专利名称：一种上肢康复训练机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种上肢康复训练机器人，属于医疗康复训练器械技术领域。
背景技术：
近年来因患脑血管疾病或神经系统疾病而致中老年患者偏瘫的人数不断增多，并且在年龄上呈现年轻化趋势；同时，由于一些事故而造成神经损伤或者肢体损伤的人数也越来越多，尤其是上肢运动功能的丧失，极大地影响了患者日常生活的能力，对于这些偏瘫和肢体受损伤的患者，进行康复训练是十分重要和关键的医疗手段。随着现代中枢神经康复机理研究的进展，国内外研究人员基于机器人技术在运动功能康复方面开展了大量研究，其研究目标是发展具有康复治疗和评价功能的机器人。康复机器人技术是一种新的运动神经康复治疗技术，将机器人技术应用于康复领域，既可提供有效的康复训练，又不增加临床医疗人员的负担和卫生保健的成本；另外，机器人可以记录详实的治疗数据及图形，能提供客观、准确的治疗和评价参数，有助于机器人辅助治疗偏瘫的进行，能够有效改善康复效果和提高康复效率。目前，国内外上肢康复训练机器人在用于上肢运动功能障碍患者进行治疗和康复训练时存在诸多缺点和不足，主要有支持活动的关节单一或较少、尤其是未把小臂旋转和腕部指部等关节的运动集成于系统和装置中；个体适应性差，不能根据不同患者进行装置的调整或调整不方便；支持的运动模式单一，只能进行被动运动或者装置不具备驱动功能； 舒适性较差，不能较好地实现人机协调和统一；不能激发患者训练的兴趣；不能较好地解决力量和位置过载等安全问题。
发明内容
本发明旨在克服上述现有技术的不足，提出了一种上肢康复训练机器人，该机器人可用于上肢运动功能障碍患者进行治疗、康复训练、康复治疗效果评估，结构轻巧美观， 个体适应性好且调整方便，支持上肢多关节且包含手指关节的康复训练，使用操作安全有效。本发明所采用的的技术方案是
本发明涉及一种上肢康复训练机器人，包括第I关节、第II关节、第III关节、第IV 关节和第V关节，5个关节依次串联联接，各关节的运动分别对应肩关节外展/内收、 肩关节屈/伸、肘关节屈/伸、前臂内旋/外翻、腕关节屈/伸和手指屈/伸，各个关节均能单独训练使用。—种上肢康复训练机器人，用于上肢运动功能障碍患者进行康复训练，该机器人包括上肢训练机构、底架(001)、座椅(002)，上肢训练机构固定在底架(001)上，底架(001) 配置一座椅(002)，该机器人具有第I关节(100)，其对应肩关节外展/内收，其特征在于 第I关节(100)包括一驱动装置(101)、一水平回转装置(108)、一底座装置(201)；所述底架(001)与驱动装置(101)的固定支撑件刚性连接，驱动装置(101)驱动回转装置(108)摆动，底座装置(201)固定在回转装置(108)摆动的远端，随回转装置(108)摆动，底座装置 (201)沿右下方倾斜，且底座装置(201)位于回转装置(108)的正下方，底座装置(201)上设有训练肩关节外展/内收时固定手臂的装置。所述驱动装置(101)为电机减速机一，所述回转装置(108)为回转臂，所述底座装置(201)为叉形底座。第I关节(100)还包括驱动轴(105)、轴承座(103)、上轴承压盖(102)、下轴承压盖(104)、连接轴(109)；所述固定支撑件为轴承座(103)，电机减速机一(101)驱动驱动轴 (105)转动，驱动轴(105)与轴承配合安装，该轴承安装在轴承座(103)内，轴承座(103) 的上下两端面分别安装有上轴承压盖(102)和下轴承压盖(104)，电机减速机一(101)固定于上轴承压盖(102)上，回转臂(108)的两端部垂直方向分别设置有通孔一(108a)、通孔二(108c)，驱动轴(105)的下部和连接轴(109)的上部分别插入回转臂(108)的通孔一 (108a)、通孔二( 108c)中，并固定，连接轴(109)的下端固定在叉形底座(201)上，叉形底座在驱动轴(105)、回转臂(108)、连接轴(109)的带动下实现肩关节外展/内收。回转臂(108)的左右端侧面设置有垂直方向的开槽一(108b)和开槽二(108d)，开槽一(108b)和开槽二( 108d)设于回转臂(108)的端面正中，并沿水平方向延伸至各自对应的通孔一(108a)、通孔二( 108c),分别形成与通孔一和通孔二连通的轴向狭缝，通过紧定螺栓使得回转臂(108)的两端的开槽一、开槽二缝隙变小，从而实现回转臂(108)和驱动轴 (105)、连接轴(109)的固定连接。