一种手臂康复训练装置及该装置的重力补偿计算方法

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体而言，涉及一种手臂康复训练装置及该装置的重力补偿计算方法。

背景技术

根据全民健身调查显示，我国有经常参加体育运动习惯的人数已经达到了总人口的三分之一，数量庞大，但其中有百分之四十的人经历不同程度的运动创伤，需要进行科学的康复治疗，以帮助患者恢复其在伤害前的身体水平，并防止再次受伤。

运动创伤中最常见的上肢损伤，包括腕关节，肘关节和肩关节的损伤。肘关节是由包在一个关节囊内的肱桡关节、肱尺关节和上尺桡关节三个关节组成的一个复合式关节，是连接上臂和前臂，并协调肩关节、前臂和腕关节运动的一个重要关节。肘关节在上臂和前臂肌肉作用下可实现绕两个运动轴的旋转，即绕额状轴的屈曲、伸直运动和绕垂直轴的旋内、旋外运动。一旦肘关节受伤以后，其运动功能受限，会严重影响患者的日常生活和工作。

现有的肘关节康复训练装置依靠前臂臂托和绑带固定患者的前臂，并由前臂臂托带动前臂运动；该种装置的训练模式基本是被动运动，功能单一，且该种装置的用户差异自适应特性差，不能很好的适应屈伸和旋转两个不同的训练过程。

发明内容

本发明旨在解决现有肘关节康复训练装置的训练模式基本是被动运动，功能单一，且该种装置的用户差异自适应特性差的问题。

为解决上述问题，本发明提出如下技术方案：

一种手臂康复训练装置，包括：旋转组件，包括第一驱动电机、支撑调节架、第一扭矩传感器和旋转固定件，所述第一驱动电机安装于所述支撑调节架上，所述第一扭矩传感器用于安装在所述支撑调节架上并与所述第一驱动电机的输出轴固定连接，所述旋转固定件用于安装在所述第一扭矩传感器上，以固定手腕；

屈伸组件，包括第二驱动电机、固定架、第二扭矩传感器和屈伸固定件，所述第二驱动电机安装于所述固定架上，所述第二扭矩传感器用于安装在所述固定架上并与所述第二驱动电机的输出轴固定连接，所述屈伸固定件用于安装在所述固定架上，以固定前臂，且所述屈伸固定件与所述支撑调节架相连接；

固定组件，包括角度调节件和上臂固定件，所述上臂固定件通过所述角度调节件与所述固定架呈角度连接，所述上臂固定件用于固定上臂；

控制模块，包括控制电路板、电机驱动器和姿态传感器，所述姿态传感器设置于所述上臂固定件上，两个所述电机驱动器分别与所述第一驱动电机、所述第二驱动电机相连接，所述第一扭矩传感器、所述第二扭矩传感器、所述电机驱动器和所述姿态传感器均与所述控制电路板通信连接，以将采集的数据传输给所述控制电路板进行数据处理。

本发明提供的一种手臂康复训练装置，相较于现有技术，具有但不局限于以下有益效果：

旋转组件中的旋转固定件用于固定在手腕上，屈伸组件中的屈伸固定件用于固定在前臂上，固定组件的上臂固定件用于固定在上臂上，当旋转组件中的第一驱动电机转动时，第一驱动电机的输出轴带动第一扭矩传感器转动，并通过第一扭矩传感器带动旋转固定件转动，进而旋转固定件带动用户手腕转动，用户的手腕以第一驱动电机的输出轴所在的直线为转轴进行自转，以使用户的前臂得到旋前、旋后训练，当屈伸组件中的第二驱动电机转动时，第二驱动电机的输出轴带动第二扭矩传感器转动，并通过第二扭矩传感器带动屈伸固定件转动，进而屈伸固定件带动用户的前臂转动，用户的前臂以第二驱动电机的输出轴所在的直线为转轴进行转动，以使用户的肘关节得到屈伸训练；其中，第一扭矩传感器和第二扭矩传感器的设置，使得装置的训练模式能够根据用户需要进行调整成被动模式或者主动模式，以使装置更好地适应屈伸和旋转两个不同的训练，有利于加快用户的恢复；第一扭矩传感器和第二扭矩传感器将扭力的物理变化数据转换成精确的电信号传输给控制模块的控制电路板，第二驱动电机内置的编码器和姿态传感器检测到的装置运动姿态数据传输给控制模块，控制模块根据上述信号和数据进行计算，以确定旋转组件和屈伸组件的重力力矩，控制模块根据手臂的运动位置信息确定用于补偿上述重力力矩所需的力矩的大小和方向，并生成控制信号以控制第二驱动电机，使得第二驱动电机产生与重力方向相反的输出力矩，可平衡因旋转组件和屈伸组件的重力影响产生的下坠；当装置处于动态时，通过重力补偿，装置的动态跟踪误差小，控制更柔顺。

