上肢力触觉反馈康复训练仪的制作方法

1.本发明涉及上肢康复训练设备技术领域，具体涉及一种上肢力触觉反馈康复训练仪。


背景技术：

2.对于上肢有障碍的患者而言，康复训练是消除或者缓解上肢障碍一个重要的环节，康复训练的主要目的是使患者的上肢关节得到活动，逐渐恢复与上肢活动相关的肌肉和神经的功能。上肢训练设备通常采用电机驱动的方式，带动患者的肢体进行主动训练或被动训练，使患者的肢体关节得到活动。
3.现有的上肢康复训练装置可以根据可以根据患者肢体的特定关节设计特定的运动路线，并可以根据患者的训练方式在运动过程中对患者的肢体施加力的反馈。但是在训练过程中，现有的康复训练装置能够模拟的运动种类比较单一，模拟的运动和施力方式比较简单，无法让患者切身感受到对物体的力触觉的感知，无法让患者具体地感知到所拿到的是一个软体、硬体或者球体还是方形体等现实场景。


技术实现要素：

4.本发明针对背景技术中的不足，提供一种上肢力触觉反馈康复训练仪，能够实现以下目的：可以模拟更多更细致的活动场景，把模拟的场景变成触感反馈到患者的手臂和手掌，真实还原上肢日常运动的场景，从而让患者身临其境地进行康复训练。
5.为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：一种上肢力触觉反馈康复训练仪，包括立板，所述立板竖直安装于底座上，所述立板的前侧固定安装有三个驱动总成，三个驱动总成相对于立板中心相互呈120度配置，三个所述驱动总成的后端安装于立板的表面，三个所述驱动总成的前端对应设有三个四连杆机构，每个所述驱动总成可以带动相应的四连杆机构的来回摆动；四连杆机构的前端设有中心座上中心座的前侧设有手掌连接总成；驱动总成带动四连杆机构摆动，最终带动手掌连接总成运动，对患者进行康复训练。
6.进一步地，所述驱动总成包括驱动连接座，所述驱动连接座的后端固定在立板上，驱动连接座的前端的一侧转动设有绳轮盘，所述绳轮盘为扇形；所述驱动总成还包括第一电机，所述第一电机的动力轴上固定设有第一滚轮，所述绳轮盘的两端的内部分别设有一个第一绳柱，所述第一滚轮与绳轮盘之间通过两根绳子进行传动，两根绳子的一端都缠绕在第一滚轮上，两根绳子的另一端分别固定在绳轮盘两端的第一绳柱上。
7.进一步地，所述驱动连接座上转动安装有同步连杆，同步连杆的后端转动安装在驱动连接座上，同步连杆与绳轮盘固定连接，绳轮盘可以带动同步连杆摆动；所述同步连杆与所述四连杆机构相连接，所述驱动总成通过同步连杆带动四连杆机构来回摆动。
8.进一步地，所述四连杆机构包括两个长拉杆和两个短拉杆，同步连杆包括第一连杆套，所述第一连杆套设置在同步连杆的前端。
9.所述中心座包括三个第二连杆套，所述第二连杆套均布设置在中心座的周边，四连杆机构前端的短拉杆转动安装在中心座的第二连杆套上，四连杆机构后端的短拉杆转动安装在同步连杆的第一连杆套上，长拉杆的两端分别与前后两端的短拉杆铰接，两个所述长拉杆和两个所述短拉杆首尾交错相铰接，形成平行四边形。
10.进一步地，所述手掌连接总成包括连杆组件和把手组件，所述连杆组件包括两个第一连杆、一个第二连杆和一个连杆座，两个所述第一连杆和第二连杆的一端铰接在中心座上，另一端铰接在连杆座上，两个所述第一连杆和第二连杆均水平设置；两个所述第一连杆的两端分别铰接在中心座和连杆座的上下两侧，所述第二连杆设置于两个第一连杆的中间，所述第一连杆的两端分别铰接在中心座和连杆座一侧的边缘，所述第二连杆的两端分别铰接在中心座和连杆座另一侧的边缘。
11.进一步地，在所述第二连杆上设有两个通孔，在两个第一连杆之间固定有锁紧板，锁紧板上设有螺纹孔，所述通孔上安装有螺钉。
