本發(fā)明涉及醫(yī)療設(shè)備，特別是涉及一種基于雙層四桿張拉結(jié)構(gòu)的上肢前臂及腕部康復(fù)機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、關(guān)節(jié)作為人體運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分之一，關(guān)節(jié)的靈活性在人們的日常生活中發(fā)揮著很重要的作用，尤其是上肢前臂及腕部的靈活性更是極為重要。隨著人口老齡化加劇，腦卒中患者的數(shù)量也在增多。在康復(fù)治療方面面臨著康復(fù)治療師數(shù)量不足、人力成本高等問(wèn)題，康復(fù)機(jī)器人對(duì)解決此類(lèi)問(wèn)題有著準(zhǔn)確性、高效性和可控性的優(yōu)點(diǎn)，并且可以準(zhǔn)確的獲得患者康復(fù)治療時(shí)的數(shù)據(jù)，便于對(duì)康復(fù)治療進(jìn)行評(píng)估，所以康復(fù)機(jī)器人在康復(fù)治療方面潛力巨大。傳統(tǒng)的上肢外骨骼設(shè)備存在機(jī)械結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，并且在設(shè)計(jì)的過(guò)程中未考慮到輕量化的要素，所以導(dǎo)致設(shè)計(jì)出的外骨骼結(jié)構(gòu)不僅體積龐大，重量較重，并且機(jī)械結(jié)構(gòu)可能過(guò)于剛性，一定程度上限制了設(shè)備的舒適性與功能性，增加了穿戴者的負(fù)擔(dān)，而且還存在較為龐大的能量消耗等問(wèn)題。因此，急需設(shè)計(jì)一種能夠同時(shí)具有輕量化、穩(wěn)定性、驅(qū)動(dòng)柔順等特點(diǎn)的上肢前臂及腕部康復(fù)機(jī)構(gòu)成為了亟待解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是解決上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種基于雙層四桿張拉結(jié)構(gòu)的上肢前臂及腕部康復(fù)機(jī)構(gòu)，通過(guò)張拉整體結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)學(xué)設(shè)計(jì)相結(jié)合，利用四桿柔性拉伸單元與四桿剛性壓縮單元所構(gòu)成的張拉整體結(jié)構(gòu)的剛?cè)峄旌咸匦裕越鉀Q傳統(tǒng)的康復(fù)機(jī)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜、驅(qū)動(dòng)裝置龐大、設(shè)備輕量化不足的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、一種基于雙層四桿張拉結(jié)構(gòu)的上肢前臂及腕部康復(fù)機(jī)構(gòu)，其組成包括：前臂張拉整體機(jī)構(gòu)和腕部康復(fù)機(jī)構(gòu)，所述的腕部康復(fù)機(jī)構(gòu)中的腕部支架座與前臂張拉整體機(jī)構(gòu)中的上部固定環(huán)通過(guò)螺栓連接。進(jìn)行前臂訓(xùn)練時(shí)，手掌張開(kāi)并穿過(guò)前臂張拉整體機(jī)構(gòu)中的前臂內(nèi)筒，使掌心停留在a處（如圖6所示）；進(jìn)行前臂旋前訓(xùn)練時(shí)（即前臂順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)），腕部康復(fù)機(jī)構(gòu)與上部固定環(huán)、上部支撐架、上部拉伸彈簧和上部拉伸鋼絲環(huán)，在手掌的帶動(dòng)下順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，并將動(dòng)力傳遞給上部拉伸鋼絲環(huán)，使其上部拉伸彈簧在上部拉伸鋼絲環(huán)的作用下被拉伸，中部支撐架和中部?jī)?nèi)環(huán)向下運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，并進(jìn)行壓縮下部拉伸彈簧和下部拉伸鋼絲環(huán)（如圖8為前臂旋前訓(xùn)練的狀態(tài)圖）；前臂旋后訓(xùn)練時(shí)（即前臂逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)），腕部康復(fù)機(jī)構(gòu)與上部固定環(huán)、上部支撐架、上部拉伸彈簧和上部拉伸鋼絲環(huán)，在手掌的帶動(dòng)下逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，并將動(dòng)力傳遞給上部拉伸鋼絲環(huán)，使其下部拉伸彈簧在下部拉伸鋼絲環(huán)的作用下被拉伸，中部支撐架和中部?jī)?nèi)環(huán)向上運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，并進(jìn)行壓縮上部拉伸鋼絲環(huán)、上部拉伸彈簧（如圖9為前臂旋后訓(xùn)練的狀態(tài)圖）。

