主被动式双臂上肢康复机器人的制作方法

本发明涉及康复训练机器人领域，特别是指一种主被动式双臂上肢康复机器人。

背景技术：

随着医疗技术的快速发展，脑卒中不再是危害生命的疾病，但是脑损伤引起的偏瘫等运动功能障碍给患者的家庭和社会带来了沉重的负担。正确、科学的康复训练对肢体运动功能的恢复和提高起到非常重要的作用。神经康复治疗过程是一项艰苦的工作，目前主要依靠康复医师对患者进行一对一的手工操作和主观临床经验对患者肢体进行评估，限制了康复水平的提高，康复医学与机器人技术的结合提高了康复训练的效率并保证了动作训练的强度，为研究新的康复技术开辟了新的途径。

但是，目前国内外的上肢康复机器人用于对上肢运动功能障碍患者进行治疗和康复训练时存在多种不足：(1)运动功能单一，仅支持单个关节或部分关节；(2)只能实现一维或二维运动，不能很好地实现康复训练的功能；(3)单臂被动运动，不能按照患者的意愿进行运动，无法激发患者训练的兴趣及积极性等问题。

技术实现要素：

本发明提供一种主被动式双臂上肢康复机器人，其既能实现多个关节的多个维度的运动，又能帮助患者按照自己的意愿进行运动。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一种主被动式双臂上肢康复机器人，包括上肢主动训练装置3、上肢被动训练装置4、悬梁臂2和底座1，其中：

所述上肢主动训练装置3和上肢被动训练装置4通过所述悬梁臂2固定在所述底座1上；

所述上肢主动训练装置3包括主动肩关节外展、内收组件，主动肩关节屈伸组件，主动上臂内、外旋组件，主动肘屈伸组件，主动前臂内、外旋组件，主动腕关节屈伸组件；

所述上肢被动训练装置4包括被动肩关节外展、内收组件，被动肩关节屈伸组件，被动上臂内、外旋组件，被动肘屈伸组件，被动前臂内、外旋组件，被动腕关节屈伸组件。

本发明具有以下有益效果：

本发明的主被动式双臂上肢康复机器人包括上肢主动训练装置(即主臂)和上肢被动训练装置(即从臂)，使用时，将主臂用作控制装置，与用户的健康手臂连接，将从臂与用户行动不便的手臂连接，带动用户行动不便的手臂运动，主臂接受用户手臂的动作指令，用来控制从臂，从臂也可以通过控制器接受除主臂以外的控制信号，带动用户行动不便的手臂运动，满足患者的运动需求，提高康复运动的科学性。本发明的主被动式双臂上肢康复机器人能够实现肩关节外展、内收、屈伸，上臂内、外旋，肘屈伸，前臂内、外旋，腕关节屈伸六个自由度的运动，支持多个关节多个维度的运动，可以单独进行也可以各个关节协调配合完成正常的运动，本发明由主臂带动从臂运动，可以帮助患者按照自己的意愿进行运动，能够激发患者训练的兴趣和积极性，具有较强的实用性，并且可以针对不同时期的患者调整患者的康复运动，功能非常全面。

附图说明

图1为本发明的主被动式双臂上肢康复机器人的整体结构图；

图2为本发明的主被动式双臂上肢康复机器人的主动训练装置装配图；

图3为本发明的主被动式双臂上肢康复机器人的被动训练装置装配图；

图4为本发明的主被动式双臂上肢康复机器人的主动训练装置的肩关节组件装配图；

图5为本发明的主被动式双臂上肢康复机器人的主动训练装置的前臂和腕关节的组件装配图；

图6为本发明的主被动式双臂上肢康复机器人的被动训练装置的肩关节组件装配图；

图7为本发明的主被动式双臂上肢康复机器人的被动训练装置的上臂组件装配图；

图8为本发明的主被动式双臂上肢康复机器人的被动训练装置的前臂组件装配图；

图9为本发明的主被动式双臂上肢康复机器人的底座的装配图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种主被动式双臂上肢康复机器人，如图1～图9所示，包括上肢主动训练装置3、上肢被动训练装置4、悬梁臂2和底座1，其中：

