一种刚度可变的穿戴式肘关节外骨骼康复装置制造方法及图纸

一种刚度可变的穿戴式肘关节外骨骼康复装置，涉及上肢康复器械领域。本发明专利技术针对当前肘关节康复装置多具有单自由度，并且过于趋向柔性化，导致装置机械结构刚度不足、可靠性低的问题，提出了一种两自由度、肘屈/伸自由度处刚度可变的肘关节康复装置的机械结构。运用人体肘关节相关基础理论、刚度可变原理，在刚度可变结构上采用双法兰结构盘配合，实现刚度可变，同时简化机械结构；并提供手肘弯曲运动、前臂旋前/旋后运动的驱动力，手肘屈伸运动范围可达到0

【技术实现步骤摘要】
一种刚度可变的穿戴式肘关节外骨骼康复装置


[0001]本专利技术涉及上肢康复器械领域，涉及一种基于法兰结构的刚度可变机构的穿戴式肘关节外骨骼康复装置。

技术介绍

[0002]脑卒中在临床上定义为急性局灶性的一种神经功能受损综合征，可归因于中枢神经系统的血管损伤（梗死、出血）。脑卒中是在世界范围内致使人类死亡或残疾的第二大病因。
[0003]最近几年，国内外的学者们对肘关节的结构组成，运动进行了深入的研究分析，根据肘关节的运动特点，研制出了各种不同特点和应用的肘关节康复装置。由于仅针对肘关节的康复装置的研究较少，所以包含肘关节康复的上肢康复装置也划入研究范围。
[0004]现在的肘部康复装置的发展趋势是：便携化，轻型化，外骨骼化。但有些研究成果有些只具有单自由度，有些过于趋向柔性化，导致出现装置刚性不足，可靠性低，维护难度高等问题。并且大多为不可变刚度结构，在运动时不具有顺应性。
[0005]在现有的研究中，对康复装置的研究聚焦在相对简单的下肢运动模块上，而对康复装置在上肢运动模块上的研究较少，在其中针对单关节运动的康复装置则是少之又少。综上所述，针对肘关节的康复装置的研究具有重要意义。
[0006]目前国内外的肘关节康复装置大多为刚度不可变机构，缺少一定的适应性和安全性；并且大多数肘关节康复装置仅具有一个自由度。对此本专利技术提出了一种两自由度、肘屈/伸自由度处刚度可变的肘关节康复装置的机械结构。由于刚度可变的机构的结合使肘屈/伸的运动模块刚度可变，可以起到一定的吸收冲击，缓冲作用。<br/>
技术实现思路