优选地，所述支撑调节架包括连接环和两个对称设置于所述连接环一侧的滑动支架，所述第一驱动电机设置于所述连接环远离所述滑动支架的一侧，所述第一扭矩传感器用于安装在所述连接环设置有所述滑动支架的一侧，且所述第一扭矩传感器与所述第一驱动电机的输出轴固定连接；

所述旋转固定件包括旋转手柄，所述旋转手柄的一端设有连接槽，所述第一扭矩传感器位于所述连接槽内，所述连接槽的侧壁设置有旋转限位槽；所述连接环的侧壁设置有旋转限位块，所述旋转限位块用于与所述旋转限位槽转动连接；所述旋转手柄的另一端具有抓杆，所述抓杆用于供手部抓握。

优选地，所述旋转固定件还包括夹板绑带以及对称设置在所述旋转手柄两侧的第一夹板和第二夹板，所述夹板绑带用于连接所述第一夹板和所述第二夹板。

优选地，所述固定架包括底板以及对称设置在所述底板一侧的第一限位环、第二限位环，所述第二驱动电机设置于所述第一限位环的远离所述第二限位环的一侧，所述第二扭矩传感器用于安装在所述第一限位环靠近所述第二限位环的一侧，且所述第二扭矩传感器与所述第二驱动电机的输出轴固定连接；

所述屈伸固定件包括第一连接臂、第二连接臂和转动轴承，所述第一连接臂的一端用于与所述第二扭矩传感器相连接，所述第一连接臂的另一端用于与所述滑动支架相连接；所述第二连接臂的一端用于通过所述转动轴承与所述第二限位环转动连接，所述第二连接臂的另一端用于与另一个所述滑动支架相连接。

优选地，所述第一连接臂的一端设置有传感器槽，所述第二扭矩传感器位于所述传感器槽内，所述传感器槽的侧壁设置有第一屈伸限位槽；所述第一限位环的侧壁设置有第一限位块，所述第一限位块用于与所述第一屈伸限位槽转动连接；

所述第二连接臂的一端设置有轴承槽，所述转动轴承位于所述轴承槽内并与所述轴承槽转动连接，所述轴承槽的侧壁设置有第二屈伸限位槽；所述第二限位环的侧壁设置有第二限位块，所述第二限位块用于与所述第二屈伸限位槽转动连接。

优选地，所述第一连接臂与所述滑动支架相连接的一端设置有条形滑动槽，且所述第一连接臂上正对所述条形滑动槽处贯穿设置有螺纹孔；

所述滑动支架上贯穿设置有滑动限位槽，所述滑动支架与所述条形滑动槽滑动连接，且所述滑动限位槽用于与所述螺纹孔相对齐，并通过调节螺栓实现固定。

优选地，所述屈伸固定件还包括前臂安装架和前臂压板，所述前臂安装架的两侧分别与所述第一连接臂、所述第二连接臂固定连接，所述前臂压板用于将前臂固定在所述前臂安装架上。

优选地，所述上臂固定件包括上臂安装架和上臂压板，所述上臂安装架通过所述角度调节件与所述固定架呈角度连接，所述上臂压板用于将上臂固定在所述上臂安装架上。

优选地，所述角度调节件包括连接轴、中空螺杆和固定部，所述连接轴设置在所述固定架的下底面中部；所述中空螺杆设置在所述上臂安装架一端的下端面，所述中空螺杆内部设置有旋转调节孔，所述连接轴插接于所述旋转调节孔内并通过所述固定部与所述中空螺杆连接。

本发明还提供一种手臂康复训练装置的重力补偿计算方法，利用上述的所述手臂康复训练装置的控制模块获取的数据进行计算，所述手臂康复训练装置的旋转组件和屈伸组件整体，在装置不同姿态下的重力矩公式分别是：

