本發(fā)明涉及康復(fù)醫(yī)療器械領(lǐng)域，具體涉及一種基于拉簧復(fù)位系統(tǒng)的繩驅(qū)動(dòng)肘-前臂康復(fù)裝置。

背景技術(shù)：

1、先天性尺橈骨融合是一種罕見的上肢先天性畸形，其發(fā)病機(jī)制源于胚胎發(fā)育早期，尺骨與橈骨間的間充質(zhì)分化異常，導(dǎo)致兩骨不同程度的骨性連接。這種疾病雖然發(fā)病率雖低，但對患者生活影響巨大。胚胎發(fā)育階段，尺骨與橈骨未能正常分離，致使前臂旋轉(zhuǎn)功能嚴(yán)重受限?；颊唠y以完成諸如擰瓶蓋、端碗、寫字等日常動(dòng)作，極大地降低了生活自理能力和生活質(zhì)量。目前，手術(shù)干預(yù)是主要治療手段，通過手術(shù)改善骨骼結(jié)構(gòu)，為恢復(fù)功能創(chuàng)造條件。現(xiàn)有的康復(fù)器械在針對該病癥時(shí)存在諸多不足，亟需一種更適配、更高效的康復(fù)外骨骼，幫助患者恢復(fù)上肢功能。

2、目前，針對肘部屈伸和腕部旋前/旋后康復(fù)訓(xùn)練需求，主要有靜態(tài)康復(fù)支具、上肢康復(fù)機(jī)器人以及腕康復(fù)機(jī)器人這三類設(shè)備。靜態(tài)康復(fù)支具能夠有效固定前臂，其結(jié)構(gòu)簡易，使用方便。不過，它在使用過程中十分依賴康復(fù)醫(yī)療師的輔助訓(xùn)練。這不僅導(dǎo)致醫(yī)師工作強(qiáng)度大、耗費(fèi)時(shí)間長，而且效率低下，康復(fù)訓(xùn)練方式也較為單一，無法幫助患者進(jìn)行前臂的被動(dòng)或主動(dòng)訓(xùn)練。

3、上肢康復(fù)機(jī)器人和腕康復(fù)機(jī)器人則可替代臨床醫(yī)師，為患者上肢開展被動(dòng)、主被動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練，大大減輕了醫(yī)師的工作強(qiáng)度。同時(shí)，它們運(yùn)動(dòng)重復(fù)性和一致性良好，能提供科學(xué)有效的康復(fù)訓(xùn)練。其中，上肢康復(fù)機(jī)器人可對患者整個(gè)上肢進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，但對于尺橈骨融合患者的肘腕康復(fù)訓(xùn)練而言，存在自由度冗余的問題，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、較為笨重。腕康復(fù)機(jī)器人雖具備三自由度，卻無法滿足肘部屈伸的康復(fù)訓(xùn)練需求。另外，由于肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)并非理想的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)軸處于時(shí)變狀態(tài)，所以傳統(tǒng)剛性康復(fù)機(jī)器人在使用時(shí)，人機(jī)之間不可避免地會(huì)出現(xiàn)關(guān)節(jié)錯(cuò)位，進(jìn)而產(chǎn)生非期望的作用力/力矩。這不僅會(huì)使患者穿戴舒適度欠佳，甚至還可能造成二次損傷。

