肩关节康复训练装置
专利汇可以提供肩关节康复训练装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种可穿戴式的肩关节康复训练装置，由运动机构和 支撑 调整机构组成。运动机构包括侧边 框架 ，背部框架，支撑板，中心调节 螺母 ，吊杆， 转轴 ，连接摆杆，箍钩，滑腔，滑 块 ，箍圈， 气动 肌肉和软 钢 丝绳 。支撑调整机构包括主支撑杆，挂钩， 连杆 ，滑块和 水 平调节杆，它用来调整运动机构相对人体肩关节的 位置 ，并将整个康复训练装置固定在人体背部的适当位置。 驱动器 是4根处于竖直运动状态的气动肌肉，可分别控制上臂绕肩关节做前屈和后伸、外展和内收这两组运动以及这两组运动的复合运动，另外在 角 位移 和拉 力 传感器 的配合下，还可以实现运动机构与上臂的主被动协调运动。该装置具有运动柔顺性、穿戴舒适性及训练安全性特点。，下面是肩关节康复训练装置专利的具体信息内容。
1、一种肩关节康复训练装置，其特征在于：
侧边框架的上部沿竖直方向开有一个竖直槽，竖直槽内部装有扭杆 (21)，扭杆(21)与水平面的夹角为60°～80°，外展滑轮(19.6)和内收 滑轮(19.5)安装在该竖直槽内并且位于扭杆(21)的下方沿患肢做外展运 动的一侧；
背部框架(2)的上边框中部沿竖直方向开有第一通槽(27.1)，第一 通槽(27.1)内部装有第一前屈滑轮(19.1)和第一后伸滑轮(19.2)，背 部框架(2)在其上边框的末端与支撑板(4)相连接，连接面在背部框架 (2)上边框靠近患者背部的一侧，在背部框架(2)上边框末端的上表面 装有导向滑轮(3)，导向滑轮(3)开有上、下两个导槽；支撑板(4)的 下端通过中心调节螺母(5)与吊杆(6)相连接，支撑板(4)的下端和吊 杆(6)的上端沿水平方向分别开有第一滑槽(28.1)和第二滑槽(28.2)， 中心调节螺母(5)沿水平方向穿过第一滑槽(28.1)和第二滑槽(28.2)； 支撑板(4)前、后两侧分别开有第二通槽(27.2)和第三通槽(27.3)， 第二通槽(27.2)和第三通槽(27.3)内分别安装有第二后伸滑轮(19.4) 和第二前屈滑轮(19.3)；吊杆(6)的下端与连接摆杆的上端通过主转轴 (7)相连接；副转轴(10)从前向后依次穿过侧边框架、扭杆(21)以及 连接摆杆，其中扭杆(21)以及连接摆杆与副转轴(10)固定连接，侧边 框架(1)与副转轴(10)活动连接；后伸软钢丝绳(20.2)一端固定在连 接摆杆上，并依次绕过第二后伸滑轮(19.4)、导向滑轮(3)的下导槽、 第一后伸滑轮(19.2)，再与后伸气动肌肉(18.2)的上端相连接；前屈软 钢丝绳(20.1)一端与连接摆杆(8)相连，并依次绕过第二前屈滑轮(19.3)、 导向滑轮(3)的上导槽、第一前屈滑轮(19.1)，再与前屈气动肌肉(18.1) 的上端相连接；内收软钢丝绳(20.3)的一端与扭杆(21)的下端相连接， 绕过内收滑轮(19.5)再与内收气动肌肉(18.3)的上端相连接；外展软钢 丝绳(20.4)的一端与扭杆(21)的上端相连接，绕过外展滑轮(19.6)与 外展气动肌肉(18.4)的上端相连接；内收气动肌肉(18.3)、外展气动肌 肉(18.4)的下端与侧边框架的下端相连，前屈气动肌肉(18.1)、后伸气 动肌肉(18.2)的下端与背部框架(2)的下端相连；
