阅读说明：本技术 一种上肢支撑装置 (Upper limb supporting device ) 是由 王多琎 李玟卓 王倩 于 2020-04-09 设计创作，主要内容包括：本发明属于医疗器械领域,提供了一种上肢支撑装置,包括驱动单元、传动单元、支撑单元及控制单元,传动单元包括滚珠丝杠和螺母,支撑单元包括套筒、上臂支撑件及前臂支撑件,螺母套设在滚珠丝杠上,套筒套在螺母上,上臂支撑件与套筒活动连接,而前臂支撑件与上臂支撑件相连接。通过滚珠丝杠与螺母的配合,改变力矩的传递方向,将驱动单元的力矩转变成直线运动,从而使得上臂支撑件沿滚珠丝杠的长度方向直线运动。同时,上臂支撑件能够围绕滚珠丝杠的轴线旋转形成旋转副。本发明通过驱动单元提供助力,使得使用者能够方便地升高或降低患臂的高度,实现上肢的上下移动与摆动,扩大了手臂的活动范围,能够方便地完成一些简单的日常操作。(The invention belongs to the field of medical instruments, and provides an upper limb supporting device which comprises a driving unit, a transmission unit, a supporting unit and a control unit, wherein the transmission unit comprises a ball screw and a nut, the supporting unit comprises a sleeve, an upper arm supporting piece and a forearm supporting piece, the nut is sleeved on the ball screw, the sleeve is sleeved on the nut, the upper arm supporting piece is movably connected with the sleeve, and the forearm supporting piece is connected with the upper arm supporting piece. Through the cooperation of ball and nut, change the transmission direction of moment, change drive unit's moment into linear motion to make upper arm support spare along the length direction linear motion of ball. Meanwhile, the upper arm support can rotate around the axis of the ball screw to form a rotating pair. The invention provides assistance through the driving unit, so that a user can conveniently raise or lower the height of the affected arm, the up-and-down movement and swing of the upper limb are realized, the moving range of the arm is expanded, and some simple daily operations can be conveniently completed.)

一种上肢支撑装置

技术领域

本发明属于医疗器械领域，具体涉及一种上肢支撑装置。

背景技术

我国已经迈入了人口老龄化的阶段，重视老年人的健康问题，恢复因伤残或疾病造成的各种功能障碍已刻不容缓。其中患有神经肌肉疾病的患者通常难以抵抗重力举起他们的手臂，这对他们的日常生活造成了极大地挑战，例如脑卒中、脊髓损伤、肌肉萎缩症等。脑卒中，俗称中风，是一种急性脑血管病，具有发病率高、死亡率高、致残率高的特点。脑卒中使得大脑半球皮层运动中枢受损而导致偏瘫，偏瘫是脑卒中最常见的后遗症，严重威胁中老年人的身体健康。小儿脑性瘫痪是指非进行性脑损伤在患儿出生1个月内脑部尚未发育成熟阶段造成的以姿势各运动功能障碍为主的综合征，以痉挛型偏瘫较为多见。对于上述患者而言，由于他们肩部及上臂肌肉衰退较快，这就直接导致了患者的上肢肌力不足，无法控制整个上肢去支持他们完成各项动作，但他们的前臂、腕部以及手指却保有足够的灵敏度和残余力量。在这种情况下，如果患者肘部能够得到一个足够的支撑力去支撑他们的患臂，那么患者的患臂仍然可以进行正常活动。因此，他们需要一个可以支撑患臂并使其升降的装置，就可以更好的完成一些简单的日常操作，极大地增强了患者日常生活的能力，从而减轻家庭负担，提高他们的生活质量。许多科研机构都将重点集中在了上肢康复这一领域。而对于由于上肢肌肉无力导致上肢运动功能障碍的患者而言，无论是在康复早期还是完成治疗后重返家庭，他们都需要乘坐轮椅。因此，设计一个以轮椅为平台，提供一个可靠的上肢支撑装置，无论是以方便患者进行日常的生活自理为目的，还是减轻患者家庭负担，节约社会医疗护理资源等目的，都具有一定的研究意义。但就现有的研究资料看来，针对放置在轮椅平台上供使用者在日常生活中使用的上肢支撑装置的研究依旧属于少数，因此对于由脑卒中、多发性先天性关节炎、肌营养不良、脊髓损伤、脑瘫等引起的上肢运动功能障碍和肌无力的人群来说，设计一款基于轮椅平台的上肢支撑装置是十分必要的。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种上肢支撑装置，解决因上肢肌肉无力导致的上肢运动功能障碍而无法进行正常的日常生活人群的困扰。

