一种气动驱动型腕关节康复机器人装置的制作方法

本发明涉及康复训练机器人技术领域，特别是涉及一种气动驱动型腕关节康复机器人装置。

背景技术：

随着人口老龄化的加剧、自然灾害增多，腕关节损伤的发病率也逐年增加，受伤后通常会采用手术治疗或固定的治疗手段，但是长期固定会使其结缔组织纤维融合，从而导致关节僵直，甚至丧失运动功能；传统的康复训练手法具有增加医生的训练强度，人工投入成本大，康复效率低等缺点。

所以使用器械甚至是机器人来进行康复训练是现在主要的康复手段，此类康复器结构复杂、价格昂贵，已不能满足人们对康复器械越来越高的要求；为了达到更好的康复效果，迫切需要一种能够满足安全性、柔顺性、轻巧性特点的新型手腕康复装置；针对传统康复训练手法等出现的各种缺点，腕关节康复机器人装置在腕关节恢复训练中将会发挥越来越重要的作用。

腕关节由桡腕关节、腕间关节和下尺桡关节等组成，目前市面上可做的腕关节康复的机器人装置可做屈伸，收展及环转运动，大多存在柔性不足，结构复杂，成本高昂等，不能在有效的时间内提升治疗效率的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是：为了解决上述技术问题，提供一种气动驱动型腕关节康复机器人装置，通过对腕关节实现气动驱动型的康复训练，能够使得腕关节进行屈伸和环转运动康复，促进患者关节活动和运动能力的恢复，最终实现患者腕关节的康复。

为了实现上述的目的，本发明提供了如下的技术方案：小车3位于t字环形轨道2上，并且t字环形轨道连接在支架1上，为了满足支架的稳定性，所以支架的下方安装基座19。其中小车3是靠轮毂电机来实现在该t字型环形轨道2上运动。在小车3上面安装有电机3-1，并且电机3-1的电机轴连接着卷线滚筒3-3，在它们中间通过联轴器3-2来连接卷线滚筒3-3的轴和电机轴，其联轴器的主要功能是使之共同旋转以传递扭矩。在小车下面安装靠电机3-4带动的驱动轴3-8，和从动轴3-7分别通过弹簧3-5连接，可以保持小车3在任何位置保持停止和启动的状态，并且分别安装有轮子3-6。通过卷线滚筒3-3的绳索连接气动人工肌肉4，同样地，绳索的伸缩也可以通过借助采用气动控制系统来驱动气动人工肌肉4实现伸缩运动，并且气动人工肌肉4可以使绳索保持在自然放松且垂直状态。同时气动人工肌肉4的另一端安装着绳索，并且连接在手套6的一面，患者的手部可以不分左右手和正反面伸入手套中。同样地，对于下半部分。小车11位于t字形环形轨道2上，小车11的运动形式、其上面的装置、以及装置间安装连接方法等与上述的描述完全一样。拉力传感器8的一端通过绳索与卷线滚筒3-3相连接，另一端与气动人工肌肉7相连。气动人工肌肉7的另一端通过多股绳索与手套的另一面相连接。

相对于t字环形轨道上半部分的运动过程，小车3通过主驱动轴3-8和从动轴3-7，靠轮子3-6在弹簧3-5的作用下夹持着t字环形轨道在轮毂电机3-1的带动下运动，并且轮毂电机3-1在运行开始时，通过绳索保持整个运动机构的预紧状态。气动人工肌肉4的一端通过绳索与小车上面的卷线滚筒3-3连接，另一端通过多股绳索与多功能手套6的一面保持连接。气动控制系统供给气动人工肌肉4内部压力，其中该气动控制系统首先是由空气压缩机16来提供压缩空气，通过气管进入具有去除压缩空气中水蒸气作用的空气过滤器15和可以实现对气压成比例输出的电气比例压力阀14。接着由气管连接着具有润滑作用的油雾器13，然后采用两位三通电磁换向阀12，最后进入气动人工肌肉4的进气口，当换向阀12的电磁铁通电时，进入压缩空气的气动人工肌肉4在充气状态缩短变形，从而产生拉伸力，使得多功能手套通过绳索带动患者的手腕实现康复运动，同时气动人工肌肉4的内部气体流量靠电气比例流量阀17调节保持不变。

气动人工肌肉4内部的压缩空气在换向阀12换向后，流经换向阀12、电气比例流量阀17、消音器18流向大气中，其中，气动人工肌肉4内部气体压力的控制通过与换向阀12的出气口相连接的电气比例流量阀17实现。

综上所述，患者将手伸入多功能手套6中，同时胳膊放在椅子10的托体上通过绑带9固定。多功能手套6通过气动人工肌肉4的充气和放气可以实现手腕的屈伸运动；另外，通过小车3上面电机3-1的转动，带动卷线滚筒3-3转动相同角度来收放绳索和电机3-4控制主驱动轴带动从动轴通过轮子3-6在t字环形轨道上运动，可以实现手腕的屈伸运动和垂直面上以小臂为轴的环转运动。

接着，安装于t字环形轨道下半部分的整体装置、运动形式、以及装置安装连接方式，除了多了拉力传感器8之外，其余和安装于t字环形轨道上半部分的整体装置、运动形式、以及装置安装连接方式是对立且一样的。其中拉力传感器8在整体装置开始运动时起到预紧绳索的目的，一方面如果拉力传感器8接受到的拉力信号数值大于绳索预紧力规定值时，小车11上的轮毂电机11-1停止转动的同时，卷线滚筒11-3停止收紧绳索，保持预紧力；另一方面如果拉力传感器8接受到的拉力信号数值小于预紧力规定值时，小车11上的轮毂电机11-1转动带动卷线滚筒11-3继续收紧绳索，一直到拉力信号数值等于预紧力规定值时，轮毂电机停止转动，拉力保持。

