1.本发明属于康复训练机器人领域，特别是涉及一种上肢康复训练装置。
背景技术：2.失能老人长期卧床会出现骨质疏松、皮肤压疮、静脉血栓等并发症，严重影响老人的生活质量，因而长期卧床病人有肢体康复训练的需求。相对于传统的康复训练方式，使用康复训练设备进行辅助康复治疗的方式具有很大的优势，这种训练方式大大降低了医护人员的工作强度，同时设备的高精度与高稳定性也能保证患者得到最佳的训练效果。因此，针对失能老人康复治疗、运动恢复的问题，根据康复理论的人体运动学和动力学分析，研究开发一种拥有多种训练模式的床边上肢康复训练装置有重要意义。
3.相比于现有的床边康复训练装置本发明具有康复训练功能丰富、训练效率高、应用场景多样等优点。
技术实现要素：4.鉴于上述技术背景中存在的问题，本发明的目的在于提供一种拥有多种训练模式的床边上肢康复训练装置。
5.为达到上述目的，本发明采取如下技术方案：一种参数可调的多任务床边上肢康复训练装置，装置具体包括万向轮(1)、底座(2)、手动升降装置(3)、弹簧重力平衡装置(4)、弹簧刚度调节装置(5)、立柱(6)、肩关节电机(7)、可调悬臂(8)、显示屏(9)和圆周训练机构(10)。
6.本发明的优点在于：
7.1、底座(2)的四个角安装万向轮(1)，可实现整体装置的便携移动。
8.2、采用改变拉簧(401)长度的方法平衡可调悬臂(8)自身重量。通过夹爪(505)夹紧拉簧(401) 的不同位置改变拉簧(401)的实际有效自由长度从而改变拉簧(401)的实际刚度，有效提高了肩关节电机能量的利用效率。
9.3、可调悬臂(8)通过方管的形状约束来实现长度的手动调节，并通过悬臂锁紧旋钮(802) 锁紧，可以适应不同身体尺寸人群的训练需求。
10.4、在小臂方管(801)上安装显示屏(9)用于人机交互，可以实现上肢训练装置的可视化控制与情感陪护游戏的显示。
11.5、圆周训练机构(10)可以支持主动和被动两种训练模式。
12.6、整体装置可以实现圆周动作训练与够物动作训练两种训练动作，同时可以进行卧姿与坐姿两种姿态下的康复训练，提高了训练的多样性与效率。
附图说明
13.图1为本发明的参数可调的多任务床边上肢康复训练装置立体结构示意图；
14.图2为本发明的参数可调的多任务床边上肢康复训练装置结构简图；
15.图3为手动升降装置、弹簧重力平衡装置和弹簧刚度调节装置的立体结构示意图；
16.图4为弹簧刚度调节装置的立体结构示意图；
17.图5为弹簧重力平衡方案的原理示意图；
18.图6为可调悬臂、显示器和圆周训练装置的立体结构示意图；
19.图7为圆周训练装置把手两种安装位置的示意图；
20.图8为训练模式示意图。
21.图中：
22.1-万向轮2-底座3-手动升降装置300-涡轮减速箱301-手轮302-手轮轴303-丝杠304-铜螺母305-升降平台4-弹簧重力平衡装置400-弹簧安装支座401-拉簧402-拉绳403-定滑轮404-定滑轮轴405-定滑轮支座406-拉绳安装支座5-弹簧刚度调节装置500-安装底座501-锁紧把手502-刚度调节装置锁紧旋钮503-移动滑块504-连杆505-夹爪6-立柱7-肩关节电机8-可调悬臂800-大臂方管801-小臂方管802-悬臂锁紧旋钮9-显示屏10-圆周训练机构1000-圆周训练电机1001-回转轴1002-把手安装板1003-把手回转轴1004-把手1005-把手橡胶套 具体实施方式
23.以下结合附图来对本发明的具体实施方式作进一步说明，附图的作用在于用图片补充文字部分的描述，使人能更加形象、直观的理解本发明的整体技术方案，但不能理解为对本发明保护范围的限制。
24.如图1所示，一种参数可调的多任务床边上肢康复训练装置包括万向轮(1)、底座(2)、手动升降装置(3)、弹簧重力平衡装置(4)、弹簧刚度调节装置(5)、立柱(6)、肩关节电机(7)、可调悬臂(8)、显示屏(9)和圆周训练机构(10)。