12.进一步地，所述连杆座前侧固定设有曲柄组件，所述曲柄组件的末端固定有把手组件，所述把手组件包括圆形护罩，圆形护罩内部靠上位置固定有电机座，电机座的下表面固定有第二电机，第二电机的动力轴上固定设有第二滚轮，电机座的上端设有绳轮杆，所述第二滚轮与绳轮杆之间有两根绳子进行传动。
13.进一步地，所述绳轮杆呈圆弧形，所述绳轮杆两端的内部分别设有一个第二绳柱，绳轮杆的下侧设有弧形槽，所述电机座的上端固定有限位销轴，所述弧形槽与所述限位销轴相配合。
14.进一步地，所述绳轮杆的上端设有手指架固定座，所述手指架固定座与电机座固定连接，所述手指架固定座包括支撑杆，所述支撑杆固定设置在手指架固定座的外侧面，绳轮杆的第一端固定有手指垫，绳轮杆的第二端设有连接杆，连接杆的一端与绳轮杆的第二端铰接，连接杆的另一端与支撑杆的端部铰接。
15.进一步地，在所述第一电机和第二电机的动力轴上均设有角度传感器，分别用于检测绳轮盘和绳轮杆所处的角度。
16.本发明采用以上技术方案后，与现有技术相比，具有以下优点：1.四连杆机构的前端安装在中心座上，中心座的前侧设有手掌连接总成；驱动总成带动四连杆机构摆动，最终带动手掌连接总成运动，对患者进行康复训练；三个驱动总成相对于立板中心相互呈度配置，使得力矩输出平衡，稳定性好，在环境温度变化时，各个方向的变形量相同，不会影响运动精度；2.驱动绳轮盘来回转动的两根绳子紧贴绳轮盘的外圈，绳轮盘来回转动的力臂相等，使得在第一电机的输出扭矩相同的情况下，可以使驱动机构输出恒定的力矩，从而通过控制系统控制第一电机的输出扭矩就可以输出精确的力矩，可以真实地模拟触觉场景；3.第一滚轮与绳轮盘的传动通过两根绳子进行传动，第一滚轮通过不同的绳子拉动绳轮盘朝不同的方向转动，需要换向时，由于绳轮盘的两端是固定连接，不会出现打滑现象，而且两根绳子都是拉紧状态，使得换向响应更快，使康复训练的运动轨迹更精确；4.三个四连杆机构共有六根长拉杆，通过六根长拉杆拉动中心座，使得中心座运
动更稳定，结构刚性好，三个驱动总成传递给手掌不同的阻力，让患者更真实地感受到触觉，连杆相对于现有技术中的活动臂质量小，因而运动惯性小，能够即时复现系统中的力量传递；5.力触觉不仅可以反馈到手臂上，把手组件通过第二滚轮与绳轮杆的传动还可以把电机的正反向力矩准确的反馈到手指垫上，最终反馈到手掌上，通过手掌握力的大小感受力的触觉，另外，通过绳子进行传动响应速度快、惯量小、力矩损失小，能够最大限度的即时复现出真实力量变化，从而让患者身临其境地进行康复训练；6.所述连杆组件可以避免左右手切换需要更换左右手配件，切换时松开螺钉，然后将连杆座平移转动到另一侧，然后用螺钉锁紧即可，切换比较方便；另外，连杆座在中心座的左侧和右侧的结构形式相同，力臂相等，从而保证左右手的训练效果和受力情况一致。
17.下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
附图说明
18.图1是本发明的立体图；图2是本发明中驱动总成与同步连杆的结构示意图；图3是本发明中手掌连接总成的结构示意图；图4是本发明中把手组件的结构示意图；图5是本发明中所述把手组件的内部结构示意图；图6是本发明中绳轮杆的结构示意图。
19.图中，1-立板，2-驱动总成，201-驱动连接座，202-绳轮盘，203-第一电机，204-第一滚轮，3-四连杆机构，301-长拉杆，302-短拉杆，4-中心座，401-第二连杆套，5-同步连杆，501-第一连杆套，6-连杆组件，601-第一连杆，602-第二连杆，6021-通孔，603-连杆座，604-锁紧板，7-把手组件，701-圆形护罩，702-电机座，703-第二电机，704-第二滚轮，705-绳轮杆，7051-第二绳柱，7052-弧形槽，706-限位销轴，707-手指垫，708-连接杆，709-手指架固定座，7091-支撑杆。
具体实施方式