主滑腔(11)位于连接摆杆的下方，并固定在侧边框架靠近患者背部 的一侧；主滑块(15)在主滑腔(11)内滑动，其外露端与辅滑腔(16) 固定连接；辅滑腔(16)的滑槽与水平方向之间的夹角为10°～50°，辅滑块 (14)在辅滑腔(16)内滑动，其末端通过次转轴(13)与箍圈(12)相 连接，箍圈(12)上留有连接孔。
2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：侧边框架(1)上安装 有前侧小滑轮(17.1)和后侧滑轮(17.2)，后侧小滑轮(17.2)位于内收 滑轮(19.5)的正下方，前侧小滑轮(17.1)安装在后侧滑轮(17.2)靠近 患者背部的一侧；
连接摆杆(8)的上端的圆孔与主转轴(7)相配合，连接摆杆(8)下 端的侧面开有一个沉孔，副转轴(10)的末端插在该沉孔内并与连接摆杆 (8)固定连接，连接摆杆(8)下端的另一侧所设置的耳钩与前屈软钢丝 绳(20.1)的一端固定连接。
3、根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：连接摆杆(29)通 过其上端的圆孔与主转轴(7)相配合，连接摆杆(29)在其上端圆孔径向 的两侧各设置有前屈耳钩(32)和后伸耳钩(33)，其下端的两个吊臂上 亦各开有一个圆孔，侧边框架(1)的上端部夹在连接摆杆(29)下端的两 个吊臂之间。
技术领域
本实用新型属于康复医疗器械领域，涉及一种辅助人体肩关节进行康 复训练的装置，适用于中风以及由于工伤、交通事故等原因造成的上肢运 动障碍患者的康复训练。
背景技术
现有的上肢康复训练装置均需要固定在地面或支架上，整体结构庞大， 不能穿戴，不适于家庭使用，而且普遍使用电机驱动或者气缸驱动，这两 种类型的驱动方式均存在低速爬行和高速冲击的弊端，在康复训练中存在 严重的安全隐患，令患者难以接受。另一个重要的方面是人的上肢是一个7 自由度的运动系统，国内现有的靠末端执行器(手柄)拖动人手引导患肢 运动的康复训练器械不足以对肩部周边肌肉群进行有效的刺激，达不到对 肩部周边肌肉群进行强化训练的效果。“康复训练机器人的关节机构”(公开 号为CN 1876335A，公开日为2006年12月13日)属于末端导引式的单转动康 复训练机构，该机构不适用于对肩部周边肌肉群进行强化训练。
发明内容
本实用新型针对中风及由工伤、交通事故等原因造成的肩关节运动功 能障碍患者康复训练的需求，提供了一种肩关节康复训练装置，该装置具 有运动柔顺性、穿戴舒适性及训练安全性特点，能在复杂训练模式下完成 肩关节主被动协调运动。
本实用新型提供的肩关节康复训练装置，其特征在于：
侧边框架的上部沿竖直方向开有一个竖直槽，竖直槽内部装有扭杆， 扭杆与水平面的夹角为60°～80°，外展滑轮和内收滑轮安装在该竖直槽内并 且位于扭杆的下方沿患肢做外展运动的一侧；