当0°≤θ1≤90°且0°≤θ2+θ3≤90°时，M＝COS(90°-θ1-θ2)×G×L；

当0°≤θ1≤90°且90°≤θ2+θ3≤180°时，M＝COS(θ1+θ2-90°)×G×L；

当0°≤θ1≤90°且θ2+θ3＞180°时，M＝COS(270°-θ1-θ2)×G×L；

当θ1＞90°且90°≤θ2+θ3≤180°时，M＝COS(θ1+θ2-90°)×G×L；

当θ1＞90°且θ2+θ3＞180°时，M＝COS(270°-θ1-θ2)×G×L；

其中，θ1为所述手臂康复训练装置的姿态传感器检测到的上臂与地面垂直方向的角度，θ2为所述手臂康复训练装置的第二驱动电机内置的编码器检测到的前臂与上臂的正向延长线之间的角度，θ3为上臂的正向延长线与地面垂直方向的角度，θ3＝θ1，M为重力矩，G为旋转组件和屈伸组件的重力，L为旋转组件和屈伸组件整体的重心至所述手臂康复训练装置的第二驱动电机的旋转点之间的距离。

附图说明

图1为本发明实施例的手臂康复训练装置整体结构示意图一；

图2为本发明实施例的旋转组件部分结构示意图一；

图3为本发明实施例的旋转组件部分结构示意图二；

图4为本发明实施例的旋转组件部分结构示意图三；

图5为本发明实施例的屈伸组件部分结构示意图一；

图6为本发明实施例的固定架和第二连接臂结构示意图；

图7为本发明实施例的屈伸组件部分结构示意图二；

图8为本发明实施例的上臂固定件结构示意图；

图9为本发明实施例的固定组件和固定架结构示意图；

图10为本发明实施例的手臂康复训练装置整体结构示意图二；

图11为本发明实施例的人体佩戴手臂康复训练装置平面运动示意图；

图12为本发明实施例的手臂康复训练装置的重力补偿计算方法中0°≤θ1≤90°且0°≤θ2+θ3≤90°时，重力矩补偿方向为顺时针方向结构示意图；

图13为本发明实施例的手臂康复训练装置的重力补偿计算方法中0°≤θ1

图14为本发明实施例的手臂康复训练装置的重力补偿计算方法中当0°≤θ1≤90°且θ2+θ3＞180°时，M＝COS(270°-θ1-θ2)×G×L，重力矩补偿方向为逆时针方向结构示意图；

图15为本发明实施例的手臂康复训练装置的重力补偿计算方法中θ1＞90°且90°≤θ2+θ3≤180°时，M＝COS(θ1+θ2-90°)×G×L，重力矩补偿方向为顺时针方向结构示意图；

图16为本发明实施例的手臂康复训练装置的重力补偿计算方法中当θ1＞90°且θ2+θ3＞180°时，重力矩补偿方向为逆时针方向结构示意图。

附图标记说明：

1旋转组件、11第一驱动电机、12支撑调节架、121连接环、122滑动支架、123旋转限位块、124调节螺栓、125滑动限位槽、13第一扭矩传感器、14旋转固定件、141旋转手柄、142连接槽、143旋转限位槽、144抓杆、145夹板绑带、146第一夹板、147第二夹板、2屈伸组件、21第二驱动电机、22固定架、221底板、222第一限位环、223第二限位环、224第一限位块、225第二限位块、23第二扭矩传感器、24屈伸固定件、240前臂安装架、2401前臂压板、2402前臂绑带、2403固定安装孔、2404第一前臂绑带孔、241第一连接臂、242第二连接臂、243转动轴承、244传感器槽、245第一屈伸限位槽、246轴承槽、247第二屈伸限位槽、248条形滑动槽、249螺纹孔、3固定组件、31角度调节件、311连接轴、312中空螺杆、313固定部、314旋转调节孔、32上臂固定件、321上臂安装架、322上臂压板、323上臂绑带、324第二上臂绑带孔、4控制模块、41姿态传感器、42控制面板、5旋转点。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不能用来限制本申请的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的模块或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，本文提供的坐标系XYZ中，X轴正向代表右方，X轴的反向代表左方，Y轴的正向代表前方，Y轴的反向代表后方，Z轴的正向代表上方，Z轴的反向代表下方；Z轴、X轴、Y轴表示含义仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的模块或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参阅图1-图10，本发明提供的一种手臂康复训练装置，包括：旋转组件1，包括第一驱动电机11、支撑调节架12、第一扭矩传感器13和旋转固定件14，所述第一驱动电机11安装于所述支撑调节架12上，所述第一扭矩传感器13用于安装在所述支撑调节架12上并与所述第一驱动电机11的输出轴固定连接，所述旋转固定件14用于安装在所述第一扭矩传感器13上，以固定手腕；

参阅图5，屈伸组件2，包括第二驱动电机21、固定架22、第二扭矩传感器23和屈伸固定件24，所述第二驱动电机21安装于所述固定架22上，所述第二扭矩传感器23用于安装在所述固定架22上并与所述第二驱动电机21的输出轴固定连接，所述屈伸固定件24用于安装在所述固定架22上，以固定前臂，且所述屈伸固定件24与所述支撑调节架12相连接；

