发明提供的上肢外骨骼装置中，还可以具有这样的特征：其中，支撑架的下部还设置有用于夹住轮椅的竖直座位框架的第二轮椅锁持夹和第三轮椅锁持夹。

在本发明提供的上肢外骨骼装置中，还可以具有这样的特征：其中，支撑盘在靠近支撑架的位置上设置有多个螺纹孔，每个该螺纹孔内设置有螺栓，该螺栓贯穿螺纹孔并被对应的螺母固定，使得支撑盘能够通过调整螺栓和螺母之间的距离对支撑盘在支撑架上的位置和高度进行调节。

在本发明提供的上肢外骨骼装置中，还可以具有这样的特征：其中，上臂固定件上设置有轴孔，上臂转轴件穿过轴孔并通过限位螺母安装在上臂固定件上，使得患者的上臂能够绕着上臂转轴件进行转动，从而使得患者的肘关节能够在多个平面内进行弯曲伸展运动。

在本发明提供的上肢外骨骼装置中，还可以具有这样的特征：其中，上肘关节连接件和下肘关节连接件的一端均通过螺钉与前臂固定件连接，上肘关节连接件和下肘关节连接件的另一端均通过铆钉与上臂固定件连接，从而使得前臂固定件能绕铆钉的轴线进行转动，进而使得患者的肘关节能够进行弯曲伸展运动。

在本发明提供的上肢外骨骼装置中，还可以具有这样的特征：其中，上臂固定件上以与铆钉匹配的铆钉孔为中心的位置上设置有角度为230°的扇形槽，上肘关节连接件和下肘关节连接件上设置有与扇形槽相配合的转动角度为90°的扇形凸台，使得前臂固定件和上臂固定件之间的运动夹角受到限制，从而使得患者的肘关节的活动角度为0～140°。

在本发明提供的上肢外骨骼装置中，还可以具有这样的特征：其中，前臂支撑件和前臂调节杆之间通过卡扣固定，前臂支撑件上设置有滑槽，前臂调节杆通过滑槽调节手握距前臂固定件的距离，使得患者能够握住手握并让腕关节进行弯曲伸展运动。

在本发明提供的上肢外骨骼装置中，还可以具有这样的特征：其中，两个第二柱状凸台呈上下对称分布，当上臂固定件绕上臂转轴件旋转180°后，使得橡皮筋能由下方第二柱状凸台换至上方第二柱状凸台上，进而使得另一侧的患者能使用上肢外骨骼装置。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的一种上肢外骨骼装置，因为采用了第一轮椅锁持夹和单头锁持夹，使得轮椅能够固定在该上肢外骨骼装置上。由于采用了可转动的旋转件和上臂支撑件，使得当旋转件和上臂支撑件转动时带动患者的肩关节进行收展伸缩运动。因为上臂固定件和前臂固定件之间采用上肘关节连接件和下肘关节连接件进行连接，便于让患者进行肘关节锻炼运动。因为采用了弯曲弹簧，该弯曲弹簧的牵引力能够使得患者的手部痉挛症状减轻。因为上臂支撑件上设置有弹簧杆，该弹簧杆上套设有压缩弹簧，便于该压缩弹簧在患者进行肘关节锻炼运动时向患者的上臂给予重力补偿，从而能让患者的上臂锻炼充分。因为前臂支撑件上设置有两个第一柱状凸台，前臂固定件上设置有两个第二柱状凸台，第一柱状凸台和第二柱状凸台之间设置有橡皮筋，便于该橡皮筋在患者进行腕关节锻炼运动时向患者的前臂给予重力补偿，从而使得患者的前臂能够锻炼充分。所以，本发明的上肢外骨骼装置具有结构简单，体积小和成本低的特点，能够在提供重力补偿的情况下，降低上肢活动障碍，帮助脑瘫、中风后遗症患者进行日常上肢活动，辅助其上肢康复训练，促进患者上肢功能的恢复。

附图说明

图1是本发明的实施例中用于轮椅上的上肢外骨骼装置的结构示意图；

图2是本发明的实施例中肩关节活动机构的结构示意图；

图3是本发明的实施例中肘关节活动机构的结构示意图；

图4是本发明的实施例中腕关节活动机构的结构示意图；

图5是本发明的实施例中重力补偿机构的结构示意图(一)；

图6是本发明的实施例中重力补偿机构的结构示意图(二)。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。

<实施例>

图1是本发明的实施例中用于轮椅上的上肢外骨骼装置的结构示意图。

如图1所示，本实施例中的上肢外骨骼装置100安装在轮椅1上，用于帮助具有上下肢功能障碍的患者进行上肢运动和主动训练，包括：连接支撑机构10、肩关节活动机构20、肘关节活动机构30、腕关节活动机构40和重力补偿机构50。