在驱动轴(105)的底端端面设有径向凹槽一，回转臂(108)上与驱动轴(105)连接端的底部端面设有径向凹槽二，径向凹槽一与径向凹槽二形状尺寸相同，驱动轴(105)装入通孔一(108a)后，径向凹槽一与径向凹槽二互相对齐，回转臂(108)定位块一(111)安装于该对齐后的凹槽内，并用螺钉将回转臂定位块一(111)固定，该结构用于进一步保持回转臂 (108)和驱动轴(105)的相对位置。该机器人还包括第II关节(200)，其对应肩关节上抬/下放，即屈/伸运动。该第II关节(200)具有一个驱动装置(202)、一个在底座装置下端部的沿竖直方向回转的回转装置，该驱动装置(202)驱动该竖直方向回转的回转装置，并且该回转装置上设有用于训练肩关节屈/伸时固定手臂的装置。所述第II关节(200 )的驱动装置(202 )为电机减速机二、所述沿竖直方向的回转装置为回转轴(206)、回转块(203)、回转杆(208、209)，训练肩关节屈/伸时固定手臂的装置安装的回转杆上，用于固定上臂。所述回转杆为回转杆一(208)和回转杆二(209)，第II关节(200)还包括轴承座 (205)、第III关节连接块(210)、杆端固定件(212);电机减速机二(202)和轴承座(205)固定在叉形底座(201)下部，轴承安装在轴承座(205)内，回转轴(206)套在轴承(204)的内孔中，回转块(203)位于叉形底座(201)下部两叉之间，回转轴(206)伸入回转块(203)的中心孔内，并且电机减速机二(202)的输出轴驱动回转轴(206)带动回转块(203)转动，回转杆一(208)和回转杆二(209)互相平行设置，它们的一端穿过回转块(203)上的通孔并与回转块(203)固定，回转杆一(208)和回转杆二(209)另一端穿过第III关节连接块(210)上的通孔，第III关节连接块(210)用于连接对应肘关节屈/伸的第III关节(300)，第III关节连接块(210)能够沿回转杆一(208)和回转杆二(209)左右滑动，回转杆一(208)和回转杆二(209)的另一端端部固装有杆端固定件(212)；回转块(203)在电机减速机二(202)的驱动下，带动回转杆一(208 )和回转杆二( 209 )以及固定在回转杆一(208 )和回转杆二( 209 )上的部件绕第II关节(200)回转轴(206)轴线II - II转动，实现肩关节屈/伸运动。连接块(210)沿回转杆一(208)和回转杆二(209)的左右滑动调整通过下面的机构实现，在连接块(210)上的用于穿设回转杆一(208)和回转杆二(209)的通孔之间的部位开设有垂直所述回转杆方向的长方形槽孔(210c)，长方形槽孔(210c)内用于容纳卡块 (211)，卡块(211)与长方形槽孔(210c)形状大体相同，它们之间间隙配合，卡块(211)的中央开有水平方向的螺孔(211a)，调整螺栓二(214)—端有螺纹(214a)，该有螺纹的一端拧入上述卡块上的螺孔(211a)，另一端穿过杆端固定件(212)与手轮二(216)固定连接，杆端固定件(212)允许调整螺栓二(214)转动，但阻止其轴向移动，通过手轮二(216)的转动带动调整螺栓二(214)、卡块(211)，进而带动连接块(210)沿回转杆一和回转杆二滑动。该机器人还包括第III关节(300)，其对应肘关节屈/伸，第III关节(300)包括肘关节回转装置、驱动装置。所述第III关节(300)的肘关节回转装置包括回转轴(321)、回转轴固定件(322)、 轴承座(3 )、轴承压盖(3 )、扇形回转件(325)；回转轴固定件(322)固联在第II关节 (200)的第III关节连接块(210)下方一侧，回转轴(321)固定安装在回转轴固定件(322)的一端上，回转轴(321)中部设有安放轴承的轴承座(3M)，轴承座(324)上固定安装有扇形回转件(325)。