CN113181602A - 一种上肢康复训练机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种上肢康复训练机构，包括支撑架、安装于所述支撑架上的X轴运动检测装置、Y轴运动检测装置和Z轴运动检测装置，以及安装于Z轴运动检测装置的上端的护具；所述支撑架包括呈矩形分布的四个侧壁，所述X轴运动检测装置和Y轴运动检测装置位于同一水平面，Z轴运动检测装置位于竖直平面；所述护具位于压力传感器上侧，并与压力传感器相连。本发明结构简单、易于佩戴，并且能够满足被动训练和主动训练的要求。

Description

一种上肢康复训练机构

技术领域

本发明涉及康复设备技术领域，具体涉及一种上肢康复训练机构。

背景技术

中风严重威胁着人类健康。中风导致患者偏瘫、生活不能自理，给其带来巨大困扰。研究表明，康复训练可以帮助患者神经重塑，帮助患者恢复身体机能。但目前这类患者较多而医疗资源较少，使得很多患者得不到最佳治疗。

康复机器人的可以协助病人完成康复训练，相对减缓了医生的压力，也让更多患者受益。上肢康复机器人可以协助患者进行被动康复训练和主动康复训练，前者主要用在患者软瘫期与痉挛期这两个时期，这个阶段的训练主要目标是提高肌肉张力，诱发患肢的主动运动能力并消除可能由于痉挛产生的对人体的伤害。经过多次被动训练后，患者肌肉力量提升，具有一定的自主运动能力。这时康复机器人就需要原来的主动引导运动转换成患肢跟随运动。

上肢康复机器人可分为两类：一是基于末端执行器，二是基于外骨骼。为了感知人的运动意图，实现运动跟随，目前常用的运动跟踪系统有：1、光学跟踪系统，该系统实时性好，精度高且无须使用者穿戴繁琐的辅助设备，但价格昂贵。2、电磁运动跟踪系统，该系统实时性好，价格低，但对环境要求较高。3、声学跟踪系统，该系统成本低，但受限于声学原理，实时性不高且精度差。4、视觉跟踪系统，该系统成本低，实时性好，但受限于图像处理技术，并未广泛应用。5、惯性导航式运动跟踪系统，该系统成本低，动作无限制，但灵敏度高，主要用在基于外骨骼的上肢康复系统上。6、机械跟踪系统，该系统成本低，且能实时进行测量，精度也高。

基于末端执行器的机械跟踪系统由于其成本低精度高而被广泛使用，但是由于其结构笨重，结构庞大，佩戴不方便，对运动幅度限制较大，给患者带来了较多不便。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于解决现有的机械跟踪系统结构笨重，结构庞大，佩戴不方便，对运动幅度限制较大的问题，提供一种上肢康复训练机构，该训练机构结构简单、易于佩戴，并且能够满足被动训练和主动训练的要求。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种上肢康复训练机构，包括支撑架、安装于所述支撑架上的X轴运动检测装置、Y轴运动检测装置和Z轴运动检测装置，以及安装于Z轴运动检测装置的上端的护具，所述支撑架包括呈矩形分布的四个侧壁，所述X轴运动检测装置和Y轴运动检测装置位于同一水平面，Z轴运动检测装置位于竖直平面；其中，

所述X轴运动检测装置包括水平设置的第一安装架和X轴角位移传感器；所述第一安装架为矩形结构，该安装架相对的一侧分别通过一第一旋转轴与支撑架对应的侧壁转动连接；其中一第一旋转轴远离安装架的一端的穿过支撑架后与所述X轴角位移传感器相连；在第一安装架和X轴角位移传感器之间设有第一扭簧，所述第一扭簧套设在第一旋转轴上，其两支臂与支撑架的侧壁相连；

所述Y轴运动检测装置包括第二安装架、第二旋转轴和Y轴角位移传感器；所述第二安装架包括两传动板，两传动板位于竖直平面并与第一旋转轴的轴向垂直，且两传动板相对应的一端相连后分别与一第二旋转轴固定连接；两第二旋转轴的另一端分别与支撑架对应的侧壁转动连接，其中，所述传动板对应第一安装架的位置开有让位孔，使第二旋转轴能够绕其轴心线自由转动；其中一第二旋转轴远离第二安装架的一端的穿过支撑架后与Y轴角位移传感器相连；在第二安装架和Y轴角位移传感器之间设有第二扭簧；所述第二扭簧套设在所述第二旋转轴上，其两支臂也与支撑架的侧壁相连；

