本發(fā)明涉及醫(yī)療器械，尤其是涉及一種2-rpr/rp并聯(lián)氣動肌肉腕外骨骼。

背景技術：

1、根據(jù)《柳葉刀-神經(jīng)病學》一份報告，2019年全球共有1.01億的中風患者，其中1220萬例為首次中風。在美國，每年約有79.5萬人新發(fā)或復發(fā)中風，其中大約三分之二的人存活下來并需要進行康復治療。在中國，中風是人口第三大死亡原因，每年新增約394萬例中風病例。在歐洲，每10萬人中就有200到300人中風，中風患者中約30%的人在存在運動障礙?？偟膩碚f，中風給全世界人民的健康生活帶來了巨大的挑戰(zhàn)，并且有大量的中風患者需要接受康復治療。

2、中風常導致腕部和手部功能運動障礙，腕部康復治療可以使這些中風幸存者恢復基礎運動功能，獨立完成日常生活活動(一種2-rpr/rp并聯(lián)氣動肌肉腕外骨骼)?？祻蛶熤貜偷奈锢懑煼ㄊ腔謴屯箨P節(jié)運動功能的常規(guī)方法，一種2-rpr/rp并聯(lián)氣動肌肉腕外骨骼等人的研究表明，重復的物理治療對中風幸存者的恢復有積極的效果。然而，為如此大量的中風運動功能受限者提供長時間、重復的物理治療需要大量專職衛(wèi)生技術人員，醫(yī)療資源的缺乏制約了中風患者康復的進程。近十年來,大量研究人員提出以機器人輔助康復的解決方案，機器人可以在最少的監(jiān)督下為患者提供重復性的治療。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種2-rpr/rp并聯(lián)氣動肌肉腕外骨骼，以解決現(xiàn)有技術中存在的至少一個上述技術問題。本技術結構緊湊、體積小巧、運動范圍廣，能有效適應各種腕部康復訓練。

2、為解決上述技術問題，本發(fā)明提供的一種2-rpr/rp并聯(lián)氣動肌肉腕外骨骼，包括：前臂支撐單元、rpr支鏈、rp支鏈和末端把手單元；

3、使用時，所述末端把手單元貼靠著人體手掌設置，前臂支撐單元靠近前臂的肘部設置；所述末端把手單元設置在rp支鏈上，用于被手掌抓握；所述前臂支撐單元用于與前臂固定連接；所述rpr支鏈的兩端分別與所述前臂支撐單元和所述rp支鏈鉸連接；兩個所述rpr支鏈分別左右對稱地布設在所述rp支鏈和前臂支撐單元的兩側，用于通過所述rp支鏈帶動所述末端把手單元左右擺轉。

4、進一步地，還包括底座，所述前臂支撐單元和所述rp支鏈設置在所述底座上。

5、進一步地，所述rp支鏈包括安裝座；所述安裝座可轉動地設置在所述底座上；所述末端把手單元設置在所述安裝座上。

6、進一步地，所述rp支鏈還包括軸承座和軸承；軸承座固定設置在所述底座上，所述安裝座通過軸承可轉動地設置在所述軸承座上。

7、優(yōu)選地，所述軸承為深溝球軸承。

8、進一步地，所述安裝座與所述底座（或軸承座）之間設置有扭矩傳感器；

9、所述rp支鏈還包括旋轉架，所述旋轉架通過軸承可轉動地設置在所述軸承座上；

10、所述扭矩傳感器設置在所述安裝座和所述旋轉架之間；所述安裝座通過所述扭矩傳感器設置在所述旋轉架上。

11、具體而言，所述扭矩傳感器的內環(huán)或外環(huán)與所述旋轉架固定連接，所述扭矩傳感器的外環(huán)或內環(huán)與所述安裝座固定連接。

12、進一步地，所述旋轉架包括所述安裝座一側的架體部，以及軸承一側的軸體部；所述軸體部插裝在軸承內，與軸承的內圈固定連接。

13、其中，軸承座通過螺釘?shù)染o固件固定在底座上，軸承安裝在軸承座的軸孔內，軸孔在軸承的兩側設置有卡簧結構，進而實現(xiàn)軸承的安裝和限位。同理，所述軸體部插裝在軸承的內環(huán)內，可以采用卡簧等固定結構將軸體部和內環(huán)固定。