固定组件3，包括角度调节件31和上臂固定件32，所述上臂固定件32通过所述角度调节件31与所述固定架22呈角度连接，所述上臂固定件32用于固定上臂；

控制模块4，包括控制电路板、电机驱动器和姿态传感器41，所述姿态传感器41设置于所述上臂固定件32上，两个所述电机驱动器分别与所述第一驱动电机11、所述第二驱动电机21相连接，所述第一扭矩传感器13、所述第二扭矩传感器23、所述电机驱动器和所述姿态传感器41均与所述控制电路板通信连接，以将采集的数据传输给所述控制电路板进行数据处理。

具体地，所述控制模块4还包括操作面板42，所述操作面板42与所述控制电路电连接，所述第一扭矩传感器13、所述第二扭矩传感器23、所述电机驱动器和所述姿态传感器41均与所述控制电路板通信连接，并将数据在所述操作面板42进行显示。

在本实施例中，所述旋转组件1中的所述旋转固定件14用于固定在手腕上，所述屈伸组件2中的屈伸固定件24用于固定在前臂上，所述固定组件3的所述上臂固定件32用于固定在上臂上，当所述旋转组件1中的所述第一驱动电机11转动时，所述第一驱动电机11的输出轴带动所述第一扭矩传感器13转动，并通过所述第一扭矩传感器13带动所述旋转固定件14转动，进而所述旋转固定件14带动用户手腕转动，用户的手腕以所述第一驱动电机11的输出轴所在的直线为转轴进行自转，以使用户的前臂得到旋前、旋后训练，当所述屈伸组件2中的所述第二驱动电机21转动时，所述第二驱动电机21的输出轴带动所述第二扭矩传感器23转动，并通过所述第二扭矩传感器23带动所述屈伸固定件24转动，进而所述屈伸固定件24带动用户的前臂转动，用户的前臂以所述第二驱动电机21的输出轴所在的直线为转轴进行转动，以使用户的肘关节得到屈伸训练。

其中，所述第一扭矩传感器13和所述第二扭矩传感器23的设置，使得装置的训练模式能够根据用户需要进行调整成被动模式或者主动模式，以使装置更好地适应屈伸和旋转两个不同的训练，有利于加快用户的恢复；所述第一扭矩传感器13和所述第二扭矩传感器23将扭力的物理变化数据转换成精确的电信号传输给所述控制模块4的控制电路板，所述控制电路板获得扭力物理变化数据后，可控制所述第一驱动电机11和所述第二驱动电机21对电机的输出扭力进行动态跟踪调整。所述第二驱动电机21内置的编码器和姿态传感器41检测到的装置运动姿态数据传输给所述控制模块4，所述控制模块4根据上述信号和数据进行计算，所述第二驱动电机21内置的编码器数值用于确定所述旋转组件1和所述屈伸组件2相对于所述固定组件3的夹角θ2，所述姿态传感器41的数值用于确定所述固定组件3与直线OA的夹角θ1，所述控制电路板通过对θ1、θ2所处的角度进行综合判断后，并进行计算，确定用于补偿上述重力力矩所需的力矩的大小和方向，并生成控制信号以控制所述第二驱动电机21，使得所述第二驱动电机21产生与重力方向相反的输出力矩，当装置处于静态时，可平衡因旋转组件和屈伸组件的重力影响产生的下坠；当装置处于动态时，通过重力力矩补偿，装置的动态跟踪误差小，控制更柔顺。

综上所述，该训练装置具有被动训练模式和主动训练模式，并且可以根据运动情况进行自适应调节，能够改善由于用户差异而存在的自适应特性差的问题。

参阅图2，优选地，所述支撑调节架12包括连接环121和两个对称设置于所述连接环121一侧的滑动支架122，所述第一驱动电机11设置于所述连接环121远离所述滑动支架122的一侧，所述第一扭矩传感器13用于安装在所述连接环121设置有所述滑动支架122的一侧，且所述第一扭矩传感器13与所述第一驱动电机11的输出轴固定连接。

