基于并联机构的肢体关节康复器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种医疗康复和助力设备，特别是涉及一种肢体关节康复装置，应用 于因病导致的肌肉萎缩及重度肥胖人群，应用于身体保健和辅助医疗技术领域。。
【背景技术】
[0002] 目前所采用的防止骨折病人、长期卧病在床患者的肌肉萎缩主要是通过人工按 摩、去复健室在专业复健医师的知道下进行复健。但毕竟医院的资源有限，但病人数量确实 庞大的，这样平均分到没人病人身上的复健资源是很少的，如此就不能享受到很好的复健 治疗，对病人的康复是不利的。现在人们对于医疗方面的关注，促使着这方面的技术革新与 发展，但是仅仅依靠人工是不能够满足广大患者的需要的，所以需要依靠现代科技的力量 对其进行补充。
【发明内容】
[0003] 为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种 基于并联机构的肢体关节康复器，弥补了人工复健所不能满足的复健需求，实现一种居家 型、随时随地的复健功效，不仅能够贴身帮助患者进行复健，还能提供按摩，兼具大气污染 物检测及温湿度监测功能，能与手机客户端进行实时反馈，并且能够在假肢上的LED矩阵 直接显示，实现人机交互。
[0004] 为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案： 一种基于并联机构的肢体关节康复器，主要由机械外骨骼机构、一系列驱动电机、肌电 控制装置、外部信号接收和发送装置、主机、电机控制器和电源组成，机械外骨骼机构由一 系列人体关节辅助运动单元组成，至少包括肩关节辅助运动单元，一个肩关节辅助运动单 元由一个基座、至少3个丝杠机构、一套上臂固定夹具和肩部固定束带组成，基座和上臂固 定夹具皆是与使用者贴合部分，肌电控制装置、外部信号接收和发送装置、主机、电机控制 器和电源组成的电气系统搭载安装于基座上，上臂固定夹具可装卸地固定安装在手臂上， 使用肩部固定束带将基座固定安装在肩部，每个丝杠机构的螺母和螺杆分别通过对应的铰 链机构安装在基座和上臂固定夹具上，在上臂固定夹具上的各铰链机构安装的铰接轴位置 围绕手臂圆周等距离分布设置，在基座上的各铰链机构安装的铰接轴也围绕手臂最上端圆 周等距离分布设置，形成至少3组并联的进行牵拉支撑的伸缩机构，每个丝杠机构由独立 的驱动电机驱动，肌电控制装置包括依次信号连接的一系列的肢体接触感应端、肌电信号 接收器以及肌电信号处理器，肢体接触感应端直接固定在上肢肌肉部位，肌电信号接收器 收集被各肢体接触感应端采集的肌电信号，并通过肌电信号处理器向主机发送信息，外部 信号接收和发送装置能根据主机的信号指令能向上位机发送信号并能接收外部输入信号， 外部信号接收和发送装置的信号输出端与主机的信号接收端信号连接，主机将收集到的肌 电信号以及外部信号进行计算处理之后，输出所指定的向量长度，并将此指令发送给电机 控制器，电机控制器将从主机那里接收到的指令信号数据处理成各驱动电机能识别的电压 控制信号，电机编码器分别记录各驱动电机的转速和传动轴角位移数据后向电机控制器实 时发送，再由电机控制器向主机发送，使主机实时控制肩关节辅助运动单元的各丝杠机构 输出伸缩直线运动，从而牵引上臂固定夹具带动手臂进行设定的动作，辅助肩关节进行设 定运动。
[0005] 作为本发明优选的技术方案，机械外骨骼机构包括通过背板连接的两个肩关节运 动单元形成双肩关节运动装置，实现双肩关节联合运动。
[0006] 作为本发明进一步优选的技术方案，机械外骨骼机构还包括肘关节运动单元，一 个肘关节运动单元由一套上臂固定夹具、至少2个丝杠机构和一套前臂固定夹具组成，上 臂固定夹具使肘关节运动单元和肩关节辅助运动单元实现连接，上臂固定夹具和前臂固定 夹具皆是与使用者手臂贴合的可装卸部分，每个丝杠机构的螺母和螺杆分别通过对应的铰 链机构安装在上臂固定夹具和前臂固定夹具上，形成至少2组并联的进行牵拉支撑的丝杠 伸缩机构，至少分别有一个丝杠伸缩机构分别设置于面向臂弯位置上和背向臂弯位置上， 每个丝杠机构也由独立的驱动电机驱动，使主机实时控制肘关节运动单元的各丝杠机构输 出伸缩直线运动，从而牵引前臂固定夹具带动前臂进行设定的动作，辅助肘关节进行设定 运动，通过主机控制肩关节运动单元和肘关节运动单元的协调辅助运动，实现一侧肢体肩 肘关节联合运动。
[0007] 作为本发明上述方案的进一步优选技术方案，机械外骨骼机构包括通过背板连接 的两个肩关节运动单元形成双肩关节运动装置，还包括两个肘关节运动单元，能实现双侧 肢体肩肘关节联合运动。
[0008] 作为本发明上述方案的进一步优选技术方案，丝杠机构为二阶丝杆，具有套螺纹 配合的两个丝杆，其中细丝杠设置于粗丝杠的内部螺纹腔中，细丝杠的外螺纹与粗丝杠的 中空内腔表面的内螺纹相互配合，驱动电机通过驱动粗丝杠的顺时针转动，带动粗丝杠内 部的细丝杠的相对逆时针转动，使粗丝杠和细丝杠一起伸缩，最终获得低于0. 4的丝杆最 短值与最长值之比，铰链机构采用虎克铰链。