本发明提供了一种上肢支撑装置，具有这样的特征，包括：驱动单元、传动单元、支撑单元及控制单元，其中，驱动单元为传动单元提供动力，传动单元将动力传递到支撑单元，传动单元包括：滚珠丝杠及螺母，滚珠丝杠接收动力，螺母套设在滚珠丝杠上并与滚珠丝杠相配合，随着滚珠丝杠的滚动沿滚珠丝杠的长度方向移动，支撑单元包括：套筒、上臂支撑件及前臂支撑件，套筒与螺母固定连接且同步移动，上臂支撑件用于放置人体的上臂并与套筒活动连接，在套筒的带动下沿滚珠丝杠的长度方向移动，且上臂支撑件能够围绕滚珠丝杠的轴线旋转，前臂支撑件与上臂支撑件相连接，用于放置人体的前臂，控制单元用于控制驱动单元的运行。

在本发明提供的上肢支撑装置中，还可以具有这样的特征：其中，驱动单元为电机，传动单元包括：第一圆锥齿轮组、减速器及第二圆锥齿轮组，电机与减速器通过第一圆锥齿轮组连接，减速器与滚珠丝杠通过第二圆锥齿轮组连接从而将动力传递给滚珠丝杠。

在本发明提供的上肢支撑装置中，还可以具有这样的特征，还包括：底座及主轴，其中，主轴竖直设置在底座上，主轴的底端设置有圆柱滚珠轴承，主轴上开有两个相对设置的竖直开口，用于套筒沿滚珠丝杠的长度方向移动，滚珠丝杠设置在主轴内，底端与圆柱滚珠轴承相连接，上臂支撑件通过插销与套筒活动连接，插销与上臂支撑件固定连接，与套筒活动连接。

在本发明提供的上肢支撑装置中，还可以具有这样的特征：其中，套筒包括套筒主体及两个套筒耳，套筒主体套在螺母上，两个套筒耳分别设置在套筒主体的两侧并沿套筒主体的径向向外延伸出相应的竖直开口，套筒耳上设有与插销相配合的插销孔。

在本发明提供的上肢支撑装置中，还可以具有这样的特征：其中，前臂支撑件包括前臂支架及前臂托，前臂支架与上臂支撑件连接，前臂托穿设在前臂支架上。

在本发明提供的上肢支撑装置中，还可以具有这样的特征：其中，前臂支架及上臂支撑件均采用铝合金材料，前臂托采用柔性材料，柔性材料为尼龙材料。

在本发明提供的上肢支撑装置中，还可以具有这样的特征：其中，控制单元包括控制开关及控制器，控制开关用于对控制器输入指令，控制器用于接收控制开关的指令从而控制螺母的上升或者下降。