所述第III关节(300)的驱动装置包括电机底座(301)、电机减速机(302)、曲柄 (303),转动副一(304)和转动副二(307)、连杆(306)、摇杆(308)、曲柄(303)的固定限位块 (305 )组成；电机底座(301)固装在第II关节(200 )的回转杆一(208 )和回转杆二( 209 )上伸出回转块(203 )的一端，电机减速机(302 )固定在电机底座(301)上，电机减速机(302 )输出轴与曲柄(303)的一端连接，曲柄(303)另一端连接有一转动副一(304)，该转动副一(304) 与连杆(306) —端固接，连杆(306)的另一端与转动副二(307)固接，该转动副二(307)与摇杆(308) —端固接，摇杆(308)另一端与扇形回转块(325)固接。该机器人还包括第IV关节(400)，其对应上肢前臂的内旋和/或外翻。第IV关节(400)包括固定块(401)、轴承座(402)、扇形齿轮(404)、齿轮轴(405)、 连接杆一(406)和连接杆二(408)、锁紧块(407)、杆端固定件(409)、锁紧螺栓(410)、锁紧螺栓手轮(411)；固定块(401)通过一锁紧装置固联在第III关节(300)的扇形回转件(325) 上，轴承座(402)固装在固定块(401)上，齿轮轴(405)的一端与轴承座内的轴承配合连接，另一端固定连接手轮，齿轮轴(405)的齿轮部分和扇形齿轮(404)啮合连接，连接杆一 (406)和连接杆二(408)两端均设有杆端固定件，该其中固定块(401)侧的杆端固定件和扇形齿轮(404 ) —体结构，连接杆一(406 )和连接杆二( 408 )平行设置，锁紧块(407 )呈L形， L形的一边可滑动并可锁紧地设置在连接杆一(406)和连接杆二(408)上，L形的另一边端部设有连接法兰。所述固定块(401)的锁紧装置包括锁紧螺栓(341)、锁紧螺栓固定块(342)、压块 (343),楔形块(344),销轴-(345)和销轴二 (346)、压垫(347)；锁紧螺栓固定块(342) @ 定在扇形回转件(325)上，锁紧螺栓(341)的一端和锁紧螺栓固定块(342)连接，锁紧螺栓固定块(342 )允许锁紧螺栓(341)转动但阻止其轴向移动，锁紧螺栓(341)另一端旋入压块(343 )中的楔形块(344 )上的螺孔内，压块(343 )和楔形块(344 )滑动配合，压块(343 )和销轴一(345 )和销轴二( 346 )的一端固定连接，销轴一(345 )和销轴二( 346 )的另一端上固定有压垫(347 )，手轮设置在锁紧螺栓外侧；转动锁紧螺栓(341)带动楔形块(344)移动，使压块(343)在楔形块(344)的作用下沿销轴一(345)和销轴二(346)轴向移动，从而使销轴另一端的压垫(347)将第IV关节(400)的扇形齿轮(404)锁紧在扇形回转件(325)上。该机器人还包括第V关节(500)，其具有腕关节屈/伸功能。第V关节(500)包括手掌驱动装置。手掌驱动装置包括底板(501)、轴承座(502)、电机/减速机(504)、电机底座 (505)、固定限位块(508)、凸轮盘(509)、驱动轴(510)、回转柄(511)、凸轮盘连接杆(512)、 托架连接件(513)、手掌托架(514)、手掌固定杆(515);第V关节(500)与第IV关节(400)通过底板(501) —端的法兰与第IV关节(400)上锁紧块(407)的连接法兰连接，轴承座(502) 固定在底板(501)上表面，轴承座(502 )的上表面固定有固定限位块(508 )，轴承座(502 )的下方底板底部固定有电机底座(505)，电机/减速机(504)固定在电机底座(505)上，电机/ 减速机(504)的输出轴和驱动轴(510)垂直，该两根轴间采用齿轮传动，驱动轴(510)的上端固定连接回转柄(511)，回转柄(511)的远端固定连接托架连接件(513)的一端，托架连接件(513)的另一端朝向驱动轴(510)，凸轮盘(509)通过其上的孔空套在驱动轴(510)上， 位于回转柄(511)下方，凸轮盘(509)上表面的一侧边缘固定连接有凸轮盘连接杆(512)， 凸轮盘连接杆(512)与托架连接件(513)的远离驱动轴(510)的一端铰接，这样凸轮盘 (509)通过凸轮盘连接杆(512)和托架连接件(513)与回转柄(511)连接，手掌托架(514) 和手掌固定杆(515)安装在托架连接件(513)上，手掌托架(514)可以在托架连接件(513) 上滑动调节，手掌固定杆(515)垂直托架连接件(513)向上延伸，手掌固定杆(515)的两端固定绑带(516)。该机器人包括的第V关节(500)还具有手指屈/伸功能。第V关节(500 )还包括手指驱动装置。