三自由度腦卒中早期上肢康復(fù)機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】一種三自由度腦卒中早期上肢康復(fù)機(jī)器人，涉及醫(yī)療器械領(lǐng)域，用于輔助患者完成上臂屈/伸、前臂屈/伸、前臂內(nèi)旋/外旋三種運(yùn)動。其結(jié)構(gòu)主要由直流電機(jī)、行星減速器、一對錐齒輪、兩對直齒輪、傳動軸、銷軸、限位銷、限位擋板、肩部、上臂調(diào)節(jié)部分、前臂調(diào)節(jié)部分、支承導(dǎo)軌組成，所述行星減速器的輸出端與齒輪固定聯(lián)接；所述限位擋板和從動軸聯(lián)接，通過調(diào)節(jié)限位銷的位置，實(shí)現(xiàn)前臂屈/伸運(yùn)動范圍不同時(shí)的安全限位；所述前臂和上臂的實(shí)際長度可以調(diào)節(jié)；所述支承導(dǎo)軌的V形結(jié)構(gòu)給扇形直齒輪四提供支撐和導(dǎo)向。本裝置結(jié)構(gòu)緊湊，安全，成本低，重量輕，符合人體上肢生理結(jié)構(gòu)，可以穿戴在患者身上，可用于醫(yī)院康復(fù)訓(xùn)練或家庭使用。
【專利說明】三自由度腦卒中早期上肢康復(fù)機(jī)器人
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于醫(yī)療器械領(lǐng)域，它涉及一種康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人，特別適用于腦卒中病人早期的上肢康復(fù)訓(xùn)練。
【背景技術(shù)】
[0002]腦卒中疾病的致殘率極高，偏癱是腦卒中最主要的后遺癥，約有75%的病人有不同程度的上肢運(yùn)動功能障礙。而上肢功能的恢復(fù)對病人的日常生活能力影響很大。臨床醫(yī)學(xué)證明，除了早期的手術(shù)和必要的藥物治療外，只要急性腦卒中患者生命體征穩(wěn)定，神經(jīng)系統(tǒng)癥狀不再進(jìn)展48小時(shí)后即可開始康復(fù)治療。訓(xùn)練開始越早，運(yùn)動功能恢復(fù)的潛力越大。為了促進(jìn)患者盡快康復(fù)，臨床上一般由治療師輔助患者完成大量康復(fù)訓(xùn)練，并培訓(xùn)家屬為患者進(jìn)行訓(xùn)練。但由于我國患者數(shù)量多、治療師資源缺乏，同時(shí)這種訓(xùn)練強(qiáng)度高，很多家屬不能完成而放棄治療，使病人喪失了康復(fù)的最好時(shí)機(jī)。為此，設(shè)計(jì)安全、定量、有效、可以進(jìn)行重復(fù)訓(xùn)練的早期上肢康復(fù)機(jī)器人具有實(shí)際意義。
[0003]人的肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)是上肢活動的基礎(chǔ)，通過人體肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)的運(yùn)動，可以實(shí)現(xiàn)上肢的大范圍運(yùn)動。而腕、指關(guān)節(jié)運(yùn)動可以實(shí)現(xiàn)上肢精細(xì)運(yùn)動。在偏癱患者康復(fù)的初期，通常是先進(jìn)行肩、肘關(guān)節(jié)運(yùn)動功能的康復(fù)。目前，已有的上肢康復(fù)機(jī)構(gòu)或者自由度太多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重，或者自由度太少、用于腦卒中病人早期的康復(fù)訓(xùn)練效果不佳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是針對現(xiàn)有技術(shù)中腦卒中病人早期上肢康復(fù)訓(xùn)練所遇到的問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、能夠輔助患者完成上臂屈/伸、前臂屈/伸、前臂內(nèi)旋/外旋三種運(yùn)動的康復(fù)機(jī)器人。
