一种五自由度外骨骼式上肢康复机器人的制作方法

本发明涉及医疗康复训练设备领域，特别涉及一种五自由度外骨骼式上肢康复机器人。

背景技术：

我国目前有脑卒中患者约900万人，每年新增150万人以上，其中大约75％脑卒中患者在发病后会留下不同程度的后遗症而导致不能独立生活。而在脑卒中的众多后遗症中，以偏瘫发生率为最，在偏瘫的康复中，又以上肢功能的康复最为困难和重要。现代康复理论和实践证实，脑卒中康复治疗是降低致残率最有效的方法。有效的上肢康复训练能是最大限度地减轻残疾和改善患者的功能，预防减少各类并发症和后遗症，提高日常生活能力，为其回归家庭、融入社会提供帮助。

传统的康复训练疗法由理疗医师和患者通过一对一的长时间的肢体接触来完成，理疗医师协助患者进行肢体运动，训练偏瘫患者进行大量反复的重复性运动。这样一来，不仅康复训练效果取决于理疗医师的主观临床经验，而且对医师来说工作强度很大。机器人作为一种适合长时间、重复性劳动工作的机械系统已经在医疗行业得到了广泛的认可和应用。

目前国内市场上还没有成熟的外骨骼式上肢康复机器人，大多数仍处于实验室样机阶段或因成本问题限制了市场化的推广，总体来说市场上同类产品基本处于空白阶段。因此，需要研发一种外骨骼式上肢康复机器人应用于偏瘫患者的康复理疗训练，降低护理成本，节约社会资源，弥补上肢康复机器人在医疗康复训练设备领域的空白。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供了一种五自由度外骨骼式上肢康复机器人，既能适应不同的使用人群和使用环境，又能达到良好的康复训练效果，且其结构简单，便于于市场化的推广。

为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：

一种五自由度外骨骼式上肢康复机器人，包括前臂外骨骼式机械臂、后臂外骨骼式机械臂、肩部机械臂、基座、可移动升降平台；所述前臂外骨骼式机械臂与后臂外骨骼式机械臂固定连接，所述后臂外骨骼式机械臂与肩部机械臂铰接，所述肩部机械臂与基座直线导轨滑动连接，所述基座固定在可移动升降平台上。

所述前臂外骨骼式机械臂包括腕部旋转握把、腕部屈伸支架、前臂臂托、臂托杆、前臂杆滑块、滑块固定钮、前臂杆、伺服电机三、肘部支座；所述腕部旋转握把与腕部屈伸支架铰接，所述腕部屈伸支架与前臂臂托铰接，所述前臂臂托和臂托杆固定连接，所述臂托杆与前臂杆滑块固定连接，所述前臂杆滑块与前臂杆直线导轨滑动连接，且滑块固定钮安装在前臂杆滑块上固定，所述前臂杆铰接在肘部支座一侧，且与伺服电机三的转轴键连接，所述伺服电机三固定在肘部支座上，所述肘部支座顶端孔与后臂外骨骼式机械臂末端轴固定连接。

所述后臂外骨骼式机械臂包括肘部支架、肘部前缓冲连杆、肘部后缓冲连杆、后臂伸缩杆、后臂杆、伸缩杆固定钮、后臂臂托；所述肘部支架末端轴与前臂外骨骼式机械臂固定连接，另一端与肘部前缓冲连杆铰接，所述肘部前缓冲连杆与肘部后缓冲连杆铰接，所述肘部后缓冲连杆与后臂伸缩杆铰接，所述后臂伸缩杆与后臂杆滑动连接，且伸缩杆固定钮安装在后臂杆上固定，所述后臂臂托铰接在后臂杆侧面，后臂杆顶端孔与肩部机械臂末端铰接，且与伺服电机一转轴键连接。

所述肩部机械臂包括伺服电机一，肩部杆，肩部连杆，伺服电机二，肩部滑动支座；所述伺服电机一固定在肩部杆上，且其转轴与后臂外骨骼式机械臂固定连接，所述肩部杆末端与后臂外骨骼式机械臂铰接，顶端与肩部连杆固定连接，所述肩部连杆与伺服电机二转轴固定连接，且与肩部滑动支座铰接，所述伺服电机二与肩部滑动支座固定连接，肩部滑动支座与基座直线导轨滑动连接。

所述可移动升降平台包括万向轮，脚轮支架，刹车片，底盘，气压活塞杆一，气压活塞杆二，气压活塞杆三，平台；所述万向轮铰接在脚轮支架中间，所述刹车片与脚轮支架铰接，所述脚轮支架铰接在底盘下方，所述底盘与气压活塞杆一固定连接，所述气压活塞杆一与气压活塞杆二滑动连接，所述气压活塞杆二与气压活塞杆三滑动连接，所述气压活塞杆三固定在平台下侧，平台上侧与基座固定连接。

本发明的有益效果是：

本发明的上肢康复机器人采用可移动升降平台，可用于调节患者与上肢康复机器人之间的相对位置；整个外骨骼式上肢康复机器人涉及五个自由度，分别对应人体肩部旋内/旋外、肩部前屈/后伸、肘部前屈、腕部旋内/选外和腕部前屈/后伸五个关节运动方向，贴合上肢运动模式；在后臂和前臂外骨骼式机械臂上安装有伸缩调节装置，使得两处机械臂可根据患者的上肢尺寸进行长度调整，让康复过程更加舒适；机械臂均采用伺服电机控制驱动，实现康复训练更加精准高效，康复效果良好。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明前臂外骨骼式机械臂结构示意图。