在本发明提供的上肢支撑装置中，还可以具有这样的特征：其中，控制开关包括上升开关及下降开关，上升开关用于控制螺母的上升，下降开关用于控住螺母的下降。

在本发明提供的上肢支撑装置中，还可以具有这样的特征：其中，滚珠丝杠与螺母具有自锁功能，螺母能够固定在滚珠丝杠上的某一位置处。

在本发明提供的上肢支撑装置中，还可以具有这样的特征，还包括：电池，其中，电池用于对驱动单元提供电能。

发明的作用与效果

根据本发明所提供的上肢支撑装置，具有驱动单元、传动单元、支撑单元及控制单元，传动单元包括滚珠丝杠和螺母，支撑单元包括套筒、上臂支撑件及前臂支撑件，螺母套设在滚珠丝杠上，套筒套在螺母上，上臂支撑件与套筒活动连接，而前臂支撑件与上臂支撑件相连接。驱动单元提供动力，滚珠丝杠接收该动力，随着滚珠丝杠的滚动，螺母沿滚珠丝杠的长度方向前进或者后退，带动套筒同步移动，从而带动上臂支撑件及前臂支撑件同步移动。通过滚珠丝杠与螺母的配合，改变力矩的传递方向，将驱动单元的力矩转变成直线运动，从而使得上臂支撑件沿滚珠丝杠的长度方向直线运动。同时，上臂支撑件能够围绕滚珠丝杠的轴线旋转形成旋转副。因此，上臂支撑件带动与之连接的前臂支撑件既能沿沿滚珠丝杠的轴线方向直线移动，又能在与绕滚珠丝杠的轴线垂直的平面内旋转，从而实现上肢的上下移动与摆动，扩大了使用者的手臂的活动范围。另外，上臂支撑件与套筒活动连接，根据患者的需求可将其左右互换或者两边都加装上臂支撑件。

因此，本发明通过驱动单元提供额外的助力使得使用者能够通过控制单元方便地升高或降低患臂的高度，以方便地完成一些简单的日常操作。

附图说明

图1是本发明的实施例中的上肢支撑装置的结构示意图；

图2是本发明的实施例中的上肢支撑装置的支撑单元的结构示意图；

图3是本发明的实施例中的上肢支撑装置的驱动单元与传动单元的结构示意图；

图4是本发明的实施例中的上肢支撑装置的支撑单元、驱动单元及传动单元的侧视图；以及

图5是本发明的实施例中的上肢支撑装置的安装在轮椅上的示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明一种上肢支撑装置作具体阐述。

<实施例>

本实施例对上肢支撑装置100的结构做具体阐述。

图1是本发明的实施例中的上肢支撑装置的结构示意图，图2是本发明的实施例中的上肢支撑装置的支撑单元的结构示意图，图3是本发明的实施例中的上肢支撑装置的驱动单元与传动单元的结构示意图，图4是本发明的实施例中的上肢支撑装置的支撑单元、驱动单元及传动单元的侧视图。

如图1～4所示，上肢支撑装置100用于安装在轮椅上，包括底座10、主轴20、驱动单元30、传动单元40、支撑单元50、控制单元60及电池70。

底座10用于将整个装置安装在轮椅上，具有底座架11、第一固定接头12及底座板13。

底座架11水平地放置在轮椅的座椅下，第一固定接头12固定安装在底座架11的侧面，与轮椅相配合将上肢支撑装置固定在轮椅上。底座板13安装在底座架11的上表面，用于安装主轴20。

主轴20为中间具有空腔的圆柱形筒，竖直安装在底座板13上。主轴20上相对地开有结构相同的两个竖直开口21。

驱动单元30为直流电机，通过六角头螺栓固定在底座架11上。

直流电机的侧面安装有第二固定接头31，与轮椅相配合将上肢支撑装置固定在轮椅上。

传动单元40包括第一圆锥齿轮组41、减速器42、第二圆锥齿轮组43，滚珠丝杠44、圆柱滚珠轴承45及螺母46。

第一圆锥齿轮组41与直流电机连接。减速器42通过六角螺栓与六角螺母安装在底座板13上，其一端安装有第一圆锥齿轮组41，另一端安装有第二圆锥齿轮组43。第二圆锥齿轮组43与滚珠丝杠44连接。

滚珠丝杠44设置在主轴20内，底端与圆柱滚珠轴承45相连接。圆柱滚珠轴承45安装在底座板13上且位于主轴20的底端。滚珠丝杠44在圆柱滚珠轴承45内滚动。

螺母46套设在滚珠丝杠44上，与滚珠丝杠44相匹配，随着滚珠丝杠44的旋转沿滚珠丝杠44的长度方向上下移动，完成上升或者下降。滚珠丝杠44与螺母46具有自锁功能，即螺母46能够固定在滚珠丝杠44上的某一位置处而不下滑。