如图1所示，连接支撑机构10用于连接轮椅1并支撑患者的上肢外骨骼，包括轮椅固定杆11、第一轮椅锁持夹12、支撑架13、轮椅锁固夹14、第二轮椅锁持夹15、第三轮椅锁持夹16、牵拉杆17、单头锁固夹18和单头锁持夹19。

轮椅固定杆11用于固定轮椅1。

第一轮椅锁持夹12套设在该轮椅固定杆11上并用于夹持轮椅1的水平座位框架。

支撑架13通过轮椅锁固夹14安装在轮椅固定杆11上。

第二轮椅锁持夹15和第三轮椅锁持夹16设置在支撑架13的下部，用于夹住轮椅1的竖直座位框架。

牵拉杆17通过单头锁固夹18安装在支撑架13上。

单头锁持夹19与该牵拉杆17连接，用于夹持轮椅1的靠背框架。

图2是本发明的实施例中肩关节活动机构的结构示意图。

如图1和图2所示，肩关节活动机构20用于让患者进行肩关节锻炼运动，包括支撑盘21、旋转件22、上臂支撑件23、弹簧杆套24、活动杆帽25、上臂转轴件26和卡扣27。

支撑盘21可滑动地套设在支撑架13的上部，支撑盘21在靠近支撑架13的位置上设置有多个螺纹孔，每个该螺纹孔内设置有螺栓，该螺栓贯穿螺纹孔并被对应的螺母固定，使得支撑盘21能够通过调整螺栓和螺母之间的距离对支撑盘21在支撑架13上的位置和高度进行调节。

旋转件22通过蝶形螺母221和对应的螺栓可转动地安装在支撑盘21上。

上臂支撑件23通过弹簧杆套24和活动杆帽25铰接在旋转件22上。

上臂转轴件26通过卡扣27连接在上臂支撑件23上。

旋转件22和上臂支撑件23转动时带动患者的肩关节进行收展伸缩运动。

图3是本发明的实施例中肘关节活动机构的结构示意图。

如图1和图3所示，肘关节活动机构30用于让患者进行肘关节锻炼运动，包括上臂固定件31、限位螺母32、前臂固定件33、上肘关节连接件34和下肘关节连接件35。

如图2和图3所示，上臂固定件31，设有角度为230°的扇形槽，上臂固定件31上设置有轴孔，上臂转轴件26穿过轴孔并通过限位螺母32安装在上臂固定件31上，使得患者的上臂能够绕着上臂转轴件26进行转动，从而使得肘关节能够在多个平面内进行弯曲伸展运动。

前臂固定件33上均设置有两个呈上下对称分布的第二柱状凸台331，上臂固定件31的两侧分别通过上肘关节连接件33和下肘关节连接件34连接在上臂固定件31上。

上肘关节连接件34和下肘关节连接件35的一端均通过螺钉与前臂固定件33连接，上肘关节连接件34和下肘关节连接件35的另一端均通过铆钉与上臂固定件31铆接，从而使得前臂固定件33能绕螺钉的轴线进行转动，进而使得患者的肘关节能够进行弯曲伸展运动。

上肘关节连接件34和下肘关节连接件35上均设置有与上臂固定件31相配合的转动角度为90°的扇形凸台341和扇形凸台351，使得前臂固定件33和上臂固定件31之间的运动夹角受到限制，从而使得患者的肘关节的活动角度为0～140°。

图4是本发明的实施例中腕关节活动机构的结构示意图。

如图1和图4所示，腕关节活动机构40用于让患者进行腕关节锻炼运动，包括依次连接的手握41、弯曲弹簧42、前臂调节杆43和前臂支撑件44。

弯曲弹簧42设置在手握41和前臂调节杆43之间，能够在腕关节弯曲运动时提供阻力，在患者有一定肌力情况下，锻炼患者的肌力。

前臂支撑件44上设置有滑槽(图中未示出)和两个第一柱状凸台441，该前臂支撑件44的底部与前臂固定件33连接,。

前臂调节杆43的底部通过滑槽调节手握41距前臂固定件33的距离，然后通过卡扣固定前臂调节杆43和前臂支撑件44，使得患者能够握住手握41并让腕关节进行弯曲伸展运动。

如图4所示，前臂调节杆43能够与前臂支撑件44分离，避免了对患者日常手部活动的干扰。前臂调节杆43有两种有插入方式，由于其绑缚在前臂外侧，方式①可以方便手部抓握，方式②可以配合腕关节背屈20-30°。

