本發(fā)明涉及康復(fù)醫(yī)療器械領(lǐng)域，具體涉及一種輔助腕關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練的六自由度自適應(yīng)的串-并聯(lián)康復(fù)裝置。

背景技術(shù)：

手腕關(guān)節(jié)是人體上肢最復(fù)雜的力學(xué)關(guān)節(jié)之一，是人體連接手和前臂的最重要的關(guān)節(jié)，在日常生活中(例如：刷牙、拿東西、吃飯、穿衣服等)扮演著重要角色。然而，隨著人口老齡化加劇，交通事故頻發(fā)，以及先天缺陷等因素很容易造成腕關(guān)節(jié)的損傷，此外，隨著人們生活水平的提高，由心腦血管疾病引起的上肢偏癱，進(jìn)而導(dǎo)致手腕關(guān)節(jié)損傷的人數(shù)也越來越多，并且在年齡上呈現(xiàn)年輕化的趨勢，這些問題都在很大程度上影響著他們的生活質(zhì)量。因此，腕關(guān)節(jié)損傷后，需要針對受損的腕關(guān)節(jié)進(jìn)行及時(shí)的康復(fù)治療。傳統(tǒng)的治療方式是在專業(yè)的康復(fù)治療師的指導(dǎo)下進(jìn)行一對一的訓(xùn)練，這種治療方式耗時(shí)長，價(jià)格昂貴，如果在一些缺乏專業(yè)治療經(jīng)驗(yàn)的治療師的指導(dǎo)下進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，由于康復(fù)訓(xùn)練方式不夠準(zhǔn)確以及訓(xùn)練強(qiáng)度的無法掌控，使患者錯(cuò)過了最有利康復(fù)治療時(shí)間從而得不到理想的康復(fù)效果，甚至造成二次損傷。因此，手腕康復(fù)機(jī)構(gòu)在腕關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練過程中的應(yīng)用，不僅可以提高康復(fù)效率、減少花費(fèi)、減輕治療師的工作量，還可以通過有規(guī)律的、適宜的康復(fù)運(yùn)動(dòng)，使手腕關(guān)節(jié)盡快的康復(fù)。

早期的腕關(guān)節(jié)康復(fù)裝置，較為簡單，僅考慮其能夠?qū)崿F(xiàn)在三個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并沒有考慮到人機(jī)交互舒適性這一重要問題。而根據(jù)人體解剖學(xué)可知：人手腕關(guān)節(jié)是一個(gè)比較復(fù)雜的關(guān)節(jié)，在實(shí)現(xiàn)手腕的前屈/后伸，橈偏/尺偏，以及前臂的內(nèi)旋/外旋運(yùn)動(dòng)的過程中，其轉(zhuǎn)動(dòng)中心并不是固定不變的，而是一個(gè)運(yùn)動(dòng)的瞬心，如果在設(shè)計(jì)康復(fù)裝置時(shí)仍把其轉(zhuǎn)動(dòng)中心看成固定不變，則在康復(fù)訓(xùn)練過程中必會導(dǎo)致舒適性變差，嚴(yán)重時(shí)可能會導(dǎo)致腕關(guān)節(jié)的二次損傷。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)能夠較好的解決了人機(jī)的相容性問題，使人在康復(fù)訓(xùn)練過程中更加自然、更加舒適的手腕關(guān)節(jié)康復(fù)裝置是非常有意義的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種能完全滿足腕關(guān)節(jié)康復(fù)運(yùn)動(dòng)需要(即手腕的前屈/后伸，橈偏/尺偏，以及前臂的內(nèi)旋/外旋運(yùn)動(dòng))，且結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，占用體積小，驅(qū)動(dòng)平穩(wěn)，制造成本低的六自由度自適應(yīng)腕康復(fù)裝置，該裝置由三個(gè)主動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度和三個(gè)被動(dòng)移動(dòng)自由度構(gòu)成，由于人手腕在運(yùn)動(dòng)過程中其轉(zhuǎn)動(dòng)中心并不是固定，而是有一定的運(yùn)動(dòng)路徑，因此，通過設(shè)計(jì)三個(gè)被動(dòng)移動(dòng)結(jié)構(gòu)保證了手腕轉(zhuǎn)動(dòng)中心與機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)中心的動(dòng)態(tài)重合，較好的解決了人機(jī)的相容性問題，使人在康復(fù)訓(xùn)練過程中更加自然、更加舒適。