第一圆锥齿轮组41在直流电机的驱动下转动，将动力传递给减速器42。动力经减速器42减速后传递给第二圆锥齿轮组43，然后被传递给滚珠丝杠44并使滚珠丝杠44旋转，从而使螺母46随着滚珠丝杠44的旋转沿滚珠丝杠44的长度方向上下移动，完成上升或者下降。

直流电机通过第一圆锥齿轮组41改变力矩的传递方向，接着通过减速器42将传动力矩传递至主轴20内的滚珠丝杠44，通过丝杠螺母机构将直流电机的齿轮的旋转运动转换为螺母46的直线运动。

支撑单元50包括套筒51、插销52、上臂支撑件53、前臂支撑件54、金属连杆55及金属圆盘关节56。

套筒51套设在螺母46上，与螺母46固定连接，因此能够随着螺母46的移动与其同步移动。

套筒51包括一体成型的套筒主体511及两个套筒耳512。套筒主体511套在螺母46上，两个套筒耳512分别设置在套筒主体511的两侧并沿套筒主体511的径向向外延伸出竖直开口21。两个套筒耳512上还分别开有插销孔，用于插销52插入其中。套筒主体511随着螺母46的移动沿滚珠丝杠44上下运动，带动套筒耳512在竖直开口22内上下运动。

上臂支撑件53用于放置人体的上臂，其上开有通孔。插销52穿过该通孔及套筒耳512上的插销孔，插销52与滚珠丝杠44相互平行。上臂支撑件53通过插销52与套筒51活动连接。上臂支撑件53与插销52固定连接。

插销52能够在插销孔内绕自身的轴线转动，因此能够带动上臂支撑件53在水平面内转动。插销52与上臂支撑件53形成旋转副，能够实现上臂支撑件53在水平面内的移动，从而实现放置在其上的上肢的摆动。同时，因插销52不能在插销孔内上下移动，因此上臂支撑件53在套筒耳512的带动下沿着滚珠丝杠44的长度方向移动，即随着套筒51的运动在竖直方向上升或者下降。

前臂支撑件54用于放置人体的前臂，通过金属连杆55及金属圆盘关节56与上臂支撑件53连接。

金属连杆55的一端与上臂支撑件53通过转轴活动连接，另一端与金属圆盘关节56固定连接。由于转轴垂直于上臂支撑件53，因此金属连杆55距离地面高度大于上臂支撑件53的高度。又由于转轴能够围绕其自身的轴线在水平面内转动，因此金属连杆55也能够在水平面内转动。因此，金属连杆55增大了手臂在水平方向上和垂直方向上的活动范围。

金属圆盘关节56的边缘均匀分布有多个螺纹孔，供螺丝穿过从而与金属连杆55的另一端固定连接。金属连杆55与金属圆盘关节56的连接处可通过松开螺丝改变支点位置后再拧紧螺丝固定从而改变前臂支撑件54的上下摆动角度。金属圆盘关节56还开有安装槽。

前臂支撑件54包括前臂支架541、前臂托542及尼龙绑带543。

前臂支架541为U型架，与地面平行。U型架的直线段穿过金属圆盘关节56上的安装槽实现前臂支架541与金属圆盘关节56的固定连接。

前臂托542为柔性材料制成的长方形布片，相对的两侧分别穿在在前臂支架541上并固定住，自然下垂形成半圆形或U字型，方便放置人体的前臂。

尼龙绑带543的一端固定在前臂支架541的一侧的直线段，另一端具有魔术贴。当前臂放入前臂托542中后，将尼龙绑带543绕过前臂，具有魔术贴的一端与设置在前臂托542的背面的魔术贴配合，将前臂固定住。

