本公开涉及医疗器械领域，具体涉及一种康复训练装置和康复训练系统。
背景技术：
现代生活和工作中，肌肉、关节和软组织的疾病，例如但不限于脊柱歪斜、颈椎病、肩周炎等等，变得越来越常见。
以肩周炎为例，其又称肩关节周围炎，是以肩关节疼痛和活动不便为主要症状的常见疾病。该病的发病年龄主要是中老年人，但是随着现在科技的发展，工作性质的改变，越来越多的年轻人的工作基本是长期坐在电脑桌前办公，长久的固定姿势也造成越来越多的年轻人患上了肩周炎。患病后，肩关节会有广泛的酸痛，并且会向周围肌肉组织放射，产生组织水肿、粘连，肌肉萎缩等病症，严重影响肩关节的活动机能，给患者生活上带来极大的痛苦和不便。但是目前针对肩周炎的治疗主要是以药物为主，并且一般无法彻底根治，大多需要患者的肩周运动来进行辅助治疗，由于很多肩周炎患者肩关节周围肌肉组织酸痛，胳膊抬臂困难，无法进行肩关节运动，所以提供一种能够带动患者手臂进行肩周部康复运动的医疗器械已成为目前亟待解决的问题。
针对包括肩周炎在内的各种疾病，目前虽然也有相应的康复医疗器械，这些康复医疗器械在驱动形式上采用传统的液压缸、气压缸、电机等刚性驱动器，由于调节不够灵活、运动不够柔顺可能出现超行程而造成危险，并且使用电机等驱动器整体造价十分昂贵，而且出现问题不易检修。
中国公开专利cn104622668a提出了一种肩关节运动仿生康复训练装置，其仅仅是根据人体肩关节的运动特点，设计一种具有仿生结构的康关节康复训练装置，然而驱动形式仍然是传统电机驱动，肩关节的三个运动副分别有三个电机进行驱动。中国公开专利cn103845182b提出了一种肩关节康复训练器，其采用直线电机进行驱动，结构笨重复杂，成本高。
技术实现要素：
本公开的目的在于至少解决以下问题中的一种技术问题：1、解决现有技术的康复训练装置由于使用刚性驱动器而调节不够灵活、运动不够柔顺引起的安全性问题。2、解决现有技术的康复训练装置由于使用刚性驱动器而不够轻便并且成本较高的问题。
为此，本公开一方面旨在提供一种康复训练装置，所述康复训练装置包括至少一个康复训练组件，所述康复训练组件包括：传动系、气动柔性驱动器以及接收部，所述传动系，其与所述气动柔性驱动器联接，并且构造为能够在所述气动柔性驱动器的驱动下进行转动运动；所述接收部，其用于接收训练部位，所述接收部与所述传动系联接并构造为随所述传动系的所述转动运动而联动。
利用本公开的康复训练装置，有益效果在于：引入了气动柔性驱动器进行康复训练，传动系在气动柔性驱动器的驱动下进行转动运动，接收训练部位的接收部与传动系进行联动，使得训练部位联动，实现了康复训练，由于气动柔性驱动器相较现有采用刚性驱动器的康复训练装置，其重量轻，柔顺性和安全性都更好，成本低，适于广泛应用于各种身体部位的康复训练。
在本公开的一些实施例中，所述气动柔性驱动器采用气动肌肉，且配置为提供与训练部位的训练所需的行程。由此，可以避免超行程造成的危险，也避免行程不足导致的训练不足。
在本公开的一些实施例中，所述气动柔性驱动器包括第一气动肌肉对；所述传动系包括第一转动副，所述第一转动副包括：第一支架、第一传动轴、第一转换组件和第二支架，所述第一支架构造为以可旋转方式支撑所述第一传动轴，第一转换组件包括第一转动构件并被配置为将第一气动肌肉对的拮抗式运动转换为所述第一转动构件的转动，所述第一转动构件和所述第二支架均装配在所述第一传动轴上；并且所述接收部与所述第二支架联接并构造为随所述第二支架的转动而联动。由此，可以实现单自由度的训练的传动系。
在本公开的一些实施例中，所述气动柔性驱动器还包括第二气动肌肉对和第三气动肌肉对；所述传动系还包括第二转动副和第三转动副，所述第二转动副包括：所述第二支架、第二传动轴、第二转换组件和第三支架，所述第二支架构造为以可旋转方式支撑所述第二传动轴，第二转换组件包括第二转动构件并被配置为将所述第二气动肌肉对的拮抗式运动转换为所述第二转动构件的转动，所述第二转动构件和所述第三支架均装配在所述第二传动轴上，以便所述第三支架随所述第二转动构件的转动而转动；并且所述第三转动副包括：所述第三支架、第三传动轴、第三转换组件、第一连接板和第二连接板，所述第三支架构造为可旋转地支撑所述第三传动轴，第三转换组件包括第三转动构件并被配置为将第三气动肌肉对的拮抗式运动转换为所述第三转动构件的转动，所述第三转动构件装配在所述第三传动轴上，所述第一连接板和所述第二连接板分别定位在所述第三转动构件的两侧并固定至所述第三转动构件以随其转动而联动；并且所述接收部固定至所述第一连接板和所述第二连接板。由此，通过增加两个自由度，实现了三自由度的训练的传动系。
在本公开的一些实施例中，所述第一传动轴、所述第二传动轴和所述第三传动轴相互正交地设置。由此，通过提供相互正交的3个自由度，能够满足训练部位的前伸/后屈、外展/内收、旋内/旋外运动中任一种或多种的训练需求。