所述滑动支架122用于与所述屈伸固定件24相连接。

具体地，所述第一驱动电机11的输出轴通过所述连接环121的内圈，且所述第一扭矩传感器13位于所述连接环121的内侧并与所述第一驱动电机11的所述输出轴固定连接。

在本实施例中，一方面，所述支撑调节架12的所述连接环121的设置为所述第一驱动电机11和所述第一扭矩传感器13提供安装载体，具有支撑作用，另一方面，所述支撑调节架12的所述滑动支架122的设置用于与所述屈伸固定件24相连接，将所述屈伸固定件24安装在用户前臂上时，将所述旋转组件1固定在用户的手腕上，以防止在运动时，装置出现脱落问题；其中，所述第一驱动电机11工作，带动所述第一扭矩传感器13转动，进而带动所述旋转手柄141转动，以便于用户的前臂进行旋前、旋后训练。

参阅图2-图3，优选地，所述旋转固定件14包括旋转手柄141，所述旋转手柄141的一端设有连接槽142，所述连接槽142与所述第一扭矩传感器13相匹配，所述第一扭矩传感器13位于所述连接槽142内，所述连接槽142的侧壁设置有旋转限位槽143；所述连接环121的侧壁设置有旋转限位块123，所述旋转限位块123用于与所述旋转限位槽143转动连接；所述旋转手柄141的另一端具有抓杆144，所述抓杆144用于供手部抓握。

具体地，所述旋转限位槽143为半环结构，且所述旋转限位槽143的圆心角角度为160°，所述旋转限位槽143位于所述连接槽142的外围，所述旋转手柄141通过所述连接槽142固定安装在所述第一扭矩传感器13上时，所述旋转限位块123位于所述旋转限位槽143的内部，当所述旋转限位槽143位于平面直角坐标系的-80°～+80°处时，所述旋转限位块123位于所述旋转限位槽143的中间处。

在本实施例中，所述第一驱动电机11工作，带动所述第一扭矩传感器13转动，进而带动所述旋转手柄141转动，所述旋转限位槽143的设置使得用户能够通过所述旋转手柄141实现旋转的度数小于80°，以及逆时针旋转度数小于80°，所述旋转限位槽143和所述旋转限位块123相配合，对所述旋转手柄141的旋转角度起到限制作用，防止过度旋转损伤前臂。

参阅图4，优选地，所述旋转固定件14还包括夹板绑带145以及对称设置在所述旋转手柄141两侧的第一夹板146和第二夹板147，所述夹板绑带145用于连接所述第一夹板146和所述第二夹板147。

具体地，所述旋转手柄141采用碳纤维材料，所述旋转手柄141的侧壁对称设置有两个旋转耳；所述第一夹板146和所述第二夹板147采用碳纤维材料，所述的第一夹板146上设置有旋转槽和旋转轴，所述第一夹板146通过所述旋转槽和所述旋转轴铰接于所述旋转手柄141的所述旋转耳上，所述第二夹板147同样安装。

所述第一夹板146和所述第二夹板147的两侧均对称设置有夹板绑带145孔，用于供所述夹板绑带145穿过。

在本实施例中，所述夹板绑带145穿过所述第一夹板146好的所述夹板绑带145孔以及所述第二夹板147的所述夹板绑带145孔，便于将用户手腕固定于所述第一夹板146和所述第二夹板147之间，加强所述旋转组件1与用户手腕之间的连接。

参阅图5-图6，优选地，所述固定架22包括底板221以及对称设置在所述底板221一侧的第一限位环222、第二限位环223，所述第二驱动电机21设置于所述第一限位环222的远离所述第二限位环223的一侧，所述第二扭矩传感器23用于安装在所述第一限位环222靠近所述第二限位环223的一侧，且所述第二扭矩传感器23与所述第二驱动电机21的输出轴固定连接；

参阅图7-图8，所述屈伸固定件24包括第一连接臂241、第二连接臂242和转动轴承243，所述第一连接臂241的一端用于与所述第二扭矩传感器23相连接，所述第一连接臂241的另一端用于与所述滑动支架122相连接；所述第二连接臂242的一端用于通过所述转动轴承243与所述第二限位环223转动连接，所述第二连接臂242的另一端用于与另一个所述滑动支架122相连接。

具体地，所述第二驱动电机21的输出轴通过所述第一限位环222的内圈，且所述第二扭矩传感器23位于所述第一限位环222的靠近所述第二限位环223的一侧并与所述第二驱动电机21的所述输出轴固定连接。

所述的固定架22采用碳纤维材料，并设计为U形，所述第一限位环222和所述第二限位环223均垂直设置于所述底板221上。

在本实施例中，所述固定架22的所述第一限位环222的设置为所述第二驱动电机21、所述第二扭矩传感器23、所述第一连接臂241提供安装载体，具有支撑作用，所述第二限位环223为所述第二连接臂242和所述转动轴承243提供安装载体，具有支撑作用；所述第一连接臂241和所述第二连接臂242分别与两个所述滑动支架122相连接，进而将所述旋转组件1和所述中关节屈伸组件2连接成一个整体，便于用户携带。

