一種肩關(guān)節(jié)運(yùn)動仿生康復(fù)訓(xùn)練裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及輔助醫(yī)療康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，屬于一種人體運(yùn)動功能康復(fù)訓(xùn)練裝置，具體為一種輔助人體肩關(guān)節(jié)進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練的裝置，適用于中風(fēng)、肩周炎以及由于工傷、體育運(yùn)動損傷、交通事故等原因造成的肩關(guān)節(jié)運(yùn)動障礙患者的康復(fù)訓(xùn)練。
【背景技術(shù)】
[0002]腦血管疾病、肌骨損傷等很容易導(dǎo)致人體的肢體運(yùn)動功能障礙，經(jīng)過臨床治療后，康復(fù)治療一般要早期介入，由于人體上肢比下肢動作精細(xì)，其功能恢復(fù)的難度較大。85%的腦卒中患者在發(fā)病一開始就表現(xiàn)有上肢功能的損害，到了病后3?6個(gè)月，仍然有55%?75%的患者存在有上肢的問題，影響了患者的日常生活能力。對于偏癱患者、尤其是急性期偏癱患者來說，為了維持關(guān)節(jié)活動度，臨床上通常都需要進(jìn)行盡可能大范圍的單關(guān)節(jié)運(yùn)動。上肢運(yùn)動功能主要涉及三個(gè)關(guān)節(jié):肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)，肩關(guān)節(jié)的運(yùn)動是人體上臂完成各種動作的基礎(chǔ)，肩關(guān)節(jié)本身穩(wěn)定性較差，是人體中最易損傷的關(guān)節(jié)。根據(jù)有關(guān)運(yùn)動創(chuàng)傷流行病學(xué)調(diào)查結(jié)果，上肢部分的運(yùn)動創(chuàng)傷占22.18%，其中肩部創(chuàng)傷為主，占8.47%。在機(jī)械化程度提高的背景下，一些手工勞動工作還是必不可少的，會引起一些職業(yè)性的肌肉骨骼損傷流行病，其中肩部損傷約占10%。另外，肩周炎疾病在我國的發(fā)病率也很高，約為15.9%，人體肌骨機(jī)能有所下降以及其它慢性病導(dǎo)致的牽涉肩痛，都會引發(fā)肩周炎。同時(shí)臨床上通常強(qiáng)調(diào)由近端關(guān)節(jié)到遠(yuǎn)端關(guān)節(jié)的逐步康復(fù)，因此肩的康復(fù)是患者上臂運(yùn)動功能康復(fù)的前提；因此研制針對肩關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練的設(shè)備是非常必要的。
[0003]對于肩關(guān)節(jié)或上肢多關(guān)節(jié)的運(yùn)動康復(fù)，傳統(tǒng)的康復(fù)訓(xùn)練方式主要由治療師根據(jù)經(jīng)驗(yàn)手動輔助患者進(jìn)行訓(xùn)練，訓(xùn)練效果受到治療師水平的影響，治療師的工作強(qiáng)度也非常大。近年20多年來，國內(nèi)外的一些研宄機(jī)構(gòu)開展了上肢康復(fù)訓(xùn)練技術(shù)的研宄，研制出多種功能各異的上肢康復(fù)機(jī)器人和康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備但真正能在臨床推廣應(yīng)用的并不多。存在的主要問題主要表現(xiàn)在:
[0004](I)目前大多數(shù)康復(fù)機(jī)器人或訓(xùn)練設(shè)備僅僅限于單關(guān)節(jié)的某些簡單活動或平面復(fù)合運(yùn)動，而康復(fù)的最基本要求是使患者恢復(fù)簡單的日常生活的能力。這些運(yùn)動雖從一定意義上達(dá)到了活動關(guān)節(jié)防止肌肉萎縮的功效，卻與日常功能性動作相差甚遠(yuǎn)，不能刺激患者保持正確運(yùn)動的感覺，對恢復(fù)日常生活能力幫助也不大。
