一种新型手腕康复机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种新型手腕康复机器人，采用平面内摆臂式设计，其机械结构包括摆臂式手掌夹持结构、电机与传动机构、激光指示与测评机构、手臂捆绑与调整结构、整体框架及上位机软件六大部分；使用时受试者上臂固定在可调支架上，手腕固定于可调夹持机构，通过电机对摆臂施加转速及力矩控制来实现手腕多模式康复训练，通过电机控制、角度指示板、激光指示器及应变片对手腕运动进行评测；手掌夹持机构也可根据受试者手部特征进行自适应调整，提高康复训练的舒适性；激光指示器还可根据角度指示板位置进行上下调节，实现对手腕运动特征显示及标定；该手腕康复机器人生产成本低，操作方便，安全可靠性高，应用前景广阔。

【技术实现步骤摘要】
一种新型手腕康复机器人
本专利技术涉及医疗康复器械研究领域，具体涉及一种新型摆臂式的手腕康复机器人。
技术介绍
在我国，心脑血管疾病一直以来都是国民健康的一大威胁，每年因为心脑血管疾病导致肢体出现运动障碍的病患数量居高不下，各种运动障碍问题给病患们的正常生活造成了极大障碍。患有帕金森，中风的患者经常会出现手腕运动功能障碍现象，手部不自主运动尤其会对患者的抓握动作造成极大干扰。手腕运动功能障碍可通过适当的康复运动进行恢复治疗，但国内专业手腕理疗人才欠缺，病患康复需求巨大，人工成本也逐年上升，急需设计一款能够对患者手腕进行康复训练的医疗器械。目前已经提出的一些针对肢体的康复机器人，主要针对患者的整条肩膀，或者针对患者的手掌抓握进行康复治疗，但是很少有专业针对手腕运动进行康复评测及训练一体化的功能。有些上肢医疗康复机器人具有带动患者手腕活动的功能，但多采用外骨骼形式，结构复杂，成本昂贵，无法实现家用化，使仅出现手腕运动功能障碍患者难以针对性进行康复运动训练。因此，本专利技术设计一种结构相对简单，成本低廉，可实现手腕康复训练及评测一体的手腕康复机器人。
技术实现思路
本专利技术提出一种新型手腕康复机器人，该设备采用摆臂式结构，可以直接固定在普通轮椅或座椅上，结合配套上位机软件进行手腕评测及康复训练。该设备占地面积小，成本低廉，适用于手腕运动功能障碍患者进行针对性的运动康复训练。本专利所述一种新型手腕康复机器人，其结构可分为手掌夹持结构、电机与传动机构、激光指示与测评机构、手臂捆绑与调整结构、整体框架及上位机软件六大部分，主要包括设备上基板、上臂位置调节滑块、上臂角度调节架、上臂固定板、前臂水平固定板、手腕夹持杆、摆臂限位支撑架、角度指示板、手掌夹持板、手掌夹持板固定杆、手掌夹持板高度固定块、摆臂安全限位开关、激光指示笔基座、摆臂固定环、应变片安装杆、指示板固定环、碳纤维摆臂固定块、碳纤维摆臂杆、手掌夹持板位置调节滑块、手腕夹持松紧调节旋钮、手腕夹持杆固定块、电机基座连接杆、电机、设备固定板、设备固定夹具、设备总基板、下基板、上下基板连接柱、保护壳及螺纹杆等部件。所述的手掌夹持结构是由碳纤维摆臂杆、手掌夹持板位置滑块、手掌夹持板、手掌夹持板固定杆及高度固定块组成；手掌夹持板位置滑块嵌套在碳纤维摆臂杆上，通过左右滑动，可自适应调节不同受试者的手掌位置，以便将受试者手掌整体包裹在内；两个手掌夹持板高度固定块，采用螺栓结构分别固定在手掌夹持板左右两侧，并嵌套在两根固定杆上；手掌夹持板位置滑块通过紧固螺丝安装在固定杆上，用于调整手掌夹持板远近位置及高度；此外，在夹持板内还设计衬入柔软材质来保护受试者手掌。所述电机与传动结构由电机、驱动电机固定盘、固定盘连接杆、联轴器传动轴、平面压力轴承、柱形连接块以及铝合金外罩组成；电机包含光电编码器及扭矩传感器，通过螺栓固定在电机固定盘上，并通过固定盘连接杆固定在设备总基板上；电机轴通过联轴器和传动轴相连接，实现电机扭矩输出；柱形连接块下方为平面压力轴承，两者同时穿过传动轴，并保持同心，手掌夹持结构中的碳纤维摆臂嵌插到柱形连接块中；铝合金外罩把三者套在其中，起到保护作用。