上肢主动训练装置3和上肢被动训练装置4通过悬梁臂2固定在底座1上；

上肢主动训练装置3包括主动肩关节外展、内收组件，主动肩关节屈伸组件，主动上臂内、外旋组件，主动肘屈伸组件，主动前臂内、外旋组件，主动腕关节屈伸组件；

上肢被动训练装置4包括被动肩关节外展、内收组件，被动肩关节屈伸组件，被动上臂内、外旋组件，被动肘屈伸组件，被动前臂内、外旋组件，被动腕关节屈伸组件。

本发明的主被动式双臂上肢康复机器人包括上肢主动训练装置(即主臂)和上肢被动训练装置(即从臂)，使用时，将主臂用作控制装置，与用户的健康手臂连接，将从臂与用户行动不便的手臂连接，带动用户行动不便的手臂运动，主臂接受用户手臂的动作指令，用来控制从臂，从臂也可以通过控制器接受除主臂以外的控制信号，带动用户行动不便的手臂运动，满足患者的运动需求，提高康复运动的科学性。本发明的主被动式双臂上肢康复机器人能够实现肩关节外展、内收、屈伸，上臂内、外旋，肘屈伸，前臂内、外旋，腕关节屈伸六个自由度的运动，支持多个关节多个维度的运动，可以单独进行也可以各个关节协调配合完成正常的运动，本发明由主臂带动从臂运动，可以帮助患者按照自己的意愿进行运动，能够激发患者训练的兴趣和积极性，具有较强的实用性，并且可以针对不同时期的患者调整患者的康复运动，功能非常全面。

优选的，如图4所示，主动肩关节外展、内收组件可以包括主动肩关节旋转轴301、主动肩关节限位装置302、主动肩关节外展、内收角位移传感器303和横梁304，主动肩关节屈伸组件可以包括主动肩关节上竖臂305、主动肩关节下竖臂307、主动肩关节屈伸摆动前臂309、主动肩关节屈伸摆动后臂310、主动肩关节屈伸角位移传感器312和主动肩关节屈伸限位装置308，其中：

主动肩关节旋转轴301竖向设置，主动肩关节旋转轴301的上端通过螺栓固定在悬梁臂2上，主动肩关节旋转轴301的下端与横梁304的一端连接，主动肩关节旋转轴301的外侧套设有主动肩关节限位装置302，主动肩关节外展、内收角位移传感器303通过螺栓固定在主动肩关节限位装置302上，采集主动肩关节旋转轴301的旋转数据并进行反馈。

主动肩关节上竖臂305的上端与横梁304的另一端连接，主动肩关节上竖臂305的下端与主动肩关节下竖臂307的上端垂直固定，主动肩关节上竖臂305和主动肩关节下竖臂307上设置有主动肩关节屈伸调节高度装置306(具体可以为丝杠调节装置，通过旋转装置中的按钮，进行高度调节，也可以为本领域技术人员容易想到的其他调节方式，均不影响本发明技术方案的实施)，通过主动肩关节屈伸调节高度装置306来调节主动肩关节上竖臂305和主动肩关节下竖臂307的高度，以适应不同的人群，主动肩关节下竖臂307的下端与主动肩关节屈伸摆动前臂309的一端连接，主动肩关节屈伸摆动前臂309的另一端与主动肩关节屈伸摆动后臂310平行固定，主动肩关节屈伸摆动后臂310上设置有主动肩关节屈伸调节长度装置311(具体可以为丝杠调节装置，通过旋转，来调节主动肩关节屈伸摆动后臂310的长度，也可以为本领域技术人员容易想到的其他调节方式，均不影响本发明技术方案的实施)，主动肩关节屈伸角位移传感器312焊接在主动肩关节下竖臂307上，主动肩关节屈伸限位装置308分别位于主动肩关节屈伸摆动前臂309的两侧通过螺栓固定在主动肩关节下竖臂307上，主动肩关节屈伸摆动后臂310与主动上臂内、外旋组件连接。

本发明中，为了机器人的轻便性、灵活性，不同人群的适应性，肩关节采用连杆结构，同时外展、内收组件和屈伸组件采用调节长度装置。

进一步的，如图5所示，主动上臂内、外旋组件可以包括主动上臂固定板313、上臂弯轨固定件413、上臂弯轨315、上臂角位移传感器314、上臂上连接件316、上臂下连接件317和主动上臂内、外旋限位装置318，主动肘屈伸组件可以包括肘屈伸上连接件321、肘屈伸下连接件319和肘屈伸角位移传感器320，其中：

