[发明专利]一种气动肌肉驱动的穿戴式肘关节康复训练装置

说明书

技术领域

本发明属于医疗设备技术领域，更具体地，涉及一种气动肌肉驱动的穿戴式肘关节康复训练装置。

背景技术

随着生活水平的逐渐提高,人们对生活质量的要求也越来越高，采用康复机器人对残疾人及神经损伤患者进行康复训练，被公认为是提高他们生活质量的重要途径之一。肘关节是人体上肢中非常重要的一个关节，上肢绝大部分动作均需要肘关节的参与才能完成，目前出现了许多帮助患者上肢各个关节进行康复训练的装置，但现有的上肢康复训练装置均需要固定在地面或者支架上，不能穿戴，不适于家庭使用，而且普遍使用电机驱动或者气缸驱动，这两种类型的驱动方式均存在安全性差、低速爬行和高速冲击等缺点，不符合康复科学理念。

由于康复训练装置需要与人体直接作用，在设计可穿戴式的上肢康复训练装置时，必须在结构上保证康复训练的安全性与舒适性，为此在设计上肢肘关节康复训练装置的结构以及相应的驱动系统时必须考虑肘关节的生理结构特点及其运动方式。一方面，肘关节康复训练装置的工作空间应与人的肢体自然活动空间一致，以保证在对患肢各个关节和肌肉组织进行有效训练的同时不致拉伤人体组织；另一方面，肘关节康复训练装置的结构应保证它能适应不同患者的患肢尺寸，自动顺应运动中产生的配合误差，使装置在引导患肢运动时其本体结构不与患肢产生干涉；再者肘关节康复训练装置对应的驱动系统也必须具有足够的柔韧性，其驱动方式不仅要求安全，而且要求结构轻巧、行程与上肢肌肉收缩量一致，另外为了强化康复训练效果，驱动系统还必须具备对患肢肘关节进行主被动协调康复训练的能力。

CN1961848A中公开了一种基于气动肌肉的柔性外骨骼肘关节，其由两条气动肌肉及一个单自由度旋转运动副构成，由此通过采用气动肌肉作为关节的执行元件，具有仿生学的特点。然而，进一步的研究表明，上述现有装置并未充分考虑到装置运动与人体肘关节运动之间的匹配问题，缺乏良好的顺应性，而且不能较好地符合康复科学对训练安全性的要求。事实上，由于该装置的转动轴线与人体肘关节的轴线存在较大的偏差，并且没有相应的补偿机构来弥补这一偏差，因而在实际康复训练过程中该外骨骼装置会在患肢表面相对滑动，若外骨骼装置与患肢表面严格固定，则该装置在使用时将存在运动困难的问题，并可能会对脆弱的患肢产生伤害。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种气动肌肉驱动的穿戴式肘关节康复训练装置，其中通过对其关键组件的结构及其相互联接方式进行设计，可以提供便于穿戴、安全性高、可实现主被动协调运动、具有人体工程学特点的肘关节康复训练装置。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种气动肌肉驱动的穿戴式肘关节康复训练装置，该训练装置包括人工气动肌肉组件、上臂支撑组件、前臂支撑组件、肘部连接组件和摇杆滑块组件，其特征在于：

所述人工气动肌肉组件包括肌肉盒、和由肘屈气动肌肉和肘伸气动肌肉共同组成的一对人工气动肌肉，所述人工气动肌肉的一端分别固定在肌肉盒上，另外一端采用绳索分别经由导向元件连接于上臂支撑组件的转盘；

所述上臂支撑组件包括肩部护板、主支撑板、肘部护板和转盘，其中肩部护板和肘部护板之间通过上臂连接板彼此联接，在该上臂连接板上安装主支撑板；所述转盘由两个同心扇形结构件共同构成，它们通过同一主轴安装在所述主支撑板上，分别用于缠绕与人工气动肌肉相连的绳索，并在其带动下绕其安装主轴转动；

所述前臂支撑组件包括底板、小臂挡板和前臂板，其中底板和小臂挡板共同构成用于容纳使用者前臂的接收腔，前臂板与底板的上表面相固联，并且在前臂板顶面上沿着前臂长度方向分别设置有主滑杆和辅助滑杆；

所述肘部连接组件包括第一滑板和第二滑板，它们各自的一端共同安装在肘轴上并可发生枢轴转动，此外第一滑板的另外一端可来回移位地安装在设置于所述肘部护板表面的丝杆上，第二滑板的另外一端可来回滑动地套设在所述辅助滑杆上，由此共同构成肘部转动关节；

所述摇杆滑块组件包括曲柄套、曲柄杆和滑块，其中曲柄套的一端与上臂支撑组件的所述转盘固定相联，另外一端可伸缩地安装曲柄杆，曲柄杆伸出曲柄套的端部则与滑块可枢轴转动相连，并且所述滑块可来回滑动地套设在所述主滑杆上，由此完成驱动力由上臂支撑组件向前臂支撑组件的传输。

作为进一步优选地，所述转盘由两个同心扇形结构件共同构成，并且这两个扇形结构件的半径不同，张角均为90度。