在本公开的一些实施例中，所述第一转动副和第二转动副中的至少一个还包括：限位构件，所述限位构件被设置在所述第一转动副和第二转动副中的至少一个的转动构件与相应的支架之间，用于防止相应的转动构件在轴向上向相应的支架窜动。从而，实现了防止转动构件在轴向上向相应的支架一侧窜动。
在本公开的一些实施例中，所述第一传动轴和所述第二传动轴中的至少一个设置有阶梯部，所述阶梯部构造为将相应的转动构件接收在相应的传动轴上。从而，实现了防止转动构件在轴向上向远离支架的另一侧窜动。
在本公开的一些实施例中，所述第三传动轴的邻近所述第三传动副支架的一端形成有凸出件以联接所述第三传动副支架，并且在所述第二传动副支架和所述第三传动副支架之间还设置有第三限位构件以对所述第三传动副支架进行定位。通过这种构造，能够实现对第三传动轴的定位。
在本公开的一些实施例中，在所述第一连接板和所述第三支架之间设置第四限位构件，并且在所述第二连接板和所述第三支架之间设置第五限位构件，以用于防止所述第三转动构件在所述第三传动轴上的轴向窜动。由此，通过对第三转动构件定位，防止了第三转动构件在第三传动轴上的轴向窜动。
在本公开的一些实施例中，所述第三转动副还包括：柔性导向构件，其固定至所述第三传动副支架并且构造为对所述第三气动肌肉对与所述第三转动构件的联接方向进行导向，从而抵消所述第二转动副的转动运动对所述第三转动副的转动运动产生的干扰。通过设置柔性导向构件，避免了第二转动副转动时干扰第三转动副
在本公开的一些实施例中，所述柔性导向构件包括：柔性套管支架、第一柔性套管和第二柔性套管，所述柔性套管支架以预定间隔固定至所述第三传动副支架，所述第一柔性套管和所述第二柔性套管定位在所述柔性套管支架与所述第三传动副支架之间。
在本公开的一些实施例中，所述第一柔性套管和所述第二柔性套管中的至少一者在长度上具有余量。由于柔性套管在两个固定端之间留有一定的余量，其自身可以弯曲变形，这样就避免了第二转动副转动时，第三转动副的诸如牵引线的构件被扯动而带动其产生干扰的回转运动。
本公开另一方面还提供了一种康复训练装置，包括：两个上述康复训练组件；以及机身，其中所述两个康复训练组件对称设置在所述机身两侧。由此，通过对称设置的分别具有3个自由度的康复训练组件，实现了总共具有6个自由度的康复训练装置。
在本公开的一些实施例中，所述机身包括座部和靠背部。由于座部和靠背部的设置便于康复训练的开展，因此使用起来便利、舒适。
在本公开的一些实施例中，所述两个康复训练组件的各自的第一气动肌肉对均定位在所述靠背部内。通过第一气动肌肉对的定位方式，使得康复训练装置的结构紧凑，节约空间。
在本公开的一些实施例中，所述康复训练装置为用于人体肩部的康复训练装置。
本公开再一方面还提供了一种康复训练系统，包括：上述的一种康复训练装置、控制器，所述控制器传输控制指令；驱动电路，所述驱动电路配置为接收来自控制器的指令；气源，所述气源经由电磁阀组流体连接到所述康复训练装置的气动柔性驱动器；以及所述电磁阀组，所述电磁阀组配置为在所述驱动电路的作用下对所述康复训练装置的气动柔性驱动器进行充放气操作。该康复训练系统的柔顺性和安全性都更好，成本低，并且控制简单。
附图说明
在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所公开的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。
图1示例性地示出本公开一个实施例的一种康复训练装置的结构框图。
图2示例性地示出本公开另一实施例的一种康复训练装置的结构框图。
图3为示例性地示出本公开再一实施例的实现三自由度的康复训练装置的结构框图。
图4示例性地示出图3所示实施例的实现三自由度的康复训练装置的变形例的结构框图。
图5为本公开实施例的一种康复训练装置的整体结构的前视立体图。
图6为本公开实施例的一种康复训练装置的整体结构的后视立体图。
图7为本公开实施例的一种康复训练装置的整体结构的侧视立体图。
图8为本公开一个实施例中的一种康复训练装置的第一转动副的分解结构示意图。
图9为本公开一个实施例中的一种康复训练装置的第二转动副的分解结构示意图。
图10为本公开一个实施例中的一种康复训练装置的第三转动副的分解结构示意图。
图11为本公开一个实施例中的一种康复训练装置的气动肌肉转动支撑台的分解结构示意图。
图12为作为气动柔性驱动器的示例的气动肌肉的一种示例性结构的示意图。
图13为本公开实施例的一种康复训练系统的原理图。
附图标记说明