参阅图5，优选地，所述第一连接臂241的一端设置有传感器槽244，所述传感器槽244与所述第二扭矩传感器23相匹配，所述第二扭矩传感器23位于所述传感器槽244内，所述传感器槽244的侧壁设置有第一屈伸限位槽245；所述第一限位环222的侧壁设置有第一限位块224，所述第一限位块224用于与所述第一屈伸限位槽245转动连接；

参阅图6，所述第二连接臂242的一端设置有轴承槽246，所述轴承槽246有所述转动轴承243相匹配，所述转动轴承243位于所述轴承槽246内并与所述轴承槽246转动连接，所述轴承槽246的侧壁设置有第二屈伸限位槽247；所述第二限位环223的侧壁设置有第二限位块225，所述第二限位块225用于与所述第二屈伸限位槽247转动连接。

具体地，所述第一连接臂241采用碳纤维材料设计为球拍形，所述第二连接臂242采用碳纤维材料也设计为球拍形，所述传感器槽244设置于所述第一连接臂241的球拍形的一端，所述轴承槽246设置于所述第二连接臂242的球拍形的一端。

所述第一屈伸限位槽245和所述第二屈伸限位槽247均为半环结构，且所述第一屈伸限位槽245和所述第二屈伸限位槽247的圆心角角度为120°，所述第一屈伸限位槽245位于所述传感器槽244的外围，所述第一连接臂241通过所述传感器槽244固定安装在所述第二扭矩传感器23上时，所述第一限位块224位于所述第一屈伸限位槽245的内部，当所述第一屈伸限位槽245位于平面直角坐标系的0°～+120°处时，所述第一限位块224位于所述第一屈伸限位槽245的0°端处，所述第二屈伸限位槽247的角度与所述第一屈伸限位槽245对称设置，所述第二限位块225与所述第一限位块224对称设置。

在本实施例中，所述第二驱动电机21工作，带动所述第二扭矩传感器23转动，进而带动所述第一连接臂241转动，所述第一屈伸限位槽245和所述第二屈伸限位槽247的设置使得所述第一连接臂241和第二连接臂242能够旋转的度数小于120°，实现屈伸训练，所述第一屈伸限位槽245和所述第一限位块224相配合，所述第二屈伸限位槽247和所述第二限位块225相配合，对所述第一连接臂241和所述第二连接臂242的旋转角度起到限制作用，防止过度屈伸损伤前臂。

参阅图1-图2，优选地，所述第一连接臂241与所述滑动支架122相连接的一端设置有条形滑动槽248，且所述第一连接臂241上正对所述条形滑动槽248处贯穿设置有螺纹孔249；

所述滑动支架122上贯穿设置有滑动限位槽125，所述滑动支架122与所述条形滑动槽248滑动连接，且所述滑动限位槽125用于与所述螺纹孔249相对齐，并通过调节螺栓124实现固定。

具体地，所述第一连接臂241与所述滑动支架122相连接的一端为长杆状结构，所述第二连接臂242与所述滑动支架122相连接的一端也为长杆状结构。

在本实施例中，所述滑动支架122与所述条形滑动槽248的设置有利于调整所述滑动支架122位于外部的长度，进而便于调节装置整体的长度以适应不同用户的手臂长度；通过所述调节螺栓124的设置将所述滑动支架122固定在所述条形滑动槽248内，结构简单，拆卸调节便捷。

参阅图7，优选地，所述屈伸固定件24还包括前臂安装架240和前臂压板2401，所述前臂安装架240的两侧分别与所述第一连接臂241、所述第二连接臂242固定连接，所述前臂压板2401用于将前臂固定在所述前臂安装架240上。

具体地，所述前臂安装架240采用碳纤维材料，所述前臂安装架240的两侧对称设置有固定安装孔2403，通过螺钉贯管所述固定安装孔2403，将所述前臂安装架240固定在所述第一连接臂241和所述第二连接臂242之间。

所述屈伸固定件24还包括前臂绑带2402，所述前臂安装架240两侧对称设置有第一前臂绑带孔2404，所述前臂压板2401上设置有第二前臂绑带2402孔，通过所述前臂绑带2402穿过所述第一前臂绑带孔2404和所述第二前臂绑带2402孔，使得所述前臂压板2401与所述前臂安装架240活动连接，通过调节所述前臂绑带2402的长短能将人体前臂固定在所述前臂安装架240和所述前臂压板2401之间，防止装置从前臂上脱落，加强所述屈伸组件2与用户的前臂之间的连接。

