一种刚度可调的手腕康复装置

1.本发明属于医疗康复设备技术领域，尤其涉及一种刚度可调的手腕康复装置。


背景技术：

2.随着时代的发展，越来越多的工作都在电脑面前进行，长时间使用鼠标，不恰当的过度、重复的手与腕部活动，往往会导致肌腱与腱鞘磨损，进而出现充血、水肿、渗出等无菌性炎症，导致腱鞘炎的发生。与此同时，随着我国医疗条件、生存环境的不断改善，老龄化问题已经成为阻碍全球社会发展的重大问题之一，脑卒中病人有急剧上涨之势，患脑卒中以后，患者的局部神经失去部分功能，对患者的工作、生活造成极大的影响与不便。在机器人技术与康复医学相结合的背景下，康复机器人随之诞生，帮助患者中枢神经建立和肌肉，骨骼之间的联系。
3.近年来，国内现有的腕功能康复机器人或康复设备并不完善，大多数以串联方式为主，采用末端执行器的形式，串联机构的刚度无法改变，病人在康复过程中容易因为冲击造成腕部的二次伤害，并且刚度无法满足不同康复阶段的要求，不利于患者的康复。
4.为此，针对上述的技术问题，需要提供一种刚度可调的手腕康复装置。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种刚度可调的手腕康复装置，以解决现有技术中串联机构的刚度无法改变，病人在康复过程中容易因为冲击造成腕部的二次伤害，并且刚度无法满足不同康复阶段的要求，不利于患者的康复的技术问题。
6.本发明提供了一种刚度可调的手腕康复装置，包括：包括末端执行机构、传动机构、驱动机构、定平台和辅助机构，其中，末端执行机构包括：动平台，设置为环状，以适于患者将手腕伸入动平台；弹簧软轴，设置于动平台的第一侧面，并与动平台相连接，并且弹簧软轴外设置有自锁螺纹；旋钮，套设于弹簧软轴的外侧，并且旋钮的内壁设置有内螺纹，内螺纹与自锁螺纹相适配；带轮组件，设置于旋钮的远离动平台的侧面，并与旋钮相连接；手柄支架，设置于带轮组件的侧面，并与带轮组件相连接；微型电机，设置于手柄支架的侧面，并与手柄支架相连接，并且微型电机的电机轴与带轮组件相连接。
7.可选地，传动机构，设置于动平台的第二侧面，并与动平台相连接；驱动机构，设置于传动机构的端部，并与传动机构相连接；定平台，设置于驱动机构的侧面，并与驱动机构相连接；辅助机构，设置于定平台的内部，并与定平台相连接，进而为患者的手臂提供辅助支撑。
8.可选地，在动平台与定平台之间并联设置有多个传动机构和多个驱动机构，传动机构与驱动机构的数量一一对应。
9.可选地，握把，设置于手柄支架的朝向动平台的侧面，并与手柄支架相连接。
10.可选地，握把为球型。
11.可选地，带轮组件包括：主动轮，设置于微型电机与旋钮之间，并与微型电机、旋钮
之间均相连接；从动轮，设置于握把的侧面，与主动轮相对应设置，且与手柄支架相连接；同步带，设置于主动轮与从动轮之间，进而使主动轮带动从动轮转动。
12.可选地，传动机构包括：从动杆，设置于动平台与定平台之间，并与动平台相连接；主动杆，设置于从动轮与驱动机构之间，并与驱动机构相连接；销轴，设置于主动轮与从动轮之间，并与主动轮、从动轮相连接，进而使主动轮通过销轴带动从动轮运动。
13.可选地，驱动机构包括：电机架，设置于定平台的侧面，并与定平台相连接；电机，设置于电机架的内部，并与电机架相连接；轴套，设置于电机的端部，并与电机、主动轮相连接，进而使电机通过轴套带动主动杆运动。
14.可选地，辅助机构包括：导向槽，设置于定平台的内壁周向；推杆，设置于定平台的内侧，并与导向槽滑动连接；支撑瓦，设置于推杆的端部，并与推杆相连接；海绵垫，设置于支撑瓦内壁，并与支撑瓦相连接。
15.相较于现有技术，本发明提供了一种刚度可调的手腕康复装置，通过在动平台上设置弹簧软轴和旋钮，并且弹簧软轴外的自锁螺纹与旋钮内壁的内螺纹相适配，再通过微型电机驱动带轮组件，带轮组件带动旋钮运动，进而调节弹簧软轴伸出旋钮的长度，实现手腕康复装置的刚度可调，并且刚度满足患者手腕不同康复阶段的要求，避免了患者在康复过程中因为冲击造成手腕的二次伤害，有利于患者的康复。
附图说明
16.通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：