20.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
21.如图1所示，本发明提供一种上肢力触觉反馈康复训练仪，包括立板1，所述立板1竖直安装于底座上，所述立板1的前侧固定安装有三个驱动总成2，三个驱动总成2相对于立板1中心相互呈120度配置，三个所述驱动总成2的后端安装于立板1的表面，三个所述驱动总成2的前端对应设有三个四连杆机构3，每个所述驱动总成2可以带动相应的四连杆机构3的来回摆动；四连杆机构3的前端设有中心座4上中心座4的前侧设有手掌连接总成；驱动总成2带动四连杆机构3摆动，最终带动手掌连接总成运动，对患者进行康复训练；三个驱动总成2相对于立板1中心相互呈120度配置，使得力矩输出平衡，稳定性好，在环境温度变化时，各个方向的变形量相同，不会影响运动精度。
22.在进行康复训练时，在康复训练仪的后方有大屏幕，患者观看大屏幕上模拟的运
动场景，手臂随手掌连接总成运动，所述驱动总成2通过四连杆机构3反馈给患者手臂运场景中的力触觉。
23.如图2所示，所述驱动总成2包括驱动连接座201，所述驱动连接座201的后端固定在立板1上，驱动连接座201的前端的一侧转动设有绳轮盘202，所述绳轮盘202为扇形，优选用半圆形。
24.所述驱动总成2还包括第一电机203，所述第一电机203固定安装在驱动连接座201上，所述第一电机203的动力轴上固定设有第一滚轮204，所述第一滚轮204和所述绳轮盘202位于驱动连接座201的同一侧，所述绳轮盘202的两端的内部分别设有一个第一绳柱2011，所述第一滚轮204与绳轮盘202之间通过两根绳子进行传动，两根绳子的一端都缠绕在第一滚轮204上，两根绳子的另一端分别固定在绳轮盘202两端的第一绳柱2011上，两根绳子均紧贴绳轮盘202的外圈，绳轮盘202的两端都通过绳子与第一滚轮204相连，第一电机203驱动第一滚轮204转动时，一根绳子伸长，另一根绳子缩短，从而使绳轮盘202在驱动连接座201上转动，所述绳子为纳米高分子材料材质，受到拉力时弹性形变小，减少了能量损耗，能够实现第一滚轮204与绳轮盘202同步运动。
25.驱动绳轮盘202来回转动的两根绳子紧贴绳轮盘202的外圈，绳轮盘202来回转动的力臂相等，使得在第一电机203的输出扭矩相同的情况下，可以使驱动总成2输出恒定的力矩，从而通过控制系统控制第一电机203的输出扭矩就可以输出精确的力矩，可以真实地模拟触觉场景。
26.第一滚轮204与绳轮盘202的传动通过两根绳子进行传动，第一滚轮204通过不同的绳子拉动绳轮盘202朝不同的方向转动，需要换向时，由于绳轮盘202的两端是固定连接，不会出现打滑现象，而且两根绳子都是拉紧状态，使得换向响应更快，使康复训练的运动轨迹更精确。
27.所述驱动连接座201上转动安装有同步连杆5，同步连杆5的后端转动安装在驱动连接座201上，同步连杆5与绳轮盘202固定连接，绳轮盘202可以带动同步连杆5摆动。
28.如图1所示，所述同步连杆5与所述四连杆机构3相连接，所述四连杆机构3包括两个长拉杆301和两个短拉杆302，同步连杆5包括第一连杆套501，所述第一连杆套501设置在同步连杆5的前端。
29.所述中心座4包括三个第二连杆套401，所述第二连杆套401均布设置在中心座4的周边，四连杆机构3前端的短拉杆302转动安装在中心座4的第二连杆套401上，四连杆机构3后端的短拉杆302转动安装在同步连杆5的第一连杆套501上，长拉杆301的两端分别与前后两端的短拉杆302铰接，两个所述长拉杆301和两个所述短拉杆302首尾交错相铰接，形成平行四边形。