在本发明的实施例中，上臂支撑件53及前臂支架541均采用强度较高、密度较低的铝合金材料，前臂托542与尼龙绑带543均采用尼龙材料。

控制单元60用于控制直流电解的运行，包括控制器61及控制开关62。

控制器61安装在直流电机的一侧，控制开关62与控制器61通过电线连接。电线的长度可根据需要设定，使控制开关62能够放置在使用者的手边，方便操控。

控制开关62对控制器61输入指令，控制器61接收控制开关62的指令从而控制螺母46的上升或者下降。

控制器61的型号为ZM-6405E。控制开关62包括上升开关621及下降开关622。

使用者按动上升开关621，螺母46上升从而带动上臂支撑件53向上移动帮助使用者抬起手臂；再次按下按动上升开关621，螺母46停止运动，上臂支撑件53同步停止上升并停留在此。使用者按动下降开关622，螺母46下降升从而带动上臂支撑件53向下运动帮助使用者缓慢放下手臂；再次按下按动下降开关622，螺母46停止运动，上臂支撑件53同步停止下降并停留在此。

图5是本发明的实施例中的上肢支撑装置的安装在轮椅上的示意图。

如图5所示，上肢支撑装置100还包括电池70，用于对直流电机提供电能。

当上肢支撑装置100安装在普通轮椅上时，需要加装额外的电池70对直流电机供电；若安装在电动轮椅上，则可将直流电机与电动轮椅的电池直接连接。

在本实施例中，上肢支撑装置100安装在轮椅上。在实际应用中，可以安装在需要的地方，如病床边上。

实施例的作用与效果

根据本实施例提供的上肢支撑装置，具有驱动单元、传动单元、支撑单元及控制单元，传动单元包括滚珠丝杠和螺母，支撑单元包括套筒、上臂支撑件及前臂支撑件，螺母套设在滚珠丝杠上，套筒套在螺母上，上臂支撑件与套筒活动连接，而前臂支撑件与上臂支撑件相连接。驱动单元提供动力，滚珠丝杠接收该动力，随着滚珠丝杠的滚动，螺母沿滚珠丝杠的长度方向前进或者后退，带动套筒同步移动，从而带动上臂支撑件及前臂支撑件同步移动。通过滚珠丝杠与螺母的配合，改变力矩的传递方向，将驱动单元的力矩转变成直线运动，从而使得上臂支撑件沿滚珠丝杠的长度方向直线运动。同时，上臂支撑件能够围绕滚珠丝杠的轴线旋转形成旋转副。因此，上臂支撑件带动与之连接的前臂支撑件既能沿沿滚珠丝杠的轴线方向直线移动，又能在与绕滚珠丝杠的轴线垂直的平面内旋转，从而实现上肢的上下移动与摆动，扩大了使用者的手臂的活动范围。

另外，上臂支撑件与套筒活动连接，根据患者的需求可将其左右互换或者两边都加装上臂支撑件。

此外，上肢支撑装置还包括底座及竖直设置在底座上的主轴，主轴上开有两个相对设置的竖直开口，主轴的底部设置有圆柱滚珠轴承，滚珠丝杠竖直地设置在主轴内，底端与圆柱滚珠轴承相连，套筒套在螺母上，套筒耳伸出竖直开口。竖直开口一方面作为供套筒上下运行，另一方面与套筒配合，使得螺母仅能上下移动，不随着滚珠丝杠的滚动同步滚动。

此外，滚珠丝杠与螺母具有自锁功能具有自锁功能，螺母能够固定在滚珠丝杠上的某一位置处。

另外，套筒耳上设有与插销相配合的插销孔，插销绕着自身的轴线转动但不在在插销孔内上下移动，与上臂支撑件一起形成旋转副。因插销能够方便地从插销孔中取出，因此，根据患者的需求可将上臂支撑件在套筒的左右互换或者两边都加装上臂支撑件，更换时，只需将其放置在套筒的另一侧并用插销将其固定即可。

另外，前臂支架及上臂支撑件均采用铝合金材料，铝合金材料强度较高、密度较低，既有一定的机械强度硬度又轻便。

此外，前臂托与尼龙绑带均采用尼龙材料，耐磨经济。

另外，控制开关包括上升开关及下降开关，能够简便地控制上臂支撑件的上升或者下降。

此外，上肢支撑装置还包括电池，适用于普通轮椅。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。