本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的方案是：

一種腕關(guān)節(jié)康復(fù)裝置，其特征在于：包括基座(1)、手臂旋轉(zhuǎn)臺(6)、主動(dòng)支鏈、弧形連桿(7)、X方向被動(dòng)移動(dòng)結(jié)構(gòu)、Y方向的被動(dòng)移動(dòng)結(jié)構(gòu)、Z方向的被動(dòng)移動(dòng)結(jié)構(gòu)；所述手臂旋轉(zhuǎn)臺(6)可在基座(1)上轉(zhuǎn)動(dòng)。

進(jìn)一步地，所述手臂旋轉(zhuǎn)臺(6)的第一圓弧(6-1)通過鋼球(15)、固定鋼片(14)與第一固定外環(huán)(2-1)連接，而第一固定外環(huán)(2-1)被固定連接在基座(1)上；手臂旋轉(zhuǎn)臺(6)的第二齒形圓弧(6-2)通過鋼球(15)、固定鋼片(14)分別與第二固定外環(huán)(2-2)、第三固定外環(huán)(2-3)連接，并且第二固定外環(huán)(2-2)、第三固定外環(huán)(2-3)也都被固定在基座(1)上。

進(jìn)一步地，所述手臂旋轉(zhuǎn)臺(6)的第二齒形圓弧(6-2)通過齒輪的外嚙合與小齒輪(3)連接，小齒輪(3)通過平鍵(18)與電機(jī)(4)的傳動(dòng)軸連接，電機(jī)的(4)傳動(dòng)軸依次通過第三固定外環(huán)軸承(20)、第三固定外環(huán)軸承端蓋(19)與第三固定外環(huán)(2-3)連接，并且依次通過減速器(31)、基座軸承(16)、基座軸承端蓋(17)與基座(1)固定連接。

進(jìn)一步地，手臂袖口(5)通過螺釘(13)與手臂旋轉(zhuǎn)臺(6)固定連接在一起。

進(jìn)一步地，弧形連桿(7)左端通過右端軸承(22-1)、右端鎖緊螺母(23-1)、右端軸承端蓋(21-1)與手臂旋轉(zhuǎn)臺(6)的右臂連接，弧形連桿(7)左端與手臂旋轉(zhuǎn)臺(6)左臂的連接與右端具有相同的連接方式。

進(jìn)一步地，上平臺移動(dòng)構(gòu)件(8)通過上端軸承(25)、上端鎖緊螺母(26)、上端軸承端蓋(24)與弧形連桿(7)連接，并且與上滑動(dòng)導(dǎo)軌(12-1)相連；上滑動(dòng)導(dǎo)軌(12-1)兩端與滑動(dòng)導(dǎo)軌擋板(11)相連接，并且還與上滑塊(27-1)連接；下平臺移動(dòng)構(gòu)件(10)通過第一主動(dòng)支鏈(A)、第二主動(dòng)支鏈(B)與手臂旋轉(zhuǎn)臺(6)相連，并且與下滑動(dòng)導(dǎo)軌(12-2)連接；下滑動(dòng)導(dǎo)軌(12-2)的兩端也與滑動(dòng)導(dǎo)軌擋板(11)相連接，并且與下滑塊(27-2)連接；手柄桿(29)通過抱箍(28)與上滑塊(27-1)、下滑塊(27-2)連接；手柄套筒(30)直接連接在手柄桿(29)上，可以上下移動(dòng)，構(gòu)成移動(dòng)副；圓柱海綿套筒(9)則緊貼在手柄套筒(30)上。

