一种手臂康复训练装置及该装置的重力补偿计算方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及医疗器械技术领域，具体提供一种手臂康复训练装置及该装置的重力补偿计算方法，其手臂康复训练装置包括：旋转组件，包括第一驱动电机、支撑调节架、第一扭矩传感器和旋转固定件，所述第一驱动电机安装于所述支撑调节架上，所述第一扭矩传感器用于安装在所述支撑调节架上并与所述第一驱动电机的输出轴固定连接，所述旋转固定件用于安装在所述第一扭矩传感器上，以固定手腕；屈伸组件，包括第二驱动电机、固定架、第二扭矩传感器和屈伸固定件；其中，第一扭矩传感器和第二扭矩传感器的设置，使得装置的训练模式能够根据用户需要进行调整成被动模式或者主动模式，以使装置更好地适应屈伸和旋转两个不同的训练，有利于加快用户的恢复。用户的恢复。用户的恢复。

【技术实现步骤摘要】
一种手臂康复训练装置及该装置的重力补偿计算方法


[0001]本专利技术涉及医疗器械
，具体而言，涉及一种手臂康复训练装置及该装置的重力补偿计算方法。

技术介绍

[0002]根据全民健身调查显示，我国有经常参加体育运动习惯的人数已经达到了总人口的三分之一，数量庞大，但其中有百分之四十的人经历不同程度的运动创伤，需要进行科学的康复治疗，以帮助患者恢复其在伤害前的身体水平，并防止再次受伤。
[0003]运动创伤中最常见的上肢损伤，包括腕关节，肘关节和肩关节的损伤。肘关节是由包在一个关节囊内的肱桡关节、肱尺关节和上尺桡关节三个关节组成的一个复合式关节，是连接上臂和前臂，并协调肩关节、前臂和腕关节运动的一个重要关节。肘关节在上臂和前臂肌肉作用下可实现绕两个运动轴的旋转，即绕额状轴的屈曲、伸直运动和绕垂直轴的旋内、旋外运动。一旦肘关节受伤以后，其运动功能受限，会严重影响患者的日常生活和工作。
[0004]现有的肘关节康复训练装置依靠前臂臂托和绑带固定患者的前臂，并由前臂臂托带动前臂运动；该种装置的训练模式基本是被动运动，功能单一，且该种装置的用户差异自适应特性差，不能很好的适应屈伸和旋转两个不同的训练过程。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在解决现有肘关节康复训练装置的训练模式基本是被动运动，功能单一，且该种装置的用户差异自适应特性差的问题。
[0006]为解决上述问题，本专利技术提出如下技术方案：
[0007]一种手臂康复训练装置，包括：旋转组件，包括第一驱动电机、支撑调节架、第一扭矩传感器和旋转固定件，所述第一驱动电机安装于所述支撑调节架上，所述第一扭矩传感器用于安装在所述支撑调节架上并与所述第一驱动电机的输出轴固定连接，所述旋转固定件用于安装在所述第一扭矩传感器上，以固定手腕；
[0008]屈伸组件，包括第二驱动电机、固定架、第二扭矩传感器和屈伸固定件，所述第二驱动电机安装于所述固定架上，所述第二扭矩传感器用于安装在所述固定架上并与所述第二驱动电机的输出轴固定连接，所述屈伸固定件用于安装在所述固定架上，以固定前臂，且所述屈伸固定件与所述支撑调节架相连接；
[0009]固定组件，包括角度调节件和上臂固定件，所述上臂固定件通过所述角度调节件与所述固定架呈角度连接，所述上臂固定件用于固定上臂；
[0010]控制模块，包括控制电路板、电机驱动器和姿态传感器，所述姿态传感器设置于所述上臂固定件上，两个所述电机驱动器分别与所述第一驱动电机、所述第二驱动电机相连接，所述第一扭矩传感器、所述第二扭矩传感器、所述电机驱动器和所述姿态传感器均与所述控制电路板通信连接，以将采集的数据传输给所述控制电路板进行数据处理。
[0011]本专利技术提供的一种手臂康复训练装置，相较于现有技术，具有但不局限于以下有
益效果：