1、第一转动副，2、第二转动副，3、第三转动副，4、大臂支板，5、机身，6、牵引线，7、牵引线，8、牵引线，9、第二气动肌肉对，10、第三气动肌肉对，11、第一气动肌肉对，12、第一支架，13、导向滑轮，14、支撑台，15、卡环，16、第一转动副轴承，17、第一传动轴，18、传动键，19、限位套筒，20、第一转动构件，21、第二转动副右轴承，22、第二转动构件，23、限位套筒，24、传动键，25、传动键，26、第三支架，27、第一柔性套管，28、导向滑轮，29、第二支架，30、第二转动副左轴承，31、第二传动轴，32、限位套筒，33、下端柔性套管固定架，34、第二柔性套管，35、第三传动轴，36、第三转动副左轴承，37、第四限位构件，38、第五限位构件，39、第一连接板，40、柔性套管支架，41、传动键，42第三转动副右轴承，43、第三转动构件，44、第二连接板，45、阶梯传动轴，46、转动支撑台，47、轴承，48、固定架，a、铜丝，b、卡箍，c、编织网，d、橡胶管，e、充气端堵头，f、尾部堵头，h、气孔，100、康复训练组件，101、传动系，102、气动柔性驱动器，103、接收部。
具体实施方式
此处参考附图描述本公开的各种方案以及特征。通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本公开的这些和其它特性将会变得显而易见。
本说明书可使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本公开的相同或不同实施例中的一个或多个。注意的是，在说明书全文中，相同的附图标记指代相同或相似的元件，并省略不必要的重复描述。此外，具体实施例中，以单数形式出现的元件并不排除可以以多个(复数个)形式出现。
本说明书所指的“部件a与b联接”，既可包括“a与b直接联接”，也可包括“a与b通过其他一个或多个部件间接联接”。
下面，在图1中提供了本公开一个实施例的康复训练装置100的结构框图。康复训练装置100包括至少一个康复训练组件，该康复训练组件包括：传动系101、气动柔性驱动器102以及接收部103。传动系101与气动柔性驱动器102联接，并且传动系101能够在气动柔性驱动器102的驱动(例如但不限于线性驱动下)进行转动运动。接收部103用于接收训练部位，接收部103与传动系101联接并构造为随传动系101的转动运动而联动。
由于康复训练装置100中引入了气动柔性驱动器102，传动系101在气动柔性驱动器102的驱动下进行转动运动，接收部103与传动系101进行联动，从而带动其所接收的训练部位进行相应的康复训练，例如肌肉、关节和软组织等的各种方向的运动，诸如肩部的前伸/后屈、外展/内收、旋内/旋外，又诸如颈部的低头、抬头、平转、左侧偏转、右侧偏转等等。气动柔性驱动器102相较现有采用刚性驱动器的康复训练装置，其重量轻，成本低，柔顺性和安全性都更好，适于广泛应用于各种身体部位的康复训练。
在一个实施例中，气动柔性驱动器102采用气动肌肉，气动肌肉可以配置为提供与训练部位的训练所需的行程。例如通过对气动肌肉的充放气的控制、收缩率的设计中的至少一种，能够使其具有适当的驱动行程。从而，能够避免超行程造成的危险，也避免行程不足导致的训练不足。
下面对气动肌肉的一个实施例进行详细描述，如图12所示，气动肌肉包括：a、铜丝，b、卡箍，c、编织网，d、橡胶管，e、充气端堵头，f、尾部堵头，h、气孔。
气动肌肉的主体是一个橡胶管d，在橡胶管的外侧套上一层pet材质的编织网c，橡胶管d的两端分别套在两端的堵头上，其中一层的堵头f没有气孔存在，完全堵住橡胶管防止漏气，另一侧的堵头e内部开有气孔，对气动肌肉内部进行充气和放气，然后用黑色胶带把橡胶管d和编织网c在两端堵头e、f的内凹部分缠绕2-3圈，主要目的是在堵头的内凹处把橡胶管和编织网紧紧地粘贴在一起。在两端的堵头的内凹的边缘处缠绕一圈铜丝a，防止编织网c在高压下脱扣，再把编织网c翻折，铜丝布置在编织网c在端部的弯折处，翻折后的编织网延伸到堵头尾部的位置，然后用卡箍b紧紧的卡住堵口e、f内凹处，一方面防止气动肌肉漏气，另一方面防止内部高压状态下，气动肌肉崩开，堵头e、f的设计很灵活化，根据连接方式的需要，可以设计不同的连接形式。
对橡胶管d的要求是具有一定的韧性和弹性，能够在充气和放气的状态下膨胀和收缩，而且具有很好的抗疲劳特性，对编织网c的要求是具有很高的非延展性，强度和韧性极好，但是没有拉伸变形，堵头e、f材质可以是致密性很高的硬性非金属材料，也可以是强度高，密度小的金属材料，卡箍b可以是平时采用的不锈钢卡箍件，也可以是自行设计的强度较高的铝合金件。
气动肌肉在对内部充气的过程中，会径向膨胀，轴向收缩，利用其轴向收缩产生的轴向驱动力，驱动外接负载。而且气动肌肉随着内部压力的增高，刚性不断变大，随着内部压力的降低，刚度不断减小。根据气动肌肉的特性，可以作为一种新的直线驱动器使用，相对传统的液压缸、气压缸、电机等驱动器，重量非常轻，而且可以根据驱动行程的需要，结合气动肌肉自身的收缩率设计气动肌肉的长度，这样可以避免超行程造成的危险，而且造价非常便宜，最重要的是气动肌肉具有很好的柔顺性，安全性，可以广泛使用在康复医疗领域。