30.在进行康复训练时，患者手掌放在手掌连接总成上，手掌通过手掌连接总成可以带动中心座4可以在竖直平面内自由平动，还可以前后自由移动，针对场景中的运动方式，在每个位置上，通过三个驱动总成2拉动三个四连杆机构3，三个四连杆机构3共有六根长拉杆301，通过六根长拉杆301拉动中心座4，使得中心座运动更稳定，结构刚性好，三个驱动总成2传递给手掌不同的阻力，让患者更真实地感受到触觉，连杆相对于现有技术中的活动臂质量小，因而运动惯性小，能够即时复现系统中的力量传递。
31.如图3、图4所示，所述手掌连接总成包括连杆组件6和把手组件7，所述连杆组件6
包括两个第一连杆601、一个第二连杆602和一个连杆座603，两个所述第一连杆601和第二连杆602的一端铰接在中心座4上，另一端铰接在连杆座603上，两个所述第一连杆601和第二连杆602均水平设置。
32.两个所述第一连杆601的两端分别铰接在中心座4和连杆座603的上下两侧，所述第二连杆602设置于两个第一连杆601的中间，所述第一连杆601的两端分别铰接在中心座4和连杆座603一侧的边缘，所述第二连杆602的两端分别铰接在中心座4和连杆座603另一侧的边缘；如图3所示位置为右手训练的位置，此时把手组件7和连杆座603位于中心座4的左侧，当需要切换到左手训练位置时，转动所述第一连杆601和第二连杆602，可以使连杆座603平移到中心座4的右侧，完成右手到左手的切换，从右手切换到左手也是用同样的方式进行切换。
33.在所述第二连杆602上设有两个通孔6021，在两个第一连杆601之间固定有锁紧板604，锁紧板604上设有螺纹孔，所述通孔6021上安装有螺钉，通过其中一个通孔6021上的螺钉将第二连杆602固定在锁紧板604上，此时第一连杆601和第二连杆602无法转动，因而将连杆座603固定，切换左右手使，将连杆座603移动到另一侧，通过另一个通孔6021上的螺钉将第二连杆602固定在锁紧板604上。
34.所述连杆组件6可以避免左右手切换需要更换左右手配件，切换时松开螺钉，然后将连杆座603平移转动到另一侧，然后用螺钉锁紧即可，切换比较方便；另外，连杆座603在中心座4的左侧和右侧的结构形式相同，力臂相等，从而保证左右手的训练效果和受力情况一致。
35.如图4、图5和图6所示，所述连杆座603前侧固定设有曲柄组件，所述曲柄组件的末端固定有把手组件7，所述把手组件7包括圆形护罩701，圆形护罩701内部靠上位置固定有电机座702，电机座702的下表面固定有第二电机703，第二电机703的动力轴上固定设有第二滚轮704。
36.电机座702的上端设有绳轮杆705，所述绳轮杆705呈圆弧形，所述绳轮杆705两端的内部分别设有一个第二绳柱7051，绳轮杆705的下侧设有弧形槽7052，所述电机座702的上端固定有限位销轴706，所述弧形槽7052与所述限位销轴706相配合，绳轮杆705的上端设有手指架固定座709，所述手指架固定座709与电机座702固定连接，所述手指架固定座709包括支撑杆7091，所述支撑杆7091固定设置在手指架固定座709的外侧面，绳轮杆705的第一端固定有手指垫707，绳轮杆705的第二端设有连接杆708，连接杆708的一端与绳轮杆705的第二端铰接，连接杆708的另一端与支撑杆7091的端部铰接。
37.绳轮杆705的第二端可以绕支撑杆7091的外端转动，同时，通过弧形槽7052与限位销轴706的配合使绳轮杆705在限位销轴706上转动。
38.所述第二滚轮704与绳轮杆705之间有两根绳子进行传动，两根绳子的一端都缠绕在第二滚轮704上，两根绳子的另一端分别固定在绳轮杆705两端的第二绳柱7051上，两根绳子均紧贴绳轮杆705的外圈，绳轮杆705的两端都通过绳子与第二滚轮704相连，第二电机703驱动第二滚轮704转动时，一根绳子伸长，另一根绳子缩短，从而使绳轮杆705在限位销轴706上转动。