25.所述底座(2)由矩形管焊接而成，用于安装其他组件，所述万向轮(1)安装于底座的四个角，以实现底座的便携移动。
26.所述手动升降装置(3)由涡轮减速箱(300)、手轮(301)、手轮轴(302)、丝杠(303)、铜螺母 (304)和升降平台(305)组成，所述涡轮减速箱(300)安装于底座(2)上，所述升降平台(305)由矩形管和钢板焊接而成，通过摇动手轮(301)带动丝杠(303)转动，从而实现与铜螺母(304)连接的升降平台(305)的上下位置调节。
27.所述弹簧重力平衡装置(4)由弹簧安装支座(400)、拉簧(401)、拉绳(402)、定滑轮(403)、定滑轮轴(404)、定滑轮支座(405)和拉绳安装支座(406)组成，所述弹簧安装支座(400)安装于手动升降装置(3)中的升降平台(305)上，拉簧(401)的下端通过弹簧安装支座(400)固定，拉簧 (401)的上端与拉绳(402)一端连接，拉绳(402)另一端通过定滑轮(403)与安装于可调悬臂(8)上的拉绳安装支座(406)连接，可调悬臂(8)在转动过程中，拉簧
(401)的长度也随之改变，并通过拉绳(402)平衡可调悬臂(8)自身的重量。
28.进一步的，所述弹簧刚度调节装置(5)由安装底座(500)、锁紧把手(501)、刚度调节装置锁紧旋钮(502)、移动滑块(503)、连杆(504)、夹爪(505)组成，所述安装底座(500)安装于手动升降装置(3)中的升降平台(305)上，通过手动调节弹簧刚度调节装置(5)的上下位置，并通过刚度调节装置锁紧旋钮(502)固定装置相对于手动升降装置(3)中的升降平台(305)的位置，通过夹爪 (505)夹紧弹簧重力平衡装置(4)中拉簧(401)的不同位置改变拉簧(401)的实际有效自由长度从而改变拉簧(401)的实际刚度。
29.所述立柱(6)安装于底座(2)上，为手动升降装置(3)中的升降平台(305)提供导向。
30.所述肩关节电机(7)安装于手动升降装置(3)中的升降平台(305)上，并带动可调悬臂(8)做旋转运动从而实现上肢的够物动作训练。
31.所述可调悬臂(8)由大臂方管(800)、小臂方管(801)和悬臂锁紧旋钮(802)组成，可调悬臂(8) 可以通过方管的形状约束来实现长度的手动调节，并通过悬臂锁紧旋钮(802)锁紧，从而适应不同身体尺寸人群的训练需求。
32.进一步的，所述显示屏(9)安装在可调悬臂(8)中的小臂方管(801)上，显示屏(9)用于实现人机交互，可以实现上肢训练装置的可视化控制与情感陪护游戏的显示。
33.进一步的，所述圆周训练机构(10)由圆周训练电机(1000)、回转轴(1001)、把手安装板 (1002)、把手回转轴(1003)、把手(1004)和把手橡胶套(1005)组成，机构安装于可调悬臂(8)中小臂方管(801)上，所述把手有两种安装位置，同时可以实现主动和被动两种训练模式。
34.如图2的结构简图所示，一种参数可调的多任务床边上肢康复训练装置包括两个可调节尺寸，分别为高度方向的尺寸调节a以适应不同的床高、人体尺寸以及两种训练姿态，以及可调悬臂(8)的长度尺寸调节b以适应不同人体上肢尺寸。另外装置有两个驱动b、d，分别为肩关节电机(7)和圆周训练电机(1000)，两个驱动分别用以实现够物动作训练与圆周动作训练。同时把手(1004)可以绕其自身轴线自由转动。
35.如图3所示，所述手动升降装置(3)由涡轮减速箱(300)、手轮(301)、手轮轴(302)、丝杠(303)、铜螺母(304)和升降平台(305)组成，所述涡轮减速箱(300)固定安装于底座(2)上，通过摇动手轮(301)和涡轮转动带动丝杠(303)转动，所述升降平台(305)由矩形管和钢板焊接而成，其上开有孔位用以安装其他组件，铜螺母(304)固定安装于升降平台(305)底部，丝杠(303)和铜螺母 (304)形成螺纹传动，而升降平台(305)由立柱(6)限制其转动，从而实现与铜螺母(304)连接的升降平台(305)的上下位置移动调节。