在另一个实施例中，气动柔性驱动器102可采用除上述实施例详细描述的一种气动肌肉以外的其他形式例如柔性流体驱动器(flexiblefluidicactuator)，其利用一个气囊和两个夹板组成一个关节驱动器，两个夹板形成一个铰链。充入压缩气体(或者液体)时气囊膨胀鼓起，将两侧的夹板推开一定的角度，实现关节的驱动动作。
本领域技术人员能够理解的是，只要气动柔性驱动器102可以提供与训练部位的训练所需的行程，可以采用任何一种气动柔性驱动器来构成本公开的康复训练装置。
在一个实施例中，当气动柔性驱动器102采用气动肌肉实现时，可以实现单自由度的训练。如图2所示，根据本公开另一实施例的康复训练装置100包括至少一个康复训练组件，康复训练组件包括作为气动柔性驱动器102的示例的第一气动肌肉对11、作为传动系101的示例的第一转动副1和接收部103。
如图8所例示的，第一转动副1可以包括：第一支架12、第一传动轴17、第一转换组件(例如图8中所示的第一传动轮20和牵引线6，第一转换组件也可以采用其他形式，例如由齿轮和齿条构成)和第二支架29，第一支架12以可旋转方式支撑第一传动轴17，第一转换组件包括第一转动构件20(其例如可以采用传动轮、齿轮等各种形式)，并且第一转换组件能够将第一气动肌肉对11的拮抗式运动转换为第一转动构件20的转动，第一转动构件20和第二支架29均装配在第一传动轴17上；并且接收部103联接(例如连接)到第二支架29，由此能够随第二支架29的转动而联动。图8图示了第一转动副1的上述结构的一种实现方式，须知第一转动副101的上述结构并不依赖于图8所示的所有细节来实现，而是也能以其他实例来实现。注意，本文中当提及气动肌肉对的拮抗式运动时，表示其中一条气动肌肉进行加压充气从而轴向收缩而另一条气动肌肉进行减压放气从而轴向伸长所实现的该对气动肌肉的配合运动。
由于第二支架29与第一转动构件20同轴连接，并构造为随第一转动构件20的转动而转动，接收部103与第二支架29联接并随第二支架29的转动而联动，从而通过单自由度的传动系结构，实现了具有单自由度的康复训练装置。
第一转换组件的具体实现方式可以有多种，比如第一转换组件由图8所示的牵引线6和第一传动轮20构成，牵引线6缠绕在第一传动轮20上，牵引线6两端各自连接第一气动肌肉对11中的一条气动肌肉。作为对气动肌肉的一种示例性操作，首先可以对各个气动肌肉进行预充气，使得第一转动副(图2中附图标记为101而图5中附图标记为1)的牵引线6实现在初始位置的预紧。对于形成一对拮抗(对拉)机构的气动肌肉，在预充气的状态下，一侧进行加压充气，一侧进行减压放气，通过牵引线可带动传动轮运动。可以理解，不必限定气动肌肉对形成拮抗结构的具体步骤，只要对两个气动肌肉进行的充放气能够使两个气动肌肉形成(拮抗)对拉机构，也就是使两个气动肌肉互相拉扯彼此，则通过对两个气动肌肉的彼此之间的拉力的不一致来驱动牵引线运动，从而带动传动轮转动。
作为第一转换组件的另一种具体实现方式，第一转换组件可由齿轮和齿条构成，齿轮作为上述的第一转动构件20，齿条缠绕在齿轮上，齿条两端各自连接第一气动肌肉对中的一个气动肌肉。以与上述方式相同或类似的方式，形成一对拮抗(对拉)机构的气动肌肉，通过对气动肌肉的每一个的充放气操作，实现齿条带动齿轮转动。可以理解，不必限定气动肌肉对形成拮抗结构的具体步骤，只要对两个气动肌肉进行的充放气能够使两个气动肌肉形成(拮抗)对拉机构，即使两个气动肌肉互相拉扯彼此，则通过对两个气动肌肉的彼此之间的拉力的不一致来驱动齿条运动，从而带动齿轮转动。
在一个实施例中，还提供了一种能够实现3个自由度的训练的康复训练装置。图3是本公开再一实施例的能够实现3个自由度的训练的康复训练装置101的示例性结构框图。气动柔性驱动器102除了包括上述实施例中的实现单自由度的第一气动肌肉对11之外，还包括第二气动肌肉对9和第三气动肌肉对10，并且传动系101除了包括上述第一转动副1之外，还包括第二转动副2和第三转动副3。第一气动肌肉对11、第一转动副1的结构如上，此处不再重复描述，重点描述增加的部件。如图9所例示的，第二转动副2可以包括：第二支架29、第二传动轴31、第二转换组件和第三支架26，第二支架29构造为以可旋转方式支撑第二传动轴31，第二转换组件类似于第一转换组件的结构，在此不赘述，其可以包括第二转动构件22并被配置为将第二气动肌肉对9的拮抗式运动转换为第二转动构件22的转动，第二转动构件22和第三支架26均装配在第二传动轴31上，第三支架26联接至第二转动构件22并构造为随其转动而转动。图9示出了第二转动副2的上述结构的一种实现方式，但须知第二转动副2无需具备图9中所示的所有细节，而是也可以实现为其他实例。