[0009] 作为本发明上述方案的进一步优选技术方案，主机进行向量运算，将获得电机控 制器发送的数据转换成并联伸缩机构使用的可执行数据，再发送至电机控制器驱动驱动电 机运转。
[0010] 作为本发明上述方案的进一步优选技术方案，基座和上臂固定夹具分别与使用者 身体贴合部位还设有具有弹性调节贴合程度的机构或材料层。
[0011] 作为本发明上述方案的进一步优选技术方案，外部信号接收和发送装置采用蓝牙 丰旲块。
[0012] 作为本发明上述方案的进一步优选技术方案，通过主机，通过手指控制器向外部 信号接收和发送装置发送外部控制指令。
[0013] 作为本发明上述方案的进一步优选技术方案，在外部信号接收和发送装置的扩展 口加装环境温湿度检测模块或大气污染物检测模块，主机根据环境温湿度或大气污染物含 量检测信息，调控所述机械外骨骼机构输出的运动。
[0014] 本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点： 1.本发明肢体关节康复器通过模拟肌肉分布布置电机，达到肩关节、肘关节的助力运 动； 2. 本发明通过分析人体间关节肌肉与骨骼分布，了解其肌肉群的作用机理，各关节相 对运动的关系，以布置电机，达到以多个小功率电机并联的方式驱动肩关节，满足低功耗， 快速响应与体积紧凑的目的； 3. 本发明肢体关节康复器通过在内置的康复程序，使患者在器械的带动下完成指定的 康复动作，使患者因病导致的萎缩肌肉以刺激，并以此达到恢复肌力的作用，以肌电信号为 康复指标，使康复训练更加科学有效； 4. 重度肥胖人群初始锻炼上肢时，由于不能标准的完成锻炼动作而失去兴趣导致减肥 失败，可通过本发明肢体关节康复器所提供的一定的助力来完成动作，日后可根据其体能， 逐渐减弱所提供的助力效果，甚至通过反助力以增加锻炼强度； 5. 本发明以较低功率的复数电机驱动假肢，延长使用时间； 6. 本发明包覆式穿戴，贴合身形； 7. 本发明兼具按摩，大气污染物检测、温湿度监测，与手机客户端实时反馈，并可于假 肢上的LED矩阵直接显示，实现人机交互。
【附图说明】
[0015] 图]~3是人体肘关节活动示意图。
[0016] 图4是人体肩部骨骼分布图。
[0017] 图5是人体肩部肌肉分布图。
[0018] 图6~9是人体肩部深层肌力分布图。
[0019] 图10是人体肩胛骨随臂运动方式图。
[0020] 图11是本发明实施例一肢体关节康复器的信号系统结构示意图。
[0021] 图12是使用本发明实施例一肢体关节康复器进行单肩关节运动示意图。
[0022] 图13是在图12中的A向的投影图。
[0023] 图14是使用本发明实施例二肢体关节康复器进行双肩关节运动示意图。
【具体实施方式】
[0024] 本发明的优选实施例详述如下： 实施例一： 在本实施例中，参见图11~13, 一种基于并联机构的肢体关节康复器，主要由机械外骨 骼机构、一系列驱动电机7、肌电控制装置、外部信号接收和发送装置4、主机5、电机控制器 6和电源组成，机械外骨骼机构为一个肩关节辅助运动单元，一个肩关节辅助运动单元由一 个基座1〇、3个丝杠机构11、一套上臂固定夹具12和肩部固定束带9组成，基座10和上臂 固定夹具12皆是与使用者贴合部分，肌电控制装置、外部信号接收和发送装置4、主机5、电 机控制器6和电源组成的电气系统搭载安装于基座10上，上臂固定夹具12可装卸地固定 安装在手臂上，实现包覆式穿戴，使用肩部固定束带9将基座10固定安装在肩部，每个丝杠 机构11的螺母和螺杆分别通过对应的铰链机构安装在基座10和上臂固定夹具12上，在上 臂固定夹具12上的各铰链机构安装的铰接轴位置围绕手臂圆周等距离分布设置，在基座 10上的各铰链机构安装的铰接轴也围绕手臂最上端圆周等距离分布设置，即在上臂固定夹 具12上的各铰链机构安装的铰接轴位置围绕手臂形成120°角度分布，在基座10上的各铰 链机构安装的铰接轴也围绕手臂最上端按120°角度分布，形成3组并联的进行牵拉支撑 的伸缩机构，每个丝杠机构11由独立的驱动电机7驱动，肌电控制装置包括依次信号连接 的一系列的肢体接触感应端1、肌电信号接收器2以及肌电信号处理器3,肢体接触感应端1 直接固定在上肢肌肉部位，肌电信号接收器2收集被各肢体接触感应端1采集的肌电信号， 并通过肌电信号处理器3向主机5发送信息，外部信号接收和发送装置4能根据主机5的信 号指令能向上位机发送信号并能接收外部输入信号，外部信号接收和发送装置4的信号输 出端与主机5的信号接收端信号连接，主机5将收集到的肌电信号以及外部信号进行计算 处理之后，输出所指定的向量长度，并将此指令发送给电机控制器6,电机控制器6将从主 机5那里接收到的指令信号数据处理成各驱动电机7能识别的电压控制信号，电机编码器 分别记录各驱动电机7的转速和传动轴角位移数据后向电机控制器6实时发送，使电机控 制器6能够判别驱动电机7是否完成了其所发出的指令，再由电机控制器6向主机5发送， 使主机5实时控制肩关节辅助运动单元的各丝杠机构11输出伸缩直线运动，从而牵引上臂 固定夹具12带动手臂进行设定的动作，辅助肩关节进行设定运动。电机控制器6获得长度 数据，并根据其比