4、基于拉簧復(fù)位的繩索驅(qū)動(dòng)的上肢康復(fù)機(jī)器人，具有眾多顯著優(yōu)勢。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，繩索驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比傳統(tǒng)剛性連接更為輕巧靈活，減少了機(jī)械結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，降低了設(shè)備整體重量，便于患者使用，也利于設(shè)備的移動(dòng)與安置。從運(yùn)動(dòng)控制角度看，拉簧復(fù)位機(jī)制提供了穩(wěn)定且柔和的回彈力，可為患者的肘部屈伸和腕部旋前/旋后訓(xùn)練提供更好的穿戴舒適度，有效避免了傳統(tǒng)剛性康復(fù)機(jī)器人因關(guān)節(jié)錯(cuò)位產(chǎn)生的非期望作用力，降低二次損傷風(fēng)險(xiǎn)。而且，該驅(qū)動(dòng)方式在實(shí)現(xiàn)康復(fù)訓(xùn)練功能時(shí)，能提供豐富的運(yùn)動(dòng)模式，滿足不同患者的個(gè)性化康復(fù)需求，為患者不同康復(fù)階段提供全范圍的輔助康復(fù)訓(xùn)練功能。此外，其維護(hù)成本相對較低，提升了設(shè)備的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。

5、因此，本技術(shù)針對人體肘和前臂兩轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的康復(fù)訓(xùn)練需求，發(fā)明一種基于拉簧復(fù)位系統(tǒng)的繩驅(qū)動(dòng)肘-前臂兩自由度康復(fù)裝置，采用遠(yuǎn)端驅(qū)動(dòng)形式，將驅(qū)動(dòng)器放置在人體驅(qū)干上，實(shí)現(xiàn)患者對康復(fù)裝置的便攜式穿戴，通過繩索驅(qū)動(dòng)和拉簧復(fù)位系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)對人體肘和前臂的兩轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，提升患者康復(fù)訓(xùn)練效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于拉簧復(fù)位系統(tǒng)的繩驅(qū)動(dòng)肘-前臂康復(fù)裝置，旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，解決現(xiàn)有康復(fù)裝置中驅(qū)動(dòng)器放置在上肢關(guān)節(jié)上，康復(fù)訓(xùn)練過程中上肢關(guān)節(jié)所承受的運(yùn)動(dòng)慣量大，降低了康復(fù)訓(xùn)練的安全性。

2、為此，本發(fā)明提出了一種基于拉簧復(fù)位系統(tǒng)的繩驅(qū)動(dòng)肘-前臂康復(fù)裝置，包括：包括：前臂旋轉(zhuǎn)部、肘關(guān)節(jié)屈伸部和柔性驅(qū)動(dòng)部；

3、所述前臂旋轉(zhuǎn)部包含前臂護(hù)罩、手腕外環(huán)、手腕內(nèi)環(huán)和旋轉(zhuǎn)軌道組件，所述手腕外環(huán)與手腕內(nèi)環(huán)形成整體旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，通過綁帶適配人體手腕，所述前臂護(hù)罩與受試者手臂適配；

4、所述肘關(guān)節(jié)屈伸部包含角度調(diào)節(jié)卡盤、上臂支架、前臂連接板，通過前臂-肘連接件與前臂旋轉(zhuǎn)部連接；還通過上臂支架上的上臂遠(yuǎn)端護(hù)罩和前臂連接板上的前臂近端護(hù)罩適配人體上臂和前臂；

5、所述柔性驅(qū)動(dòng)部包含第一驅(qū)動(dòng)部和第二驅(qū)動(dòng)部，分別配置于肘關(guān)節(jié)屈伸部和前臂旋轉(zhuǎn)部，均包括卷揚(yáng)機(jī)、復(fù)位拉簧和驅(qū)動(dòng)繩索；

6、所述手腕外環(huán)與旋轉(zhuǎn)軌道組件轉(zhuǎn)動(dòng)連接，其一端經(jīng)驅(qū)動(dòng)繩索連接卷揚(yáng)機(jī)，另一端經(jīng)驅(qū)動(dòng)繩索連接復(fù)位拉簧；

7、所述前臂連接板通過角度調(diào)節(jié)卡盤與上臂支架形成轉(zhuǎn)動(dòng)連接，其前部一端經(jīng)驅(qū)動(dòng)繩索連接卷揚(yáng)機(jī)，另一端經(jīng)驅(qū)動(dòng)繩索連接復(fù)位拉簧。