14、進一步地，還包括角度傳感器，角度傳感器設置在所述底座的底部，角度傳感器的本體固定在所述底座上，角度傳感器的轉軸部經(jīng)過底座上過孔與所述旋轉架的軸體部固定連接。

15、具體且較為優(yōu)選地，軸體部的底部設置有卡槽，角度傳感器的轉軸部插入所述卡槽內，卡槽和轉軸部的橫截面為非圓形，軸體部可帶動轉軸部轉動，進而角度傳感器可檢測安裝座的擺轉角度。

16、本技術通過角度傳感器和扭矩傳感器可實時監(jiān)測安裝座擺轉過程中的力矩、角度等交互力和運動學信息。

17、可選擇地，角度傳感器通過傳感器座板固定在底座的底部。

18、進一步地，所述rp支鏈還包括角限位結構，用于限定所述安裝座和所述末端把手單元的擺轉角度。

19、進一步地，所述角限位結構包括所述安裝座或所述底座上設置的弧形限位槽，以及所述底座或所述安裝座上設置的限位桿，所述限位桿的端部插入所述弧形限位槽。

20、進一步地，所述rpr支鏈包括氣動肌肉，氣動肌肉的兩端分別通過復合鉸接單元與所述前臂支撐單元和所述安裝座連接；

21、所述復合鉸接單元包括:擺轉架和軸套；所述擺轉架相對固定地設置在所述前臂支撐單元和所述安裝座上，所述軸套通過樞接軸可擺轉地設置在所述擺轉架上；所述樞接軸與所述安裝座的擺轉軸線平行；

22、所述氣動肌肉的兩端設置有樞軸；樞軸整體呈中間粗兩端細的腰鼓形，樞軸環(huán)形側面的截面形狀為外凸的球面結構；所述軸套內設置有與樞軸環(huán)形側面相適配的內凹的球面結構；所述氣動肌肉通過樞軸可轉動地且可在圓錐體空間內活動地插接在軸套內。

23、優(yōu)選地，圓錐體頂角的角度為10-90°。

24、本技術中復合鉸接單元兼具兩個樞接和一個半球鉸接的復合功能，從而使得氣動肌肉兩端的連接結構更加接近于人體肌肉的連接方式，在氣動肌肉帶動安裝座和末端把手單元轉動時更加靈活、沖擊振動較小、擺轉角度更大而不會抱死。

25、進一步地，所述擺轉架為u形架；u形架包括平行設置的連接臂，連接臂上設置有樞接孔或樞接槽；

26、所述軸套設置在兩個所述連接臂之間的u形槽內，所述軸套兩端的所述樞接軸分別可轉動地插裝在所述樞接孔或樞接槽內。

27、優(yōu)選地，樞接軸通過軸承可轉動地插裝在所述樞接孔或樞接槽內。

28、優(yōu)選地，所述氣動肌肉的前端與所述旋轉架連接，通過旋轉架帶動所述安裝座擺轉。

29、優(yōu)選地，所述軸套由兩個半軸套組成。以及氣動肌肉的前后兩端伸出軸套，且分別設置有進氣口和出氣口。進氣口與氣源（如氣泵）連接，氣泵工作后向氣動肌肉內充氣，氣動肌肉中部膨脹，氣動肌肉整體長度縮短；兩側的啟動肌肉交替充氣和排氣，進而可拉動所述前臂支撐單元和所述安裝座往復擺轉。與之相關的控制系統(tǒng)，一般包括控制器、控制閥等，屬于現(xiàn)有技術，在此不再贅述。