此外，如图10所例示的，第三转动副3包括：第三支架26、第三传动轴35、第三转换组件、第一连接板39和第二连接板44，第三支架26构造为可旋转地支撑第三传动轴35，第三转换组件包括第三转动构件43并能够将第三气动肌肉对10的拮抗式运动转换为第三转动构件43的转动，第三转动构件43装配在第三传动轴35上，第一连接板39和第二连接板44分别定位在第三转动构件43的两侧并固定至第三转动构件43以随其转动而联动；并且接收部103固定至第一连接板39和第二连接板44。
由此，在只有一个自由度的康复训练装置的基础上增加两个自由度，实现具有三自由度的训练的传动系的康复训练装置。通过定位并固定在第三转动构件的两侧的第一连接板39和第二连接板44的设置，能够更均衡稳定牢固地固定接收部103，例如将接收部103架设在两块连接板39和44上，或者夹设在两块连接板39和44之间，从而减少训练过程中的振颤和晃动。通过在相邻转动副之间的构件的复用，例如第一转动副1与第二转动副2之间的第二支架29的复用，第二转动副2与第三转动副3之间的第三支架26的复用，实现了自由度的叠加，且简化了传动系的构造以及接收部103与其的固定关系，例如，上述实施例中，只要将接收部103固定至第三转动副3中的第一连接板39和第二连接板44即可，而无需直接与第一转动副1和第二转动副2进行固定。
图4是根据本公开再一实施例的能够实现3个自由度的训练的康复训练装置100的示例性结构框图。如图4所示，与图3中示出的另一实施例一样，康复训练装置100包括至少一个康复训练组件，在康复训练组件中，传动系101同样由第一转动副1、第二转动副2和第三转动副3构成。但是第一转动副1、第二转动副2和第三转动副3彼此相对独立，并且分别作用于接收部103。
说明的是，康复训练组件也可视为一种康复训练装置。
如图8所例示以及上文所述的第一转动副1包括：第一支架12、第一传动轴17、第一转换组件(牵引线6和传动轮20)以及第二支架29，第一支架12能够以可旋转方式支撑第一传动轴17，第一转换组件包括第一转动构件-传动轮20并被配置为将第一气动肌肉对11的拮抗式运动转换为第一转动构件20的转动，第一转动构件20和第二支架29均装配在第一传动轴17上；并且接收部103(如图4所示)与第二支架29联接能够随第二支架29的转动而联动。
第一转动副1的具体实现方式可参见前文的实施例，第二转动副2、第三转动副3与第一转动副1具有同样的或类似的结构。
例如，如图9所示的，独立于第一转动副1的第二转动副2可以包括：第二支架29、第二传动轴31、第二转换组件(例如传动轮22和牵引线)和第三支架26，第二支架29能够以可旋转方式支撑第二传动轴31，第二转换组件包括第二转动构件22并被配置为将第二气动肌肉对9的拮抗式运动转换为第二转动构件22的转动，第二转动构件22和第三支架26均装配在第二传动轴31上；并且接收部103与第三支架26联接能够随第三支架26的转动而联动。
同样地或者类似地，独立于第一转动副1的第三转动副3，例如如图10所示，可以包括：第三支架26、第三传动轴35、第三转换组件(例如传动轮43以及牵引线(图10中未示出))和第四支架(例如图10所示的第一连接板39和第二连接板44，但第四支架的结构不限于此)，第三支架26能够以可旋转方式支撑第三传动轴35，第三转换组件包括第三转动构件43并能够将第三气动肌肉对10的拮抗式运动转换为第三转动构件43的转动，第三转动构件43和第四支架39、44均装配在第三传动轴35上；并且接收部103与第四支架39、44联接能够随第四支架39、44的转动而联动。
由此，通过分别独立作用于接收部103的第一转动副1、第二转动副2和第三转动副3，实现了具有三自由度的训练的传动系的康复训练装置。此种结构能够更好避免不同自由度之间的干扰，但是传动系的构造以及接收部103与其的固定关系相对复杂。
在一些实施例中，第一传动轴17、第二传动轴31和第三传动轴35相互正交地设置，从而提供具有相互正交的3个自由度的康复训练装置。
在下面的实施例中，以适用于人体肩部的康复训练装置为例，对根据本公开的各种实施例的康复训练装置进行说明。
