一种基于柔性绳牵引的上肢屈伸机构及外骨骼康复装置

本发明涉及康复外骨骼领域，具体涉及一种基于柔性绳牵引的上肢屈伸机构及外骨骼康复装置。

背景技术：

1、脑卒中是严重危害健康的重大慢性非传染疾病，85％的脑卒中幸存者会由于运动神经损伤而出现不同程度的偏瘫，针对脑卒中后偏瘫的康复治疗已成为研究热点。上肢康复外骨骼是一种结合了康复医学，针对脑卒中患者上肢康复训练的装置。上肢康复外骨骼可以穿戴在偏瘫患者的患肢上，通过外骨骼装置的运动来带动患者上肢运动，从而辅助偏瘫患者进行高效而且持续的康复训练，促进患者相应功能的康复。

2、现有的上肢康复外骨骼装置，多采用电机直接驱动，存在重量大，刚性大的问题，不利于患者的穿戴，而且运动时较大的刚性容易对患者造成伤害。因此，亟需研制出一种基于柔性绳牵引的上肢屈伸机构及外骨骼康复装置。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提出了一种基于柔性绳牵引的上肢屈伸机构及外骨骼康复装置,通过柔性绳牵引，将电机与外骨骼分离，重量大大减轻。本申请能够实现上肢肩关节前屈/后伸、外展/内收动作，肘关节屈曲/伸展动作。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、第一方面，本申请提出一种基于柔性绳牵引的上肢屈伸机构，包括：大臂袖环和小臂袖环；所述大臂袖环和小臂袖环转动连接；所述大臂袖环的环侧依次固定安装有大臂锚点一、大臂锚点二、大臂锚点三；所述小臂袖环的环侧布置有两个小臂锚点；所述大臂袖环的上端设置有固定的固定锚点一和固定锚点二；所述大臂袖环的上端设置有可直线移动的活动锚点；

4、所述大臂锚点二和大臂锚点三均固定安装有一个可移动的柔性绳一；所述柔性绳一分别穿过固定锚点一和固定锚点二；所述大臂锚点一固定安装有可移动的柔性绳二；所述柔性绳二穿过所述活动锚点；所述小臂锚点均固定连接有一个可移动的柔性绳三；所述大臂袖环在靠近所述大臂锚点一和大臂锚点三处均设置有通孔；所述柔性绳三穿过所述通孔。

5、在一些实施例中，包括机架；所述机架包括固定杆一和固定杆二；所述固定杆一固定安装有直线驱动机构；所述直线驱动机构的伸缩端设置有所述活动锚点；所述固定杆一靠近所述活动锚点的一侧设置有所述固定锚点一；所述固定杆二与两个所述通孔分别通过一个柔性套管固定连接；所述柔性绳三分别布置在一个所述柔性套管的内部；所述固定杆二在所述柔性套管的上端设置有所述固定锚点二；所述柔性绳二与所述活动锚点连接；两个所述柔性绳一分别与所述固定锚点一和固定锚点二连接。

6、在一些实施例中，所述大臂袖环与小臂袖环通过肘关节连杆实现转动连接；所述肘关节连杆包括连杆一和可伸缩的连杆二；所述连杆一和连杆二中的一个与所述大臂袖环固定连接，所述连杆一和连杆二中的另一个与所述大臂袖环固定连接；所述连杆一与连杆二转动连接。

7、在一些实施例中，所述连杆二包括内层连杆和外层连杆；所述外层连杆呈线性均布有连接孔；所述内层连杆设置有腰形孔；所述腰形孔与一个所述腰形孔通过螺栓连接。

8、在一些实施例中，所述连杆一和连杆二的转动连接处安装有绝对值编码器；所述大臂袖环固定安装有惯性传感器。

9、在一些实施例中，所述大臂袖环由环体和弧形块组成；所述环体设置有缺口；所述环体在所述缺口处可拆式固定安装有所述弧形块。

10、在一些实施例中，所述小臂袖环固定安装有支杆；所述支杆设置有凹槽；所述凹槽内转动连接有滑轮；一个所述柔性绳三设在所述凹槽和滑轮之间。

11、在一些实施例中，所述活动锚点、固定锚点一和固定锚点二均为石墨铜套。

12、在一些实施例中，所述固定杆二靠近所述套管的一侧固定安装有肩关节靠垫。

13、第二方面，本申请还提出一种外骨骼康复装置，包括如第一方面所述的基于柔性绳牵引的上肢屈伸机构。

14、本发明的有益效果：

15、本申请通过柔性绳牵引的方式分离了电机和外骨骼，使得外骨骼主体部分质量相较于传统外骨骼大大减轻，质量在1kg以下。现有外骨骼在运动时常出现外骨骼旋转关节与人体关节错位的情况，本发明通过肩关节没有机械旋转中心，采用柔性绳牵引，实际旋转中心完全取决于人体肩关节旋转中心，肘关节连杆设计为可调节的机构，能够针对不同患者调节肘关节旋转中心，解决了外骨骼与人体关节旋转中心错位问题。