[0005]實(shí)現(xiàn)上述目的采用的技術(shù)方案是:一種三自由度腦卒中早期上肢康復(fù)機(jī)器人，包括肩部、上臂部分和前臂部分，所述機(jī)器人肩部和上臂部分用銷軸聯(lián)接，所述機(jī)器人上臂部分和前臂部分用從動軸聯(lián)接；所述肩部包括肩部支承、銷軸；所述上臂部分包括上臂一、上臂二、上臂長度調(diào)節(jié)件、調(diào)節(jié)螺栓、直流電機(jī)一、行星減速器一、錐齒輪一、錐齒輪二、主動軸、限位銷、限位擋板、從動軸、直齒輪一、扇形直齒輪二、開口銷，所述行星減速器一的輸出端與錐齒輪一固定聯(lián)接；所述錐齒輪二和直齒輪一與主動軸固定聯(lián)接；所述扇形直齒輪二和限位擋板與從動軸固定聯(lián)接；所述限位銷固定聯(lián)接在上臂一；所述上臂一和上臂二通過上臂長度調(diào)節(jié)件及調(diào)節(jié)螺栓來調(diào)節(jié)上臂長度；所述前臂部分包括直流電機(jī)二、行星減速器二、直齒輪三、支承導(dǎo)軌、扇形直齒輪四(大齒圈)、限位銷、前臂一、前臂二、前臂長度調(diào)節(jié)件、調(diào)節(jié)螺栓，所述行星減速器二的輸出端與直齒輪三固定聯(lián)接；所述支承導(dǎo)軌和前臂一固定聯(lián)接；所述扇形直齒輪四(大齒圈)支撐在支承導(dǎo)軌的V形槽中；所述限位銷固定在扇形直齒輪四(大齒圈)上；所述前臂一和前臂二通過前臂長度調(diào)節(jié)件及調(diào)節(jié)螺栓來調(diào)節(jié)前臂長度。
[0006]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明模擬了人體上肢的上臂屈/伸、前臂屈/伸、前臂內(nèi)旋/外旋三種康復(fù)運(yùn)動，本裝置結(jié)構(gòu)緊湊，安全，成本低，采用鋁合金材質(zhì)的總重量為3kg，可以穿戴在患者身上，符合人體上肢生理結(jié)構(gòu)，可用于醫(yī)院康復(fù)訓(xùn)練，也可直接在家庭使用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008]圖2是前臂內(nèi)旋/外旋結(jié)構(gòu)局部示意圖。
[0009]圖3是前臂內(nèi)旋/外旋支撐結(jié)構(gòu)局部剖視圖。
[0010]圖4是前臂屈/伸運(yùn)動安全限位結(jié)構(gòu)局部示意圖。
[0011]圖中:1-肩部支承；2-銷軸；3_上臂長度調(diào)節(jié)件；4_調(diào)節(jié)螺栓；5_直流電機(jī)一；6-行星減速器一 ；7_錐齒輪一 ；8_錐齒輪二 ；9_主動軸；10_限位銷；11_限位擋板；12_從動軸；13_調(diào)節(jié)螺栓；14_直流電機(jī)二 ；15_行星減速器二 ；16_直齒輪三；17_支承導(dǎo)軌；18-扇形直齒輪四(大齒圈)；19_限位銷；20_前臂一 ；21_前臂長度調(diào)節(jié)件；22_前臂二 ；23-開口銷；24_扇形直齒輪二 ；25_直齒輪一 ；26_上臂一 ；27_上臂二 ；28_上臂屈/伸運(yùn)動；29_前臂屈/伸運(yùn)動；30_前臂內(nèi)旋/外旋運(yùn)動。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0013]參見附圖1、附圖2、附圖3和附圖4，本發(fā)明的三自由度腦卒中早期上肢康復(fù)機(jī)器人，包括肩部、上臂部分和前臂部分。其結(jié)構(gòu)由兩個(gè)直流電機(jī)5和14、兩個(gè)行星減速器6和15、兩對直齒輪24和25及16和18、一對錐齒輪7和8、兩根傳動軸9和12、上臂長度調(diào)節(jié)部分26、27、3、4、前臂長度調(diào)節(jié)部分20、21、22、13、兩組限位銷10和19、限位擋板11、支承導(dǎo)軌17、銷軸2、肩部支承1、開口銷23組成。