[0005](2)康復(fù)機(jī)器人一般以完成某種功能而設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)受機(jī)器人的限制不能完成較大范圍的活動，不能滿足關(guān)節(jié)活動度訓(xùn)練的要求，尤其對肩關(guān)節(jié)這種活動范圍較大的關(guān)節(jié)，因而也就不能充分提供中樞神經(jīng)康復(fù)所需的運(yùn)動刺激。
[0006](3)實(shí)際的肩關(guān)節(jié)并不只是一個(gè)球窩關(guān)節(jié)，而是一個(gè)肩部多關(guān)節(jié)復(fù)合體，一般的上肢運(yùn)動學(xué)模型中只考慮了肱骨、尺骨和橈骨三根骨骼的運(yùn)動，而沒有考慮肩胛骨、鎖骨和胸骨之間的關(guān)節(jié)運(yùn)動，忽略了它們在肩關(guān)節(jié)運(yùn)動過程中起到的作用。
[0007](4)無論是并聯(lián)式還是串聯(lián)式運(yùn)動康復(fù)訓(xùn)練裝置，其結(jié)構(gòu)一般較為復(fù)雜，輸入驅(qū)動太多，不符合輔助醫(yī)療康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備結(jié)構(gòu)簡易、重量輕、舒適性好等要求。
[0008]上肢肩關(guān)節(jié)在人體運(yùn)動系統(tǒng)中是一個(gè)比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，其復(fù)雜之處不僅在于其具有三個(gè)方向(前屈后伸、外展內(nèi)收、內(nèi)外旋)的大范圍運(yùn)動能力，而且肩關(guān)節(jié)并不是理想的定軸關(guān)節(jié)，生理解剖學(xué)表明人體的肩關(guān)節(jié)復(fù)合體是由多塊骨骼以及交錯(cuò)相連的肌肉包絡(luò)而成，其復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了關(guān)節(jié)軸線在運(yùn)動過程中會發(fā)生擺動；另外，由于康復(fù)機(jī)器人不是絕對剛性地固定在患肢上，因而在康復(fù)運(yùn)動過程中康復(fù)機(jī)器人與患肢之間還存在相對滑動，這幾個(gè)方面的因素造成了康復(fù)機(jī)器人在做某些康復(fù)動作時(shí)，康復(fù)機(jī)器人與患肢之間存在運(yùn)動軸線的錯(cuò)位，由此導(dǎo)致康復(fù)訓(xùn)練過程中患肢所受刺激形式的改變，并使患者在訓(xùn)練過程中產(chǎn)生不適感，當(dāng)康復(fù)機(jī)器人驅(qū)動器的剛性比較大時(shí)，這種錯(cuò)位與干涉還會對人體產(chǎn)生長久性的傷害?？紤]到以上幾個(gè)方面的原因，在設(shè)計(jì)上肢肩關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置時(shí)必須保證該機(jī)構(gòu)在運(yùn)動時(shí)能主動順應(yīng)人體肩部的動作，不致對人體肩關(guān)節(jié)產(chǎn)生有害的壓迫以及過度的牽引。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0009]本實(shí)用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，在充分考慮人體肩關(guān)節(jié)運(yùn)動生物力學(xué)、臨床訓(xùn)練需要和安全性的基礎(chǔ)上，提供一種新型的肩關(guān)節(jié)運(yùn)動仿生康復(fù)訓(xùn)練裝置，以滿足肩關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練時(shí)的較大運(yùn)動范圍，能夠?qū)崿F(xiàn)日常所需的肩關(guān)節(jié)運(yùn)動要求，本實(shí)用新型還考慮到該裝置的人機(jī)耦合性、柔順性、舒適性等要求，使肩關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)與人體肩關(guān)節(jié)達(dá)到人機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)動。