主动上臂固定板313通过螺栓与主动肩关节屈伸组件连接，具体地，如图5所示，主动上臂固定板313通过螺栓可以与主动肩关节屈伸摆动后臂310连接，上臂弯轨固定件413通过螺栓固定在主动上臂固定板313上，上臂弯轨315固定在上臂弯轨固定件413上，上臂弯轨315能够相对上臂弯轨固定件413转动，上臂角位移传感器314通过螺栓固定在主动上臂固定板313上，上臂弯轨315的一端与上臂上连接件316连接，上臂弯轨315的另一端与上臂下连接件317连接，主动上臂内、外旋限位装置318分别固定在上臂上连接件316和上臂下连接件317上；

肘屈伸上连接件321与上臂上连接件316铰接，肘屈伸下连接件319与上臂下连接件317铰接，肘屈伸角位移传感器320固定在上臂下连接件317上，肘屈伸上连接件321与主动前臂内、外旋组件连接。

本发明中，为了保证上臂内、外旋过程中设备固定，采用弯轨结构，在运动过程中只有上臂弯轨315相对于设备相对运动，减少运动负重，主动肘屈伸结构采用铰接形式，方便运动，同时角位移传感器能够采集相对轴的运动角度信息，传递给从臂。

本发明中，如图5所示，主动前臂内、外旋组件可以包括前臂固定板324、前臂弯轨322、前臂弯轨固定件413’和前臂角位移传感器323，其中：

前臂固定板324与肘屈伸上连接件321连接，前臂弯轨322的一端与肘屈伸上连接件321连接，前臂弯轨322的另一端与肘屈伸下连接件319连接，前臂弯轨322固定在前臂弯轨固定件413’上，前臂弯轨322能够相对前臂弯轨固定件413’转动，前臂弯轨固定件413’通过螺栓固定在前臂固定板324上，前臂角位移传感器323通过螺栓固定在前臂固定板324上，前臂固定板324与主动腕关节屈伸组件连接。

本发明中，为了保证前臂内、外旋过程中设备固定，采用弯轨结构，在运动过程中只有前臂弯轨322相对于设备相对运动，减少运动负重。

优选的，如图5所示，主动腕关节屈伸组件可以包括腕关节连接板325、腕关节旋转轴328和腕关节角位移传感器327，其中：

腕关节连接板325焊接在主动前臂内、外旋组件上，具体地，如图5所示，腕关节连接板325焊接在前臂固定板324上，腕关节旋转轴328的一端与腕关节连接板325连接，腕关节旋转轴328的另一端通过螺栓固设有第一把手329，腕关节旋转轴328上设置有腕关节长度调节装置326(具体可以通过螺纹旋钮，压紧进行固定，松开左右调节长度，也可以为本领域技术人员容易想到的其他调节方式，均不影响本发明技术方案的实施)，腕关节角位移传感器327焊接在腕关节长度调节装置326上。

本发明通过腕关节长度调节装置326可以调节腕部的活动长度，适应不同人群，同时腕关节角位移传感器327通过腕关节旋转轴328的旋转角度信息传递给从臂，进行适当的运动。

进一步的，如图6所示，被动肩关节外展、内收组件可以包括第一电机减速机组件401、旋转梁404和被动肩关节外展、内收限位装置403，被动肩关节屈伸组件可以包括固定件405、第二电机减速机组件406、肩关节连接件408和屈伸梁409，其中：

第一电机减速机组件401竖向设置，第一电机减速机组件401的一端通过螺栓固定在悬梁臂2上，第一电机减速机组件401的另一端外侧套设有减速机保护套402，减速机保护套402还通过螺栓固定在悬梁臂2上，被动肩关节外展、内收限位装置403焊接在减速机保护套402上，第一电机减速机组件401的输出轴驱动连接旋转梁404的一端，第一电机减速机组件401的电机旋转带动旋转梁404运动，实现肩部外展、内收运动；

固定件405的上端通过螺栓与旋转梁404的另一端连接，第二电机减速机组件406通过螺栓连接在固定件405的下端，第二电机减速机组件406的输出轴与连接件408连接，屈伸梁409的一端通过螺栓固设在连接件408上，屈伸梁409上固设有丝杠长度调节装置410，固定件405上在屈伸梁409的两侧固设有被动肩关节屈伸限位装置407，屈伸梁409的另一端与被动上臂内、外旋组件连接，第二电机减速机组件406的电机旋转带动屈伸梁409运动，实现肩关节屈伸运动。

本发明可以通过被动肩关节外展内收限位装置403来控制肩部运动范围，通过控制第一电机减速机组件401转动速度，可以实现肩部的运动频率，第二电机减速机组件406中的电机旋转带动连接件408运动，连接件408带动屈伸梁409运动，通过丝杠长度调节装置410可以调节屈伸梁409的长度，保证不同人群的适应长度，被动肩关节屈伸限位装置407可以控制屈伸梁409的活动范围。