所述Z轴运动检测装置包括Z轴轴承、固定杆、弹簧、安装板和压力传感器；所述Z轴轴承位于所述第一安装架的内侧，其轴向与第二旋转轴的轴向一致，并通过连接轴安装于第一安装架的内侧；所述固定杆竖直设置于两传动板之间，并与两传动板间隙配合，其下端与Z轴轴承的外圈固定连接，且固定杆上设有外螺纹；所述安装板的下侧与一导向管相连，所述导向管的下端从固定杆的上端套入固定杆，并与固定杆滑动配合相连；所述弹簧位于安装板和Z轴轴承轴承之间，并套设在固定杆和导向管上；所述压力传感器安装于安装板上侧；

所述护具位于压力传感器上侧，并与压力传感器相连。

通过设置支撑架、X轴运动检测装置、Y轴运动检测装置、Z轴运动检测装置以及护具，所述X轴运动检测装置和Y轴运动检测装置位于同一水平面，Z轴运动检测装置位于竖直平面，使X轴运动检测装置、Y轴运动检测装置、Z轴运动检测装置分别能够检测在三维方向上的运动。该上肢康复训练机构具有结构简单、佩戴和使用方便的特点，并且对康复训练中上肢的限制较小，能够满足上肢康复过程中主动和被动训练的要求。

进一步，在支撑架的侧壁上对应所述第一扭簧和第二扭簧的两支臂的位置竖向开有条形孔，在条形孔内设有螺钉，所述螺钉穿过条形孔后与第一扭簧或第二扭簧的一支臂抵接，通过调节螺钉在条形孔内的位置能够调节第一扭簧或第二扭簧的扭力。这样，螺钉能够实现第一扭簧和第二扭簧的扭力的调节，使得该上肢康复训练机构更加灵活。

进一步，所述第一旋转轴和第二旋转轴的两端分别通过轴承与支撑架的侧壁相连，这样，能够减少第一旋转轴和第二旋转轴的摩擦，使X轴角位移传感器和Y轴角位移传感器的测量数据准确。

进一步，所述第一旋转轴通过柔性联轴器与X轴角位移传感器相连；所述第二旋转轴也通过柔性联轴器与Y轴角位移传感器相连，这样，X轴角位移传感器和Y轴角位移传感器的安装更加方便，并且使其测量的数据准确可靠。

进一步，在弹簧、导向管和固定杆上还套设有套管，所述套管与固定杆螺纹连接，这样，通过套管能够调节弹簧的预应力。

进一步，在支撑架的四个侧壁的底部连接处固定有套索连接环，便于进行康复训练，设计合理。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

通过设置支撑架、X轴运动检测装置、Y轴运动检测装置、Z轴运动检测装置以及护具，所述X轴运动检测装置和Y轴运动检测装置位于同一水平面，Z轴运动检测装置位于竖直平面，使X轴运动检测装置、Y轴运动检测装置、Z轴运动检测装置分别能够检测在三维方向上的运动。该上肢康复训练机构具有结构简单、佩戴和使用方便的特点，并且对康复训练中上肢的限制较小，能够满足上肢康复过程中主动和被动训练的要求。

附图说明

图1为本发明一种上肢康复训练机构的立体图。

图2为本发明一种上肢康复训练机构的另一角度立体图（部分支撑架省略）。

图3为图1的左视图。

图4为图3中A-A向视图。

图中：支撑架1、X轴运动检测装置2、第一安装架21、X轴角位移传感器22、第一旋转轴23、第一扭簧24、Y轴运动检测装置3、第二安装架31、传动板311、第二旋转轴32、Y轴角位移传感器33、第二扭簧34、Z轴运动检测装置4、Z轴轴承41、固定杆42、弹簧43、安装板44、导向管441、压力传感器45、套管46、护具5。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例：