背部框架的上边框中部沿竖直方向开有第一通槽，第一通槽内部装有 第一前屈滑轮和第一后伸滑轮，背部框架在其上边框的末端与支撑板相连 接，连接面在背部框架上边框靠近患者背部的一侧，在背部框架上边框末 端的上表面装有导向滑轮，导向滑轮开有上、下两个导槽；支撑板的下端 通过中心调节螺母与吊杆相连接，支撑板的下端和吊杆的上端沿水平方向 分别开有第一滑槽和第二滑槽，中心调节螺母沿水平方向穿过第一滑槽和 第二滑槽；支撑板前、后两侧分别开有第二通槽和第三通槽，第二通槽和 第三通槽内分别安装有第二后伸滑轮和第二前屈滑轮；吊杆的下端与连接 摆杆的上端通过主转轴相连接；副转轴从前向后依次穿过侧边框架、扭杆 以及连接摆杆，其中扭杆以及连接摆杆与副转轴固定连接，侧边框架与副 转轴活动连接；后伸软钢丝绳一端固定在连接摆杆上，并依次绕过第二后 伸滑轮、导向滑轮的下导槽、第一后伸滑轮，再与后伸气动肌肉的上端相 连接；前屈软钢丝绳一端与连接摆杆相连，并依次绕过第二前屈滑轮、导 向滑轮的上导槽、第一前屈滑轮，再与前屈气动肌肉的上端相连接；内收 软钢丝绳的一端与扭杆的下端相连接，绕过内收滑轮再与内收气动肌肉的 上端相连接；外展软钢丝绳的一端与扭杆的上端相连接，绕过外展滑轮与 外展气动肌肉的上端相连接；内收气动肌肉、外展气动肌肉的下端与侧边 框架的下端相连，前屈气动肌肉、后伸气动肌肉的下端与背部框架的下端 相连；
主滑腔位于连接摆杆的下方，并固定在侧边框架靠近患者背部的一侧； 主滑块在主滑腔内滑动，其外露端与辅滑腔固定连接；辅滑腔的滑槽与水 平方向之间的夹角为10°～50°，辅滑块在辅滑腔内滑动，其末端通过次转轴 与箍圈相连接，箍圈上留有连接孔。
为了使康复训练机构结构轻巧，适用于穿戴同时又兼具高安全性，本 实用新型采用气动肌肉作为系统的驱动器，因为气动肌肉具有良好的柔软 性，优良的低速运动性能以及很高的功率/重量比以及安全性高等特点，与 人体肌肉的运动方式相似，满足可穿戴式康复训练机构在重量和安全方面 的要求。经实验证明，气动肌肉在弯曲状态下工作时气管表面容易出现局 部变形，而且放气松弛后局部变形处难以恢复正常状态，严重影响了气动 肌肉的工作性能和使用寿命，为此本实用新型通过滑轮绳索导向的方式将 所有气动肌肉布置在竖直状态，避免了弯曲状态工作时气动肌肉收缩不均 匀的问题，确保了气动肌肉始终处于正常的工作状态。另外为了满足复杂 训练模式下机器人与患肢主被动协调运动的要求，在患者主动能力不足时 提供适度的辅助，而在患者有能力完成动作时适当减小辅助甚至施加阻力， 本实用新型为每种运动方式各配置了两根气动肌肉以实现对应的正反运 动，依据相应的训练模式，结合力矩传感器和角位移传感器实时采集的作 用力信息与位置信息，通过控制各个气动肌肉的收缩来实现机器人与患肢 肩部主被动协调运动。本实用新型在机构的运动链上安装了一个被动的滑 动补偿机构，这样设计一方面解决了由于机构的转动中心与人体转动中心 不一致造成的上肢运动困难的问题，避免了由于人—机运动方式不匹配而给 患者带来运动伤害，确保了康复训练过程中的舒适性；另一方面通过增加 这套滑动补偿机构放大了机构的运动空间，扩大了肩关节的活动范围，为 进行复杂的康复训练动作提供了运动学保障，由于这套滑动补偿机构的存 在使得康复训练机构在辅助肩关节运动的同时其本体结构能够始终顺应人 体肢体的动作，并且保证了机构的执行部分不会与肢体发生相对滑动，确 保了运动的舒适性和安全性，因而本康复训练机构在结构方面是符合人体 工程学要求的。
附图说明
图1为本实用新型肩关节康复训练装置的功能分解图；
图2为本实用新型装置的第一种具体实现方式的等轴测视图；
图3为图2中运动机构的等轴测视图；
图4为图2中运动机构的正视图；
图5为图2中运动机构的右视图；
图6为图2中支撑调整机构的结构示意图；