39.所述圆形护罩701的外侧也固定有手指垫707，进行训练时，患者的手掌握住固定在圆形护罩701和绳轮杆705上的手指垫707，手指用力捏时，绳轮杆705处的手指垫707随绳
轮杆705一起转动，针对场景中的运动方式，通过第二电机703的驱动，手指垫707反馈给手指不同的阻力，让患者真实地让手指感受到触觉。
40.力触觉不仅可以反馈到手臂上，把手组件7通过第二滚轮704与绳轮杆705的传动还可以把电机的正反向力矩准确的反馈到手指垫707上，最终反馈到手掌上，通过手掌握力的大小感受力的触觉，另外，通过绳子进行传动响应速度快、惯量小、力矩损失小，能够最大限度的即时复现出真实力量变化，从而让患者身临其境地进行康复训练。
41.在所述第一电机203和第二电机703的动力轴上均设有角度传感器，分别用于检测绳轮盘202和绳轮杆705所处的角度，角度传感器角度信号传送给控制系统，控制系统根据训练情景中所处位置应反馈给患者相应的阻力，完成情境中的力反馈。
42.以上所述为本发明最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本发明的技术启示而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种上肢力触觉反馈康复训练仪，其特征在于：包括立板(1)，所述立板(1)竖直安装于底座上，所述立板(1)的前侧固定安装有三个驱动总成(2)，三个驱动总成(2)相对于立板(1)中心相互呈120度配置，三个所述驱动总成(2)的后端安装于立板(1)的表面，三个所述驱动总成(2)的前端对应设有三个四连杆机构(3)，每个所述驱动总成(2)可以带动相应的四连杆机构(3)的来回摆动；四连杆机构(3)的前端设有中心座(4)上中心座(4)的前侧设有手掌连接总成；驱动总成(2)带动四连杆机构(3)摆动，最终带动手掌连接总成运动，对患者进行康复训练。2.如权利要求1所述的一种上肢力触觉反馈康复训练仪，其特征在于：所述驱动总成(2)包括驱动连接座(201)，所述驱动连接座(201)的后端固定在立板(1)上，驱动连接座(201)的前端的一侧转动设有绳轮盘(202)，所述绳轮盘(202)为扇形；所述驱动总成(2)还包括第一电机(203)，所述第一电机(203)的动力轴上固定设有第一滚轮(204)，所述绳轮盘(202)的两端的内部分别设有一个第一绳柱(2011)，所述第一滚轮(204)与绳轮盘(202)之间通过两根绳子进行传动，两根绳子的一端都缠绕在第一滚轮(204)上，两根绳子的另一端分别固定在绳轮盘(202)两端的第一绳柱(2011)上。3.如权利要求2所述的一种上肢力触觉反馈康复训练仪，其特征在于：所述驱动连接座(201)上转动安装有同步连杆(5)，同步连杆(5)的后端转动安装在驱动连接座(201)上，同步连杆(5)与绳轮盘(202)固定连接，绳轮盘(202)可以带动同步连杆(5)摆动；所述同步连杆(5)与所述四连杆机构(3)相连接，所述驱动总成(2)通过同步连杆(5)带动四连杆机构来回摆动。4.如权利要求3所述的一种上肢力触觉反馈康复训练仪，其特征在于：所述四连杆机构(3)包括两个长拉杆(301)和两个短拉杆(302)，同步连杆(5)包括第一连杆套(501)，所述第一连杆套(501)设置在同步连杆(5)的前端；所述中心座(4)包括三个第二连杆套(401)，所述第二连杆套(401)均布设置在中心座(4)的周边，四连杆机构(3)前端的短拉杆(302)转动安装在中心座(4)的第二连杆套(401)上，四连杆机构(3)后端的短拉杆(302)转动安装在同步连杆(5)的第一连杆套(501)上，长拉杆(301)的两端分别与前后两端的短拉杆(302)铰接，两个所述长拉杆(301)和两个所述短拉杆(302)首尾交错相铰接，形成平行四边形。