参见图1，一种上肢康复训练机构，包括支撑架1、安装于所述支撑架1上的X轴运动检测装置2、Y轴运动检测装置3和Z轴运动检测装置4，以及安装于Z轴运动检测装置4的上端的护具5，所述支撑架1包括呈矩形分布的四个侧壁。具体实施时，在支撑架1的四个侧壁的底部连接处固定有套索连接环，便于进行康复训练，设计合理。所述X轴运动检测装置2和Y轴运动检测装置3位于同一水平面，Z轴运动检测装置4位于竖直平面。

参见图2，所述X轴运动检测装置2包括水平设置的第一安装架21和X轴角位移传感器22。所述第一安装架21为矩形结构，该安装架相对的一侧分别通过一第一旋转轴23与支撑架1对应的侧壁转动连接。其中一第一旋转轴23远离安装架的一端的穿过支撑架1后与所述X轴角位移传感器22相连。在第一安装架21和X轴角位移传感器22之间设有第一扭簧24，所述第一扭簧24套设在第一旋转轴23上，其两支臂与支撑架1的侧壁相连。再参见图2，所述Y轴运动检测装置3包括第二安装架31、第二旋转轴32和Y轴角位移传感器33。所述第二安装架31包括两传动板311，两传动板311位于竖直平面并与第一旋转轴23的轴向垂直，且两传动板311相对应的一端相连后分别与一第二旋转轴32固定连接。两第二旋转轴32的另一端分别与支撑架1对应的侧壁转动连接，且其中一第二旋转轴32远离第二安装架31的一端的穿过支撑架1后与Y轴角位移传感器33相连。所述传动板311对应第一安装架21的位置开有让位孔，使第二旋转轴32能够绕其轴心线自由转动。在第二安装架31和Y轴角位移传感器33之间设有第二扭簧34。所述第二扭簧34套设在第二旋转轴32上，其两支臂也与支撑架1的侧壁相连。

参见图3和图4，所述Z轴运动检测装置4包括Z轴轴承41、固定杆42、弹簧43、安装板44和压力传感器45。所述Z轴轴承41位于第一安装架21的内侧，其轴向与第二旋转轴32的轴向一致，并通过连接轴安装于第一安装架21的内侧。所述固定杆42竖直设置于两传动板311之间，并与两传动板311间隙配合，这样，护具5绕第二旋转轴32的中心线转动时，固定杆42转动并与传动板311接触，从而带动第二安装架31也绕第二旋转轴32的中心线转动，并通过Y轴角位移传感器33测量其在Y轴方向的运动。所述固定杆42的下端与Z轴轴承41的外圈固定连接，且固定杆42上设有外螺纹。所述安装板44的下侧与一导向管441相连，所述导向管441的下端从固定杆42的上端套入固定杆42，并与固定杆42滑动配合相连。所述弹簧43位于安装板44和Z轴轴承41轴承之间，并套设在固定杆42和导向管441上。具体实施时，在弹簧43、导向管441和固定杆42上还套设有套管46，所述套管46与固定杆42螺纹连接。优选将弹簧43的一端与套管46的下端相连接，另一端与导向管441的上端或者安装板44相连。这样，套管46可通过左旋或右旋在Z轴方向上进行移动。当套管46上升时，在原弹簧43压力不变的情况下，导向管441上升，其底部与固定杆42顶端距离增加，相应弹簧43的可压缩距离也增加，弹簧43能提供的反向作用力也增加。当套管46下降时，在弹簧43压力不变的情况下，导向管441下降，其底部与固定杆42顶端距离减小，相应弹簧43的可压缩距离也减小，弹簧43能提供的反向作用力也减小。

所述压力传感器45安装于安装板44上侧。所述护具5位于压力传感器45上侧，并与压力传感器45相连。优选所述压力传感器45为薄膜压力传感器。压力传感器45嵌入到护具5与安装板44之间。具体实施时，所述护具5采用具有一定强度的柔性材料制成，比如现有的制作护腕的材料，既能够支撑患肢，又能够对患肢有一定保护，使患者在康复训练过程中感到舒适。将压力传感器45粘贴在安装板44的上侧后，再将护具的下部采用粘贴或者其他方式固定在安装板44上，实现Z轴方向上力的检测。