4、所述的前臂張拉整體機(jī)構(gòu)由上部固定環(huán)、上部支撐架、上部拉伸鋼絲環(huán)、上部拉伸彈簧、下部支撐架、下部固定環(huán)、下部拉伸彈簧、下部拉伸鋼絲環(huán)、中部支撐架、中部?jī)?nèi)環(huán)、前臂內(nèi)筒、前臂外筒和發(fā)卡，所述的上部固定環(huán)與前臂內(nèi)筒固定連接；四根上部拉伸鋼絲環(huán)上端與上部支撐架和上部固定環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，四根上部拉伸鋼絲環(huán)下端與中部支撐架和中部?jī)?nèi)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)連接；所述的上部拉伸彈簧的兩端分別與上部支撐架和中部支撐架固定連接，前臂在進(jìn)行順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)（如圖6擺放位置為例），上部拉伸彈簧被拉伸（如圖8所示），當(dāng)前臂逆時(shí)針復(fù)位時(shí)，靠上部拉伸彈簧的恢復(fù)力使其結(jié)構(gòu)復(fù)位（如圖6所示為該結(jié)構(gòu)初始位置）；所述的下部拉伸彈簧的兩端分別與下部支撐架和中部支撐架固定連接，前臂在進(jìn)行逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)（如圖6擺放位置為例），下部拉伸彈簧被拉伸（如圖9所示），前臂順時(shí)針復(fù)位時(shí)，靠下部拉伸彈簧的恢復(fù)力使其結(jié)構(gòu)復(fù)位（如圖6所示為該結(jié)構(gòu)初始位置）；所述的下部固定環(huán)與前臂外筒固定連接；四根下部拉伸鋼絲環(huán)下端分別與下部支撐架和下部固定環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，四根下部拉伸鋼絲環(huán)上端分別與中部支撐架和中部?jī)?nèi)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)連接；所述的前臂內(nèi)筒與前臂外筒間隙配合，其兩者的中心軸線重合；所述的發(fā)卡與上部固定環(huán)一體成型；所述的發(fā)卡與上部固定環(huán)上的卡槽b在前臂內(nèi)筒與前臂外筒間隙配合，其兩者的中心軸線重合后卡接連接，防止進(jìn)行前臂旋前或旋后運(yùn)動(dòng)時(shí)，在拉伸彈簧和拉伸鋼絲環(huán)的作用下沿軸線發(fā)生竄動(dòng)，影響機(jī)構(gòu)整體高度；所述的在前臂外筒上端開(kāi)有卡槽b，用于與發(fā)卡卡接。

5、所述的中部支撐架與中部?jī)?nèi)環(huán)構(gòu)成滑動(dòng)機(jī)構(gòu)，康復(fù)機(jī)構(gòu)在進(jìn)行旋前和旋后運(yùn)動(dòng)時(shí)，該滑動(dòng)機(jī)構(gòu)中的中部?jī)?nèi)環(huán)與前臂外筒間隙配合，隨著旋前運(yùn)動(dòng)向下運(yùn)動(dòng)，旋后運(yùn)動(dòng)向上運(yùn)動(dòng)（以圖6擺放位置為例）。

6、兩個(gè)上部拉伸彈簧與上部支撐架和滑動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成旋前四桿柔性拉伸單元；兩個(gè)下部拉伸彈簧與下部支撐架和滑動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成旋后四桿柔性拉伸單元；兩個(gè)上部拉伸鋼絲環(huán)與上部支撐架和滑動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成旋前四桿剛性拉伸單元；兩個(gè)下部拉伸鋼絲環(huán)與下部支撐架和滑動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成旋后四桿剛性拉伸單元；所述的旋前四桿柔性拉伸單元、旋后四桿柔性拉伸單元、旋前四桿剛性拉伸單元和旋后四桿剛性拉伸單元各位兩組。