在本实施例中，所述第二驱动电机21工作，带动所述第二扭矩传感器23、所述第一连接臂241和所述第二连接臂242转动，所述前臂安装架240的两侧分别与所述第一连接臂241、所述第二连接臂242固定连接，所述前臂压板2401用于将前臂固定在所述前臂安装架240上，进而带动所述前臂安装架240转动，以便于用户的肘关节进行屈伸训练。

参阅图8，优选地，所述上臂固定件32包括上臂安装架321和上臂压板322，所述上臂安装架321通过所述角度调节件31与所述固定架22呈角度连接，所述上臂压板322用于将上臂固定在所述上臂安装架321上。

具体地，所述上臂固定件32还包括上臂绑带323，所述上臂安装架321采用碳纤维材料设计为Z字形，所述上臂安装架321的上板的两侧对称设置有第一上臂绑带323孔，所述上臂压板322上设置有第二上臂绑带孔324，通过所述上臂绑带323穿过所述第一上臂绑带323孔和所述第二上臂绑带孔324，使得所述上臂压板322与所述上臂安装架321活动连接。

在本实施例中，通过调节所述上臂绑带323的长短能将人体上臂固定在所述上臂安装架321和所述上臂压板322之间，防止装置从上臂上脱落，加强所述固定组件3与用户的上臂之间的连接。

参阅图8-图10，优选地，所述角度调节件31包括连接轴311、中空螺杆312和固定部313，所述连接轴311设置在所述固定架22的下底面中部；所述中空螺杆312设置在所述上臂安装架321一端的下端面，所述中空螺杆312内部设置有旋转调节孔314，所述连接轴311插接于所述旋转调节孔314内并通过所述固定部313与所述中空螺杆312连接。

具体地，所述中空螺杆312的侧壁贯穿设置有间隔槽，所述中空螺杆312的外壁设置有外螺纹；所述固定部313上设有与所述中空螺杆312外壁的所述外螺纹相匹配的螺纹槽，所述螺纹槽的直径小于所述中空螺杆312的直径，所述固定部313用于旋紧在所述中空螺杆312的外部，以使所述中空螺杆312的侧壁挤压所述间隔槽并夹紧在所述连接轴311的外部。

在本实施例中，所述连接轴311和所述中空螺杆312的设置便于用户根据实际情况调节所述上臂固定件32与所述屈伸组件2之间的角度，当调节到合适角度后，通过所述固定部313实现固定连接，以使得装置与人体手臂提携角适应更加贴合。

具体地，所述的操作面板42固定安装在所述上臂安装架321上，所述操作面板42上设有显示屏和各种按键，如：开/关、被动模式、助动模式、主动模式、抗阻模式等。所述姿态传感器41安装于所述上臂安装架321的下面，用于检测上臂与地面垂直方向的角度θ1信息，便于装置的重力补偿计算。

参阅图12-图13，在具体工作时，将手臂放入便携式前臂及肘关节康复训练装置，手部、前臂和上臂分别通过所述第一夹板146和所述第二夹板147、所述前臂安装架240和所述前臂压板2401、所述上臂安装架321和所述上臂压板322来实现固定；配戴时，根据人体前臂长短及旋转角度的不同，可通过所述调节螺栓124来调整所述滑动支架122位于外部的长度，进而便于调节装置整体的长度以适应不同用户的手臂长度，可通过所述角度调节件31来调节装置旋转角度，装置的开/关及训练模式等通过所述操作面板42控制。

进行肘关节屈伸被动训练或助动训练时，所述第二驱动电机21工作，同时带动所述第二扭矩传感器23、所述第一连接臂241和所述第二连接臂242转动，会带动所述旋转组件1和所述屈伸组件2绕Y轴转动，从而达到肘关节屈伸运动的目的。当达到所述第一屈伸限位槽245和所述第二屈伸限位槽247极限位置时，装置会自行停止运动。运动过程中所述第二扭矩传感器23会实时检测肘关节受力的情况，并反馈给控制电路板，以便控制电路板自适应调整电机各输出参数，保证使用者的安全。

进行前臂旋前及旋后被动训练或助动训练时，所述第一驱动电机11工作，同时带动所述第一扭矩传感器13转动，进而带动所述旋转手柄141绕X轴转动，从而达到前臂旋前及旋后运动的目的。当达到所述旋转限位槽143极限位置时，装置会自行停止运动。运动过程中所述第一扭矩传感器13会实时检测前臂受力的情况，并反馈给控制电路板，以便控制电路板自适应调整所述第一驱动电机11和所述第二驱动电机21各输出参数，保证使用者的安全。