具体实施时，在支撑架1的侧壁上对应所述第一扭簧24和第二扭簧34的两支臂的位置竖向开有条形孔，在条形孔内设有螺钉，所述螺钉穿过条形孔后与第一扭簧24或第二扭簧34的一支臂抵接，通过调节螺钉在条形孔内的位置能够调节第一扭簧24或第二扭簧34的扭力。这样，螺钉能够实现第一扭簧24和第二扭簧34的扭力的调节，使得该上肢康复训练机构更加灵活。

优选所述第一旋转轴23和第二旋转轴32的两端分别通过轴承与支撑架1的侧壁相连，这样，能够减少第一旋转轴23和第二旋转轴32的摩擦，使X轴角位移传感器22和Y轴角位移传感器33的测量数据准确。

实施时，所述第一旋转轴23通过柔性联轴器与X轴角位移传感器22相连。所述第二旋转轴32也通过柔性联轴器与Y轴角位移传感器33相连，这样，X轴角位移传感器22和Y轴角位移传感器33的安装更加方便，并且使其测量的数据准确可靠。

通过设置支撑架、X轴运动检测装置、Y轴运动检测装置、Z轴运动检测装置以及护具，所述X轴运动检测装置和Y轴运动检测装置位于同一水平面，Z轴运动检测装置位于竖直平面，使X轴运动检测装置、Y轴运动检测装置、Z轴运动检测装置分别能够检测在三维方向上的运动。该上肢康复训练机构具有结构简单、佩戴和使用方便的特点，并且对康复训练中上肢的限制较小，能够满足上肢康复过程中主动和被动训练的要求。

工作原理：

（1）主动训练

将上述上肢康复训练机构接入康复系统中，患者将患肢固定在护具上。当患者要进行主动运动时，可将动作分解在XOY，YOZ，XOZ三个面中。

上下运动：当患肢处于初始状态时（不同的患者有不同的手臂初始状态，Z轴），以此时压力传感器值为初始值。当患者手臂要进行上抬或下落动作时，即沿着Z轴进行平移时，Z轴压力传感器会在初始压力值得基础上产生变化，当患肢上抬时，压力值变小，由绳索带着上肢康复训练机构跟着人手一起上抬，当患者在上抬的过程中停止运动时，上肢康复训练机构不会立刻停止，会相对于患肢还有一个继续上升的动作，但因弹簧的作用，，患肢护具会压缩弹簧，使压力传感器的值变大，达到设定的停止压力阈值中，此时整个上肢康复训练机构将停止在指定位置。患者在进行下落运动时压缩弹簧，压力传感器压力值会变大，上肢康复训练机构跟随患肢下落，当患肢在下落的过程中停止时，上肢康复训练机构不会立刻停止，会相对于患肢还有一个继续下落的动作，在弹簧作用下压力值会变小，进而达到下落压力停止阈值中，上肢康复训练机构停止运动。

左右运动（Y轴方向）：患者要进行左右平移运动时，主要检测Y轴角位移传感器信号，当患肢处于初始状态时（不同的患者有不同的手臂初始状态，X/Y轴），以此时角位移值为初始值，患者进行左右运动时，角位移传感器值增大或减小（左增右减），此时控制系统将会跟踪过此变量，当患者在左右运动过程中停止运动时，上肢康复训练机构不立即停止运动，相对患肢还有一个朝着同一方向的运动，此时在第二扭簧的作用下，Y轴角位移传感器的值会相应的减小或增大（左减右增），当Y轴角位移传感器进入设定的阈值后，上肢康复训练机构停止运动。

伸缩运动（X轴方向）：患者要进行前后伸缩运动时，主要检测X轴角位移传感器信号，当患肢处于初始状态时（不同的患者有不同的手臂初始状态，X/Y轴），以此时X轴角位移值为初始值，患者进行伸缩运动时，X轴角位移传感器值增大或减小（前增后减），此时控制系统将会跟踪过此变量，当患者在伸缩运动过程中停止运动时，上肢康复训练机构不立即停止运动，相对患肢还有一个朝着同一方向的运动，此时在第一扭簧的作用下，X轴角位移传感器的值会相应的减小或增大（前减后增），当X轴角位移传感器进入设定的阈值后，上肢康复训练机构停止运动