[0014]行星減速器一 6,—端直接聯(lián)接直流電機(jī)一 5, —端固定聯(lián)接錐齒輪一 7 ;錐齒輪二8、直齒輪一 25、扇形直齒輪二 24通過鍵分別與主動軸9、從動軸12聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)從動軸12的擺動；主動軸9和從動軸12由耐磨軸套支撐，軸套安裝在上臂一 26的軸承孔內(nèi)；限位擋板11通過緊定螺釘和從動軸12聯(lián)接，限位銷10固定在上臂一 26的孔內(nèi)，通過限位銷10放置在不同位置的孔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)前臂屈/伸運(yùn)動范圍不同時(shí)的安全限位；前臂的實(shí)際長度通過前臂一 20、前臂二 22、前臂長度調(diào)節(jié)件21、調(diào)節(jié)螺栓13調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同患者個(gè)體的前臂長度；從動軸12的端部為方形，和前臂二 22的方形槽聯(lián)接，并用開口銷23軸向限位，實(shí)現(xiàn)前臂屈/伸運(yùn)動29 ;行星減速器二 15，一端直接聯(lián)接直流電機(jī)二 14，一端固定聯(lián)接直齒輪三16 ;支承導(dǎo)軌17，用螺栓固定在前臂一 20上，其上的V形導(dǎo)軌和扇形直齒輪四(大齒圈)18的V形槽配合，為扇形直齒輪四(大齒圈)18提供支撐和導(dǎo)向；人體的腕部固定在扇形直齒輪四(大齒圈)18內(nèi)，通過直齒輪三16和扇形直齒輪四(大齒圈)18的嚙合實(shí)現(xiàn)前臂內(nèi)旋/外旋運(yùn)動30 ;限位銷19固定在扇形直齒輪四(大齒圈)18上，用于前臂內(nèi)旋/外旋運(yùn)動范圍的安全限位；肩部支承1，一端為U形結(jié)構(gòu)，用于和人體肩膀固定，一端和上臂二 27用銷軸2連接，實(shí)現(xiàn)前臂屈/伸運(yùn)動28，前臂屈/伸運(yùn)動28屬于被動關(guān)節(jié)，沒有驅(qū)動；上臂的實(shí)際長度通過上臂一 26、上臂二 27、上臂長度調(diào)節(jié)件3、調(diào)節(jié)螺栓4調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同患者個(gè)體的上臂長度。[0015]本發(fā)明的具體工作過程:
[0016]當(dāng)直流電機(jī)一 5工作時(shí)，通過行星減速器一 6降速驅(qū)動錐齒輪一 7，錐齒輪一 7和錐齒輪二 8嚙合帶動主動軸9工作，并實(shí)現(xiàn)軸的90°運(yùn)動轉(zhuǎn)換，直齒輪一 25和扇形直齒輪二 24嚙合帶動從動軸12擺動，通過從動軸12和前臂二 22的聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)前臂屈/伸運(yùn)動29。通過限位銷10放置在不同位置的孔內(nèi)，限制和從動軸12聯(lián)接的限位擋板11的運(yùn)動范圍，實(shí)現(xiàn)前臂屈/伸運(yùn)動的安全限位；
[0017]當(dāng)直流電機(jī)二 14工作時(shí)，通過行星減速器二 15降速驅(qū)動直齒輪三16，支承導(dǎo)軌17上的V形導(dǎo)軌為扇形直齒輪四(大齒圈)18提供支撐和導(dǎo)向，通過直齒輪三16和扇形直齒輪四(大齒圈)18的嚙合實(shí)現(xiàn)前臂內(nèi)旋/外旋運(yùn)動30。限位銷19用于前臂內(nèi)旋/外旋運(yùn)動的安全限位；
[0018]安裝在肩部支承I和上臂二 27之間的銷軸2，實(shí)現(xiàn)前臂屈/伸運(yùn)動28，前臂屈/伸運(yùn)動28屬于沒有驅(qū)動的被動關(guān)節(jié)，提供了機(jī)器人運(yùn)動的靈活性。
【權(quán)利要求】