進(jìn)一步地，所述第一主動(dòng)支鏈(A)包括依次連接的第一主動(dòng)支鏈下方軸承座(A-1)、第一主動(dòng)支鏈U副連接件(A-2)、第一主動(dòng)支鏈U副連桿(A-3)、第一主動(dòng)支鏈線性驅(qū)動(dòng)器(A-4)、第一主動(dòng)支鏈S副連桿(A-5)、第一主動(dòng)支鏈S副組件一(A-6)、第一主動(dòng)支鏈S副組件二(A-7)、第一主動(dòng)支鏈上方軸承座(A-8)。

進(jìn)一步地，第一主動(dòng)支鏈上方軸承座(A-8)與下平臺移動(dòng)構(gòu)件(10)固定連接，第一主動(dòng)支鏈下方軸承座(A-1)與手臂旋轉(zhuǎn)臺第一圓弧(6-1)固定連接。其中，第一主動(dòng)鏈下方軸承座(A-1)、第一主動(dòng)支鏈U副連接件(A-2)、第一主動(dòng)支鏈U副連桿(A-3)組成虎克副，第一主動(dòng)支鏈上方軸承座(A-8)、第一主動(dòng)支鏈S副組件一(A-6)、第一主動(dòng)支鏈S副組件二(A-7)、第一主動(dòng)支鏈S副連桿(A-5)組成球副，第一主動(dòng)支鏈S副連桿(A-5)與第一主動(dòng)支鏈U副連桿(A-3)連接在第一主動(dòng)支鏈線性驅(qū)動(dòng)器(A-4)上，構(gòu)成移動(dòng)副。

進(jìn)一步地，所述第二主動(dòng)支鏈(B)包括依次連接的第二主動(dòng)支鏈下方軸承座(B-1)、第二主動(dòng)支鏈U副連接件(B-2)、第二主動(dòng)支鏈U副連桿(B-3)、第二主動(dòng)支鏈線性驅(qū)動(dòng)器(B-4)、第二主動(dòng)支鏈S副連桿(B-5)、第二主動(dòng)支鏈S副組件一(B-6)、第二主動(dòng)支鏈S副組件二(B-7)、第二主動(dòng)支鏈上方軸承座(B-8)。

進(jìn)一步地，第二主動(dòng)支鏈上方固定座(B-8)與下平臺移動(dòng)構(gòu)件(10)固定連接，第二主動(dòng)支鏈下方軸承座(B-1)與手臂旋轉(zhuǎn)臺第一圓弧(6-1)固定連接。其中，第二主動(dòng)鏈下方固定座(B-1)、第二主動(dòng)支鏈U副連接件(B-2)、第二主動(dòng)支鏈U副連桿(B-3)組成虎克副，第二主動(dòng)支鏈上方固定座(B-8)、第二主動(dòng)支鏈S副組件一(B-6)、第二主動(dòng)支鏈S副組件二(B-7)、第二主動(dòng)支鏈S副連桿(B-5)組成球副，第二主動(dòng)支鏈S副連桿(B-5)與第二主動(dòng)支鏈U副連桿(B-3)連接在第二主動(dòng)支鏈線性驅(qū)動(dòng)器(B-4)上，構(gòu)成移動(dòng)副。

本發(fā)明由于采用以上技術(shù)方案，創(chuàng)新設(shè)計(jì)出能完全滿足腕關(guān)節(jié)康復(fù)運(yùn)動(dòng)需要，且結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，驅(qū)動(dòng)平穩(wěn)，占用體積小，制造成本低的機(jī)構(gòu)裝置。不僅保證了腕關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)中心與機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)中心在康復(fù)訓(xùn)練過程中的動(dòng)態(tài)重合，較好的解決了人機(jī)的相容性問題，并且該康復(fù)裝置與串聯(lián)的手腕康復(fù)裝置相比可以明顯改善機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)性能和剛度性能。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一種六自由度自適應(yīng)腕關(guān)節(jié)康復(fù)裝置作進(jìn)一步說明。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種腕關(guān)節(jié)康復(fù)裝置的總體結(jié)構(gòu)三維示意圖；