17.图1是本发明的刚度可调的手腕康复装置的结构示意图；
18.图2是本发明的电机与传动机构的剖面示意图；
19.图3是本发明的从动杆与动平台连接的剖面示意图；
20.图4是本发明的末端执行机构的结构示意图。
21.附图标记说明：
22.1、第一定平台；2、第二定平台；3、支撑瓦；4、海绵垫；5、销轴；6、垫圈；7、螺母；8、圆头螺母；9、动平台；10、旋钮；11、握把；12、微型电机；13、弹簧软轴；14、从动杆；15、主动杆；16、轴套；17、电机；18、深沟球轴承；19、电机键；20、电机架；21、第一轴承；22、电机轴；23、平键；24、弹性挡圈；25、第二轴承；26、同步带；27、手柄支架；28、带轮。
具体实施方式
23.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
24.需要注意的是，除非另有说明，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术
语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“连接”、“相连”等术语应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
25.如图1和图4所示，本实施例提供了一种刚度可调的手腕康复装置，包括：包括末端执行机构、传动机构、驱动机构、定平台和辅助机构，其中，末端执行机构包括：动平台9，设置为环状，以适于患者将手腕伸入动平台9；弹簧软轴13，设置于动平台9的第一侧面，并与动平台9相连接，并且弹簧软轴13外设置有自锁螺纹；旋钮10，套设于弹簧软轴13的外侧，并且旋钮10的内壁设置有内螺纹，内螺纹与自锁螺纹相适配；带轮28组件，设置于旋钮10的远离动平台9的侧面，并与旋钮10相连接；手柄支架27，设置于带轮28组件的侧面，并与带轮28组件相连接；微型电机12，设置于手柄支架27的侧面，并与手柄支架27相连接，并且微型电机12的电机轴22与带轮28组件相连接。
26.本实施例中的刚度可调的手腕康复装置包括末端执行机构，末端执行机构中的动平台9为环状，便于患者的手腕伸入进行相应的康复。并且通过在动平台9上设置弹簧软轴13和旋钮10，并且弹簧软轴13外的自锁螺纹与旋钮10内壁的内螺纹相适配，再通过微型电机1712驱动带轮28组件，带轮28组件带动旋钮10运动，进而调节弹簧软轴13伸出旋钮10的长度，实现手腕康复装置的刚度可调，并且刚度满足患者手腕不同康复阶段的要求，避免了患者在康复过程中因为冲击造成手腕的二次伤害，有利于患者的康复。
27.示例性地，末端执行机构采用刚性可调节的设置，属于一种柔性设置。通过调节旋钮10在弹簧软轴13的长度，能达到刚度可调节的目的。即当旋钮10在弹簧软轴13上暴露长度越长，被动柔顺装置柔性越大，当旋钮10位置与动平台9接触时，此时刚度最大，柔性为零。实现被动柔顺，避免患者在手腕的康复过程中因为冲击造成手腕的二次伤害。
28.示例性地，本实施例中的动平台9为圆环状，也可以为椭圆环状，还可以为方形环状，只要能够满足患者手腕部伸入即可，不限于具体形状。
29.如图1、图2、图3和图4所示，在一种可能的实施例中，传动机构，设置于动平台9的第二侧面，并与动平台9相连接；驱动机构，设置于传动机构的端部，并与传动机构相连接；定平台，设置于驱动机构的侧面，并与驱动机构相连接；辅助机构，设置于定平台的内部，并与定平台相连接，进而为患者的手臂提供辅助支撑。
30.示例性地，驱动机构提供动力，进而驱动传动机构，传动机构负责将扭矩及速度传递到动平台9，即传递给末端执行机构，为患者提供康复训练。而定平台与驱动机构通过螺栓固定连接，进而为驱动机构提供固定支撑。定平台分为第一定平台1和第二定平台2，辅助机构设置于第一定平台1和第二定平台2之间，进而当患者利用该手腕康复装置的情况下，辅助机构能够为患者的手臂提供辅助支撑。
31.如图1、图2、图3和图4所示，在一种可能的实施例中，在动平台9与定平台之间并联设置有多个传动机构和多个驱动机构，传动机构与驱动机构的数量一一对应。