如图5和图6所示，当该康复训练装置用作人体肩部的康复训练，例如对肩周炎患者的肩部进行康复训练时，其总体可分为左右对称的两个肩关节机构和机身5三部分，每个肩关节机构是一个单独的3个自由度的康复训练组件。每个肩关节机构分别由三个转动副1、2和3构成，每个转动副相当于一个单自由度的传动系，各个转动副1、2和3分别由一对气动肌肉11、9和10通过牵引线6、8和7带动传动轮(图5和图6中未标示)，形成拮抗机构，完成各个转动副1、2和3的运动，在第三转动副3上安装有大臂支板4作为上文所述的接收部103。牵引线6、8和7例如可以为金属丝牵引线，如钢丝牵引线。在一些实施例中，该大臂支板4可包括固定板和在固定板的宽度方向的两侧上对称设置的两个弧形部，大臂支板4用来接收并固定肩周炎患者手臂。结合图6所示，驱动第一转动副1的第一气动肌肉对11安装在机身5内部，驱动第二转动副2和第三转动副3(即第三转动构件)的第二气动肌肉对9、第三气动肌肉对10安装在机身5两侧的转动支撑台46上，可跟随第一转动副1旋转中心自由旋转。实施例的康复训练装置总体可实现肩关节的前伸/后屈、外展/内收、旋内/旋外运动，以及三种运动形式的复合运动。
如图5-图8所示，在一个实施例中，第一转动副1主要由第一支架12、卡环15、第一转动副轴承16、第一传动轴17、传动键18、第一转动构件20、第二支架29构成。其中第一传动轴17通过传动键18把第一传动轮20和第二支架29连接在一起。第一转动构件20可以采用各种形式，包括但不限于传动轮、齿轮等的形式，下面以第一转动构件20为传动轮(下文中称为第一传动轮20)为例，对第一转动副1的实施例进行说明。
在一些实施例中，第一传动轴17的端部设有凸台，该凸台定位在支架29内表面上，从而实现两者之间的稳定且牢固的固定。在一些实施例中，可在第一传动轮20与第一支架12之间设置限位构件，从而防止前者相对于后者的窜动。该限位构件可以采用各种形式，包括但不限于销、挡块、套筒。如图8所示，限位构件可以实现为限位套筒19，其一侧贴合第一传动轮20上表面，一侧贴合第一支架12下表面，防止第一传动轮20上下窜动。在肩关节和阶梯传动轴装配孔内安装有第一转动副轴承16，可实现第一传动轴17沿装配孔的中心线自由转动，卡环15在第一支架12上表面卡住第一传动轴17，通过螺栓紧固。缠绕在第一传动轮20上的牵引线6通过导向滑轮机构13连接到支撑台14上固定的第一气动肌肉对11，通过该导向实现了第一气动肌肉对11的竖直定向，从而便利具有足够长度的第一气动肌肉对11的安装，也使得整个装置向空中发展，减少占地面积。第一气动肌肉对11的竖直方向的拮抗式运动，通过导向滑轮机构13转化为牵引线6在水平平面内的绕转，从而带动第一传动轮20在相应平面内转动。
如图5-7和图9所示，在一个实施例中，第二转动副2主要由第二支架29、第二转动副右轴承21、第二转动副左轴承30、第二转动构件22、限位套筒23/32、传动键24/25、第二传动轴31、第三支架26构成。第二转动构件22可以采用各种形式，包括但不限于传动轮、齿轮等的形式，下面以第二转动构件22为传动轮(下文中称为第二传动轮22)为例，对第二转动副2的实施例进行说明。其中，第二传动轴31通过传动键24与第二传动轮22固连在一起，第二传动轴31安装在第二支架29上，在左右装配孔内分别安装有第二转动副左轴承30、第二转动副右轴承21，便于阶梯转动轴31沿装配孔中心线转动。在一些实施例中，在第二支架29与第二传动轮22之间引入限位构件，以防止后者相对于前者的窜动。限位构件的形式在描述第一转动副1时已经举例说明，在此不赘述。作为限位构件的示例，限位套筒23左侧贴合在第二支架29内表面，另一侧贴合在第二传动轮22左侧表面，完成第二传动轮22左侧定位。在一些实施例中，第二传动轮22的右侧通过第二传动轴31上的阶梯部定位，从而进一步防止第二传动轮22左右窜动。第二传动轴31通过传动键25连接第三支架26，第二传动轴31的右端部设有凸台，该凸台紧贴在第三传动副支架26内表面，以便于固定卡合第三支架26。在一些实施例中，可在第二传动副支架29和第三支架26间设有限位构件，例如限位套筒32，来对第三支架26进行定位。在一些实施例中，在第二传动轴31末端开有轴承挡圈槽，用来安装轴承挡圈，防止第二传动轴31左右窜动。缠绕在第二传动轮22上的牵引线8直接连接在第二气动肌肉对9上。如上面的实施例中所述的，第二传动轮22和牵引线8可以一起用作第二转换组件，但第二转换组件也可以例如由齿轮和齿条构成，因此这里指出的第二转换组件的具体构成仅为一个示例。如图6和图11所示，第二气动肌肉对9与第三气动肌肉对10均以竖直方式固定在可转动支撑台46上，从而第二气动肌肉对9的竖直方向的拮抗式运动经由牵引线8带动第二传动轮22转动，进而带动第三支架26一起转动。
如图5-7、图9和图10所示，在一个实施例中，第三转动副3主要由第三支架26、第一柔性套管27、第二柔性套管34、第三传动轴35、传动键41、轴承36/42、第三转动构件43、第一连接板39、第二连接板44构成。第三转动构件43可以采用各种形式，包括但不限于传动轮、齿轮等的形式，第一连接板39和第二连接板44根据应用不同可采取不同的形式，对于肩部的康复训练装置而言，第一连接板39和第二连接板44可分别用作大臂左连接直板39和大臂右连接直板44，下面以第三转动构件43为传动轮(下文中称为第三传动轮)且第一连接板39和第二连接板44分别用作大臂左连接直板39和大臂右连接直板44为例，对第三转动副3的实施例进行说明。