组合运动：患肢要在规定的安全空间中做组合运动，如喝水，洗头等动作时。此时检测的是三路信号输出，利用算法处理后，达到最合适的跟踪效果。

（2）被动训练

进行被动训练时，患者患肢由机器自动控制运动轨迹。运动轨迹事先写入到控制系统中，医师只需在人机交互界面上进行简单的操作，就可以选择运动轨迹。即要让患肢进行什么样的动作，如喝水，吃饭等。此时不需要检测患者运动意图，该康复训练机构只起托举患肢的作用。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种上肢康复训练机构，其特征在于，包括支撑架、安装于所述支撑架上的X轴运动检测装置、Y轴运动检测装置和Z轴运动检测装置，以及安装于Z轴运动检测装置的上端的护具，所述支撑架包括呈矩形分布的四个侧壁，所述X轴运动检测装置和Y轴运动检测装置位于同一水平面，Z轴运动检测装置位于竖直平面；其中，

所述X轴运动检测装置包括水平设置的第一安装架和X轴角位移传感器；所述第一安装架为矩形结构，该安装架相对的一侧分别通过一第一旋转轴与支撑架对应的侧壁转动连接；其中一第一旋转轴远离安装架的一端的穿过支撑架后与所述X轴角位移传感器相连；在第一安装架和X轴角位移传感器之间设有第一扭簧，所述第一扭簧套设在第一旋转轴上，其两支臂与支撑架的侧壁相连；

所述Y轴运动检测装置包括第二安装架、第二旋转轴和Y轴角位移传感器；所述第二安装架包括两传动板，两传动板位于竖直平面并与第一旋转轴的轴向垂直，且两传动板相对应的一端相连后分别与一第二旋转轴固定连接；两第二旋转轴的另一端分别与支撑架对应的侧壁转动连接，其中，所述传动板对应第一安装架的位置开有让位孔，使第二旋转轴能够绕其轴心线自由转动；其中一第二旋转轴远离第二安装架的一端的穿过支撑架后与Y轴角位移传感器相连；在第二安装架和Y轴角位移传感器之间设有第二扭簧；所述第二扭簧套设在所述第二旋转轴上，其两支臂也与支撑架的侧壁相连；

所述Z轴运动检测装置包括Z轴轴承、固定杆、弹簧、安装板和压力传感器；所述Z轴轴承位于所述第一安装架的内侧，其轴向与第二旋转轴的轴向一致，并通过连接轴安装于第一安装架的内侧；所述固定杆竖直设置于两传动板之间，并与两传动板间隙配合，其下端与Z轴轴承的外圈固定连接，且固定杆上设有外螺纹；所述安装板的下侧与一导向管相连，所述导向管的下端从固定杆的上端套入固定杆，并与固定杆滑动配合相连；所述弹簧位于安装板和Z轴轴承轴承之间，并套设在固定杆和导向管上；所述压力传感器安装于安装板上侧；

所述护具位于压力传感器上侧，并与压力传感器相连。

2.根据权利要求1所述的上肢康复训练机构，其特征在于，在支撑架的侧壁上对应所述第一扭簧和第二扭簧的两支臂的位置竖向开有条形孔，在条形孔内设有螺钉，所述螺钉穿过条形孔后与第一扭簧或第二扭簧的一支臂抵接，通过调节螺钉在条形孔内的位置能够调节第一扭簧或第二扭簧的扭力。

3.根据权利要求1所述的上肢康复训练机构，其特征在于，所述第一旋转轴和第二旋转轴的两端分别通过轴承与支撑架的侧壁相连。

4.根据权利要求1所述的上肢康复训练机构，其特征在于，所述第一旋转轴通过柔性联轴器与X轴角位移传感器相连；所述第二旋转轴也通过柔性联轴器与Y轴角位移传感器相连。

5.根据权利要求1所述的上肢康复训练机构，其特征在于，在弹簧、导向管和固定杆上还套设有套管，所述套管与固定杆螺纹连接。

6.根据权利要求1所述的上肢康复训练机构，其特征在于，在支撑架的四个侧壁的底部连接处固定有套索连接环。

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