圖2為本發(fā)明一種腕關(guān)節(jié)康復(fù)裝置的總體結(jié)構(gòu)俯視圖；

圖3為本發(fā)明一種腕關(guān)節(jié)康復(fù)裝置的手臂袖口與手臂旋轉(zhuǎn)臺連接示意圖；

圖4為本發(fā)明一種腕關(guān)節(jié)康復(fù)裝置的第二、三固定外環(huán)與手臂旋轉(zhuǎn)臺連接示意圖；

圖5為本發(fā)明一種腕關(guān)節(jié)康復(fù)裝置的第一固定外環(huán)與手臂旋轉(zhuǎn)臺連接示意圖；

圖6為本發(fā)明一種腕關(guān)節(jié)康復(fù)裝置的電機(jī)與基座、第三固定外環(huán)連接示意圖；

圖7為本發(fā)明一種腕關(guān)節(jié)康復(fù)裝置的手臂旋轉(zhuǎn)臺與弧形連桿連接示意圖；

圖8為本發(fā)明一種腕關(guān)節(jié)康復(fù)裝置的弧形連桿與上平臺移動(dòng)構(gòu)件連接示意圖；

圖9為本發(fā)明一種腕關(guān)節(jié)康復(fù)裝置的手臂旋轉(zhuǎn)臺與第二主動(dòng)支鏈連接示意圖；

圖10為本發(fā)明一種腕關(guān)節(jié)康復(fù)裝置的下平臺移動(dòng)結(jié)構(gòu)與主動(dòng)支鏈連接示意圖；

圖11為本發(fā)明一種腕關(guān)節(jié)康復(fù)裝置的第一主動(dòng)支鏈結(jié)構(gòu)示意圖；

圖12為本發(fā)明一種腕關(guān)節(jié)康復(fù)裝置的被動(dòng)移動(dòng)單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖1—圖12中：1—基座，2-1—第一固定外環(huán)，2-2—第二固定外環(huán)，2-3—第三固定外環(huán)，3—小齒輪，4—電機(jī)，5—手臂袖口，6—手臂旋轉(zhuǎn)臺，6-1—手臂旋轉(zhuǎn)臺第一圓弧，6-2—手臂旋轉(zhuǎn)臺第二齒形圓弧，7—弧形連桿，8—上平臺移動(dòng)構(gòu)件，9—圓柱海綿套筒，10—下平臺移動(dòng)構(gòu)件，11—滑動(dòng)導(dǎo)軌擋板，12-1—上滑動(dòng)導(dǎo)軌，12-2—下滑動(dòng)導(dǎo)軌，13—螺釘，14—固定鋼片，15—鋼球，16—基座軸承，17—基座軸承端蓋，18—鍵，19—第三固定外環(huán)軸承端蓋，20—第三固定外環(huán)軸承，21-1—右端軸承端蓋，22-1—右端軸承，23-1—右端鎖緊螺母，24—上端軸承端蓋，25—上端軸承，26—上端鎖緊螺母，27-1—上滑塊，27-2—下滑塊，28—抱箍，29—手柄桿，30—手柄套筒，31—減速器，A—第一主動(dòng)支鏈，A-1—第一主動(dòng)支鏈下方軸承座，A-2—第一主動(dòng)支鏈U副連接件，A-3—第一主動(dòng)支鏈U副連桿，A-4—第一主動(dòng)支鏈線性驅(qū)動(dòng)器，A-5—第一主動(dòng)支鏈S副連桿，A-6—第一主動(dòng)支鏈S副組件一，A-7—第一主動(dòng)支鏈S副組件二，A-8—第一主動(dòng)支鏈上方軸承座，B—第二主動(dòng)支鏈，B-1—第二主動(dòng)支鏈下方軸承座，B-2—第二主動(dòng)支鏈U副連接件，B-3—第二主動(dòng)支鏈U副連桿,B-4—第二主動(dòng)支鏈線性驅(qū)動(dòng)器，B-5—第二主動(dòng)支鏈S副連桿，B-6—第二主動(dòng)支鏈S副組件一，B-7—第二主動(dòng)支鏈S副組件二，B-8—第二主動(dòng)支鏈上方軸承座。

