三自由度脑卒中早期上肢康复机器人的制作方法
【专利摘要】一种三自由度脑卒中早期上肢康复机器人，涉及医疗器械领域，用于辅助患者完成上臂屈/伸、前臂屈/伸、前臂内旋/外旋三种运动。其结构主要由直流电机、行星减速器、一对锥齿轮、两对直齿轮、传动轴、销轴、限位销、限位挡板、肩部、上臂调节部分、前臂调节部分、支承导轨组成，所述行星减速器的输出端与齿轮固定联接；所述限位挡板和从动轴联接，通过调节限位销的位置，实现前臂屈/伸运动范围不同时的安全限位；所述前臂和上臂的实际长度可以调节；所述支承导轨的V形结构给扇形直齿轮四提供支撑和导向。本装置结构紧凑，安全，成本低，重量轻，符合人体上肢生理结构，可以穿戴在患者身上，可用于医院康复训练或家庭使用。
【专利说明】三自由度脑卒中早期上肢康复机器人
【技术领域】
[0001]本发明属于医疗器械领域，它涉及一种康复训练机器人，特别适用于脑卒中病人早期的上肢康复训练。
【背景技术】
[0002]脑卒中疾病的致残率极高，偏瘫是脑卒中最主要的后遗症，约有75%的病人有不同程度的上肢运动功能障碍。而上肢功能的恢复对病人的日常生活能力影响很大。临床医学证明，除了早期的手术和必要的药物治疗外，只要急性脑卒中患者生命体征稳定，神经系统症状不再进展48小时后即可开始康复治疗。训练开始越早，运动功能恢复的潜力越大。为了促进患者尽快康复，临床上一般由治疗师辅助患者完成大量康复训练，并培训家属为患者进行训练。但由于我国患者数量多、治疗师资源缺乏，同时这种训练强度高，很多家属不能完成而放弃治疗，使病人丧失了康复的最好时机。为此，设计安全、定量、有效、可以进行重复训练的早期上肢康复机器人具有实际意义。
[0003]人的肩关节和肘关节是上肢活动的基础，通过人体肩关节和肘关节的运动，可以实现上肢的大范围运动。而腕、指关节运动可以实现上肢精细运动。在偏瘫患者康复的初期，通常是先进行肩、肘关节运动功能的康复。目前，已有的上肢康复机构或者自由度太多、结构复杂、笨重，或者自由度太少、用于脑卒中病人早期的康复训练效果不佳。
【发明内容】
[0004]本发明是针对现有技术中脑卒中病人早期上肢康复训练所遇到的问题，提供一种结构简单、能够辅助患者完成上臂屈/伸、前臂屈/伸、前臂内旋/外旋三种运动的康复机器人。
[0005]实现上述目的采用的技术方案是:一种三自由度脑卒中早期上肢康复机器人，包括肩部、上臂部分和前臂部分，所述机器人肩部和上臂部分用销轴联接，所述机器人上臂部分和前臂部分用从动轴联接；所述肩部包括肩部支承、销轴；所述上臂部分包括上臂一、上臂二、上臂长度调节件、调节螺栓、直流电机一、行星减速器一、锥齿轮一、锥齿轮二、主动轴、限位销、限位挡板、从动轴、直齿轮一、扇形直齿轮二、开口销，所述行星减速器一的输出端与锥齿轮一固定联接；所述锥齿轮二和直齿轮一与主动轴固定联接；所述扇形直齿轮二和限位挡板与从动轴固定联接；所述限位销固定联接在上臂一；所述上臂一和上臂二通过上臂长度调节件及调节螺栓来调节上臂长度；所述前臂部分包括直流电机二、行星减速器二、直齿轮三、支承导轨、扇形直齿轮四(大齿圈)、限位销、前臂一、前臂二、前臂长度调节件、调节螺栓，所述行星减速器二的输出端与直齿轮三固定联接；所述支承导轨和前臂一固定联接；所述扇形直齿轮四(大齿圈)支撑在支承导轨的V形槽中；所述限位销固定在扇形直齿轮四(大齿圈)上；所述前臂一和前臂二通过前臂长度调节件及调节螺栓来调节前臂长度。
