一种上肢多关节等速训练测试装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种上肢多关节等速训练测试装置，在测试训练座椅上，安装上肢测试训练机械臂，包括由六个独立控制的电机依次连接的七段连杆，包括连接所述座椅的第一连杆和末端的手柄，使用时，测试者的手臂穿入转盘轴承的内圈，并向前握住手柄。训练或测试工作时，控制中心基于旋量理论，再结合所述位置传感器及所述力矩传感器的反馈信息，计算出各个驱动参数，并输出以驱动六个关节处的六台电机旋转，实现位于多关节末端的手柄的等速运动，从而控制各个连杆带动测试者的手臂作等速训练及测试。本发明专利技术公开的上肢多关节等速训练测试装置，极大地简化了等速训练测试装置的结构，提高了控制效率。

A testing device for isokinetic training of multi joints of upper limbs

【技术实现步骤摘要】
一种上肢多关节等速训练测试装置
本专利技术涉及医疗康复及运动健身领域，尤其涉及一种上肢多关节等速训练测试装置。
技术介绍
人体或动物体，都是靠肌肉收缩产生力，驱动肌肉两端所连接的骨骼绕骨骼之间的关节进行旋转运动。肌肉收缩，一般可划分为两种基本动作：等张收缩(Isotoniccontraction)，即肌肉输出张力保持恒定而肌肉长度发生变化；和等长收缩(Isometriccontraction)，即肌肉长度保持恒定而肌肉输出张力发生变化。当然，大多数的肌肉收缩，都是以上两种的结合。医疗康复及运动健身，主要就是让肌肉运动。目前提出来一种新的等速运动的测试训练概念：在关节运动过程中，施加在骨骼末端的阻力产生变化，使得骨骼末端的运动速度保持为恒定。通常做法是：预先在等速装置上设定好运动速度，在测试过程中，阻力变化，使得肌肉用力仅使肌肉力量增加及力矩输出增加，而不改变运动过程中末端骨骼运动的角速度大小，即将运动速度保持为恒定，从而测得等速肌力。在等速运动中，肢体围绕其关节某一轴进行旋转的角速度保持为不变，但肌纤维长度或缩短或被拉伸，故也是一种动力性收缩，只是输出动力并不保持恒定，即为一种不等张收缩。同时在等速训练时，为了保持末端骨骼运动的角速度不变，等速仪器所提供的是一种顺应性阻力，即阻力大小是随肌肉收缩张力的大小而变化的，这也使得肌肉产生不等长收缩。即在等速运动中，肌肉收缩是兼有等张收缩和等长收缩的某些特点，故是一种特殊的肌肉收缩方式。等速肌力测试的结果可用于各种原因所致的运动系统损伤的辅助诊断、康复治疗、疗效评定和预防。目前，临床上越来越多地运用等速肌力测试来定量评定膝关节骨性关节炎(KOA)或功能障碍、脑卒中、前交叉韧带(ACL)重建术等患者的肌肉功能障碍程度，从而制定针对性的康复目标和计划，为系统康复治疗提供科学依据。人体的上肢，即手臂就是一种多关节机构，从近端到远端，依次包括将上臂连接于肩部的肩关节、连接于上臂和下臂之间的肘关节、和连接于下臂与手之间的腕关节。其中，所述肩关节可作三个方向的旋转运动，包括：内外翻转运动(侧向抬起和放下上臂)、屈伸运动(前后甩动上臂)和内外旋转运动(水平扭动上臂)；所述肘关节可作屈伸运动(抬起和放下前臂)；所述腕关节可作屈伸运动(前后翻转手部)和旋转运动(上下翻转手部)。但如今市场上等速测试训练仪器产品大多被国外技术封锁，体积较大，质量较重，售价高昂，并且产品也只能针对不同的单关节进行测试训练，测试效率低且效果不佳。因此，研究设计新型的上肢多关节等速测试训练的装置，具有深远的现实意义。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种上肢多关节等速训练测试装置。为实现上述目的，本专利技术首先提供了一种上肢多关节等速训练测试装置，包括安装在一个测试训练座椅上的上肢测试训练机械臂，所述机械臂包括通过六个电机依次连接的七段连杆，所述连杆包括连接所述座椅的第一连杆和末端的手柄；所述电机可单独控制，包括：用于控制上肢肩部沿三个方向旋转的三台肩部电机：肩关节内外翻转电机、肩关节屈伸电机和肩关节内外旋转电机；用于控制肘部作上下旋转的肘关节屈伸电机；用于控制手掌上下翻动的腕关节屈伸电机；和用于控制前臂沿轴向翻转的前臂旋转电机；所述三台肩部电机的三个旋转轴线，相交于肩窝点；所述肩关节内外旋转电机的旋转轴线与所述肘关节屈伸电机的旋转轴线，相交于肘关节中心；所述腕关节屈伸电机的旋转轴线和所述前臂旋转电机的旋转轴线，相交于腕关节中心；所述肩窝点与所述肘关节中心之间设有供测试者的臂部穿过的转盘轴承；每台所述电机上安装有位置传感器及力矩传感器，用于检测与所述电机连接的两段连杆之间的相对运动。优选地，各个电机通过交叉滚子轴承连接在相应的连杆上。优选地，肘部连杆固定连接所述转盘轴承的外圈，所述肩关节内外旋转电机使用齿轮传动驱动所述转盘轴承的外圈转动。优选地，每一电机的转子连接的连杆上，还装有角度限位装置，用于防止两条连杆之间的转角超过设定的限值。优选地，测试者的手掌握住所述手柄，所述前臂旋转电机驱动所述手柄横向转动。优选地，所述座椅包括椅面和椅背，所述椅背上设有滑轨，所述机械臂的第一连杆可拆卸地安装于所述滑轨上，可沿所述滑轨平移。优选地，所述椅背与所述椅面之间的角度可调整。优选地，所述连杆的长度可调节，包括可相对滑动后固定的两部分，以适应人体的关节距离。优选地，所述上肢多关节等速训练测试装置还包括一控制中心，所述控制中心基于旋量理论，并结合所述位置传感器及所述力矩传感器的反馈，计算并输出各参数控制各电机的旋转，实现所述手柄的等速运动。更优选地，所述控制中心通过PID控制方法控制各电机实现等速运动。本专利技术中，所述的上肢多关节等速训练测试装置的使用方法，包括以下步骤：a.测试者坐于所述座椅上；b.测试者的手臂穿入所述转盘轴承的内圈；c.测试者的肩部关节中心位于所述肩窝点，测试者的肘部关节中心位于所述肘关节中心，测试者的腕部关节中心位于所述腕关节中心；d.测试者的手掌握住所述手柄；e.在所述位置传感器及所述力矩传感器的反馈下，基于旋量理论，控制各电机的旋转，实现所述手柄的等速运动。优选地，所述步骤e中，通过PID控制方法控制各电机实现等速运动。技术效果本专利技术提供了一种上肢多关节等速训练测试装置，在测试训练座椅上，安装上肢测试训练机械臂，包括由六个独立控制的电机依次连接的七段连杆，包括连接所述座椅的第一连杆和末端的手柄，使用时，测试者的手臂穿入转盘轴承的内圈，并向前握住手柄。训练或测试工作时，控制中心基于旋量理论，再结合所述位置传感器及所述力矩传感器的反馈信息，计算出各个驱动参数，并输出以驱动六个关节处的六台电机旋转，实现位于多关节末端的手柄的等速运动，从而控制各个连杆带动测试者的手臂作等速训练及测试。本专利技术公开的上肢多关节等速训练测试装置，极大地简化了等速训练测试装置的结构，提高了控制效率。以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。附图说明图1是本专利技术的一个较佳实施例的上肢多关节等速训练测试装置的整体结构示意图；图2是本专利技术的一个较佳实施例的上肢测试训练机械臂的整体结构示意图；图3是本专利技术的一个较佳实施例的上肢多关节等速训练测试装置的使用方法流程图。图中，1.椅背、2.椅面、3.底座、4.肩关节内外翻转电机、5.连杆、6.连接滑块、7.肩关节屈伸电机、8.肩关节内外旋转电机、9.转盘轴承、10.肘关节屈伸电机、11.传动齿轮、12.腕关节屈伸电机、13.手柄、14.前臂旋转电机、20.机械臂。具体实施方式以下参考说明书附图介绍本专利技术的多个优选实施例，使其
技术实现思路
更加清楚和便于理解。本专利技术可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本专利技术的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种上肢多关节等速训练测试装置，其特征在于，包括安装在一个测试训练座椅上的上肢测试训练机械臂，所述机械臂包括通过六个电机依次连接的七段连杆，所述连杆包括连接所述座椅的第一连杆和末端的手柄；/n所述电机可单独控制，包括：/n用于控制上肢肩部沿三个方向旋转的三台肩部电机：肩关节内外翻转电机、肩关节屈伸电机和肩关节内外旋转电机；/n用于控制肘部作上下旋转的肘关节屈伸电机；/n用于控制手掌上下翻动的腕关节屈伸电机；和/n用于控制前臂沿轴向翻转的前臂旋转电机；/n所述三台肩部电机的三个旋转轴线，相交于肩窝点；/n所述肩关节内外旋转电机的旋转轴线与所述肘关节屈伸电机的旋转轴线，相交于肘关节中心；/n所述腕关节屈伸电机的旋转轴线和所述前臂旋转电机的旋转轴线，相交于腕关节中心；/n所述肩窝点与所述肘关节中心之间设有供测试者的臂部穿过的转盘轴承；/n每台所述电机上安装有位置传感器及力矩传感器，用于检测与所述电机连接的两段连杆之间的相对运动。/n

