一种用于上肢康复的三自由度腕关节康复训练机构的制作方法

本发明涉及上肢康复机械结构领域，尤其涉及一种用于上肢康复的三自由度腕关节康复训练机构。

背景技术：

神经系统损伤或疾病引起的神经性疾病占全球疾病负担的6.3％，而神经系统疾病导致的死亡人数占全球近12％，其中脑血管疾病占整个神经系统疾病残疾调整生命负担的一半以上。由神经性系统疾病导致的上肢运动功能损伤使患者无法对上肢进行良好的控制，进而造成日常生活困难。由于康复人才及资源的短缺，机器人辅助康复成为医生和患者选择的治疗手段之一，机器人辅助治疗具有持续提供强化和精确康复训练的优势，能够在一定程度上减轻治疗师的工作强度。大多数上肢康复设备主要将自由度研究集中在肩关节、肘关节，多自由度的腕关节研究并不常见，腕部按照生理学解剖来划分可分为3个自由度，但由于前臂的代偿作用导致腕关节自由度活动范围不大，康复效果不佳。而在临床上治疗师较多采用手法治疗对腕关节进行被动训练，但是被动训练方式对于神经性疾病重塑神经连接比主动训练缓慢。从设备结构上来说，一些被动腕关节训练机构的旋转中心与关节旋转中心不一致导致患者训练受阻。对于神经性疾病来说主动训练要优于被动训练，但是一些患者残余肢体力量难以进行大型机构的主动训练进而达不成康复目标。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种用于上肢康复的三自由度腕关节康复训练机构，该机构能够脱离其它关节独对腕关节进行三自由度综合训练，减少前臂对腕关节的代偿作用；根据患者不同状况可以进行被动训练也可进行主动训练；通过对连杆和齿轮的特殊设计避免传统腕关节训练设备的复杂和体积庞大带来的不便。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何提供一种用于上肢康复的三自由度腕关节康复训练机构，该机构能够单独对腕关节进行三自由度综合训练，减少前臂对腕关节的代偿作用；根据患者不同状况进行被动训练也可进行主动训练；通过对连杆和齿轮的特殊设计避免传统腕关节训练设备的复杂和体积庞大带来的不便。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于上肢康复的三自由度腕关节康复训练机构，包括前臂托模块、换向模块、连接模块、内/外旋模块、尺/桡偏模块和内收/外展模块；所述前臂托模块包括环形臂托、轴向夹紧装置和换向杆；所述前臂托模块通过所述换向模块与所述连接模块连接；所述连接模块包括齿轮i固定架、齿轮ii固定架、连接架、下底座和上底座；所述内/外旋模块包括1号电机、u型架、齿轮i、齿轮ii和1号电机安装架；所述尺/桡偏模块包括2号电机、齿轮iii、齿轮iv和2号电机安装架；所述内收/外展模块包括3号电机、齿轮v、齿轮vi、平行四边形机构、3号电机安装架和握把手。

进一步地，所述前臂托模块的所述轴向夹紧装置固定在所述换向杆上，所述轴向夹紧装置通过螺钉与所述环形臂托紧固连接，可根据不同人的前臂长度调节所述轴向夹紧装置的位置。

进一步地，所述换向模块的远心端是紧固板，所述换向模块的近心端是换向板，两者通过套筒连接，所述换向模块的近心端的换向板与所述换向杆的远心端的换向板通过螺钉紧固连接。

进一步地，所述齿轮i固定架与所述换向模块的远心端的紧固板用螺钉连接，所述齿轮i固定支架上的阶梯轴与所述换向模块的套筒连接。

进一步地，所述1号电机安装架通过轴承螺钉固定在所述齿轮i固定架上，并与所述u型架以螺钉连接。

进一步地，所述下底座通过螺钉与所述u型架连接，所述连接架两头有螺栓孔，通过螺栓分别与所述下底座和所述上底座连接。

进一步地，所述齿轮ii固定架与所述连接架通过螺钉连接。

进一步地，所述2号电机安装架通过轴承螺钉固定在所述齿轮ii固定架上，所述3号电机安装架通过轴承螺钉固定在所述上底座上。

进一步地，所述齿轮iv通过螺钉固定在所述连接架上，所述齿轮iv可带动所述连接架转动。

进一步地，两个所述平行四边形机构的一端分别与所述握把手两头通过螺钉固定，另一端分别与所述下底座和所述上底座活动连接，两个所述平行四边形机构分别可在所述下底座和所述上底座上滑动。

本发明提出的一种用于上肢康复的三自由度腕关节康复训练机构，具有以下技术效果：

1、根据腕部的解剖学特点，考虑到对三自由度腕关节训练的需求，通过用三个电机分别单独控制三个自由度，为患者和医生提供了单独的腕关节训练解决方案，减少了前臂对腕关节的代偿作用；

2、通过对连杆和齿轮的特殊设计，避免了传统腕关节训练设备的复杂和体积庞大带来的不便，通过连接架为中枢将三个自由度借助整个连接架实现，巧妙利用了双平行四边形机构实现腕关节的内收/外展；

3、通过保留换向杆近心端接口，可以方便地与其它上肢训练机构结合用于三自由度训练，通过锁死1号电机、2号电机和3号电机，可以让肢体力量较强的患者利用握把手根据治疗师的治疗方案进行主动训练。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的三自由度腕关节康复训练机构示意图；