[0007]针对当下肘关节康复装置的研究背景，本专利的目的在于提供一种刚度可变的穿戴式肘关节外骨骼康复装置，采用基于法兰组成的刚度可变机构，运用支撑肘关节康复装置设计的相关理论知识：人体肘关节的相关基础理论，刚度可变原理，顺应肘部康复装置发展趋势。
[0008]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种刚度可变的穿戴式肘关节外骨骼康复装置，包括上臂支撑架（1）、上臂支撑架端盖（2）、深沟球轴承（3）刚度可变机构（4）、大蜗轮轴（5）、大蜗杆（6）、蜗杆支撑架（7）、前臂上肋板（8）、前臂旋转固定装置（9）、前臂旋转装置（10），所述上臂支撑架（1）通过绑带贴附于人体上臂，上臂支撑架（1）与前臂旋转固定装置（9）通过刚度可变机构（4）连接，前臂旋转固定装置（9）与前臂旋转装置（10）通过齿轮啮合方式连接。所述刚度可变机构（4）包括外壳1（11）、外壳2（12）、小蜗轮轴（13）、小蜗轮杆（14）、蜗杆支架（15）、蜗杆支撑架端盖（16）、滑轮固定板（17）、预紧轮（18）、大支撑盖（19）、小支撑盖（20）、输入法兰（21）、输出法兰（22）、拉伸弹簧（23）、线缆（24）、滑轮（25），其中所述刚度可变机构（4）中由外壳1（11）、外壳2（12）与输入法兰（21）、输出法兰（22）通过螺钉相
连，由大支撑盖（19）支撑输出轴，小支撑盖（20）用于支撑小蜗轮杆（14），同时小支撑盖（20）与预紧轮（18）上键槽共同定位小涡轮杆（14）的位置，同时所述刚度可变机构（4）有两个同轴的轴组成，其中有输入法兰（21）与输出法兰（22），分别设计在输出轴与输入轴上，若干滑轮被安装在两个法兰上，线缆（24）缠绕在若干滑轮（25）上被用来耦合运动从输入到输出的运动，为扩大刚度调节范围，分别在线缆的两边加上一个可以手动调节的预紧轮（18）和拉伸弹簧（23），其中两个法兰的接触面有一推力圆柱滚子轴承，输入法兰（21）中心有定位轴承的凸起。通过刚度可变装置实现手肘屈/伸运动，并通过电机带动蜗轮旋转，提供手肘屈/伸运动的驱动力，刚度可变机构位于上臂支撑架和前臂上肋板的连接处，增大了肘关节运动范围，其运动范围可达到0
°‑
130
°
。由于刚度可变的机构的结合使肘屈/伸的运动模块刚度可变，可以起到一定的吸收冲击，缓冲作用。具有一定的安全性和适应性。
[0009]前臂旋转装置采用齿轮传动的方式，电机带动小齿轮旋转，小齿轮带动环形齿条旋转，考虑定位环形齿条的运动，在齿条上增加滑块，绕着环形轨道旋转。前臂旋转装置增大了前臂旋前/旋后的运动范围，前臂旋前/旋后运动范围可达到
‑
25
°‑
50
°
，完全符合日常肘关节恢复需求。
[0010]本专利技术的有益效果是：
[0011]1.本专利技术方便携带，可随时随地进行肘关节康复训练，不受场地限制；
[0012]2.本专利技术在实现刚度可变的基础上，增加前臂旋前/旋后的运动自由度；
[0013]3.本装置结构较为简单，体积轻便，贴附于使用者手臂上。
附图说明
[0014]图1 为本专利技术的三维结构图
[0015]图2 为本专利技术的主视图
[0016]图3 为本专利技术所述的刚度可变结构的三维结构图
[0017]图4 为本专利技术所述刚度可变机构的主视图
[0018]图5 为本专利技术所述刚度可变机构的内部结构图
具体实施方式
[0019]下面结合附图对本专利技术作进一步的详细说明。所述一种刚度可变的穿戴式肘关节外骨骼康复装置，包括上臂支撑架（1）、上臂支撑架端盖（2）、深沟球轴承（3）刚度可变机构（4）、大蜗轮轴（5）、大蜗杆（6）、蜗杆支撑架（7）、前臂上肋板（8）、前臂旋转固定装置（9）、前臂旋转装置（10），其特征在于，所述上臂支撑架（1）通过绑带贴附于人体上臂，上臂支撑架（1）与前臂旋转固定装置（9）通过刚度可变机构（4）连接，前臂旋转固定装置（9）与前臂旋转装置（10）通过齿轮啮合方式连接。
[0020]其中所述刚度可变机构（4）应用滑轮（25）和线缆（24）简化零长度基础四连杆机构的模型，进行刚度可变机构的设计。为了使其更具有实用性，保持其模型的相对关系，将其模型进行圆周阵列，考虑空间分配合理性，选择阵列次数为三，然后根据线缆的缠绕方式，可以实现三种构型。改变构型，可以调节刚度。具体实现以上理论的机构，如图5所示，以构型N=3为实例。为了保证强度，缠绕若干滑轮（25）的线缆（24）选用钢缆。刚度可变机构（4）由两个同轴的轴组成，输出轴和输入轴。其中有两个法兰，输入法兰（21）和输出法兰（22），分
别设计在输出轴和输入轴上。若干滑轮（25）被安装在两个法兰上。缠绕在滑轮（25）上的线缆（24）被用来耦合运动从输入到输出的运动。线缆（24）的一端与刚度系数为k的拉伸弹簧（23）相连。另一端由一个预紧轮（18）卷起，预紧轮（18）与一个小蜗轮轴（13）相连，小蜗轮杆（14）用于手动调节弹簧的预紧力。小蜗轮杆（14）由两个轴承支撑定位于由螺栓螺母连接在输入法兰的支撑架上。其中两个法兰的接触面中心有一轴承，起到定位支撑作用。输入法兰（21）中心有定位轴承的凸起。完整的刚度可变机构，需要加上外壳，如图4所示。外壳1（11）、外壳2（12）和输入法兰（21）通过螺钉相连，共同运动。由机构的背面通过两个连接盖的几何构造分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种刚度可变的穿戴式肘关节外骨骼康复装置，包括上臂支撑架（1）、上臂支撑架端盖（2）、深沟球轴承（3）刚度可变机构（4）、大蜗轮轴（5）、大蜗杆（6）、蜗杆支撑架（7）、前臂上肋板（8）、前臂旋转固定装置（9）、前臂旋转装置（10），所述上臂支撑架（1）通过绑带贴附于人体上臂，上臂支撑架（1）与前臂旋转固定装置（9）通过刚度可变机构（4）连接，前臂旋转固定装置（9）与前臂旋转装置（10）通过齿轮啮合方式连接。2.根据权利要求1所述的一种刚度可变的穿戴式肘关节外骨骼康复装置，其特征在于，所述刚度可变机构（4）包括外壳1（11）、外壳2（12）、小蜗轮轴（13）、小蜗轮杆（14）、蜗杆支架（15）、蜗杆支撑架端盖（16）、滑轮固定板（17）、预紧轮（18）、大支撑盖（19）、小支撑盖（20）、输入法兰（21）、输出法兰（22）、拉伸弹簧（23）、线缆（24）、滑轮（25），其中所述刚度可变机构（4）中由外壳1（11）、外壳2（12）...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏程，王紫键，李志昊，栗超祥，王沫楠，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：