[0010]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0011]一種肩關(guān)節(jié)運(yùn)動仿生康復(fù)訓(xùn)練裝置，其特征在于:它包括底座支撐系統(tǒng)(1)、肩胛骨左右直線運(yùn)動仿生機(jī)構(gòu)(2)、肩胛骨旋轉(zhuǎn)運(yùn)動仿生機(jī)構(gòu)(3)、盂肱關(guān)節(jié)運(yùn)動仿生機(jī)構(gòu)(4)、上臂輔助支撐系統(tǒng)(5);
[0012]底座支撐系統(tǒng)(I)放置于地面上，肩胛骨左右直線運(yùn)動仿生機(jī)構(gòu)(2)與底座支撐系統(tǒng)(I)固定連接，肩胛骨左右直線運(yùn)動仿生機(jī)構(gòu)(2)與肩胛骨旋轉(zhuǎn)運(yùn)動仿生機(jī)構(gòu)(3)為轉(zhuǎn)動副連接，盂肱關(guān)節(jié)運(yùn)動仿生機(jī)構(gòu)(4)與肩胛骨旋轉(zhuǎn)運(yùn)動仿生機(jī)構(gòu)(3)為轉(zhuǎn)動副連接，上臂輔助支撐系統(tǒng)(5)與盂肱關(guān)節(jié)運(yùn)動仿生機(jī)構(gòu)(4)為固定連接；
[0013]所述底座支撐系統(tǒng)⑴主要包括:底板(11)、配重(12)、電動升降柱(13)以及支撐立座(15);底板(11)下部安裝有四個(gè)地腳(14)，用于支撐在水平地面上，電動升降柱
[13]包括定柱(131)和動柱(132)，通過動柱(132)的電動升降控制來調(diào)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練機(jī)構(gòu)的高低，以適應(yīng)坐姿和站姿時(shí)的人體肩關(guān)節(jié)高度；支撐立座(15)上設(shè)有調(diào)節(jié)孔，用于固定聯(lián)接肩胛骨左右直線運(yùn)動仿生機(jī)構(gòu)(2)，安裝時(shí)可以變換固定孔位，以適合不同人體肩關(guān)節(jié)的高度；
[0014]所述肩胛骨左右直線運(yùn)動仿生機(jī)構(gòu)(2)包括直線滑動機(jī)構(gòu)和齒輪齒條傳動觸發(fā)機(jī)構(gòu)；
[0015]該直線滑動機(jī)構(gòu)包括導(dǎo)軌支撐座(201)、直線導(dǎo)軌(202)、滑塊(203)、丁字板座(204)、齒條(205)、直線移位齒輪(206)，導(dǎo)軌支撐座(201)與支撐立座(15)通過螺栓連接固定，直線導(dǎo)軌(202)與導(dǎo)軌支撐座(201)通過螺釘連接固定，丁字板座(204)與滑塊
(203)通過螺釘連接固定，丁字板座(204)上設(shè)有直線移位齒輪(206)，直線移位齒輪(206)通過齒輪固定軸(224)、第一滾動軸承(225)、螺釘(226)、軸擋圈(227)安裝在丁字板座(204)上，齒條(205)通過螺釘連接固定在導(dǎo)軌支撐座(201)上，直線移位齒輪(206)始終與齒條(205)處于嚙合狀態(tài)；
[0016]該齒輪齒條傳動觸發(fā)機(jī)構(gòu)包括曲柄(207)、上連板(208)、滑座(209)、拉軸(214)、伸縮桿(215)、托架(216)、導(dǎo)板(219)、丁字搖板(222)，曲柄(207)與直線移位齒輪(206)上端連接固定，上連板(208)的兩端分別與曲柄(207)和滑座(209)的上部鉸接，滑座
(209)的下部鉸接在支撐軸(212)上，能沿其軸向進(jìn)行滑動，支撐軸(212)安裝在軸架