[0006]本发明的有益效果是:本发明模拟了人体上肢的上臂屈/伸、前臂屈/伸、前臂内旋/外旋三种康复运动，本装置结构紧凑，安全，成本低，采用铝合金材质的总重量为3kg，可以穿戴在患者身上，符合人体上肢生理结构，可用于医院康复训练，也可直接在家庭使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1是本发明整体结构示意图。
[0008]图2是前臂内旋/外旋结构局部示意图。
[0009]图3是前臂内旋/外旋支撑结构局部剖视图。
[0010]图4是前臂屈/伸运动安全限位结构局部示意图。
[0011]图中:1-肩部支承；2-销轴；3_上臂长度调节件；4_调节螺栓；5_直流电机一；6-行星减速器一 ；7_锥齿轮一 ；8_锥齿轮二 ；9_主动轴；10_限位销；11_限位挡板；12_从动轴；13_调节螺栓；14_直流电机二 ；15_行星减速器二 ；16_直齿轮三；17_支承导轨；18-扇形直齿轮四(大齿圈)；19_限位销；20_前臂一 ；21_前臂长度调节件；22_前臂二 ；23-开口销；24_扇形直齿轮二 ；25_直齿轮一 ；26_上臂一 ；27_上臂二 ；28_上臂屈/伸运动；29_前臂屈/伸运动；30_前臂内旋/外旋运动。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0013]参见附图1、附图2、附图3和附图4，本发明的三自由度脑卒中早期上肢康复机器人，包括肩部、上臂部分和前臂部分。其结构由两个直流电机5和14、两个行星减速器6和15、两对直齿轮24和25及16和18、一对锥齿轮7和8、两根传动轴9和12、上臂长度调节部分26、27、3、4、前臂长度调节部分20、21、22、13、两组限位销10和19、限位挡板11、支承导轨17、销轴2、肩部支承1、开口销23组成。
[0014]行星减速器一 6,—端直接联接直流电机一 5, —端固定联接锥齿轮一 7 ;锥齿轮二8、直齿轮一 25、扇形直齿轮二 24通过键分别与主动轴9、从动轴12联接，实现从动轴12的摆动；主动轴9和从动轴12由耐磨轴套支撑，轴套安装在上臂一 26的轴承孔内；限位挡板11通过紧定螺钉和从动轴12联接，限位销10固定在上臂一 26的孔内，通过限位销10放置在不同位置的孔内，实现前臂屈/伸运动范围不同时的安全限位；前臂的实际长度通过前臂一 20、前臂二 22、前臂长度调节件21、调节螺栓13调节，以适应不同患者个体的前臂长度；从动轴12的端部为方形，和前臂二 22的方形槽联接，并用开口销23轴向限位，实现前臂屈/伸运动29 ;行星减速器二 15，一端直接联接直流电机二 14，一端固定联接直齿轮三16 ;支承导轨17，用螺栓固定在前臂一 20上，其上的V形导轨和扇形直齿轮四(大齿圈)18的V形槽配合，为扇形直齿轮四(大齿圈)18提供支撑和导向；人体的腕部固定在扇形直齿轮四(大齿圈)18内，通过直齿轮三16和扇形直齿轮四(大齿圈)18的啮合实现前臂内旋/外旋运动30 ;限位销19固定在扇形直齿轮四(大齿圈)18上，用于前臂内旋/外旋运动范围的安全限位；肩部支承1，一端为U形结构，用于和人体肩膀固定，一端和上臂二 27用销轴2连接，实现前臂屈/伸运动28，前臂屈/伸运动28属于被动关节，没有驱动；上臂的实际长度通过上臂一 26、上臂二 27、上臂长度调节件3、调节螺栓4调节，以适应不同患者个体的上臂长度。[0015]本发明的具体工作过程:
[0016]当直流电机一 5工作时，通过行星减速器一 6降速驱动锥齿轮一 7，锥齿轮一 7和锥齿轮二 8啮合带动主动轴9工作，并实现轴的90°运动转换，直齿轮一 25和扇形直齿轮二 24啮合带动从动轴12摆动，通过从动轴12和前臂二 22的联接，实现前臂屈/伸运动29。通过限位销10放置在不同位置的孔内，限制和从动轴12联接的限位挡板11的运动范围，实现前臂屈/伸运动的安全限位；