8、作為本技術(shù)的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述角度調(diào)節(jié)卡盤具有卡盤頂蓋和卡盤底座，兩者通過轉(zhuǎn)軸和軸承形成轉(zhuǎn)動(dòng)副，所述卡盤頂蓋與卡盤底座之間設(shè)有轉(zhuǎn)動(dòng)范圍限位螺釘和轉(zhuǎn)動(dòng)角度定位螺釘；同時(shí)所述卡盤底座上設(shè)有限位槽和底座定位孔。

9、作為本技術(shù)的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述角度調(diào)節(jié)卡盤的轉(zhuǎn)軸固定于卡盤頂蓋外側(cè)并與卡盤底座內(nèi)的軸承內(nèi)圈過盈配合，通過軸承內(nèi)圈定位螺釘進(jìn)行軸向定位；所述轉(zhuǎn)動(dòng)范圍限位螺釘在卡盤底座限位槽內(nèi)的活動(dòng)范圍為150°，轉(zhuǎn)動(dòng)角度定位螺釘與底座定位孔配合實(shí)現(xiàn)10°間隔角度定位。

10、作為本技術(shù)的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述第一驅(qū)動(dòng)部包含：第一驅(qū)動(dòng)繩索、第一滑輪組和第一卷揚(yáng)滾筒，還包括第二驅(qū)動(dòng)繩索和第一復(fù)位拉簧；

11、所述第一驅(qū)動(dòng)繩索一端固定于前臂連接板的第一定位孔處，第一驅(qū)動(dòng)繩索沿卡盤頂蓋邊緣的導(dǎo)線槽穿過上臂支架上的第一滑輪組與第一卷揚(yáng)滾筒連接，

12、所述第二驅(qū)動(dòng)繩索一端通過第二固定螺釘固定于前臂連接板的第二定位孔處，第二驅(qū)動(dòng)繩索沿角度調(diào)節(jié)卡盤頂蓋邊緣的導(dǎo)線槽穿過第一滑輪組，其尾部與第一復(fù)位拉簧一端連接。

13、作為本技術(shù)的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述上臂支架上固定有第一驅(qū)動(dòng)繩索套管，第一驅(qū)動(dòng)繩索穿出第一驅(qū)動(dòng)繩索套管與第一卷揚(yáng)滾筒連接，第一卷揚(yáng)滾筒與第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)配合連接；第一復(fù)位拉簧另一端固定于上臂支架上。

14、作為本技術(shù)的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述第一驅(qū)動(dòng)繩索和第二驅(qū)動(dòng)繩索沿角度調(diào)節(jié)卡盤頂蓋的導(dǎo)線槽對稱布置，所述導(dǎo)線槽內(nèi)設(shè)有防止繩索跳脫的壓線件。

15、作為本技術(shù)的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述上臂遠(yuǎn)端護(hù)罩與上臂支架之間通過被動(dòng)移動(dòng)副組件連接，

16、所述被動(dòng)移動(dòng)副組件包含直線軸承、復(fù)位彈簧和直線軸，均設(shè)置在上臂支架上的被動(dòng)移動(dòng)副槽內(nèi)，而所述上臂遠(yuǎn)端護(hù)罩通過其上端的直線軸承座與直線軸承配合形成移動(dòng)副，所述復(fù)位彈簧套設(shè)于直線軸上，兩端分別抵接直線軸承座和被動(dòng)移動(dòng)副槽。

17、作為本技術(shù)的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述旋轉(zhuǎn)軌道組件包含軌道前擋板、l形軌道后擋板和軌道轉(zhuǎn)軸，三者通過軌道螺釘形成截面為u型的軌道支架，用于裝配手腕外環(huán)，而所述手腕外環(huán)內(nèi)側(cè)、外側(cè)分布多個(gè)與其配合的軌道轉(zhuǎn)軸，軌道轉(zhuǎn)軸與軌道支架轉(zhuǎn)動(dòng)連接。