最后，对于该一种气动驱动型腕关节康复机器人装置，通过一系列的控制系统首先t字环形轨道上半部分运动，接着下半部分运动，最后上半部分和下半部分复合运动，这样既能实现手腕的屈伸运动，又能实现垂直面上以小臂为轴的环转运动。

本发明相对于现有技术取得了以下的技术成果：本发明可对患者腕关节进行屈伸运动的同时，又能实现环转运动的康复形式，丰富了腕关节的康复形式，节省了医疗资源，使得更多的医生可以投入到其它的工作中，提高了工作效率和患者对于康复的积极性，并且针对于这种复杂的手腕关节提出了一种新的全面的康复手段，具有较高的适用性，有效提高了康复训练机器人的利用效率。

附图说明

图1为本发明针对腕关节进行康复运动的机器人装置的整体结构示意图；

图2为本发明中在小车上安装的整体结构示意图；

图3为本发明中多功能手套图；

图4为本发明中椅子示意图。

其中：图1中：1为t字环形轨道支架、2为t字环形轨道、3为小车、4为气动人工肌肉、5为绳索、6为多功能手套、7为气动人工肌肉、8为拉力传感器、9为绑带、10为椅子、11为小车、12为两位三通电磁换向阀、13为油雾器、14为电气比例压力阀、15为空气过滤器、16为空气压缩机、17为电气比例流量阀、18为消音器、19为t字环形轨道支架的基座。

图2中：3-1为电机、3-2为联轴器、3-3为卷线滚筒、3-4为主驱动轴电机、3-5为弹簧、3-6为轮子、3-7为从驱动轴、3-8为主驱动轴；

图3中：6多功能手套；

图4中：10-1椅子本体、10-2上肢托体。

具体实施方式

本发明的目的是提供一种气动驱动型腕关节康复机器人装置，以解决现代技术中存在训练模式单一的缺点，并通过对于腕关节实现屈伸和环转运动的康复训练，能够使得腕关节在康复机器人装置的辅助下能够更好地进行恢复训练，提高康复效率。

为了使本发明上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供了一种气动驱动型腕关节康复机器人装置，其中小车3位于t字环形轨道2上，并且t字环形轨道连接在支架1上，为了满足支架的稳定性，所以支架的下方安装基座19。小车3是靠轮毂电机来实现在该t字型环形轨道2上运动。如图2所示，在小车3上面安装有电机3-1，并且电机3-1的电机轴连接着卷线滚筒3-3，在它们中间通过运用联轴器3-2来连接卷线滚筒3-3的轴和电机轴，其联轴器的主要功能是使之共同旋转以传递扭矩。在小车下面安装靠电机3-4带动的驱动轴3-8，和从动轴3-7分别通过弹簧3-5连接，可以保持小车3在任何位置保持停止和启动的状态，并且分别安装有轮子3-6。如图3所示，多功能手套6的一面通过多股绳索5与气动人工肌肉4相连接，气动人工肌肉4具有重量小，柔顺性好，小型化的特点，在充放气过程中气动人工肌肉4伸长与缩短通过绳索5带动手套运动。如图4所示，患者坐在椅子本体10-1上，并且将手伸入多功能手套6中，同时胳膊放在椅子10的上肢托体10-2上通过绑带9固定。其中上肢托体10-2与椅子本体10-1相连的部分通过带有螺栓孔的可以伸缩的两根支柱连接，上肢托体10-2高低变化可以通过调节螺栓的位置来实现。

对于针对腕关节进行环转运动的康复机器人装置，以右手为例，其包括以下运动康复形式：

（1）腕关节的内屈运动

在开始时，小车3、11通过主驱动轴3-8、11-8和从动轴3-7、11-7，靠轮子3-6、11-6在弹簧3-5、11-5的作用下，夹持着t字环形轨道在轮毂电机3-1、11-1的带动下分别通过绳索保持整个运动机构的预紧状态。首先，气动人工肌肉7通过气动回路进行充气使形状变短，气动人工肌肉4保持不变，多股绳索5一端连接气动人工肌肉，另一端连接手套一面，在气动人工肌肉7变形的过程中，同时前臂放在上肢托体10-2中，并通过绑带9固定，所以带动多功能手套6向下运动，形成腕关节内屈运动。

（2）腕关节外伸运动

首先保持预紧状态，操作和前面的一致，然后，气动人工肌肉4通过气动回路进行充气使形状变短，对气动人工肌肉7保持不变，多股绳索5一端连接气动人工肌肉，另一端连接手套一面，在气动人工肌肉4变形的过程中，同时前臂放在上肢托体10-2中，并通过绑带9固定，所以带动多功能手套6向上运动，形成腕关节外伸运动。

（3）整体空间的腕关节环转运动

首先保持预紧状态，操作和前面的一致，然后通过控制器驱动轮毂电机3-1、11-1，使小车3、11同时沿着t字环形轨道运动，并且两车的连线通过环形轨道的圆心，直到两小车的位置颠倒，即转过180度。最后，两小车在控制器的作用下，小车的驱动电机反转，使小车沿原路返回，如此往复，即可实现腕关节的环转运动。

气动人工肌肉4和气动人工肌肉7的充气收缩和放气恢复的弹性运动，可以缓冲上臂康复运动时的冲击，避免小车2上面的卷线滚筒拉绳（或放绳）与小车11上面的卷线滚筒放绳（或拉绳）的刚性运动不同步时造成的二次伤害。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

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