36.进一步的，所述弹簧重力平衡装置(4)由弹簧安装支座(400)、拉簧(401)、拉绳(402)、定滑轮(403)、定滑轮轴(404)、定滑轮支座(405)和拉绳安装支座(406)组成，所述弹簧安装支座(400) 安装于手动升降装置(3)中的升降平台(305)上，拉簧(401)的下端拉钩通过弹簧安装支座(400) 固定，拉簧(401)的上端拉钩与拉绳(402)一端拉环连接，拉绳(402)绕过定滑轮(403)与安装于可调悬臂(8)上的拉绳安装支座(406)连接，可调悬臂(8)在肩关节电机(7)驱动下转动过程中，通过拉绳(402)，拉簧(401)长度随之改变，从而实现转动过程中实时的悬臂自身重力平衡。
37.进一步的，所述弹簧刚度调节装置(5)由安装底座(500)、锁紧把手(501)、刚度调
节装置锁紧旋钮(502)、移动滑块(503)、连杆(504)、夹爪(505)组成，所述安装底座(500)通过刚度调节装置锁紧旋钮(502)固定于升降平台(305)上，可以通过手动方式调节弹簧刚度调节装置(5)的上下位置，并通过转动锁紧把手(501)从而使夹爪(505)夹紧弹簧的不同位置，从而改变拉簧(401) 的实际有效自由长度即改变弹簧的实际刚度。
38.进一步的，通过图5说明弹簧重力平衡方案的原理，如图5所示，拉绳(402)在定滑轮(403) 与拉绳安装支座(406)之间的距离为l，该距离l等于拉簧(401)的伸长量，m为可调悬臂(8)的等效质量；a为拉绳(402)从x轴起始，绕过定滑轮(403)到定滑轮(403)右侧接触点的长度；l 为可调悬臂(8)的长度；r为拉绳安装支座(406)到可调悬臂(8)转轴的距离；k为弹簧刚度。满足(式一)即可使得系统的总势能在可调悬臂(8)转动过程中始终为一定值，即可调悬臂(8) 的重力被完全平衡：
39.mgl＝kar，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(式一)
40.由于可调悬臂(8)的长度尺寸可以调节，则其等效质量m也会随之变化，从而所需的弹簧重力平衡装置(4)中的拉簧(401)刚度k也需要随之变化，故通过弹簧刚度调节装置(5)进行调节。其调节过程为：首先取下弹簧重力平衡装置(4)中的拉绳安装支座(406)上的拉绳(402)使拉簧(401)恢复到自然长度，松开弹簧刚度调节装置(5)中的刚度调节装置锁紧旋钮(502)与锁紧把手(501)，并根据现在可调悬臂(8)的伸缩长度手动调节弹簧刚度调节装置(5)的上下位置，调整好位置后，锁紧刚度调节装置锁紧旋钮(502)与锁紧把手(501)，则拉簧(401)在夹爪(505)抱紧位置以下的部分将无法伸长，即拉簧(401)的有效自由长度变为夹爪(505)抱紧位置以上的部分，从而拉簧(401)的刚度随之发生变化。
41.如图6所示，所述可调悬臂(8)由大臂方管(800)、小臂方管(801)和悬臂锁紧旋钮(802)组成，可调悬臂(8)可以通过方管的形状约束来实现伸缩，从而实现其长度的尺寸调节，以适应不同身体尺寸人群的训练需求。通过悬臂锁紧旋钮(802)可以固定大臂方管(800)和小臂方管 (801)的相对位置。
42.进一步的，所述显示屏(9)安装在可调悬臂(8)中的小臂方管(801)上，显示屏(9)用于实现人机交互，可以实现上肢康复训练装置的可视化控制与情感陪护游戏的显示。