本发明中，如图7所示，被动上臂内、外旋组件可以包括被动上臂固定板412、第三电机减速机组件411、弯轨组件414、上臂保护外壳434、上臂绑带组件420(具体可以为固定手臂的绑带)、上臂上连接板415和上臂下连接板418，被动肘屈伸组件可以包括第四电机减速机组件419、肘屈伸上连接板421和肘屈伸下连接板422，其中：

被动上臂固定板412通过螺栓固定在肩关节屈伸组件上，具体地，如图7所示，被动上臂固定板412通过螺栓可以固定在屈伸梁409上，第三电机减速机组件411通过螺栓固定在被动上臂固定板412上，第三电机减速机组件411的输出轴驱动连接弯轨组件414，上臂保护外壳434通过螺栓固设在被动上臂固定板412上，上臂绑带组件420通过螺栓固设在上臂保护外壳434上，弯轨组件414的上端与上臂上连接板415的一端连接，弯轨组件414的下端与上臂下连接板418的一端连接，上臂上连接板415与上臂下连接板418上固设有被动上臂内外旋限位装置416，第三电机减速机组件411的电机旋转带动弯轨组件414运动，实现上臂内、外旋运动。

第四电机减速机组件419通过螺栓固定连接在上臂上连接板415上，第四电机减速机组件419的输出轴驱动连接肘屈伸上连接板421的一端，肘屈伸下连接板422的一端与上臂下连接板418铰接，肘屈伸上连接板421和肘屈伸下连接板422的另一端分别与被动前臂内、外旋组件连接，第四电机减速机组件419的电机旋转带动肘屈伸上连接板421运动，实现肘屈伸运动。

本发明可以通过被动上臂内外旋限位装置416控制弯轨组件414的运动范围，限定上臂内、外旋的训练程度，肘屈伸下连接板422与上臂下连接板418铰接，第四电机减速机组件419带动肘屈伸上连接板421运动，可以将小臂组件整体跟随运动。

优选的，如图7和图8所示，被动前臂内、外旋组件可以包括前臂弯轨组件423、第五电机减速机组件432、前臂内外旋固定板433、前臂保护外壳425和前臂绑带组件424，其中：

前臂弯轨组件423的上下两端通过螺栓分别与肘屈伸上连接板421和肘屈伸下连接板422连接，第五电机减速机组件432通过螺栓固定在前臂内外旋固定板433上，第五电机减速机组件432的输出轴驱动连接前臂弯轨组件423的中部，前臂保护外壳425通过螺栓固设在前臂内外旋固定板433上，前臂绑带组件424通过螺栓固设在前臂保护外壳425上，前臂保护外壳425与前臂固定板433连接，前臂内外旋固定板433与被动腕关节屈伸组件连接，第五电机减速机组件432的电机旋转带动前臂弯轨组件423运动，实现前臂内、外旋运动。

本发明通过第五电机减速机组件432带动前臂弯轨组件423运动，保证其余部位不动的情况下，只是前臂的局部内、外旋运动。

进一步的，被动腕关节屈伸组件可以包括腕关节固定板426、第六电机减速机组件428、旋转杆429、第二把手430、被动腕关节屈伸限位装置427，其中：

腕关节固定板426通过螺栓固定在前臂内、外旋组件上，具体地，如图7和图8所示，腕关节固定板426通过螺栓可以固定在前臂内外旋固定板433上，第六电机减速机组件428通过螺栓固定在腕关节固定板426上，第六电机减速机组件428的输出轴驱动连接旋转杆429的一端，旋转杆429的另一端通过螺栓与第二把手430连接，腕关节固定板426上在旋转杆429的两侧分别固设有被动腕关节屈伸限位装置427，第六电机减速机组件428的电机旋转带动旋转杆429运动，实现腕关节屈伸运动。

本发明可以通过被动腕关节屈伸限位装置427控制腕部组件的运动范围，实现腕关节局部屈伸运动。

本发明中，如图9所示，底座1可以包括底盘105、脚轮103、座椅104、主机箱101和升降柱102，其中：

脚轮103设置在底盘105的底面，座椅104设置在底盘105的上面，主机箱101设置在底盘105的上面且位于座椅104的后方，底盘105上还设置有升降柱102，悬梁臂2设置在升降柱102上。

本发明可以通过脚轮103，进行位置移动，同时升降柱102可以调节装置的高度，适应不同人群。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。