5.如权利要求2所述的一种上肢力触觉反馈康复训练仪，其特征在于：所述手掌连接总成包括连杆组件(6)和把手组件(7)，所述连杆组件(6)包括两个第一连杆(601)、一个第二连杆(602)和一个连杆座(603)，两个所述第一连杆(601)和第二连杆(602)的一端铰接在中心座(4)上，另一端铰接在连杆座(603)上，两个所述第一连杆(601)和第二连杆(602)均水平设置；两个所述第一连杆(601)的两端分别铰接在中心座(4)和连杆座(603)的上下两侧，所述第二连杆(602)设置于两个第一连杆(601)的中间，所述第一连杆(601)的两端分别铰接在中心座(4)和连杆座(603)一侧的边缘，所述第二连杆(602)的两端分别铰接在中心座(4)和连杆座(603)另一侧的边缘。6.如权利要求5所述的一种上肢力触觉反馈康复训练仪，其特征在于：在所述第二连杆(602)上设有两个通孔(6021)，在两个第一连杆(601)之间固定有锁紧板(604)，锁紧板(604)上设有螺纹孔，所述通孔(6021)上安装有螺钉。
7.如权利要求5所述的一种上肢力触觉反馈康复训练仪，其特征在于：所述连杆座(603)前侧固定设有曲柄组件，所述曲柄组件的末端固定有把手组件(7)，所述把手组件(7)包括圆形护罩(701)，圆形护罩(701)内部靠上位置固定有电机座(702)，电机座(702)的下表面固定有第二电机(703)，第二电机(703)的动力轴上固定设有第二滚轮(704)，电机座(702)的上端设有绳轮杆(705)，所述第二滚轮(704)与绳轮杆(705)之间有两根绳子进行传动。8.如权利要求7所述的一种上肢力触觉反馈康复训练仪，其特征在于：所述绳轮杆(705)呈圆弧形，所述绳轮杆(705)两端的内部分别设有一个第二绳柱(7051)，绳轮杆(705)的下侧设有弧形槽(7052)，所述电机座(702)的上端固定有限位销轴(706)，所述弧形槽(7052)与所述限位销轴(706)相配合。9.如权利要求8所述的一种上肢力触觉反馈康复训练仪，其特征在于：所述绳轮杆(705)的上端设有手指架固定座(709)，所述手指架固定座(709)与电机座(702)固定连接，所述手指架固定座(709)包括支撑杆(7091)，所述支撑杆(7091)固定设置在手指架固定座(709)的外侧面，绳轮杆(705)的第一端固定有手指垫(707)，绳轮杆(705)的第二端设有连接杆(708)，连接杆(708)的一端与绳轮杆(705)的第二端铰接，连接杆(708)的另一端与支撑杆(7091)的端部铰接。10.如权利要求7所述的一种上肢力触觉反馈康复训练仪，其特征在于：在所述第一电机(203)和第二电机(703)的动力轴上均设有角度传感器，分别用于检测绳轮盘(202)和绳轮杆(705)所处的角度。

技术总结
本发明公开了一种上肢力触觉反馈康复训练仪，属于上肢康复训练设备技术领域，包括立板，所述立板竖直安装于底座上，所述立板的前侧固定安装有三个驱动总成，三个所述驱动总成的后端安装于立板的表面，三个所述驱动总成的前端对应设有三个四连杆机构，每个所述驱动总成可以带动相应的四连杆机构的来回摆动；四连杆机构的前端设有中心座上中心座的前侧设有手掌连接总成；驱动总成带动四连杆机构摆动，最终带动手掌连接总成运动，对患者进行康复训练。本发明可以模拟更多更细致的活动场景，把模拟的场景变成触感反馈到患者的手臂和手掌，真实还原上肢日常运动的场景，从而让患者身临其境地进行康复训练。其境地进行康复训练。其境地进行康复训练。


技术研发人员：陈永源 刘剑伟 吴昶霖 修林功 修锋毅 孙晓慧 张国强 田立军 吴少军
受保护的技术使用者：山东泽普医疗科技有限公司
技术研发日：2023.07.20
技术公布日：2023/8/24