43.进一步的，所述圆周训练机构(10)由圆周训练电机(1000)、回转轴(1001)、把手安装板 (1002)、把手回转轴(1003)、把手(1004)和把手橡胶套(1005)组成，圆周训练电机(1000)固定安装于小臂方管(801)上，把手(1004)上套有把手橡胶套(1005)以增加人手与把手之间的摩擦力，增加训练的舒适性，把手(1004)可以绕着把手回转轴(1003)自由转动，以适应整周旋转中的不同位置需求，把手(1004)通过把手安装板(1002)安装于回转轴(1001)上，由圆周训练电机(1000) 进行驱动。如图7所示，把手有两种安装位置，可以实现两种把手相位下的圆周动作训练，增加了训练的多样性。
44.在具体使用该上肢康复训练装置时，应根据患者的恢复情况针对性的进行不同位姿与训练模式的康复治疗，同一个患者在不同恢复时期也应当指定不同的康复治疗模式。
45.如图8所示，本发明的康复训练装置包括两种位姿下的多种训练模式：
46.a、卧姿主被动圆周动作训练模式
47.此模式适用于在康复训练初期，患者还需要卧床进行康复训练。此时上肢康复训练装置的可调悬臂(8)转到垂直位置进行训练，通过调整可调悬臂(8)的伸缩长度以适应患者的上肢尺寸，圆周训练机构(10)中的把手(1004)可以在两种安装位置中进行选择切换。
48.在卧床训练初期，患者肌力较弱，上肢处于瘫痪期或无力期，不能自主进行任何动作的训练，此时采用被动训练模式，由上肢康复训练装置的圆周训练机构(10)带动患者上肢进行圆周动作训练，以此消除患者上肢肿胀，恢复上肢相应关节的活动范围。
49.在卧床训练后期，患者肌力较强，上肢具有一定的自我运动能力，此时采用主动训练模式，患者主动进行圆周动作的训练，由圆周训练机构(10)中的圆周训练电机(1000)提供相应可调节的阻力，主动训练模式可以训练患者上肢的肌肉强度与关节的控制力度，加速患者上肢功能的恢复。
50.b、坐姿主被动圆周动作训练模式
51.此模式适用于在康复训练后期，患者已经可以自主或者辅助坐起。此时通过手动升降装置(3)调节高度，并移动底座(2)使得肩关节电机(7)与患者肩关节基本处于同一轴线，上肢康复训练装置的可调悬臂(8)初始转到水平位置，圆周训练机构(10)中的把手(1004)可以在两种安装位置中进行选择切换。
52.同样坐姿训练初期采用被动训练模式，坐姿训练后期采用主动训练模式。
53.c、坐姿主被动够物动作训练模式
54.此模式适用于在康复训练后期，患者已经可以自主或者辅助坐起。此时通过手动升降装置(3)调节高度，并移动底座(2)使得肩关节电机(7)与患者肩关节基本处于同一轴线，上肢康复训练装置的可调悬臂(8)初始转到水平位置，圆周训练机构(10)中的把手(1004)安装相位差为 0
°
。
55.坐姿训练初期采用被动训练模式，由肩关节电机(7)带动可调悬臂(8)从水平位置转到垂直位置，从而带动患者上肢完成够物训练动作，以此恢复上肢肩关节的活动范围。
56.坐姿训练后期采用主动训练模式，患者主动进行够物动作的训练，由肩关节电机(7)提供可调节的阻力，主动训练模式可以训练患者上肢的肌肉强度与关节的控制力度，加速患者上肢功能的恢复。
57.以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，尽管对本发明进行了详细的说明，但是本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
技术特征：1.一种参数可调的多任务床边上肢康复训练装置，其特征在于：包括万向轮(1)、底座(2)、手动升降装置(3)、弹簧刚度调节装置(4)、弹簧重力平衡装置(5)、立柱(6)、肩关节电机(7)、可调节悬臂(8)、显示屏(9)和圆周训练机构(10)；所述底座(2)由矩形管焊接而成，用于安装其他组件，所述万向轮(1)安装于底座的四个角，以实现底座的便携移动；所述手动升降装置(3)由涡轮减速箱(300)、手轮(301)、手轮轴(302)、丝杠(303)、铜螺母(304)和升降平台(305)组成，所述涡轮减速箱(300)安装于底座(2)上，所述升降平台(305)由矩形管和钢板焊接而成，通过摇动手轮(301)带