阶梯传动轴35可对应于权利要求中的第三传动轴，其通过传动键41带动第三传动轮43和大臂左连接直板39、大臂右连接直板44，第三传动轮43和大臂连接直板39/44通过螺栓固连在一起，在大臂左连接直板39、大臂右连接直板44外表面和第三支架26内表面间安装有限位构件，例如第四限位构件37和第五限位构件38，这两个限位构件可采用例如限位套筒的形式，对第三传动轮43进行定位，防止其左右窜动。在一些实施例中，在阶梯传动轴35末端开有轴承挡圈槽，用来安装轴承挡圈，防止阶梯传动轴35左右窜动。
在一个实施例中，为了解决第二转动副2转动的时候可能扯动第三转动副3的牵引线7的问题，设置了柔性导向构件，其固定至第三支架26并且构造为对第三气动肌肉对10与第三传动轮43的联接方向进行导向，从而抵消第二转动副2的转动运动对第三转动副3的转动运动(例如带动第三传动轮43旋转的牵引线7的定向和运动)产生的干扰。第三传动轮43和牵引线7可相当于权利要求中的第三转换组件，但如前所述，第三转换组件也可以例如由齿轮和齿条构成，因此这里指出的第三转换组件的具体构成仅为一个示例。
在一个实施例中，结合参照图9和图10，柔性导向构件包括柔性套管支架40、上方的第一柔性套管27和下方的第二柔性套管34。第三转动副3的牵引线7穿过柔性套管支架40的导向孔后，进入并穿出第一27、第二柔性套管34，随后分别连接到第三气动肌肉对10。在一些实施例中，第一柔性套管27的左端固定在第二支架29表面上开有的连接孔内，第一柔性套管27的右端固定在柔性套管支架40的上导向孔内，第二柔性套管34左端安装在第二支架29表面的下端柔性套管支架33上，右端固定在柔性套管支架40的下导向孔内。
在一个实施例中，第一柔性套管27和第二柔性套管34中的一者或两者在两个固定端之间留有一定的余量，其自身可以弯曲变形，从而避免第二转动副2转动时，第三转动副3的牵引线7可能被扯动而带动其产生干扰的回转运动。牵引线7在上方穿过第一柔性套管27后，进而穿过第二支架29，然后通过导向滑轮28连接在第三气动肌肉对10中远离柔性套管支架40的一条气动肌肉上，牵引线7下方穿过柔性套管34后直接连接在第三气动肌肉对10中靠近柔性套管支架40的另一条气动肌肉上。
第一柔性套管27和第二柔性套管34具有一定的柔性和韧性，其本身在外部力的作用下又可以发生一定的变形，但是只要两端固定住，中间部分不会改变内部牵引线7的驱动形态，因此不论中间部分如何变化，不会对其内部牵引线7的驱动产生影响，因为内部牵引线7的驱动是沿着牵引线的中心线的方向运动，不会对别的方向产生力的作用，由此能够避免对第三转动副3所要实现的转动的干涉和扰动。
当第二转动副2转动时，第三支架26和柔性套管支架40一起在第二传动轮22的带动下转动运动，这是由于柔性套管27一端固定在支架29上，柔性套管27的中间形态可以随便变化，而不改变两端的固定位置，这里最重要的就是不改变钢丝的牵引线7的出口方向，保证钢丝的牵引线两端的出口方向仍然是一端切入到第三传动轮43(参见图10)，另一端切入到导向滑轮28(参见图9)内，不影响其他的运动。
由此，本公开的上述实施例的肩关节的三个转动副1、2和3可并行运动，能够保证所有的绳索均不会出现干涉和松动，同时三个转动副1、2和3配合运动，来模拟人体的肩关节运动，具有极好的仿生特性，能够较好的完成人体肩周炎的康复训练运动。
在一个实施例中，如图5和图6所示，第二转动副2的第二气动肌肉对9和第三转动副3的第三气动肌肉对10均固定到转动支撑台上。
图11为本公开一个实施例中的一种康复训练装置的气动肌肉转动支撑台的分解结构示意图。如图11所示，转动支撑台46通过阶梯轴45安装在机身上的固定架48上，在固定架48的装配孔内安装有轴承47，便于阶梯轴45的自由转动，阶梯轴45上端凸台上开有连接孔，通过螺栓和气动肌肉转动支撑台46固连在一起。阶梯轴45通过其上设有的阶梯定位在固定架48上。在一些实施例中，阶梯轴45的末端开有轴承挡圈槽，用来安装轴承挡圈，防止阶梯轴45的窜动。
本领域人员能够理解，上述各实施例的描述并不是对本公开的限制，实施例的各个要素之间可以相互组合。
在下面的实施例中，提供一种康复训练系统。如图13所示，康复训练系统包括：根据上述实施例中任何一种或多种所述的康复训练装置、气源、驱动电路、电磁阀组、以及控制器，气源通过气管将气体引入到电磁阀组的接头；电磁阀组的信号输入端连接驱动电路，输出端连接到气动柔性驱动器，电磁阀组配置为在驱动电路的控制下向气动柔性驱动器进行充放气操作；控制器与驱动电路电连接以输出控制指令，驱动电路配置为根据接收到的控制指令控制电磁阀组进行充放气操作。该康复训练系统由于采用了具有气动柔性驱动器的康复训练装置，因此其柔顺性和安全性都更好，成本低，并且控制简单。