[0017]当直流电机二 14工作时，通过行星减速器二 15降速驱动直齿轮三16，支承导轨17上的V形导轨为扇形直齿轮四(大齿圈)18提供支撑和导向，通过直齿轮三16和扇形直齿轮四(大齿圈)18的啮合实现前臂内旋/外旋运动30。限位销19用于前臂内旋/外旋运动的安全限位；
[0018]安装在肩部支承I和上臂二 27之间的销轴2，实现前臂屈/伸运动28，前臂屈/伸运动28属于没有驱动的被动关节，提供了机器人运动的灵活性。
【权利要求】
1.一种三自由度脑卒中早期上肢康复机器人，包括肩部、上臂部分、前臂部分，其特征在于:所述机器人肩部和上臂部分用销轴(2)联接，所述机器人上臂部分和前臂部分用从动轴(12)联接；所述上臂部分包括上臂一(26)、上臂二(27)、上臂长度调节件(3)、直流电机一(5)、行星减速器一(6)、一对锥齿轮(7)和(8)、主动轴(9)、限位销(10)、限位挡板(11)、从动轴(12)、直齿轮一(25)、扇形直齿轮二(24),所述行星减速器一(6)的输出端与锥齿轮一(7)固定联接；所述锥齿轮二(8)和直齿轮一(25)与主动轴(9)固定联接；所述扇形直齿轮二(24)和限位挡板(11)与从动轴(12)固定联接；所述限位销(10)固定联接在上臂一(26);所述上臂一(26)和上臂二(27)通过上臂长度调节件(3)来调节上臂长度；所述前臂部分包括直流电机二(14)、行星减速器二(15)、直齿轮三(16)、支承导轨(17)、扇形直齿轮四(18)、限位销(19)、前臂一(20)、前臂二(22)、前臂长度调节件(21)，所述行星减速器二(15)的输出端与直齿轮三(16)固定联接；所述支承导轨(17)和前臂一(20)固定联接；所述扇形直齿轮四(18)支撑在支承导轨(17)的V形槽中；所述限位销(19)固定在扇形直齿轮四(18)上；所述前臂一(20)和前臂二(22)通过前臂长度调节件(21)来调节前臂长度。
2.根据权利要求1所述的三自由度脑卒中早期上肢康复机器人，其特征在于:当直流电机一(5)工作时，通过行星减速器一 (6)降速驱动锥齿轮一(7)，锥齿轮一(7)和锥齿轮二(8)啮合带动主动轴(9)工作，并实现轴的90°运动转换，直齿轮一(25)和扇形直齿轮二(24)啮合带动从动轴(12)摆动，从动轴(12)的端部为方形，和前臂二(22)的方形槽固定联接，并用开口销(23)轴向限位，实现前臂屈/伸运动(29);通过限位销(10)放置在不同位置的孔内，限制和从动轴(12)联接的限位挡板(11)的运动范围，实现前臂屈/伸运动的安全限位。
3.根据权利要求1所述 的三自由度脑卒中早期上肢康复机器人，其特征在于:当直流电机二(14)工作时，通过行星减速器二(15)降速驱动直齿轮三(16)，支承导轨(17)上的V形导轨为扇形直齿轮四(18)提供支撑和导向，通过直齿轮三(16)和扇形直齿轮四(18)的啮合实现前臂内旋/外旋运动(30);限位销(19)用于前臂内旋/外旋运动的安全限位。
4.根据权利要求1所述的三自由度脑卒中早期上肢康复机器人，其特征在于:安装在肩部支承(I)和上臂二(27)之间的销轴(2)，实现前臂屈/伸运动(28)。
【文档编号】A61H1/02GK203447479SQ201320430436
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年7月19日 优先权日:2013年7月19日
【发明者】程秀芳, 况照飞, 韦国远, 蒋天文, 肖冲, 侯伟民 申请人:河北联合大学