[0012]旋转组件中的旋转固定件用于固定在手腕上，屈伸组件中的屈伸固定件用于固定在前臂上，固定组件的上臂固定件用于固定在上臂上，当旋转组件中的第一驱动电机转动时，第一驱动电机的输出轴带动第一扭矩传感器转动，并通过第一扭矩传感器带动旋转固定件转动，进而旋转固定件带动用户手腕转动，用户的手腕以第一驱动电机的输出轴所在的直线为转轴进行自转，以使用户的前臂得到旋前、旋后训练，当屈伸组件中的第二驱动电机转动时，第二驱动电机的输出轴带动第二扭矩传感器转动，并通过第二扭矩传感器带动屈伸固定件转动，进而屈伸固定件带动用户的前臂转动，用户的前臂以第二驱动电机的输出轴所在的直线为转轴进行转动，以使用户的肘关节得到屈伸训练；其中，第一扭矩传感器和第二扭矩传感器的设置，使得装置的训练模式能够根据用户需要进行调整成被动模式或者主动模式，以使装置更好地适应屈伸和旋转两个不同的训练，有利于加快用户的恢复；第一扭矩传感器和第二扭矩传感器将扭力的物理变化数据转换成精确的电信号传输给控制模块的控制电路板，第二驱动电机内置的编码器和姿态传感器检测到的装置运动姿态数据传输给控制模块，控制模块根据上述信号和数据进行计算，以确定旋转组件和屈伸组件的重力力矩，控制模块根据手臂的运动位置信息确定用于补偿上述重力力矩所需的力矩的大小和方向，并生成控制信号以控制第二驱动电机，使得第二驱动电机产生与重力方向相反的输出力矩，可平衡因旋转组件和屈伸组件的重力影响产生的下坠；当装置处于动态时，通过重力补偿，装置的动态跟踪误差小，控制更柔顺。
[0013]优选地，所述支撑调节架包括连接环和两个对称设置于所述连接环一侧的滑动支架，所述第一驱动电机设置于所述连接环远离所述滑动支架的一侧，所述第一扭矩传感器用于安装在所述连接环设置有所述滑动支架的一侧，且所述第一扭矩传感器与所述第一驱动电机的输出轴固定连接；
[0014]所述旋转固定件包括旋转手柄，所述旋转手柄的一端设有连接槽，所述第一扭矩传感器位于所述连接槽内，所述连接槽的侧壁设置有旋转限位槽；所述连接环的侧壁设置有旋转限位块，所述旋转限位块用于与所述旋转限位槽转动连接；所述旋转手柄的另一端具有抓杆，所述抓杆用于供手部抓握。
[0015]优选地，所述旋转固定件还包括夹板绑带以及对称设置在所述旋转手柄两侧的第一夹板和第二夹板，所述夹板绑带用于连接所述第一夹板和所述第二夹板。
[0016]优选地，所述固定架包括底板以及对称设置在所述底板一侧的第一限位环、第二限位环，所述第二驱动电机设置于所述第一限位环的远离所述第二限位环的一侧，所述第二扭矩传感器用于安装在所述第一限位环靠近所述第二限位环的一侧，且所述第二扭矩传感器与所述第二驱动电机的输出轴固定连接；
[0017]所述屈伸固定件包括第一连接臂、第二连接臂和转动轴承，所述第一连接臂的一端用于与所述第二扭矩传感器相连接，所述第一连接臂的另一端用于与所述滑动支架相连接；所述第二连接臂的一端用于通过所述转动轴承与所述第二限位环转动连接，所述第二连接臂的另一端用于与另一个所述滑动支架相连接。
[0018]优选地，所述第一连接臂的一端设置有传感器槽，所述第二扭矩传感器位于所述传感器槽内，所述传感器槽的侧壁设置有第一屈伸限位槽；所述第一限位环的侧壁设置有第一限位块，所述第一限位块用于与所述第一屈伸限位槽转动连接；
[0019]所述第二连接臂的一端设置有轴承槽，所述转动轴承位于所述轴承槽内并与所述轴承槽转动连接，所述轴承槽的侧壁设置有第二屈伸限位槽；所述第二限位环的侧壁设置有第二限位块，所述第二限位块用于与所述第二屈伸限位槽转动连接。
[0020]优选地，所述第一连接臂与所述滑动支架相连接的一端设置有条形滑动槽，且所述第一连接臂上正对所述条形滑动槽处贯穿设置有螺纹孔；
[0021]所述滑动支架上贯穿设置有滑动限位槽，所述滑动支架与所述条形滑动槽滑动连接，且所述滑动限位槽用于与所述螺纹孔相对齐，并通过调节螺栓实现固定。
[0022]优选地，所述屈伸固定件还包括前臂安装架和前臂压板，所述前臂安装架的两侧分别与所述第一连接臂、所述第二连接臂固定连接，所述前臂压板用于将前臂固定在所述前臂安本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种手臂康复训练装置，其特征在于，包括：旋转组件(1)，包括第一驱动电机(11)、支撑调节架(12)、第一扭矩传感器(13)和旋转固定件(14)，所述第一驱动电机(11)安装于所述支撑调节架(12)上，所述第一扭矩传感器(13)用于安装在所述支撑调节架(12)上并与所述第一驱动电机(11)的输出轴固定连接，所述旋转固定件(14)用于安装在所述第一扭矩传感器(13)上，以固定手腕；屈伸组件(2)，包