[发明专利]穿戴式康复训练器的肘部自由度实现装置及其工作原理

说明书

技术领域

本发明涉及一种医学机械用具的技术领域，尤其涉及穿戴式康复训练器的肘部自由度实现装置及其工作原理。

背景技术

上肢康复训练矫形器是协助上肢各自由度运动不灵活的病患进行康复训练的医疗设备。人体上肢包括肘部和肩部多个自由度，而肘部自由度是实现前臂相对上臂的屈曲与舒张运动，是日常生活和工作中拿取、移动、提举物体的重要运动枢纽。肘部自由度的缺陷将会给患者生活带来巨大的不便。现有的上肢康复训练器大部分是非穿戴式的上肢康复训练器，即康复训练器须固定到墙壁、立柱或天花板上，肘部自由度的实现是将前臂固定到连杆型肘部自由度实现机构的末端执行器上，由机构的转动带动前臂相对于上臂的转动，典型的是MIT MANUS[1]和清华大学设计的偏瘫上肢复合运动康复训练机器人[2]。对于可穿戴式的肘部自由度的实现机构，如韩国汉阳大学的HEXA可穿戴式机器人[3]，其技术方案是在肘部的体外侧布置电机和盘式减速器，电机通过盘式减速器来降低转速和提高扭矩。减速器的输出轴线与肘部运动轴线重合，继而带动前臂相对于上臂转动。

由于非穿戴式的上肢康复训练矫形器固定在体外，如墙壁、立柱或天花板上，肘部自由度实现机构也由体外伸到上肢，其主要问题是移动性较差，限制了病患和医生的可移动性。针对可穿戴式的肘部自由度实现机构，其传统实现方案存在的问题有：第一，机构臃肿，穿戴不便。传统方案使用电机叠加减速器的设计，为满足前臂和手部训练任务所需的扭矩要求，此种机构方案须采用输出扭矩大的电机和大减速比(前臂托举重物时需要减速比超过100)的减速器(或多级减速器)，根据现有产品的选型情况，此种机构沿着肘部轴线方向的尺寸偏大，封装性差，致使穿戴不便。此外，向外突出的电机和减速器还易与外界环境干涉，造成难以预料的风险。第二，使用钢制的大减速比或多级减速器，材料不可改变，重量较重，增加病患的训练负担；第三，须另行设计自锁和限位装置，保证肘部运动的范围不超过限制范围，提高康复训练器的可控性与安全性；第四，经济成本高，使用大减速比或多级减速器产品，价格昂贵，增加了机构的经济成本。

发明内容

有鉴于此，本发明提出穿戴式康复训练器的肘部自由度实现装置及其工作原理，以解决上述机构臃肿，重量大，穿戴不便，自锁与限位装置复杂以及价格昂贵的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种穿戴式康复训练器的肘部自由度实现装置，包括电机、左右旋一体丝杆、螺母、固定板、连接轴、上臂托和前臂托，所述螺母包括左旋螺母和右旋螺母，所述固定板包括内侧固定板和外侧固定板，其中，

所述电机固定基座设于所述内侧固定板和所述外侧固定板之间并连接所述内侧固定板和所述外侧固定板，所述电机与所述左右旋一体丝杆的一端通过联轴器连接，所述电机固定于电机固定基座上；

同步带轮通过连接轴和轴承安装在内外侧固定板之间，所述连接轴通过键和紧定螺钉与所述同步带轮固定，并于所述内侧固定板的外部连接所述上臂托和所述前臂托；所述上臂托和所述前臂托分别套设于手臂的上臂和前臂上；

所述左旋螺母下侧设有同步带固定装置，所述右旋螺母的上侧设有同步带调整装置，保证同步带处于张紧状态。所述同步带固定装置和所述同步带调整装置通过同步带连接，所述同步带绕设于所述同步带轮上。

上述穿戴式康复训练器的肘部自由度实现装置，其中，所述上臂托上设置上臂托绑带，所述前臂托上设置前臂托绑带，绑带将所述上臂托和所述前臂托牢固固定于手臂上。

上述穿戴式康复训练器的肘部自由度实现装置，其中，所述内侧固定板外部还安装有肩肘部连接板，所述肩肘部连接板与外设的肩部机构固定。

上述穿戴式康复训练器的肘部自由度实现装置，其中，所述内侧固定板和所述外侧固定板的相对面各设置有安装槽，所述左旋螺母和所述右旋螺母旋设于所述左右旋一体丝杆上，螺母两侧的凸出部分嵌入到所述安装槽，由所述安装槽限制其运动时不翻转。

上述穿戴式康复训练器的肘部自由度实现装置，其中，所述左右旋一体丝杆与所述连接轴相对垂直的设置。

上述穿戴式康复训练器的肘部自由度实现装置，其中，所述连接轴与所述内侧固定板连接处安装有涡卷弹簧，所述连接轴与所述外侧固定板连接处安装有所述涡卷弹簧。

还包括一种自由度实现装置的工作原理，其中，所述工作原理如下：