18、作為本技術(shù)的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述第二驅(qū)動(dòng)部包含：第三驅(qū)動(dòng)繩索、第三驅(qū)動(dòng)繩索套管、第二卷揚(yáng)滾筒、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)，還包括第四驅(qū)動(dòng)繩索、第二復(fù)位拉簧；

19、所述第三驅(qū)動(dòng)繩索一端固定于手腕外環(huán)一端的第一定位孔處，所述第三驅(qū)動(dòng)繩索沿手腕外環(huán)外側(cè)壁上的導(dǎo)線槽穿過弧形支撐板底部的第一導(dǎo)向吊環(huán)螺釘，進(jìn)入第三驅(qū)動(dòng)繩索套管，第三驅(qū)動(dòng)繩索另一端穿出第三驅(qū)動(dòng)繩索套管與第二卷揚(yáng)滾筒連接，所述第二卷揚(yáng)滾筒與第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)配合連接；

20、第四驅(qū)動(dòng)繩索一端固定于手腕外環(huán)另一端的第二定位孔處，第四驅(qū)動(dòng)繩索沿手腕外環(huán)的導(dǎo)線槽穿過第二導(dǎo)向吊環(huán)螺釘與第二復(fù)位拉簧一端連接。

21、作為本技術(shù)的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述第三驅(qū)動(dòng)繩索通過第三固定螺釘固定于手腕外環(huán)一端的第一定位孔處，第四驅(qū)動(dòng)繩索通過第四固定螺釘固定于手腕外環(huán)另一端的第二定位孔處；

22、所述第三驅(qū)動(dòng)繩索套管通過鎖緊螺釘固定于前臂-肘連接件上的套管槽內(nèi)，所述第二復(fù)位拉簧通過定位螺釘固定在前臂-肘連接件上，所述第二復(fù)位拉簧整體置于前臂-肘連接件上的拉簧槽內(nèi)。

23、本發(fā)明的基于拉簧復(fù)位系統(tǒng)的繩驅(qū)動(dòng)肘-前臂康復(fù)裝置具有如下優(yōu)點(diǎn)：

24、1.本發(fā)明采用基于繩索驅(qū)動(dòng)、拉簧輔助復(fù)位的驅(qū)動(dòng)方式，將電機(jī)布局于人體驅(qū)干上，實(shí)現(xiàn)患者對康復(fù)裝置的便攜式穿戴，進(jìn)而降低受試者上肢的承載慣量，具有輕質(zhì)便捷、柔順性好等特性。

25、2.本發(fā)明通過旋轉(zhuǎn)軌道組件與手腕外環(huán)獨(dú)特的旋轉(zhuǎn)配合，還通過設(shè)置具有旋轉(zhuǎn)角度限位和定位的角度調(diào)節(jié)卡盤，再設(shè)置被動(dòng)拉簧于前臂旋轉(zhuǎn)部和肘關(guān)節(jié)屈伸部，借助該拉簧結(jié)構(gòu)，有效實(shí)現(xiàn)了肘關(guān)節(jié)伸展運(yùn)動(dòng)功能以及前臂旋前運(yùn)動(dòng)功能，解決了第一驅(qū)動(dòng)繩索將前臂驅(qū)動(dòng)至屈曲位后無法復(fù)位，以及第三驅(qū)動(dòng)繩索將前臂驅(qū)動(dòng)至旋后位后無法復(fù)位的問題。

26、3.本發(fā)明針對上臂設(shè)計(jì)了一組被動(dòng)移動(dòng)單元，該單元允許肘部產(chǎn)生局部的前后移動(dòng)，從而發(fā)揮一定的被動(dòng)柔順作用，在肘部康復(fù)訓(xùn)練過程中，能有效提高受試者的舒適度。

27、除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本技術(shù)還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。下面將參照圖，對本技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。