以针对双肩的康复训练系统为例，如图13所示，该系统包括右半部支路1302和左半部支路1301，两者原理相同，下面以右半部支路1302为例，描述康复训练系统的操作原理。
如图13所示，首先由一个气源发生器1303产生足够的气源，存储在储气瓶内，气源发生器1303可以设置气源最高压力值，自动启停，补充气源，由于该设备是在室内固定位置放置使用，所以也可以从大的公用储气罐源通过气管引入到电磁阀组接头上。气体从气源发生装置出来，在出来的气体压力值都要高于工作压力值的情况下，可通过气动减压阀1305来控制进入气动肌肉的最高气压。经过减压的气体出来进入电磁阀组1307，电磁阀组1307出来的气体通过气管连接到三个气动肌肉对11、9和10上的气动接头上。驱动电路1306接收控制器1304预先设置好的控制指令，并连接到电磁阀组1307的信号输入端，从而由此驱动电磁阀组1307。在电磁阀组1307内，可针对各条气动肌肉设置两个两位两通的子电磁阀，从而配合控制该条气动肌肉的充气、放气、保持三种状态。或者，可以针对各条气动肌肉设置一个三位三通的子电磁阀，以单独控制该条气动肌肉的充气、放气、保持三种状态。例如，右半支路1301分为第一气动肌肉对11，第二气动肌肉对9和第三气动肌肉对10。对于第一气动肌肉对11来说，当控制器1304发出充气的指令后，电磁阀组1307对应第一气动肌肉对11的两条支路，其中一个支路的进气口开启，另外一个支路的放气口开启。进气口开启的支路的气体就会通过气管进入气动肌肉内部，同时放气口开启的支路的气体会从气动肌肉内部放出，形成拮抗对拉机构，带动传动轮转动，当第一转动副1到达指定角度值以后，控制器1304发出断电命令，此时电磁阀组1307与第一气动肌肉对11相应的两条支路全部关闭，气动肌肉内部的气体被封闭在气动肌肉内部，保持原位置不变，当控制器1304发出反转指令时，电磁阀组1307与对应第一气动肌肉对11的两条支路对应的进气口和放气口的开启状态与第一次相反，故两根气动肌肉的充气和放气状态也和第一次相反，从而带动传动轮反转。第二气动肌肉对9和第三气动肌肉对10的工作原理相同，具体各个部件如何协调动作，属于对该发明应用的开发范畴，具体可以根据相关的动作设计指令进行编程工作。
康复训练系统的操作原理可以适用于本公开实施例的任一种康复训练装置，这里描述的康复训练系统的操作原理只是一种示例，并不构成对实施例的康复训练装置的结构的限制。
下面，描述一种肩周炎患者使用本公开实施例的康复训练训练装置(也可称为肩周炎康复训练仪)的一种示例的具体工作过程。
肩周炎患者在使用本公开实施例的肩周炎康复训练仪时，首先坐在康复训练仪机身5的座椅上，把人体大臂通过护具绷带固定在训练仪大臂支板4上，然后对各个气动肌肉进行预充气，使得各个转动副的牵引钢丝线实现在初始位置的预紧。对于形成一对拮抗机构的气动肌肉，在预充气的状态下，一侧进行加压充气，一侧进行减压放气，通过牵引线可带动传动轮运动。对于第一转动副1而言，如图5-8所示，牵引线6带动第一传动轮20转动，第一传动轮20通过与第二支架29共用的传动键18，带动其转动，从而实现带动人体手臂，完成人体肩关节的旋内/旋外运动。对于第二转动副2而言，如图5-7和图9所示，牵引线8带动第二传动轮22运动，第二传动轮22通过传动键24带动第二传动轴31转动，再通过传动键25带动第三支架26转动，从而实现带动人体手臂，完成人体肩关节的外展/内收运动，在第二转动副运动的过程中，由于柔性套管27/34的左端均固定在第二支架29上，所以第三支架26在转动的过程中并不会改变与第三气动肌肉对10相连的牵引线7的牵引方向。对于第三转动副3而言，如图5-7和图10所示，牵引线7带动第三传动轮43转动，第三传动轮43通过传动键41带动大臂左连接直板39和大臂右连接直板44运动，大臂左连接直板39和大臂右连接直板44与大臂支板4固连在一起，可实现带动人体手臂运动，实现人体肩关节的前伸/后屈运动；通过一定的路径规划，可以使三个转动副结合同时运动，实现带动人体肩关节完成复杂的康复训练过程。该康复训练仪的左右肩关节可同时工作，对两侧肩部均患有肩周炎的患者的两个肩部同时进行康复训练运动。
以上实施例仅为本公开的示例性实施例，不用于限制本公开，本公开的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本公开的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。