【技术特征摘要】
1.一种上肢多关节等速训练测试装置，其特征在于，包括安装在一个测试训练座椅上的上肢测试训练机械臂，所述机械臂包括通过六个电机依次连接的七段连杆，所述连杆包括连接所述座椅的第一连杆和末端的手柄；
所述电机可单独控制，包括：
用于控制上肢肩部沿三个方向旋转的三台肩部电机：肩关节内外翻转电机、肩关节屈伸电机和肩关节内外旋转电机；
用于控制肘部作上下旋转的肘关节屈伸电机；
用于控制手掌上下翻动的腕关节屈伸电机；和
用于控制前臂沿轴向翻转的前臂旋转电机；
所述三台肩部电机的三个旋转轴线，相交于肩窝点；
所述肩关节内外旋转电机的旋转轴线与所述肘关节屈伸电机的旋转轴线，相交于肘关节中心；
所述腕关节屈伸电机的旋转轴线和所述前臂旋转电机的旋转轴线，相交于腕关节中心；
所述肩窝点与所述肘关节中心之间设有供测试者的臂部穿过的转盘轴承；
每台所述电机上安装有位置传感器及力矩传感器，用于检测与所述电机连接的两段连杆之间的相对运动。


2.根据权利要求1所述的上肢多关节等速训练测试装置，其特征在于，各个电机通过交叉滚子轴承连接在相应的连杆上。


3.根据权利要求1所述的上肢多关节等速训练测试装置，其特征在于，肘部连杆固定连接所述转盘轴承的外圈，所述肩关节内外旋转电机使用齿轮传动驱动所述转盘轴承的外圈转动。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洪海，周子良，刘金标，陈汉威，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31