图7为本实用新型装置的第二种具体实现方式的等轴测视图；
图8为图7所示的肩关节康复训练装置的正视图；
图9为图7所示的肩关节康复训练装置的右视图；
图10为图2所示的肩关节康复训练装置中连接摆杆的等轴测视图；
图11为图7所示的肩关节康复训练装置中连接摆杆的等轴测视图。
具体实施方式
如图1所示，肩关节康复训练装置包括运动机构I和支撑调整机构II。下 面分别对二部分作具体的说明。
本实用新型装置的第一种具体实现方式的结构如图3～5所示，运动机 构I包括侧边框架1，背部框架2，导向滑轮3，支撑板4，中心调节螺母5，吊 杆6，主转轴7，连接摆杆8，箍钩9，副转轴10，主滑腔11，主滑块15，辅 滑腔16，辅滑块14，次转轴13，箍圈12，前侧小滑轮17.1，后侧小滑轮17.2， 前屈气动肌肉18.1，后伸气动肌肉18.2，外展气动肌肉18.4，内收气动肌肉 18.3，第一前屈滑轮19.1，第一后伸滑轮19.2，第二前屈滑轮19.3，第二后 伸滑轮19.4，外展滑轮19.6，内收滑轮19.5，扭杆21和前屈软钢丝绳20.1， 后伸软钢丝绳20.2，外展软钢丝绳20.4，内收软钢丝绳20.3。
侧边框架1的外形类似符号其上部沿竖直方向开有一个竖直槽， 竖直槽内部装有扭杆21，扭杆21与水平面的夹角在60°～80°之间，外展滑轮 19.6和内收滑轮19.5安装在该竖直槽内并且位于扭杆21的下方沿患肢做外 展运动的一侧。
背部框架2的外形类似符号其上边框中部沿竖直方向开有第一 通槽27.1，第一通槽27.1内部装有第一前屈滑轮19.1和第一后伸滑轮19.2， 背部框架2在其上边框的末端通过螺钉与支撑板4相连接，连接面在背部框 架2上边框靠近患者背部的一侧，在背部框架2上边框末端的上表面装有导 向滑轮3，导向滑轮3开有上、下两个导槽。如图4所示，支撑板4的下端通 过中心调节螺母5与吊杆6相连接，支撑板4的下端和吊杆6的上端沿水平方 向分别开有第一滑槽28.1(图3)和第二滑槽28.2(图5)，中心调节螺母5沿水平 方向穿过第一滑槽28.1和第二滑槽28.2。如图5所示，支撑板4前、后两侧分 别开有第二通槽27.2和第三通槽27.3，第二通槽27.2和第三通槽27.3内分别 安装有第二后伸滑轮19.4和第二前屈滑轮19.3。吊杆6的下端与连接摆杆8的 上端通过主转轴7相连接，连接摆杆8可以绕主转轴7相对于吊杆6转动。其 中连接摆杆8的外形如图10所示，其上端的圆孔与主转轴7相配合，连接摆 杆8下端的侧面开有一个沉孔，副转轴10的末端插在该沉孔内并与连接摆杆 8固定连接，连接摆杆8下端的另一侧所设置的耳钩与前屈软钢丝绳20.1的一 端固定连接。副转轴10从前向后依次穿过箍钩9、侧边框架1、扭杆21以及 连接摆杆8，其中箍钩9、扭杆21以及连接摆杆8与副转轴10固定连接，侧边 框架1与副转轴10活动连接，并且侧边框架1可绕副转轴10转动。后伸软钢丝 绳20.2一端与箍钩9相连，并依次绕过第二后伸滑轮19.4、导向滑轮3的下导 槽、第一后伸滑轮19.2，再与后伸气动肌肉18.2的上端相连接。前屈软钢丝 绳20.1一端与连接摆杆8相连，并依次绕过第二前屈滑轮19.3、导向滑轮3的 上导槽、第一前屈滑轮19.1，再与前屈气动肌肉18.1的上端相连接。