图3为本发明后臂外骨骼式机械臂结构示意图。

图4为本发明肩部机械臂结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施例做进一步的说明。

如图1所示，一种五自由度外骨骼式上肢康复机器人，包括前臂外骨骼式机械臂1、后臂外骨骼式机械臂2、肩部机械臂3、基座4、可移动升降平台5；所述前臂外骨骼式机械臂1与后臂外骨骼式机械臂2固定连接，所述后臂外骨骼式机械臂2与肩部机械臂3铰接，所述肩部机械臂3与基座4直线导轨滑动连接，所述基座4固定在可移动升降平台5上。

如图2所示，所述前臂外骨骼式机械臂1包括腕部旋转握把101、腕部屈伸支架102、前臂臂托103、臂托杆104、前臂杆滑块105、滑块固定钮106、前臂杆107、伺服电机三108、肘部支座109；所述腕部旋转握把101与腕部屈伸支架102铰接，所述腕部屈伸支架102与前臂臂托103铰接，所述前臂臂托103和臂托杆104固定连接，所述臂托杆104与前臂杆滑块105固定连接，所述前臂杆滑块105与前臂杆107直线导轨滑动连接，且滑块固定钮106安装在前臂杆滑块105上固定，所述前臂杆107铰接在肘部支座109一侧，且与伺服电机三108的转轴键连接，所述伺服电机三108固定在肘部支座109上，所述肘部支座109顶端孔与后臂外骨骼式机械臂2末端轴固定连接。

在患者进行康复前臂训练前，首先根据患者上肢前臂尺寸调整好前臂杆滑块105在前臂杆107上的位置，并用滑块固定钮106固定；患者进行腕部康复训练时人体主动转动腕部旋转握把101和腕部屈伸支架102，从而进行腕部旋内/旋外和腕部前屈/后伸两个方向的主动训练；患者进行上肢康复训练时伺服电机三108带动前臂杆107，从而带动与前臂杆107固定好的前臂臂托103，引导前臂进行肘部前屈方向的被动康复训练；根据患者身体机能情况和康复疗程，可控制伺服电机三108以不同转速转动不同的角度。

如图3所示，所述后臂外骨骼式机械臂2包括肘部支架201、肘部前缓冲连杆202、肘部后缓冲连杆203、后臂伸缩杆204、后臂杆205、伸缩杆固定钮206、后臂臂托207；所述肘部支架201末端轴与前臂外骨骼式机械臂1固定连接，另一端与肘部前缓冲连杆202铰接，所述肘部前缓冲连杆202与肘部后缓冲连杆203铰接，所述肘部后缓冲连杆203与后臂伸缩杆204铰接，所述后臂伸缩杆204与后臂杆205滑动连接，且伸缩杆固定钮206安装在后臂杆205上固定，所述后臂臂托207铰接在后臂杆205侧面，后臂杆205顶端孔与肩部机械臂3末端铰接，且与伺服电机一301转轴键连接。

在患者进行康复前臂训练前，首先根据患者上肢前臂尺寸调整好后臂伸缩杆204在后臂杆205处的位置，并用伸缩杆固定钮206固定；患者进行上肢康复训练时伺服电机一301带动与后臂杆205固定好的后臂臂托207转动，引导患者后臂进行肩部前屈/后伸方向的被动康复训练；铰接肘部支架201和肘部前缓冲连杆202可用于减轻前臂后臂组合复杂训练时上肢康复机器人对人体上肢造成的压力和不适感；根据患者身体机能情况和康复疗程，可控制伺服电机一301以不同转速转动不同的角度。

如图4所示，所述肩部机械臂3包括伺服电机一301，肩部杆302，肩部连杆303，伺服电机二304，肩部滑动支座305；所述伺服电机一301固定在肩部杆302上，且其转轴与后臂外骨骼式机械臂2固定连接，所述肩部杆302末端与后臂外骨骼式机械臂2铰接，顶端与肩部连杆303固定连接，所述肩部连杆303与伺服电机二304转轴固定连接，且与肩部滑动支座305铰接，所述伺服电机二304与肩部滑动支座305固定连接，肩部滑动支座305与基座4直线导轨滑动连接。

在患者进行上肢康复训练时伺服电机二304带动与肩部连杆303固定好的肩部杆302转动，引导患者进行肩部旋内/旋外方向的被动康复训练；在康复训练过程中肩部滑动支座305与基座4可产生相对直线滑动，实时调整患者与上肢康复机器人相对位置，增加训练舒适性；根据患者身体机能情况和康复疗程，可控制伺服电机二304以不同转速转动不同的角度；三个伺服电机以不同转速/角度可构成复杂空间上肢康复训练。

如图4所示，所述可移动升降平台5包括万向轮501，脚轮支架502，刹车片503，底盘504，气压活塞杆一505，气压活塞杆二506，气压活塞杆三507，平台508；所述万向轮501铰接在脚轮支架502中间，所述刹车片503与脚轮支架502铰接，所述脚轮支架502铰接在底盘504下方，所述底盘504与气压活塞杆一505固定连接，所述气压活塞杆一505与气压活塞杆二506滑动连接，所述气压活塞杆二506与气压活塞杆三507滑动连接，所述气压活塞杆三507固定在平台508下侧，平台508上侧与基座4固定连接。

要移动上肢康复机器人位置时，万向轮501带动底盘504快速移动，到达患者位置后，通过刹车片503锁死万向轮501固定位置，气压活塞杆一505、气压活塞杆二506和气压活塞杆三507通过气压控制伸缩长度带动固定连接的平台508完成升降。