图5是本发明的实施例中重力补偿机构的结构示意图(一)，图6是本发明的实施例中重力补偿机构的结构示意图(二)。

如图5和图6所示，重力补偿机构50包括弹簧杆51、压缩弹簧52和橡皮筋53。

弹簧杆51设置在上臂支撑件23上，压缩弹簧套设在52该弹簧杆51上，该压缩弹簧52用于在患者进行肘关节锻炼运动时向患者的上臂给予重力补偿。

橡皮筋53设置在一个第二柱状凸台331和一个第一柱状凸台441之间，该橡皮筋53用于在患者进行腕关节锻炼运动时向患者的前臂给予重力补偿。

本实施例中上肢外骨骼装置100的工作过程如下：

将上肢外骨骼装置100通过第一轮椅锁持夹12、第二轮椅锁持夹15和第三轮椅锁持夹16连接在轮椅1上。

具有上下肢功能障碍的患者坐进轮椅1中后，相关人员协助将由肩关节活动机构20、肘关节活动机构30和腕关节活动机构40组成的上肢外骨骼装置100绑缚于患者的患侧手臂上，使得患者的手能握住手握41以及患者的肘关节位于前臂固定件33和上臂固定件31之间，从而使得患者能够在重力补偿机构50的重力补偿下协同上肢外骨骼装置100进行上肢康复锻炼，进而帮助患者早日康复。

此外，辅助患者进行日常上肢活动时，患者能够通过分离前臂调节杆43与前臂支撑件44将腕关节活动机构从上肢外骨骼装置100上卸除，避免了该部分对于手部活动的干扰，进一步提高装置实用性。

实施例的作用与效果

根据本实施例所涉及的一种上肢外骨骼装置，因为采用了第一轮椅锁持夹和单头锁持夹，使得轮椅能够固定在该上肢外骨骼装置上。由于采用了可转动的旋转件和上臂支撑件，使得当旋转件和上臂支撑件转动时带动患者的肩关节进行收展伸缩运动。因为上臂固定件和前臂固定件之间采用上肘关节连接件和下肘关节连接件进行连接，便于让患者进行肘关节锻炼运动。因为采用了弯曲弹簧，该弯曲弹簧的牵引力能够使得患者的手部痉挛症状减轻。因为上臂支撑件上设置有弹簧杆，该弹簧杆上套设有压缩弹簧，便于该压缩弹簧在患者进行肘关节锻炼运动时向患者的上臂给予重力补偿，从而能让患者的上臂锻炼充分。因为前臂支撑件上设置有两个第一柱状凸台，前臂固定件上设置有两个第二柱状凸台，第一柱状凸台和第二柱状凸台之间设置有橡皮筋，便于该橡皮筋在患者进行腕关节锻炼运动时向患者的前臂给予重力补偿，从而使得患者的前臂能够锻炼充分。

支撑架的下部还设置有用于夹住轮椅的竖直座位框架的第二轮椅锁持夹和第三轮椅锁持夹，使得轮椅能够被稳稳的固定在连接支撑机构上。

支撑盘在靠近支撑架的位置上设置有多个螺纹孔，每个该螺纹孔内设置有螺栓，该螺栓贯穿螺纹孔并被对应的螺母固定，使得支撑盘能够通过调整螺栓和螺母之间的距离对支撑盘在支撑架上的位置和高度进行调节。

上臂固定件上设置有轴孔，上臂转轴件穿过轴孔并通过限位螺母安装在上臂固定件上，使得患者的上臂能够绕着上臂转轴件进行转动，从而使得肘关节能够在多个平面内进行弯曲伸展运动。

上肘关节连接件和下肘关节连接件的一端均通过螺钉与前臂固定件连接，上肘关节连接件和下肘关节连接件的另一端均通过铆钉与上臂固定件铆接，使得前臂固定件能绕铆钉的轴线进行转动，进而使得患者的肘关节能够进行弯曲伸展运动。

上臂固定件上以与铆钉匹配的铆钉孔为中心的位置上设有扇形槽，上肘关节连接件和下肘关节连接件上设有与扇形槽相配合的扇形凸台，使得前臂固定件和上臂固定件之间的运动夹角受到限制，从而使得患者的肘关节的活动角度为0～140°。

前臂支撑件和前臂调节杆之间通过卡扣固定，前臂支撑件上设置有滑槽，前臂调节杆通过滑槽调节手握距前臂固定件的距离，使得患者能够握住手握并让腕关节进行弯曲伸展运动。

两个第二柱状凸台呈上下对称分布，当上臂固定件绕上臂转轴件旋转180°后，使得橡皮筋能由下方第二柱状凸台换至上方第二柱状凸台上，便于另一侧的患者能使用上肢外骨骼装置。

因此，本发明的上肢外骨骼装置具有结构简单，体积小和成本低的特点，能够在提供重力补偿的情况下，降低上肢活动障碍，帮助脑瘫、中风后遗症患者进行日常上肢活动，辅助其上肢康复训练，促进患者上肢功能的恢复。