32.示例性地，在动平台9与定平台之间并联设置有三个传动机构和三个驱动机构，每个驱动机构为对应自身连接的传动机构提供驱动力。本实施例通过三个驱动机构驱动，进而通过传动机构带动患者手腕进行康复运动，每组包括一个驱动机构和一个传动机构，三组并联在动平台9与定平台之间，形成了3rrr球面并联机构，工作空间对应人体手腕在空间的三个运动自由度，能够实现手腕关节的掌屈和背屈、内收和外展、外翻和内翻运动，并联机构的运动精度高，安全性好，进而实现高精度运动，且定位更加准确。
33.如图1和图4所示，在一种可能的实施例中，握把11，设置于手柄支架27的朝向动平台9的侧面，并与手柄支架27相连接。
34.示例性地，握把11通过螺栓固定连接在手柄支架27朝向动平台9的侧面，便于患者将手腕穿过动平台9之后握住该握把11。
35.如图1和图4所示，在一种可能的实施例中，握把11为球型。
36.示例性地，握把11设置为球型，与圆柱握把11相比，患者在握球型握把11时，不需要自身发力，能为腕关节自由度缺失患者提供更好康复效果。
37.如图1、图2、图3和图4所示，在一种可能的实施例中，带轮28组件包括：主动轮，设置于微型电机1712与旋钮10之间，并与微型电机12、旋钮10之间均相连接；从动轮，设置于握把11的侧面，与主动轮相对应设置，且与手柄支架27相连接；同步带26，设置于主动轮与从动轮之间，进而使主动轮带动从动轮转动。
38.示例性地，如图4所示，左侧为主动轮，右侧为从动轮，主动轮与从动轮之间的传动比为1：1。并且主动轮与从动轮通过同步带26进行传动，微型电机12通过螺栓连接固定在手柄支架27上，并与主动轮相连接，进而带动主动轮运动，主动轮通过同步带26再带动从动轮运动，实现主动轮和从动轮同步运动，进而实现对两个旋钮10的同步调节，最终实现手腕康复装置的刚度可调节。
39.如图1、图2、图3和图4所示，在一种可能的实施例中，传动机构包括：从动杆14，设置于动平台9与定平台之间，并与动平台9相连接；主动杆15，设置于从动轮与驱动机构之间，并与驱动机构相连接；销轴5，设置于主动轮与从动轮之间，并与主动轮、从动轮相连接，进而使主动轮通过销轴5带动从动轮运动。
40.示例性地，主动杆15和从动杆14为90
°
弧形结构，主动杆15上设有4个沉头孔，通过螺栓与轴套16相连。主动杆15与从动杆14连接部分采用滑动轴承式转动，一端为轴肩定位，另一端为螺钉进行定位，通过销轴5将主动杆15与从动杆14连接到一起，在销轴5与从动杆14内壁之间设有衬套，进而延长传动机构的使用寿命。
41.如图1、图2、图3和图4所示，在一种可能的实施例中，驱动机构包括：电机架20，设置于定平台的侧面，并与定平台相连接；电机17，设置于电机架20的内部，并与电机架20相连接；轴套16，设置于电机17的端部，并与电机17、主动轮相连接，进而使电机17通过轴套16带动主动杆15运动。
42.示例性地，由于电机17无法直接固定在定平台上，故本实施例设置了电机架20，将电机17通过电机架20固定在定平台上，电机架20与定平台通过螺栓连接。电机轴22通过电机键19连接，带动轴套16进行旋转，进而带动主动杆15，轴套16外部安装一对深沟球轴承18。轴套16下端的阶梯处和电机轴22沉孔的底部设有退刀槽，在轴套16顶部设有环形槽，用来安置弹性挡圈24，由于第一轴承21所受轴向力不大，所以弹性挡圈24进行轴端定位。在轴
套16处还设有轴肩，用于深沟球轴承18的轴向固定。通过这样的设置，既保证了驱动机构的驱动性能，且运行稳定，又提高了驱动机构的使用寿命，进而延长了刚度可调的手腕康复装置的使用寿命。
43.如图1、图2、图3和图4所示，在一种可能的实施例中，辅助机构包括：导向槽，设置于定平台的内壁周向；推杆，设置于定平台的内侧，并与导向槽滑动连接；支撑瓦3，设置于推杆的端部，并与推杆相连接；海绵垫4，设置于支撑瓦3内壁，并与支撑瓦3相连接。
44.示例性地，本实施例中的刚度可调的手腕康复装置还包括控制系统，当患者进行康复训练的情况下，患者手握末端执行机构中的握把11，手臂放在辅助机构的支撑瓦3的海绵垫4上，调节至合适的位置，控制系统按照预定程序驱动电机17，进而驱动传动机构将扭矩及速度传递给末端执行机构，进而带动患者手腕进行康复训练。