在对应 的等轴测图3中，后侧小滑轮17.2位于内收滑轮19.5的正下方，前侧小滑轮 17.1安装在后侧滑轮17.2远离患者背部的一侧，前侧小滑轮17.1和后侧滑轮 17.2均附着于侧边框架1上。内收软钢丝绳20.3的一端与扭杆21的下端相连 接，依次绕过内收滑轮19.5、后侧小滑轮17.2、前侧小滑轮17.1，再与内收 气动肌肉18.3的上端相连接。外展软钢丝绳20.4的一端与扭杆21的上端相连 接，绕过外展滑轮19.6与外展气动肌肉18.4的上端相连接。内收气动肌肉 18.3、外展气动肌肉18.4的下端均与侧边框架1的下端通过螺栓相连，前屈 气动肌肉18.1、后伸气动肌肉18.2的下端与背部框架2的下端通过螺栓相连。
如图3所示，主滑腔11位于连接摆杆8的下方，并固定在侧边框架1靠近 患者背部的一侧。主滑块15在主滑腔11内滑动，其外露端与辅滑腔16固定 连接。辅滑腔16的滑槽与水平方向成一定夹角，该角度在10°和50°之间，辅 滑块14在辅滑腔16内滑动，其末端通过次转轴13与箍圈12相连接，箍圈12 可绕次转轴13自由转动。箍圈12上留有螺纹孔，系上绷带后可与上肢固定。
通过以上介绍不难看出，当背部框架2内的前屈气动肌肉18.1和后伸气 动肌肉18.2分别收缩时，如图5所示，前屈软钢丝绳20.1和后伸软钢丝绳20.2 将拉动连接摆杆8和侧边框架1绕主转轴7相对于吊杆6转动，进而通过主滑 块15和副滑块14带动箍圈12和上臂做前屈/后伸运动。另一方面如图4所示， 由于扭杆21固定在副转轴10上而框架1可以绕副转轴10自由转动，当外展气 动肌肉18.4和内收气动肌肉18.3分别收缩时，侧边框架1将分别受到沿逆时 针和顺时针方向的扭矩作用，从而侧边框架1将绕副转轴10转动，进而通过 主滑块15和副滑块14带动箍圈12和上臂做外展/内收运动。若前屈气动肌肉 18.1、后伸气动肌肉18.2、内收气动肌肉18.3和外展气动肌肉18.4按照一定 规律有序收缩与舒张，箍圈12便可以带动上臂在人体一侧的空间内自由运 动，从而达到对肩关节进行康复训练的目的。若再结合相关传感器如角位 移传感器实时采集患肢的相对位置和扭矩传感器实时采集运动机构与患肢 之间作用力信息，控制系统便可以在指定的训练模式下实时调节气动肌肉 的充气量，实现对患肢的主被动协调控制。
下面详细介绍支撑调整机构II的具体构成。
如图6所示，支撑调整机构II包括主支撑杆22，第一挂钩23.1，第二挂 钩23.2，第一连杆24.1，第二连杆24.2，第一滑块25.1，第二滑块25.2和水平 调节杆26。
主支撑杆22的外形类似于符号其主体是一个工字梁，工字梁上 横梁的两端各向下设置有一个吊臂，这两个吊臂沿竖直方向分别开有第三 滑槽28.3和第四滑槽28.4。第一滑块25.1和第二滑块25.2分别通过调节螺母 与第三滑槽28.3和第四滑槽28.4连接，通过调节螺母可以调节第一滑块25.1 和第二滑块25.2相对于主支撑杆22的竖直位置，第一滑块25.1和第二滑块 25.2分别沿着上横梁所在方向的外侧与第一连杆24.1和第二连杆24.2的下端 相连接，第一连杆24.1和第二连杆24.2分别可以绕连接轴相对于第一滑块 25.1和第二滑块25.2在竖直面内旋转，第一连杆24.1和第二连杆24.2的上端 分别与第一挂钩23.1和第二挂钩23.2的下端连接在一起，第一挂钩23.1和第 二挂钩23.2亦可以分别绕连接轴相对于第一连杆24.1和第二连杆24.2的上端 在竖直面内旋转，第一挂钩23.1和第二挂钩23.2分别挂在患者的左右两肩 上。另外主支撑杆22上横梁的一端的上面沿横梁的长度方向设置有一个悬 臂梁，该悬臂梁的上侧面安装有水平调节杆26，水平调节杆26的中部沿竖 直方向开有第五滑槽28.5，水平调节杆26相对于主支撑杆22的水平位置可以 通过调节螺母实现。水平调节杆26的外侧端面留有螺纹孔，通过连接螺钉 连接在支撑板4的侧面。