7、當(dāng)此結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)（如圖6所示），發(fā)生運(yùn)動(dòng)時(shí)，當(dāng)下部支撐架和下部固定環(huán)與滑動(dòng)機(jī)構(gòu)所構(gòu)成的兩組四桿柔性拉伸單元和兩組四桿剛性拉伸單元進(jìn)行拉伸扭轉(zhuǎn)時(shí)，上部固定環(huán)和上部支撐架進(jìn)行逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，由于機(jī)構(gòu)整體高度維持不變，滑動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行向上平移運(yùn)動(dòng)（如圖9所示），滑動(dòng)機(jī)構(gòu)與上部固定環(huán)和上部支撐架所構(gòu)成的兩組四桿柔性拉伸單元和兩組四桿剛性拉伸單元會(huì)進(jìn)行壓縮運(yùn)動(dòng)，也就是前臂旋后運(yùn)動(dòng)；同理，當(dāng)上部固定環(huán)和上部支撐架與滑動(dòng)機(jī)構(gòu)所構(gòu)成的兩組四桿柔性拉伸單元和兩組四桿剛性拉伸單元進(jìn)行拉伸扭轉(zhuǎn)時(shí)，滑動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行向下平移運(yùn)動(dòng)（如圖8所示），滑動(dòng)機(jī)構(gòu)與下部支撐架和下部固定環(huán)所構(gòu)成的兩組四桿柔性拉伸單元和兩組四桿剛性拉伸單元會(huì)進(jìn)行壓縮運(yùn)動(dòng)，也就是前臂旋前運(yùn)動(dòng)；利用四桿柔性拉伸單元與四桿剛性拉伸單元所構(gòu)成的四桿張拉整體結(jié)構(gòu)的剛?cè)峄旌咸匦裕ㄟ^(guò)四桿張拉平臺(tái)一壓一拉，不僅可以進(jìn)行長(zhǎng)度上的相互補(bǔ)償，從而維持機(jī)構(gòu)的整體高度不發(fā)生變化，?更是可以通過(guò)對(duì)中間平面上下移動(dòng)時(shí)會(huì)帶動(dòng)對(duì)應(yīng)的四桿張拉整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的方式，實(shí)現(xiàn)了直線運(yùn)動(dòng)到扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)化。

8、所述的腕部康復(fù)機(jī)構(gòu)由上腕部架、下腕部架、腕部彈簧、腕部支架座、腕部擺動(dòng)圓弧和腕部圓弧凸臺(tái)；所述的上腕部架與下腕部架轉(zhuǎn)動(dòng)連接；所述的腕部彈簧的兩端分別與上腕部架和腕部支架座固定連接；所述的腕部圓弧凸臺(tái)與腕部擺動(dòng)圓弧間隙配合，兩者并可以在圓弧內(nèi)相互轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)腕部的康復(fù)訓(xùn)練。所述的腕部康復(fù)機(jī)構(gòu)2可完成外展、內(nèi)收、伸展、屈曲康復(fù)訓(xùn)練的動(dòng)作。

9、本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)取得了以下技術(shù)效果：本發(fā)明根據(jù)人體前臂為仿生模型，將張拉整體結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)相結(jié)合，利用張拉整體結(jié)構(gòu)的剛?cè)峄旌咸匦?，不僅與人體骨骼和肌肉特征相匹配，滿足各自由度運(yùn)動(dòng)的要求，同時(shí)簡(jiǎn)化了外骨骼的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了輕量化設(shè)計(jì)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中通過(guò)內(nèi)部長(zhǎng)度的相互補(bǔ)償，既能增大扭轉(zhuǎn)角度，又能保持機(jī)構(gòu)整體高度不變。