(210)上，軸架的兩端裝有小壓板(213)，限制軸的軸向移動和周向轉(zhuǎn)動，軸架(210)與丁字板座(204)連接固定，支撐軸(212)上套裝有兩個(gè)第一壓簧(211)，分別位于滑座(209)的兩側(cè)，使滑座(209)在靜止?fàn)顟B(tài)下自動回位到中間位置，托架(216)與主固定座(301)連接固定，伸縮桿(215)與托架(216)為圓柱副鉸接，相互之間能軸向滑動，拉軸(214)上端與伸縮桿(215)的一端垂直固定，拉軸(214)下部插入滑座(209)的長槽(228)內(nèi)配合，伸縮桿(215)的另一端與導(dǎo)板(219)固定連接，丁字搖板(222)的一端與半圓支座(401)上的定位螺柱(223)鉸接，另一端通過螺柱(220)、頂套(221)與導(dǎo)板(219)接觸連接，在肩屈伸90度時(shí)，前拉板(408)從垂直位置向上轉(zhuǎn)到水平位置，在此位置做肩關(guān)節(jié)內(nèi)收外展運(yùn)動時(shí)，前拉板(408)上的兩個(gè)壓轉(zhuǎn)套(409)通過觸碰丁字搖板(222)的側(cè)邊來帶動導(dǎo)板(219)和伸縮桿(215)的前后移動，在托架(216)兩側(cè)的伸縮桿(215)上，對稱安裝有第二壓簧(217)和定位套(218)，使伸縮桿在不伸縮狀態(tài)下保持中間位置，伸縮桿(215)的軸向移動使拉軸(214)拉動滑座(209)沿支撐軸(212)來回左右直線移動，從而帶動直線移位齒輪(206)的轉(zhuǎn)動，通過與齒條(205)的嚙合運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)肩胛骨仿生機(jī)構(gòu)的左右直線運(yùn)動。
[0017]其中，所述肩胛骨旋轉(zhuǎn)運(yùn)動仿生機(jī)構(gòu)(3)包括齒輪單擺機(jī)構(gòu)和齒輪轉(zhuǎn)動觸發(fā)機(jī)構(gòu)；
[0018]該齒輪單擺機(jī)構(gòu)包括主固定座(301)、肩胛骨旋轉(zhuǎn)固定齒輪(302)、肩胛骨旋轉(zhuǎn)動齒輪(303)、擺軸(304)、限位軸(307)、第二滾動軸承(308)，肩胛骨旋轉(zhuǎn)固定齒輪(302)通過轉(zhuǎn)軸(309)與丁字板座(204)為固定連接，主固定座(301)與轉(zhuǎn)軸(309)之間為轉(zhuǎn)動副鉸接結(jié)構(gòu)；肩胛骨旋轉(zhuǎn)動齒輪(303)與擺軸(304)為固定連接，擺軸(304)以轉(zhuǎn)動副鉸接的形式安裝在主固定座(301)上，肩胛骨旋轉(zhuǎn)動齒輪(303)與肩胛骨旋轉(zhuǎn)固定齒輪(302)為標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動嚙合狀態(tài)，擺軸(304)帶動肩胛骨旋轉(zhuǎn)動齒輪(303)旋轉(zhuǎn)時(shí)，肩胛骨旋轉(zhuǎn)固定齒輪(302)靜止不動，肩胛骨旋轉(zhuǎn)動齒輪(303)在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，帶動擺軸(304)及主固定座(301)向上旋轉(zhuǎn)擺動，限位軸(307)與丁字板座(204)為固定連接，第二滾動軸承(308)安裝于限位軸(307)的端部，并于主固定座(301)上的弧形槽孔(310)接觸配合，其作用為限制主固定座(301)的運(yùn)動范圍，以使該機(jī)構(gòu)與人體肩胛骨的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動范圍相匹配；
[0019]該齒輪轉(zhuǎn)動觸發(fā)機(jī)構(gòu)由主固定座(301)、擺軸(304)、聯(lián)板(305)、擺臂(306)以及觸發(fā)部件壓轉(zhuǎn)套(409)、后拉板(410)，主固定座(301)、擺軸(304)、聯(lián)板(305)、擺臂(306)組成平面四連桿機(jī)構(gòu)，通過擺臂(306)的擺動，可驅(qū)動擺軸(304)及肩胛骨旋轉(zhuǎn)動齒輪(303)