动丝杠(303)转动，从而实现与铜螺母(304)连接的升降平台(305)的上下位置调节；所述弹簧重力平衡装置(4)由弹簧安装支座(400)、拉簧(401)、拉绳(402)、定滑轮(403)、定滑轮轴(404)、定滑轮支座(405)和拉绳安装支座(406)组成；进一步的，所述弹簧刚度调节装置(5)由安装底座(500)、锁紧把手(501)、刚度调节装置锁紧旋钮(502)、移动滑块(503)、连杆(504)、夹爪(505)组成；所述立柱(6)安装于底座(2)上，为手动升降装置(3)中的升降平台(305)提供导向；所述肩关节电机(7)安装于手动升降装置(3)中的升降平台(305)上，并带动可调悬臂(8)做旋转运动从而实现上肢的够物动作训练；所述可调悬臂(8)由大臂方管(800)、小臂方管(801)和悬臂锁紧旋钮(802)组成，可调悬臂(8)可以通过方管的形状约束来实现长度的手动调节，并通过悬臂锁紧旋钮(802)锁紧，从而适应不同身体尺寸人群的训练需求；进一步的，所述显示屏(9)安装在可调悬臂(8)中的小臂方管(801)上，显示屏(9)用于实现人机交互，可以实现上肢训练装置的可视化控制与情感陪护游戏的显示；进一步的，所述圆周训练机构(10)由圆周训练电机(1000)、回转轴(1001)、把手安装板(1002)、把手回转轴(1003)、把手(1004)和把手橡胶套(1005)组成，机构安装于可调悬臂(8)中小臂方管(801)上。2.根据权利要求1所述的多任务床边上肢康复训练装置，其特征在于：所述弹簧安装支座(400)安装于手动升降装置(3)中的升降平台(305)上，拉簧(401)的下端拉钩通过弹簧安装支座(400)固定，拉簧(401)的上端拉钩与拉绳(402)一端拉环连接，拉绳(402)绕过定滑轮(403)与安装于可调悬臂(8)上的拉绳安装支座(406)连接，可调悬臂(8)在肩关节电机(7)驱动下转动过程中，通过拉绳(402)，拉簧(401)长度随之改变，从而实现转动过程中实时的悬臂自身重力平衡。3.根据权利要求1所述的多任务床边上肢康复训练装置，其特征在于：所述弹簧刚度调节装置(5)由安装底座(500)、锁紧把手(501)、刚度调节装置锁紧旋钮(502)、移动滑块(503)、连杆(504)、夹爪(505)组成，所述安装底座(500)通过刚度调节装置锁紧旋钮(502)固定于升降平台(305)上，可以通过手动方式调节弹簧刚度调节装置(5)的上下位置，并通过转动锁紧把手(501)从而使夹爪(505)夹紧弹簧的不同位置，从而改变拉簧(401)的实际有效自由长度即改变弹簧的实际刚度。4.根据权利要求1所述的多任务床边上肢康复训练装置，其特征在于：所述圆周训练机构(10)中的把手(1004)有两种安装位置，分别为相位差0度和相位差180度。
技术总结本发明公开了一种参数可调的多任务床边上肢康复训练装置，装置包括万向轮(1)、底座(2)、手动升降装置(3)、弹簧重力平衡装置(4)、弹簧刚度调节装置(5)、立柱(6)、肩关节电机(7)、可调悬臂(8)、显示屏(9)和圆周训练机构(10)。该上肢康复训练装置可以同时实现卧姿下的圆周动作主被动训练和坐姿下的圆周动作和够物动作主被动训练，同时圆周训练机构(10)中的把手(1004)有两种可调节的安装位置。所述手动升降装置(3)和可调悬臂(8)可以实现装置的参数可调，以适应不同人体与位姿的训练需求。所述弹簧重力平衡装置(4)与弹簧刚度调节装置(5)可以实现不同调节尺寸下可调节悬臂的重力平衡。本发明能帮助患者进行卧姿与坐姿下多种模式的康复训练，具有良好的训练效果，并且采用弹簧方案平衡了重力，提高了电机能量的利用效率。效率。效率。
技术研发人员：赵宏哲 武春农
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2022.04.27
技术公布日：2022/7/5