技術(shù)特征：

1.一種基于雙層四桿張拉結(jié)構(gòu)的上肢前臂及腕部康復(fù)機(jī)構(gòu)，其特征在于，它由前臂張拉整體機(jī)構(gòu)（1）和腕部康復(fù)機(jī)構(gòu)（2）組成，其中所述的腕部康復(fù)機(jī)構(gòu)（2）中的腕部支架座（204）與前臂張拉整體機(jī)構(gòu)（1）中的上部固定環(huán)（101）通過(guò)螺栓連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙層四桿張拉結(jié)構(gòu)的上肢前臂及腕部康復(fù)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述的前臂張拉整體機(jī)構(gòu)（1）由上部固定環(huán)（101）、上部支撐架（102）、上部拉伸鋼絲環(huán)（103）、上部拉伸彈簧（104）、下部支撐架（105）、下部固定環(huán)（106）、下部拉伸彈簧（107）、下部拉伸鋼絲環(huán)（108）、中部支撐架（109）、中部?jī)?nèi)環(huán)（110）、前臂內(nèi)筒（111）、前臂外筒（112）和發(fā)卡（113），所述的上部固定環(huán)（101）與前臂內(nèi)筒（111）固定連接；四根上部拉伸鋼絲環(huán)（103）上端與上部支撐架（102）和上部固定環(huán)（101）轉(zhuǎn)動(dòng)連接，四根上部拉伸鋼絲環(huán)（103）下端與中部支撐架（109）和中部?jī)?nèi)環(huán)（110）轉(zhuǎn)動(dòng)連接；所述的上部拉伸彈簧（104）的兩端分別與上部支撐架（102）和中部支撐架（109）固定連接，前臂在進(jìn)行順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，上部拉伸彈簧（104）被拉伸，當(dāng)前臂逆時(shí)針復(fù)位時(shí)，靠上部拉伸彈簧（104）的恢復(fù)力使其結(jié)構(gòu)復(fù)位；所述的下部拉伸彈簧（107）的兩端分別與下部支撐架（105）和中部支撐架（109）固定連接，前臂在進(jìn)行逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，下部拉伸彈簧（107）被拉伸，前臂順時(shí)針復(fù)位時(shí)，靠下部拉伸彈簧（107）的恢復(fù)力使其結(jié)構(gòu)復(fù)位；所述的下部固定環(huán)（106）與前臂外筒（112）固定連接；四根下部拉伸鋼絲環(huán)（108）下端分別與下部支撐架（105）和下部固定環(huán)（106）轉(zhuǎn)動(dòng)連接，四根下部拉伸鋼絲環(huán)（108）上端分別與中部支撐架（109）和中部?jī)?nèi)環(huán)（110）轉(zhuǎn)動(dòng)連接；所述的前臂內(nèi)筒（111）與前臂外筒（112）間隙配合，其兩者的中心軸線重合；所述的發(fā)卡（113）與上部固定環(huán)（101）一體成型；所述的發(fā)卡（113）與上部固定環(huán)（101）上的卡槽b在前臂內(nèi)筒（111）與前臂外筒（112）間隙配合，其兩者的中心軸線重合后卡接連接，防止進(jìn)行前臂旋前或旋后運(yùn)動(dòng)時(shí)，在拉伸彈簧和拉伸鋼絲環(huán)的作用下沿軸線發(fā)生竄動(dòng)，影響機(jī)構(gòu)整體高度；所述的在前臂外筒（112）上端開(kāi)有卡槽b，用于與發(fā)卡（113）卡接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于雙層四桿張拉結(jié)構(gòu)的上肢前臂及腕部康復(fù)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述的中部支撐架（109）與中部?jī)?nèi)環(huán)（110）構(gòu)成滑動(dòng)機(jī)構(gòu)，康復(fù)機(jī)構(gòu)在進(jìn)行旋前和旋后運(yùn)動(dòng)時(shí)，該滑動(dòng)機(jī)構(gòu)中的中部?jī)?nèi)環(huán)（110）與前臂外筒（112）間隙配合，隨著旋前運(yùn)動(dòng)向下運(yùn)動(dòng)，旋后運(yùn)動(dòng)向上運(yùn)動(dòng)。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于雙層四桿張拉結(jié)構(gòu)的上肢前臂及腕部康復(fù)機(jī)構(gòu)，其特征在于，兩個(gè)上部拉伸彈簧（104）與上部支撐架（102）和滑動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成旋前四桿柔性拉伸單元；兩個(gè)下部拉伸彈簧（107）與下部支撐架（105）和滑動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成旋后四桿柔性拉伸單元；兩個(gè)上部拉伸鋼絲環(huán)（103）與上部支撐架（102）和滑動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成旋前四桿剛性拉伸單元；兩個(gè)下部拉伸鋼絲環(huán)（108）與下部支撐架（105）和滑動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成旋后四桿剛性拉伸單元；所述的旋前四桿柔性拉伸單元、旋后四桿柔性拉伸單元、旋前四桿剛性拉伸單元和旋后四桿剛性拉伸單元各