16、本申请通过布置有惯性传感器和绝对值编码器等角度传感器，用于测量上肢的运动姿态位置，通过控制算法，实现精准的上肢姿态位置控制，完成精确的上肢康复动作。本申请通过柔性绳牵引，由于柔性绳具有柔性，使得康复运动的动作更加柔顺，减小刚性，减轻患者在康复训练时的拉扯感，同时赋予患者在运动时一定的自由度，避免外骨骼运动对患者造成伤害。本申请的传动机构为柔性绳，装配制作简单，制作成本也有所降低。

技术特征：

1.一种基于柔性绳牵引的上肢屈伸机构，其特征在于，包括：大臂袖环(2)和小臂袖环(4)；所述大臂袖环(2)和小臂袖环(4)转动连接；所述大臂袖环(2)的环侧依次固定安装有大臂锚点一(21)、大臂锚点二(22)、大臂锚点三(23)；所述小臂袖环(4)的环侧布置有两个小臂锚点；所述大臂袖环(2)的上端设置有固定的固定锚点一(12)和固定锚点二(13)；所述大臂袖环(2)的上端设置有可直线移动的活动锚点(11)；

2.根据权利要求1所述的基于柔性绳牵引的上肢屈伸机构，其特征在于，包括机架；所述机架包括固定杆一和固定杆二；所述固定杆一固定安装有直线驱动机构；所述直线驱动机构的伸缩端设置有所述活动锚点(11)；所述固定杆一靠近所述活动锚点(11)的一侧设置有所述固定锚点一(12)；所述固定杆二与两个所述通孔分别通过一个柔性套管固定连接；所述柔性绳三分别布置在一个所述柔性套管的内部；所述固定杆二在所述柔性套管的上端设置有所述固定锚点二(13)；所述柔性绳二(51)与所述活动锚点(11)连接；两个所述柔性绳一分别与所述固定锚点一(12)和固定锚点二(13)连接。

3.根据权利要求2所述的基于柔性绳牵引的上肢屈伸机构，其特征在于，所述大臂袖环(2)与小臂袖环(4)通过肘关节连杆(3)实现转动连接；所述肘关节连杆(3)包括连杆一(33)和可伸缩的连杆二；所述连杆一(33)和连杆二中的一个与所述大臂袖环(2)固定连接，所述连杆一(33)和连杆二中的另一个与所述大臂袖环(2)固定连接；所述连杆一(33)与连杆二转动连接。

4.根据权利要求3所述的基于柔性绳牵引的上肢屈伸机构，其特征在于，所述连杆二包括内层连杆和外层连杆；所述外层连杆呈线性均布有连接孔；所述内层连杆设置有腰形孔；所述腰形孔与一个所述腰形孔通过螺栓连接。

5.根据权利要求4所述的基于柔性绳牵引的上肢屈伸机构，其特征在于，所述连杆一(33)和连杆二的转动连接处安装有绝对值编码器；所述大臂袖环(2)固定安装有惯性传感器(26)。

6.根据权利要求1所述的基于柔性绳牵引的上肢屈伸机构，其特征在于，所述大臂袖环(2)由环体和弧形块组成；所述环体设置有缺口；所述环体在所述缺口处可拆式固定安装有所述弧形块。

7.根据权利要求1所述的基于柔性绳牵引的上肢屈伸机构，其特征在于，所述小臂袖环(4)固定安装有支杆；所述支杆设置有凹槽；所述凹槽内转动连接有滑轮；一个所述柔性绳三设在所述凹槽和滑轮之间。

8.根据权利要求2所述的基于柔性绳牵引的上肢屈伸机构，其特征在于，所述活动锚点(11)、固定锚点一(12)和固定锚点二(13)均为石墨铜套。

9.根据权利要求2所述的基于柔性绳牵引的上肢屈伸机构，其特征在于，所述固定杆二靠近所述套管的一侧固定安装有肩关节靠垫(15)。

10.一种外骨骼康复装置，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的基于柔性绳牵引的上肢屈伸机构。

技术总结
本发明公开了一种基于柔性绳牵引的上肢屈伸机构及外骨骼康复装置，属于康复外骨骼领域，包括：大臂袖环和小臂袖环；所述大臂袖环和小臂袖环转动连接；所述大臂袖环的环侧依次固定安装有大臂锚点一、大臂锚点二、大臂锚点三；所述小臂袖环的环侧布置有两个小臂锚点；所述大臂袖环的上端设置有固定的固定锚点一和固定锚点二；所述大臂袖环的上端设置有可直线移动的活动锚点；与现有技术相比，本申请的上肢屈伸机构能够实现肩关节前屈、后伸、外展、内收动作，肘关节屈肘、伸肘动作，并且提升了肩关节运动的运动范围。

技术研发人员：王兴松,居春岐,陈智权,田梦倩
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21