括第二驱动电机(21)、固定架(22)、第二扭矩传感器(23)和屈伸固定件(24)，所述第二驱动电机(21)安装于所述固定架(22)上，所述第二扭矩传感器(23)用于安装在所述固定架(22)上并与所述第二驱动电机(21)的输出轴固定连接，所述屈伸固定件(24)用于安装在所述固定架(22)上，以固定前臂，且所述屈伸固定件(24)与所述支撑调节架(12)相连接；固定组件(3)，包括角度调节件(31)和上臂固定件(32)，所述上臂固定件(32)通过所述角度调节件(31)与所述固定架(22)呈角度连接，所述上臂固定件(32)用于固定上臂；控制模块(4)，包括控制电路板、电机驱动器和姿态传感器(41)，所述姿态传感器(41)设置于所述上臂固定件(32)上，两个所述电机驱动器分别与所述第一驱动电机(11)、所述第二驱动电机(21)相连接，所述第一扭矩传感器(13)、所述第二扭矩传感器(23)、所述电机驱动器和所述姿态传感器(41)均与所述控制电路板通信连接，以将采集的数据传输给所述控制电路板进行数据处理。2.根据权利要求1所述的手臂康复训练装置，其特征在于，所述支撑调节架(12)包括连接环(121)和两个对称设置于所述连接环(121)一侧的滑动支架(122)，所述第一驱动电机(11)设置于所述连接环(121)远离所述滑动支架(122)的一侧，所述第一扭矩传感器(13)用于安装在所述连接环(121)设置有所述滑动支架(122)的一侧，且所述第一扭矩传感器(13)与所述第一驱动电机(11)的输出轴固定连接；所述旋转固定件(14)包括旋转手柄(141)，所述旋转手柄(141)的一端设有连接槽(142)，所述第一扭矩传感器(13)位于所述连接槽(142)内，所述连接槽(142)的侧壁设置有旋转限位槽(143)；所述连接环(121)的侧壁设置有旋转限位块(123)，所述旋转限位块(123)用于与所述旋转限位槽(143)转动连接；所述旋转手柄(141)的另一端具有抓杆(144)，所述抓杆(144)用于供手部抓握。3.根据权利要求2所述的手臂康复训练装置，其特征在于，所述旋转固定件(14)还包括夹板绑带(145)以及对称设置在所述旋转手柄(141)两侧的第一夹板(146)和第二夹板(147)，所述夹板绑带(145)用于连接所述第一夹板(146)和所述第二夹板(147)。4.根据权利要求2所述的手臂康复训练装置，其特征在于，所述固定架(22)包括底板(221)以及对称设置在所述底板(221)一侧的第一限位环(222)、第二限位环(223)，所述第二驱动电机(21)设置于所述第一限位环(222)的远离所述第二限位环(223)的一侧，所述第二扭矩传感器(23)用于安装在所述第一限位环(222)靠近所述第二限位环(223)的一侧，且所述第二扭矩传感器(23)与所述第二驱动电机(21)的输出轴固定连接；所述屈伸固定件(24)包括第一连接臂(241)、第二连接臂(242)和转动轴承(243)，所述第一连接臂(241)的一端用于与所述第二扭矩传感器(23)相连接，所述第一连接臂(241)的另一端用于与所述滑动支架(122)相连接；所述第二连接臂(242)的一端用于通过所述转动轴承(243)与所述第二限位环(223)转动连接，所述第二连接臂(242)的另一端用于与另一
个所述滑动支架(122)相连接。5.根据权利要求4所述的手臂康复训练装置，其特征在于，所述第一连接臂(241)的一端设置有传感器槽(244)，所述第二扭矩传感器(23)位于所述传感器槽(244)内，所述传感器槽(244)的侧壁设置有第一屈伸限位槽(245)；所述第一限位环(222)的侧壁设置有第一限位块(224)，所述第一限位块(224)用于与所述第一屈伸限位槽(245)转动连接；所述第二连接臂(242)的一端设置有轴承槽(246)，所述转动轴承(243)位于所述轴承槽(246)内并与所述轴承槽(246)转动连接，所述轴承槽(246)的侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋涛，左国坤，徐佳琳，张佳楫，施长城，胡静艳，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：