[发明专利]一种龙门式上肢康复训练装置

说明书

技术领域

本发明属于康复医疗机械技术领域，更具体地，涉及一种龙门式上肢康复训练装置，其适用于辅助上肢肢体运动功能障碍患者恢复运动功能。

背景技术

国内外研究表明，大多数肢体残疾患者可以通过康复运动训练恢复其肢体运动功能，尤其是中风偏瘫早期患者，通过运动功能训练其康复率高达90%。而通过传统的人工方式对患者进行康复训练，既增加了护理人员的工作强度，而且不能获得可用于评定康复效果的详细数据，因此，将机器人技术与康复医学有机结合在一起的康复训练机器人能大大减轻康复护理人员的工作强度，提高患者康复训练效率，同时将康复机器人产业化，可以大大降低康复医疗成本，满足日益增加的残疾人康复训练需求，极大的推动了残疾人康复事业的发展。

随着机器人技术的不断发展，人们开始将机器人技术应用到康复医学领域，从而产生了康复医疗机器人这个新兴的产业和学科。从20世纪80年代美国率先开展康复机器人技术研究至今，全世界已经有数以百计的研究机构在从事康复医疗机器人的理论研究和技术开发。康复机器人领域已经成为工程技术和康复医学学科交叉的研究热点。其中，比较有代表性的上肢康复训练机器人有：1991年美国麻省理工学院MIT设计出世界上第一台上肢康复训练机器人系统MIT-MANUS7；1999年美国斯坦福大学辅助测量患者上肢运动空间的THE ARM GUIDE；德国柏林的Klinic实验室与弗朗荷费研究所共同发明的Bi-Manu-Track训练机器人；2002年，以英国Reading大学为首的欧洲跨国研究小组研制出名为GENTLE/S的上肢康复医疗机器人；日本大阪大学、兵库医学院和旭化成株式会社的Junji Furusho,Kenichi Koyanagi等人联合研制的上肢康复训练系统3DOF-EMUL和改进版的6DOF-Robotherapist等。

上述上肢康复训练装置的优点是结构简单，易于控制，但是装置的自由度数较少，可训练的关节数量有限，而且患者训练时的运动空间较小。因此，相关领域中亟需开发出更为完善的解决方案，以便更好地适应上肢肢体运动功能障碍患者恢复运动功能的各类需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种龙门式上肢康复训练装置，其中通过对关键组成部件的构造及其设置方式进行改进，使得该装置能够以结构紧凑、便于操作的方式多自由度牵引患者手部从而带动患者整个上肢各个关节的运动，模拟各种人体上肢日常行为，使患者上肢各关节、运动肌肉群以及运动功能神经群得到有效的物理刺激，进而达到有效恢复患者上肢运动功能的目的。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种龙门式上肢康复训练装置，该训练装置包括龙门式机架、配置于该机架的X轴直线运动机构、Y轴直线运动机构和Z轴直线运动机构，以及手柄组件，其特征在于：

所述X轴直线运动机构设置在龙门式机架的中部，并包括第一驱动箱、第一伺服电机、钢丝绳张紧元件、转向滑轮、X向直线导轨和X向滑块，其中从第一驱动箱沿着水平X轴方向引出钢丝绳，该钢丝绳绕过钢丝绳张紧元件和转向滑轮后连接于X向滑块，然后继续绕过转向滑轮和钢丝绳张紧元件，最后返回第一驱动箱；以此方式，在第一伺服电机的驱动下，使得钢丝绳可带动所述X向滑块沿着直线导轨实现水平左右方向的直线运动；

所述Y轴直线运动机构设置在龙门式机架的底部，并包括第二伺服电机、滚珠丝杆、圆螺母组件和滚轮，其中第二伺服电机的输出轴与滚珠丝杆相连，使滚珠丝杆转动并带动圆螺母组件可沿着水平Y轴方向来回移动；圆螺母组件固定在龙门式机架上，由此带动龙门式机架及与其相连的其他机构一同沿着滚轮轨道实现水平前后方向的直线移动；

所述Z轴直线运动机构设置在龙门式机架的顶部，并包括第二驱动箱、第三伺服电机、转向滑轮、Z向导轨和滑块连接件，其中从第二驱动箱沿着水平左右方向引出钢丝绳，所述钢丝绳各自绕过转向滑轮后，分别连接于固定设置在X轴直线运动机构两端的滑块连接件；以此方式，在第一伺服电机的驱动下，使得钢丝绳可带动所述滑块连接件及X轴直线运动机构沿着Z向导轨实现竖直上下方向的直线运动；

所述手柄组件设置在所述X向滑块上并随其一同运动，同时具备三个旋转轴正交的旋转自由度，以此方式，使用者通过握住手柄组件，可带动其手臂在XYZ三直线轴方向以及三个旋转轴方向上组合执行多种上肢动作，从而实现对使用者上肢运动功能的康复训练过程。