30、進一步地，所述底座為長條形板體，所述末端把手單元和所述前臂支撐單元分別設置在所述底座的兩端。

31、進一步地，所述前臂支撐單元包括前臂支撐半環(huán)和后綁帶，前臂支撐半環(huán)的兩端設置長條形孔，后綁帶的兩端穿繞過長條形孔后將前臂固定。

32、進一步地，所述底座上以及所述末端把手單元和所述前臂支撐單元之間還設置有前臂托板和前綁帶，前臂托板為弧形板體，兩端設置長條形孔，前綁帶的兩端穿繞過長條形孔后將前臂固定。

33、以及優(yōu)選地，前臂支撐半環(huán)上分別設置有內襯軟墊。

34、進一步地，所述末端把手單元包括：環(huán)形或半環(huán)形的軌道組件、把手；所述把手可擺轉地設置在所述軌道組件上；把手的擺轉中心線平行于所述前臂支撐單元和末端把手單元的中間連線（即擺轉中心線大體與底座的長度方向平行，大體平行于人體前臂的放置方向）。

35、進一步地，所述軌道組件包括環(huán)形或半環(huán)形的滑軌，以及沿滑軌滑動的滑座；所述把手固定設置在滑座上。

36、進一步地，所述滑軌包括環(huán)形或半環(huán)形的滑槽，滑槽在滑軌的內側設置有開口；所述滑座橫截面為t型，包括滑塊和連臂部；滑塊可滑動地設置在滑槽內，連臂部自開口伸出與所述把手連接。

37、優(yōu)選地，所述滑座在所述連臂部的外側端設置有弧形蓋板，用于遮蓋住所述開口和所述滑軌，所述把手設置在蓋板上。蓋板的設置使得把手部位更加美觀，同時可以避免手部皮膚進入開口處的縫隙而被夾傷。

38、進一步地，所述軌道組件還包括鎖止件，用于將所述滑座和所述把手鎖定在設定的一個或若干個位置。

39、進一步地，所述鎖止件為鎖止銷，所述滑軌上沿所述滑塊的滑動軌跡設置有一個或若干個連通所述滑槽內外的通孔；所述滑塊上設置有銷孔，鎖止銷自外經(jīng)通孔插入銷孔后將滑塊和把手鎖定在設定角度位置。

40、進一步地，所述滑塊為環(huán)形件或半環(huán)形件；所述滑塊上沿其周向（或滑動軌跡方向）間隔設置有若干個鎖止孔；所述滑軌上設置有連通所述滑槽內外的通孔；所述鎖止件為插銷，插銷經(jīng)通孔擇一地插入一個鎖止孔內，進而將滑塊和把手鎖定在設定角度位置。

41、進一步地，還包括用于驅動所述滑塊和把手擺轉的驅動組件，驅動組件包括設置在所述滑槽內的驅動齒輪、設置在滑槽外部的旋鈕；

42、所述滑塊為環(huán)形件或半環(huán)形件，且滑塊上設置有與驅動齒輪嚙合的齒牙結構（或稱齒條或齒輪結構），旋鈕通過連接軸與驅動齒輪連接，轉動旋鈕，通過驅動齒輪和齒牙結構的配合帶動所述滑塊和把手沿所述滑槽滑動，進而調節(jié)把手的擺轉角度。

43、進一步地，所述軌道組件可沿所述前臂支撐單元和末端把手單元的中間連線方向（即擺轉中心線大體與底座的長度方向平行，大體平行于人體前臂的放置方向）移動地設置在所述安裝座上。

44、優(yōu)選地，所述安裝座上設置有直線導向組件，所述軌道組件設置在直線導向組件上。

45、直線導向組件可以是直線型的軌道組件或滑軌等，也可以是電動或氣動的伸縮機構，例如電動滑軌等。

46、優(yōu)選地，所述直線導向組件包括直線導軌和導向塊；所述軌道組件直接或通過座板等中間件設置在導向塊上。

47、采用上述技術方案，本發(fā)明具有如下有益效果：

48、本發(fā)明提供的一種2-rpr/rp并聯(lián)氣動肌肉腕外骨骼，采用氣動肌肉作為驅動元件，使得該裝置的驅動能力大幅提升，且結構緊湊、體積小巧、運動范圍廣，能有效適應各種腕部康復訓練。