具體實(shí)施方式

如圖1—圖12所示，本發(fā)明為一種六自由度自適應(yīng)手腕康復(fù)裝置，具有三個(gè)主動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度和三個(gè)被動(dòng)移動(dòng)自由度，采用串—并聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式：串聯(lián)結(jié)構(gòu)，即在手臂旋轉(zhuǎn)臺(6)上串聯(lián)一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副；并聯(lián)結(jié)構(gòu)，即采用兩個(gè)主動(dòng)支鏈UPS的并聯(lián)機(jī)構(gòu)。該裝置主要包括基座(1)、手臂旋轉(zhuǎn)臺(6)、弧形連桿(7)、兩個(gè)主動(dòng)支鏈(A、B)和X、Y、Z方向的被動(dòng)移動(dòng)結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練過程中，首先將患者的前臂放到與手臂旋轉(zhuǎn)臺(6)固定連接的手臂袖口(5)中，該袖口具有彈性，并通過彈性綁帶與患者前臂進(jìn)行綁縛連接，然后患者手掌也通過彈性綁帶與圓柱海綿套筒(9)進(jìn)行綁縛連接。在進(jìn)行綁縛之前要調(diào)整好患者前臂、手腕、手掌的姿勢和位置，防止在康復(fù)訓(xùn)練過程中，人機(jī)之間出現(xiàn)較大位移，使患者感到不舒適，甚至造成二次損傷。

綁縛好后，開始進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，電機(jī)(4)通過減速器(31)驅(qū)動(dòng)小齒輪(3)旋轉(zhuǎn)，小齒輪(3)通過齒輪的外嚙合帶動(dòng)手臂旋轉(zhuǎn)臺(6)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了該裝置在X軸方向的轉(zhuǎn)動(dòng)；由于弧形連桿(7)和手臂旋轉(zhuǎn)臺(6)左、右臂的約束作用，故兩個(gè)主動(dòng)支鏈(A、B)上的線性驅(qū)動(dòng)器(A-4、B-4)驅(qū)動(dòng)該裝置進(jìn)行兩個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即實(shí)現(xiàn)了該裝置在Y軸方向的轉(zhuǎn)動(dòng)和Z軸方向的轉(zhuǎn)動(dòng)；三個(gè)被動(dòng)移動(dòng)結(jié)構(gòu)，可以被動(dòng)的實(shí)現(xiàn)X、Y、Z三個(gè)方向的移動(dòng)，保證了手腕轉(zhuǎn)動(dòng)中心與機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)中心的動(dòng)態(tài)重合，較好的解決了人機(jī)的相容性問題，使人在康復(fù)訓(xùn)練過程中更加自然、更加舒適。

由上述可知，此腕關(guān)節(jié)康復(fù)裝置可以實(shí)現(xiàn)在三個(gè)方向上的主動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，即手腕的前屈/后伸，橈偏/尺偏，前臂的內(nèi)旋/外旋運(yùn)動(dòng)；也可以實(shí)現(xiàn)X、Y、Z三個(gè)方向的被動(dòng)移動(dòng)，保證了手腕轉(zhuǎn)動(dòng)中心與機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)中心動(dòng)態(tài)重合。故此腕關(guān)節(jié)康復(fù)裝置能夠有效地實(shí)現(xiàn)腕關(guān)節(jié)的康復(fù)訓(xùn)練。