1.一種三自由度腦卒中早期上肢康復(fù)機(jī)器人，包括肩部、上臂部分、前臂部分，其特征在于:所述機(jī)器人肩部和上臂部分用銷軸(2)聯(lián)接，所述機(jī)器人上臂部分和前臂部分用從動軸(12)聯(lián)接；所述上臂部分包括上臂一(26)、上臂二(27)、上臂長度調(diào)節(jié)件(3)、直流電機(jī)一(5)、行星減速器一(6)、一對錐齒輪(7)和(8)、主動軸(9)、限位銷(10)、限位擋板(11)、從動軸(12)、直齒輪一(25)、扇形直齒輪二(24),所述行星減速器一(6)的輸出端與錐齒輪一(7)固定聯(lián)接；所述錐齒輪二(8)和直齒輪一(25)與主動軸(9)固定聯(lián)接；所述扇形直齒輪二(24)和限位擋板(11)與從動軸(12)固定聯(lián)接；所述限位銷(10)固定聯(lián)接在上臂一(26);所述上臂一(26)和上臂二(27)通過上臂長度調(diào)節(jié)件(3)來調(diào)節(jié)上臂長度；所述前臂部分包括直流電機(jī)二(14)、行星減速器二(15)、直齒輪三(16)、支承導(dǎo)軌(17)、扇形直齒輪四(18)、限位銷(19)、前臂一(20)、前臂二(22)、前臂長度調(diào)節(jié)件(21)，所述行星減速器二(15)的輸出端與直齒輪三(16)固定聯(lián)接；所述支承導(dǎo)軌(17)和前臂一(20)固定聯(lián)接；所述扇形直齒輪四(18)支撐在支承導(dǎo)軌(17)的V形槽中；所述限位銷(19)固定在扇形直齒輪四(18)上；所述前臂一(20)和前臂二(22)通過前臂長度調(diào)節(jié)件(21)來調(diào)節(jié)前臂長度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三自由度腦卒中早期上肢康復(fù)機(jī)器人，其特征在于:當(dāng)直流電機(jī)一(5)工作時(shí)，通過行星減速器一 (6)降速驅(qū)動錐齒輪一(7)，錐齒輪一(7)和錐齒輪二(8)嚙合帶動主動軸(9)工作，并實(shí)現(xiàn)軸的90°運(yùn)動轉(zhuǎn)換，直齒輪一(25)和扇形直齒輪二(24)嚙合帶動從動軸(12)擺動，從動軸(12)的端部為方形，和前臂二(22)的方形槽固定聯(lián)接，并用開口銷(23)軸向限位，實(shí)現(xiàn)前臂屈/伸運(yùn)動(29);通過限位銷(10)放置在不同位置的孔內(nèi)，限制和從動軸(12)聯(lián)接的限位擋板(11)的運(yùn)動范圍，實(shí)現(xiàn)前臂屈/伸運(yùn)動的安全限位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述 的三自由度腦卒中早期上肢康復(fù)機(jī)器人，其特征在于:當(dāng)直流電機(jī)二(14)工作時(shí)，通過行星減速器二(15)降速驅(qū)動直齒輪三(16)，支承導(dǎo)軌(17)上的V形導(dǎo)軌為扇形直齒輪四(18)提供支撐和導(dǎo)向，通過直齒輪三(16)和扇形直齒輪四(18)的嚙合實(shí)現(xiàn)前臂內(nèi)旋/外旋運(yùn)動(30);限位銷(19)用于前臂內(nèi)旋/外旋運(yùn)動的安全限位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三自由度腦卒中早期上肢康復(fù)機(jī)器人，其特征在于:安裝在肩部支承(I)和上臂二(27)之間的銷軸(2)，實(shí)現(xiàn)前臂屈/伸運(yùn)動(28)。
【文檔編號】A61H1/02GK203447479SQ201320430436
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年7月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月19日
【發(fā)明者】程秀芳, 況照飛, 韋國遠(yuǎn), 蔣天文, 肖沖, 侯偉民 申請人:河北聯(lián)合大學(xué)