所述激光指示与测评结构是由角度指示板、指示板固定环、摆臂限位支撑架、摆臂安全限位开关、应变片安装杆、激光指示笔基座、摆臂固定环及碳纤维固定块组成。具体安装方式是，角度指示板紧贴指示板固定环，通过螺栓结构固定两者的位置；角度指示板固定环安装在摆臂限位支撑架上方，并固定于基板；摆臂安全限位开关通过螺栓固定在摆臂固定环上；两根碳纤维固定杆的一端与电机输出轴连接，另一端与碳纤维固定块相结合，碳纤维固定块上通过螺丝固定有激光指示笔基座以及应变片安装杆，将激光指示笔嵌插入安装基座中，应变片安装在应变片安装杆的侧面，应变片安装杆采用螺栓固定在摆臂固定环的特定角度；该部分结构可实现的功能有手腕运动评测及康复训练。所述手臂捆绑与调整结构由上臂角度调节架、上臂位置调节滑块、上臂固定板、前臂水平固定板组成。具体安装方法为，上臂角度调节架和上臂固定板使用螺栓固定，并通过销轴和上臂位置调节滑块铰合，滑块下端的长条突出结构插入设备上基板的沟槽中，可进行前后位置调节，当上臂摆放到舒适的位置时，利用螺栓分别固定上臂角度调节架的角度及滑块位置。前臂水平固定板直接固定在基板上，两个固定板上都开有长条形孔以便扎带穿过，对受试者手臂进行绑定。所述整体框架包括设备上基板、设备总基板、设备固定夹具以及上下基板之间的铝合金支柱。上下基板通过四根相同规格的铝合金支柱进行固定连接，并采用设备固定夹具将其固定在轮椅或座椅上，进而方便受试者在轮椅或座椅上完成手腕康复训练。所述康复机器人的上位机软件提供用户使用的人机交互功能界面，可实现手腕康复机器人的工作模式选择，手腕运动特征信号采集、处理及评测，手腕康复训练方案制定及实施，数据储存及管理。与现有技术相比，本专利技术具有的显著优点为：1）本专利技术除了对手腕功能性障碍患者进行主被动康复训练，还可以对手腕功能做出评测；该设备可将手腕固定在不同角度，通过传感器实时采集手腕运动情况，给出评测结果及合适的训练方案，也可针对特定的任务进行手腕康复训练；2）本专利技术可直接固定在轮椅或座椅扶手上，安装简单，同时可针对不同的受试者特征进行舒适性调整，适用人群广，安全可靠；3）本专利技术的机械结构简单，重量轻，设备成本低，易于家庭使用。附图说明图1为一种新型手腕康复机器人的三维设计图。图2为手掌夹持部分结构的局部示意图。图3为手臂夹持调整的结构局部示意图。具体实施方式如图1所示，新型手腕康复机器人主要部件包括角度指示板[8]、指示板固定环[16]、摆臂固定环[14]、应变片安装杆[15]、激光指示笔基座[13]、连接块[17]；角度指示板安装固定在指示板固定环上，并与设备总框架相连接，激光笔基座通过连接块和碳纤维摆臂相连接，应变片安装杆插入连接块中，并通过连接块与碳纤维摆臂相连接。具体使用方法是：将激光笔插入激光笔指示基座中，上下调节激光笔角度，可实现将激光点投射在角度指示板上，指示摆臂角度；应变片安装杆侧面安装有箔式应变片，将螺钉插入应变片安装杆前端的通孔中，固定到摆臂固定环上对应角度的螺纹孔中，与电机的光电编码器及扭矩传感器一起采集受试者的手腕运动特征，可实现对受试者手腕运动（如手腕震颤）评测。如图2所示，受试者手腕加持松紧调节是通过手腕夹持松紧调节旋钮[20]、手腕夹持杆固定块[21]、螺纹杆[30]、手腕夹持杆[6]来实现；碳纤维摆臂[18]、手掌夹持板[9]、手掌夹持板位置滑块[19]、手掌夹持板高度固定块[11]和手掌夹持板固定杆[10]可实现对受试者手掌高度及位置的舒适性调节。具体实施过程为：将受试者手腕夹在两根手腕夹持杆中，将手掌伸入手掌夹持板内，调节手掌夹持板位置滑块距离，使夹持板将受试者手掌中部包夹在内，同时调整夹持板高度使受试者手掌处于舒适放松位置。