45.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种刚度可调的手腕康复装置，其特征在于，包括末端执行机构、传动机构、驱动机构、定平台和辅助机构，其中，所述末端执行机构包括：动平台，设置为环状，以适于患者将手腕伸入所述动平台；弹簧软轴，设置于所述动平台的第一侧面，并与所述动平台相连接，并且所述弹簧软轴外设置有自锁螺纹；旋钮，套设于所述弹簧软轴的外侧，并且所述旋钮的内壁设置有内螺纹，所述内螺纹与所述自锁螺纹相适配；带轮组件，设置于所述旋钮的远离所述动平台的侧面，并与所述旋钮相连接；手柄支架，设置于所述带轮组件的侧面，并与所述带轮组件相连接；微型电机，设置于所述手柄支架的侧面，并与所述手柄支架相连接，并且所述微型电机的电机轴与所述带轮组件相连接。2.根据权利要求1所述的刚度可调的手腕康复装置，其特征在于，还包括：传动机构，设置于所述动平台的第二侧面，并与所述动平台相连接；驱动机构，设置于所述传动机构的端部，并与所述传动机构相连接；定平台，设置于所述驱动机构的侧面，并与所述驱动机构相连接；辅助机构，设置于所述定平台的内部，并与所述定平台相连接，进而为患者的手臂提供辅助支撑。3.根据权利要求2所述的刚度可调的手腕康复装置，其特征在于，在所述动平台与所述定平台之间并联设置有多个传动机构和多个驱动机构，所述传动机构与所述驱动机构的数量一一对应。4.根据权利要求1所述的刚度可调的手腕康复装置，其特征在于，还包括：握把，设置于所述手柄支架的朝向所述动平台的侧面，并与所述手柄支架相连接。5.根据权利要求4所述的刚度可调的手腕康复装置，其特征在于，所述握把为球型。6.根据权利要求5所述的刚度可调的手腕康复装置，其特征在于，所述带轮组件包括：主动轮，设置于所述微型电机与所述旋钮之间，并与所述微型电机、所述旋钮之间均相连接；从动轮，设置于所述握把的侧面，与所述主动轮相对应设置，且与所述手柄支架相连接；同步带，设置于所述主动轮与所述从动轮之间，进而使所述主动轮带动所述从动轮转动。7.根据权利要求2所述的刚度可调的手腕康复装置，其特征在于，所述传动机构包括：从动杆，设置于所述动平台与所述定平台之间，并与所述动平台相连接；主动杆，设置于从动轮与所述驱动机构之间，并与所述驱动机构相连接；销轴，设置于所述主动轮与所述从动轮之间，并与所述主动轮、所述从动轮相连接，进而使所述主动轮通过所述销轴带动所述从动轮运动。8.根据权利要求7所述的刚度可调的手腕康复装置，其特征在于，所述驱动机构包括：电机架，设置于所述定平台的侧面，并与所述定平台相连接；电机，设置于所述电机架的内部，并与所述电机架相连接；轴套，设置于所述电机的端部，并与所述电机、所述主动轮相连接，进而使所述电机通
过所述轴套带动所述主动杆运动。9.根据权利要求8所述的刚度可调的手腕康复装置，其特征在于，所述辅助机构包括：导向槽，设置于所述定平台的内壁周向；推杆，设置于所述定平台的内侧，并与所述导向槽滑动连接；支撑瓦，设置于所述推杆的端部，并与所述推杆相连接；海绵垫，设置于所述支撑瓦内壁，并与所述支撑瓦相连接。

技术总结
本发明提供一种刚度可调的手腕康复装置，包括末端执行机构、传动机构、驱动机构、定平台和辅助机构，其中，末端执行机构包括：动平台；弹簧软轴，设置于动平台的第一侧面，并与动平台相连接，并且弹簧软轴外设置有自锁螺纹；旋钮，套设于弹簧软轴的外侧，并且旋钮的内壁设置有内螺纹，内螺纹与自锁螺纹相适配；带轮组件，设置于旋钮的远离动平台的侧面，并与旋钮相连接；手柄支架，设置于带轮组件的侧面，并与带轮组件相连接；微型电机，设置于手柄支架的侧面，并与手柄支架相连接，并且微型电机的电机轴与带轮组件相连接。本发明的末端执行机构实现刚度可调节，进而能够防止在康复过程中对患者手腕造成二次伤害，满足患者不同康复阶段的要求。的要求。的要求。


技术研发人员：赵铁军 刘名川
受保护的技术使用者：沈阳工业大学
技术研发日：2023.06.29
技术公布日：2023/9/20