主支撑杆22竖直梁的上中部以及下端横梁的两端分别留有安装绷带的 螺纹孔，绷带绕过人体的腰腹部，用来防止支撑调整机构在人体背部晃动。
通过以上的描述不难看出本支撑调整机构在支撑运动机构的同时，还 具备调整运动机构在人体背部的上下与左右位置的能力，从而使本训练装 置能够适用于不同体形康复患者的肩关节康复训练。
本实用新型为了将气动肌肉收缩时的直线运动转化为侧边框架1的转 动，采取了滑轮导向软钢丝绳的方法，使得软钢丝绳能够沿转轴的径向方 向拉动转轴，从而将气动肌肉的拉力转化为绕转轴的扭矩，进而实现了侧 边框架1的转动。由于运动机构的转动中心不可避免地偏离人体肩关节的转 动中心，为了使康复训练能够安全有效的执行并且使患者感到舒适，本实 用新型在侧边框架1上安装了一套滑动机构，通过滑块的被动滑动将侧边框 架1的运动传递到人体上臂。
本实用新型的第二种具体实现方式的结构如图7～9所示，侧边框架1 的外形类似符号其上端部沿竖直方向开有一个竖直槽，槽内安装有 扭杆21。连接摆杆29的外形如图11所示，连接摆杆29通过其上端的圆孔与 主转轴7相配合，并可以绕主转轴7转动，连接摆杆29在其上端圆孔径向的 两侧各设置有前屈耳钩32和后伸耳钩33，其下端的两个吊臂上亦各开有一 个圆孔，侧边框架1的上端部夹在连接摆杆29下端的两个吊臂之间。按照 从外向内的顺序，副转轴10依次穿过连接摆杆29、侧边框架1和扭杆21， 其中连接摆杆29和扭杆21与副转轴10固定连接，侧边框架1与副转轴10活 动连接，侧边框架1可绕副转轴10转动。侧边框架1上边框的两端分别装有 外展滑轮19.6和内收滑轮19.5，外展气动肌肉18.4和内收气动肌肉18.3的下 端均与侧边框架1的下端相连接；外展软钢丝绳20.4的一端与外展气动肌肉 18.4上端相连接，绕过外展滑轮19.6再与扭杆21的上端相连接，内收软钢丝 绳20.3的一端与内收气动肌肉18.3的上端相连接，绕过内收滑轮19.5再与扭 杆21的下端相连接。前屈软钢丝绳20.1一端与前屈耳钩32连接，依次绕过第 二前屈滑轮19.3，导向滑轮3的上导槽，第一前屈滑轮19.1，再与前屈气动 肌肉18.1的上端相连接。后伸软钢丝绳20.2一端与后伸耳钩33相连，并依次 绕过第二后伸滑轮19.4、导向滑轮3的下导槽、第一后伸滑轮19.2，再与后 伸气动肌肉18.2的上端相连接。该实施例中的其它结构与具体实施方式中所 描述装置的结构是完全一样的。
在不改变基本运动功能的前提下，本实用新型所涉及的康复训练装置 在某些局部结构上还可以做进一步的调整，如气动肌肉、滑轮以及软钢丝 绳之间的布置。本实用新型不仅局限于这两个实施例，凡是采用本实用新 型的设计结构和思路，在结构上进行一定程度的修改，都落入本实用新型 保护的范围。
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