如图1和图3所示，上臂固定板[4]连接上臂角度调节架[3]，调节架和上臂位置调节滑块[2]通过销轴铰合，滑块嵌入在上基板[1]的沟槽中，通过上述结构可实现受试者上肢前后位置调节以及上臂的倾斜角度调节，滑块[2]左侧安装有紧固螺丝，用来固定上臂的倾斜角度；前臂水平固定板[5]平行放置，角度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.所述新型手腕康复机器人，其结构特征在于，包括设备上基板[1]、上臂位置调节滑块[2]、上臂角度调节架[3]、上臂固定板[4]、前臂水平固定板[5]、手腕夹持杆[6]、摆臂限位支撑架[7]、角度指示板[8]、手掌夹持板[9]、手掌夹持板固定杆[10]、手掌夹持板高度固定块[11]、摆臂安全限位开关[12]、激光指示笔基座[13]、摆臂固定环[14]、应变片安装杆[15]、指示板固定环[16]、碳纤维摆臂固定块[17]、碳纤维摆臂杆[18]、手掌夹持板位置调节滑块[19]、手腕夹持松紧调节旋钮[20]、手腕夹持杆固定块[21]、电机基座连接杆[22]、电机[23]、设备固定板[24]、设备固定夹具[25]、设备总基板[26]、下基板[27]、上下基板连接柱[28]、保护壳[29]及螺纹杆[30]；所述电机包含有扭矩传感器及光电编码器，可实现力矩及转速控制，并通过联轴器与传动电机输出轴相连，电机基座连接杆将电机固定在设备总基板上；手掌夹持板位置滑块嵌套在碳纤维摆臂杆上；应变片安装杆插入到碳纤维摆臂上，激光指示笔基座通过螺丝安装固定在碳纤维摆臂固定块上；摆臂安全限位开关通过螺栓固定在摆臂固定环上；角度指示板通过螺栓固定在指示板固定环上，并与摆臂限位支撑架相连接，一起安装在设备基板上；上臂固定板固定在上臂角度调节架上，并通过销轴和上臂位置调节滑块连接；调节滑块左侧设计有通孔，将螺栓插入该通孔并穿过角度调节架的弧形槽孔，螺栓另一侧采用螺母旋紧到适当位置，实现角度调节架的倾斜角度固定；上臂固定板、上臂角度调节架和位置调节滑块三者一起固定在设备基板上。...

【技术特征摘要】
1.所述新型手腕康复机器人，其结构特征在于，包括设备上基板[1]、上臂位置调节滑块[2]、上臂角度调节架[3]、上臂固定板[4]、前臂水平固定板[5]、手腕夹持杆[6]、摆臂限位支撑架[7]、角度指示板[8]、手掌夹持板[9]、手掌夹持板固定杆[10]、手掌夹持板高度固定块[11]、摆臂安全限位开关[12]、激光指示笔基座[13]、摆臂固定环[14]、应变片安装杆[15]、指示板固定环[16]、碳纤维摆臂固定块[17]、碳纤维摆臂杆[18]、手掌夹持板位置调节滑块[19]、手腕夹持松紧调节旋钮[20]、手腕夹持杆固定块[21]、电机基座连接杆[22]、电机[23]、设备固定板[24]、设备固定夹具[25]、设备总基板[26]、下基板[27]、上下基板连接柱[28]、保护壳[29]及螺纹杆[30]；所述电机包含有扭矩传感器及光电编码器，可实现力矩及转速控制，并通过联轴器与传动电机输出轴相连，电机基座连接杆将电机固定在设备总基板上；手掌夹持板位置滑块嵌套在碳纤维摆臂杆上；应变片安装杆插入到碳纤维摆臂上，激光指示笔基座通过螺丝安装固定在碳纤维摆臂固定块上；摆臂安全限位开关通过螺栓固定在摆臂固定环上；角度指示板通过螺栓固定在指示板固定环上，并与摆臂限位支撑架相连接，一起安装在设备基板上；上臂固定板固定在上臂角度调节架上，并通过销轴和上...

【专利技术属性】
技术研发人员：任海川，刘艳红，张赞，王国康，霍本岩，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南,41