位兩組；所述的下部支撐架（105）和下部固定環(huán)（106）與滑動(dòng)機(jī)構(gòu)所構(gòu)成的兩組四桿柔性拉伸單元和兩組四桿剛性拉伸單元進(jìn)行拉伸扭轉(zhuǎn)時(shí)，上部固定環(huán)（101）和上部支撐架（102）進(jìn)行逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，由于機(jī)構(gòu)整體高度維持不變，滑動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行向上平移運(yùn)動(dòng)，滑動(dòng)機(jī)構(gòu)與上部固定環(huán)（101）和上部支撐架（102）所構(gòu)成的兩組四桿柔性拉伸單元和兩組四桿剛性拉伸單元會(huì)進(jìn)行壓縮運(yùn)動(dòng)，也就是前臂旋后運(yùn)動(dòng)；同理，當(dāng)上部固定環(huán)（101）和上部支撐架（102）與滑動(dòng)機(jī)構(gòu)所構(gòu)成的兩組四桿柔性拉伸單元和兩組四桿剛性拉伸單元進(jìn)行拉伸扭轉(zhuǎn)時(shí)，滑動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行向下平移運(yùn)動(dòng)，滑動(dòng)機(jī)構(gòu)與下部支撐架（105）和下部固定環(huán)（106）所構(gòu)成的兩組四桿柔性拉伸單元和兩組四桿剛性拉伸單元會(huì)進(jìn)行壓縮運(yùn)動(dòng)，也就是前臂旋前運(yùn)動(dòng)；利用四桿柔性拉伸單元與四桿剛性拉伸單元所構(gòu)成的四桿張拉整體結(jié)構(gòu)的剛?cè)峄旌咸匦裕ㄟ^(guò)四桿張拉平臺(tái)一壓一拉，不僅可以進(jìn)行長(zhǎng)度上的相互補(bǔ)償，從而維持機(jī)構(gòu)的整體高度不發(fā)生變化，更是可以通過(guò)對(duì)中間平面上下移動(dòng)時(shí)會(huì)帶動(dòng)對(duì)應(yīng)的四桿張拉整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的方式，實(shí)現(xiàn)了直線運(yùn)動(dòng)到扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)化。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙層四桿張拉結(jié)構(gòu)的上肢前臂及腕部康復(fù)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述的腕部康復(fù)機(jī)構(gòu)（2）由上腕部架（201）、下腕部架（202）、腕部彈簧（203）、腕部支架座（204）、腕部擺動(dòng)圓?。?05）和腕部圓弧凸臺(tái)（206）；所述的上腕部架（201）與下腕部架（202）轉(zhuǎn)動(dòng)連接；所述的腕部彈簧（203）的兩端分別與上腕部架（201）和腕部支架座（204）固定連接；所述的腕部圓弧凸臺(tái)（206）與腕部擺動(dòng)圓?。?05）間隙配合，兩者并可以在圓弧內(nèi)相互轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)腕部的康復(fù)訓(xùn)練；所述的腕部康復(fù)機(jī)構(gòu)（2）可完成外展、內(nèi)收、伸展、屈曲康復(fù)訓(xùn)練的動(dòng)作。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種基于雙層四桿張拉結(jié)構(gòu)的上肢前臂及腕部康復(fù)機(jī)構(gòu)，通過(guò)張拉整體結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)學(xué)設(shè)計(jì)相結(jié)合，利用四桿柔性拉伸單元與四桿剛性壓縮單元所構(gòu)成的張拉整體結(jié)構(gòu)的剛?cè)峄旌咸匦裕越鉀Q傳統(tǒng)的康復(fù)機(jī)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜、驅(qū)動(dòng)裝置龐大、設(shè)備輕量化不足的問(wèn)題。前臂張拉整體機(jī)構(gòu)和腕部康復(fù)機(jī)構(gòu)，所述的腕部康復(fù)機(jī)構(gòu)中的腕部支架座與前臂張拉整體機(jī)構(gòu)中的上部固定環(huán)通過(guò)螺栓連接。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)取得了以下技術(shù)效果：本發(fā)明利用張拉整體結(jié)構(gòu)的剛?cè)峄旌咸匦?，滿足各自由度運(yùn)動(dòng)的要求，同時(shí)簡(jiǎn)化了外骨骼的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了輕量化設(shè)計(jì)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中通過(guò)內(nèi)部長(zhǎng)度的相互補(bǔ)償，既能增大扭轉(zhuǎn)角度，又能保持機(jī)構(gòu)整體高度不變。

技術(shù)研發(fā)人員：倪鵬,孫建偉,王金朔
受保護(hù)的技術(shù)使用者：長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2