图2是本发明的一个较佳实施例的前臂托模块机构结构示意图；

图3是本发明的一个较佳实施例的换向模块机构结构示意图；

图4是本发明的一个较佳实施例的齿轮与电机固定机构结构示意图；

图5是本发明的一个较佳实施例的转动中枢机构结构示意图；

图6是本发明的一个较佳实施例的驱动机构结构示意图；

图7是本发明的一个较佳实施例的动作执行末端机构结构示意图；

其中，100-前臂托模块，101-环形臂托，102-轴向夹紧装置，103-换向杆，200-换向模块，300-连接模块，301-齿轮i固定架，302-齿轮ii固定架，303-连接架，304-下底座，305-上底座，400-内/外旋模块，401-1号电机，402-u型架，403-齿轮i，404-齿轮ii，405-1号电机安装架，500-尺/桡偏模块，501-2号电机，502-齿轮iii，503-齿轮iv，504-2号电机安装架，600-内收/外展模块，601-3号电机，602-齿轮v，603-齿轮vi，604-平行四边形机构，605-3号电机安装架，606-握把手。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

如图1所示，一种用于上肢康复的三自由度腕关节康复训练机构，包括前臂托模块100、换向模块200、连接模块300、内/外旋模块400、尺/桡偏模块500和内收/外展模块600。

如图2所示，前臂托模块100包括环形臂托101、轴向夹紧装置102和换向杆103。轴向夹紧装置102通过螺钉与环形臂托101紧固连接，可根据不同人的前臂长度调节轴向夹紧装置102的位置，前臂托模块100通过轴向夹紧装置102固定在换向杆103上，换向杆103的远心端设有换向板。

如图2、图1和图3所示，换向模块200远心端的紧固板的中心线与近心端的换向板的中心线垂直，两板之间以套筒连接，换向模块200近心端的换向板与换向杆103远心端的换向板通过螺钉紧固连接，换向模块200可改变前臂托模块100的方向以适应不同患者的要求，轴向夹紧装置102在换向杆103上可改变位置以适应不同患者前臂到腕部的距离。

如图1、图4、图5和图6所示，连接模块300包括齿轮i固定架301、齿轮ii固定架302、连接架303、下底座304和上底座305。连接架303两头有螺栓孔，通过螺栓分别与下底座304和上底座305连接。齿轮i固定架301与换向模块200远心端紧固板用螺钉连接，齿轮i固定架301上的阶梯轴与换向模块200所形成的套筒连接。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7所示，内/外旋模块400包括1号电机401、u型支架402、齿轮i403、齿轮ii404和1号电机安装架405。1号电机401的输出轴和齿轮i403通过联轴器连接，齿轮i403与齿轮ii404啮合，1号电机安装支架405通过轴承螺钉固定在齿轮i固定架301上并与u型架402以螺钉连接，1号电机安装架405上配有4个电机安装孔用于安装1号电机401，以固定电机一侧，齿轮ii固定架302设在齿轮ii404远心端并与连接架303用轴承螺钉进行固定，u型架402自由端与连接架303通过轴承螺钉连接，另一端与齿轮i固定架301通过1号电机安装架405螺钉连接，u型架402用于防止机械干涉。尺/桡偏模块500包括2号电机501、齿轮iii502、齿轮iv503和2号电机安装架504。2号电机501的输出轴和齿轮iii502通过联轴器连接，齿轮iii502与齿轮iv503啮合，2号电机安装支架504通过轴承螺钉固定在齿轮ii固定架302上，齿轮iv503通过螺钉固定在连接架303上，齿轮iv503可带动连接架303进行转动。内收/外展模块600包括3号电机601、齿轮v602、齿轮vi603、平行四边形机构604、3号电机安装架605和握把手606。3号电机601的输出轴和齿轮v602通过联轴器连接，齿轮v602与齿轮vi603啮合，3号电机601通过螺钉固定在3号电机安装架605上，3号电机安装支架605通过轴承螺钉固定在上底座305上，两个平行四边形机构604分别通过轴承螺钉安装在下底座304和上底座305上，握把手606两头分别与两个双平行四边形机构604的另一端以螺钉固定连接，两个平行四边形机构604中较小四边形机构的自由端一角与齿轮vi603进行径向固定，两个双平行四边形机构604可分别在下底座304和上底座305上相对滑动。

使用方法一，用于腕关节内/外旋被动训练时，调整前臂托模块100位置使病人前臂贴合环形臂托101，控制2号电机501和3号电机601锁死，驱动1号电机401。1号电机驱动齿轮i403进而带齿轮ii404，通过齿轮ii固定架302与连接架303的固定，从而驱动连接架303带动整齿轮ii404的远心端进行±60°内/外旋训练。

使用方法二，用于腕关节尺/桡偏被动训练时，调整前臂托模块100位置使病人前臂贴合环形臂托101，控制1号电机401和3号601电机锁死，驱动2号电机501。2号电机501驱动齿轮iii502带动齿轮iv503进一步带动连接架303及齿轮ii404远心端进行±30°尺/桡偏训练。

使用方法三，用于腕关节内收/外展被动训练时，调整前臂托模块100位置使病人前臂贴合环形臂托101，控制1号电机401和2号电机501锁死，驱动3号电机601。3号电机601驱动齿轮v602进而带动齿轮vi603使得两个平行四边形机构604能进行±80°内收/外展训练。

使用方法四，当部分患者参与肢体力量较强时，可控制三个电机401、501和601锁死，让患者利用握把手606根据治疗师的治疗方案进行主动训练。用于上肢综合型训练时，只需将换向杆103近心端与其它上肢设备连接，控制1号电机401、2号电机501和3号电机601即可提供多自由度上肢综合训练。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。