进行肘关节屈伸主动训练或抗阻训练时，肘关节的屈伸力会通过屈伸组件2传递给所述第一连接臂241，再由所述第一连接臂241传递给所述第二扭矩传感器23，所述第二扭矩传感器23接收到力信号和方向后，将信号传递给所述控制电路板，所述控制电路板会发出指令使所述第二驱动电机21产生自适应使用者的用力及方向，驱动装置运动。

进行前臂旋前及旋后主动训练或抗阻训练时，前臂的旋转力会通过所述旋转手柄141传递给所述第一扭矩传感器13，所述第一扭矩传感器13接收到力信号和方向后，将信号传递给所述控制电路板，所述控制电路板会发出指令使所述第一驱动电机11产生自适应使用者的用力及方向，驱动装置运动。

参阅图11-图16，本发明还提供一种手臂康复训练装置的重力补偿计算方法，利用上述的所述手臂康复训练装置的控制模块4获取的数据进行计算，所述手臂康复训练装置的旋转组件1和屈伸组件2整体，在装置不同姿态下的重力矩分别是：

参阅图12，当0°≤θ1≤90°且0°≤θ2+θ3≤90°时，M＝COS90°-θ1-θ2×G×L；

具体地，当0°≤θ1≤90°且0°≤θ2+θ3≤90°时，其中D点为屈伸组件2和旋转组件1整体的重心点，G表示旋转组件1和屈伸组件2的重力，重力为G＝mg，因此，由机构重力产生的重力矩为M＝G1×L＝COSθ4×G×L，由几何关系可知：θ1＝θ3＝θ5，θ2＝θ6，θ4+θ5+θ6＝90°。可得：M＝COS90°-θ5-θ6×G×L，式中θ5＝θ1为所述手臂康复训练装置的姿态传感器41角度位置信息，θ6＝θ2为所述手臂康复训练装置的所述第二驱动电机21角度位置信息，即：M＝COS90°-θ1-θ2×G×L，θ1、θ2两个变量为已知，均可从装置的控制模块中获得，G是确定值，所以可求得重力矩M。当肘关节做曲伸运动时，此时重力矩补偿方向为顺时针方向，因此控制模块4需补偿一个与重力矩M相等且方向相反的电机输出力矩来平衡重力产生的力矩。

其中，所述手臂康复训练装置在AOB平面内运动，O为所述上臂固定件32的顶端定位点，OB与地面水平，OA与地面垂直。

参阅图13，当0°≤θ1≤90°且90°≤θ2+θ3≤180°时，M＝COSθ1+θ2-90°×G×L；

具体地，此时，重力矩补偿方向为顺时针方向。

参阅图14，当0°≤θ1≤90°且θ2+θ3＞180°时，M＝COS270°-θ1-θ2×G×L；

具体地，此时，重力矩补偿方向为逆时针方向。

参阅图15，当θ1＞90°且90°≤θ2+θ3≤180°时，M＝COSθ1+θ2-90°×G×L；

具体地，此时，重力矩补偿方向为顺时针方向。

参阅图16，当θ1＞90°且θ2+θ3＞180°时，M＝COS270°-θ1-θ2×G×L；

具体地，此时，重力矩补偿方向为逆时针方向。

其中，θ1为所述手臂康复训练装置的姿态传感器41检测到的上臂与地面垂直方向的角度，θ2为所述手臂康复训练装置的第二驱动电机21内置的编码器检测到的前臂与上臂的正向延长线之间的角度，θ3为上臂的正向延长线与地面垂直方向的角度，M为重力矩，G为旋转组件1和屈伸组件2的重力，L为旋转组件1和屈伸组件2整体的重心至所述手臂康复训练装置的第二驱动电机21的旋转点5之间的距离。

在本实施例中，手臂康复训练装置的重力补偿计算方法有利于增加装置的动态性能，动态跟踪误差相比无重力补偿时更小；补偿重力后，旋转组件1和屈伸组件2整体不会受重力影响下坠；计算得出需要补偿的力矩后，将此力矩的大小和方向告知控制模块4，控制模块4会根据装置所处的位置信息将所需力矩的大小和方向告知电机，当装置处于静态时，电机在此位置始终保持与重力方向相反的输出力矩，可平衡因重力影响产生的下坠；当装置处于动态时，通过重力补偿，装置动态跟踪误差小，控制更柔顺。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。