手指驱动装置包括凸轮限位块(531)、中间连杆(533)、远端连杆(5；34)、支撑杆 (535)、指杆(537)、指滑(538)、凸轮限位块连接件(542)、挡块(532和540)；安装有轴承的凸轮限位块连接件(542)固定在底板(501)上，短轴一(541)—端与凸轮限位块连接件 (542)内的轴承配合安装，另一端与凸轮限位块(531)铰接，凸轮限位块(531)的两侧边上固联有两个挡块(532和540)，中间连杆(533)的两端分别和凸轮限位块(531)的远离短轴一(541)的端部、远端连杆(534)的近端铰接，远端连杆(534)的近端另外还固联有短轴二 (545)，短轴二(545)和安装回转柄(511)远端内的轴承配合安装，远端连杆(534)的远端上固定有支撑杆(535)，支撑杆(535)与远端连杆(534)垂直并向上延伸，指杆(537)通过固联的套块536套在支撑杆535上，指杆(537)与支撑杆(535)垂直，指滑(538)在指杆(537) 上能够滑动。与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是
1)上肢康复训练机器人仿人上肢设计，实现了人机完美匹配，提高了康复训练时的舒适性；
2)把人体上肢肩关节、肘关节、腕关节等关节运动和手指运动的实现集成到了一个上肢康复训练机器人上，尤其是能够实现腕部和指部的运动，从而提高了康复训练的有效性；
3)能够根据不同患者上肢的尺寸，方便地调整上肢康复训练机器人各关节间的位置距离，增强了康复训练机器人对不同患者个体的适应性；
4)上肢康复机器人多关节串联连接，且第III关节采用平行四边形连杆机构，第V关节采用多杆件机构，从而使得整个康复机器人机构更加紧凑、美观，同时也大大减少了各轴的转动惯量，提高了康复机器人的精度；
5)腕部和指部的运动配备一套电机/减速器，使得结构紧凑，同时也降低了成本；
6)在康复训练机器人和人体上肢之间有3个力传感器，可对过载(驱动力)和异常情况进行检测和安全防护；
7)上肢康复训练机器人各转动关节上安装有电气限位和/或机械硬限位装置，保证了患者进行康复训练时的安全性。
图1为本发明的总体结构示意图2为本发明的略去托架、绑带机构的总体结构示意图3为第I关节的结构示意图4为图3的剖视图5为驱动轴、连接轴组装前的示意图6为图3中固定限位块110处水平剖视图7为图3中回转臂下侧左端底视图8为第II关节的结构示意图9为第II关节的另一视图方向的结构示意图10为第II关节的机械限位和电气限位结构示意图11为调节第II关节和第III关节间相对位置的调整装置结构示意图12为第III关节的结构示意图13为第III关节回转装置及力传感器连接示意图14为第III关节锁紧装置结构示意图15为第III关节的机械限位和电气限位结构示意图16为第III关节平行四边形连杆转动副结构示意图17为第IV关节的结构示意图18为第V关节的结构示意图19为第V关节的另一视图方向的结构示意图20为第V关节的电气限位结构示意图21为第V关节的机械限位结构示意图22为康复机器人工作原理示意图。
具体实施例方式以下结合附图进一步介绍
具体实施例方式
下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。
如图1所示，上肢康复训练机器人包括第I关节100、第II关节200、第III关节300、 第IV关节400和第V关节500，所述的上肢康复机器人的5个关节依次串联联接，其中第I 关节100绕回转轴线I - I转动，第II关节200绕回转轴线II-II转动，第III关节300绕回转轴线III -III转动，第IV关节400绕回转轴线IV - IV转动，第V关节500绕回转轴线V - V 转动，第I关节100的回转轴线I - I和第II关节200的回转轴线II-II垂直相交、第II关节200的回转轴线II - II和第III关节300的回转轴线III - III垂直但不相交，第III关节300 的回转轴线III - III和第IV关节400的回转轴线IV - IV、第IV关节400的回转轴线IV - IV和第V关节500的回转轴线V - V垂直相交，第IV关节400的回转轴线IV - IV通过第I关节 100回转轴线I - I和第II关节200回转轴线II - II的交点；第II关节200通过底座201与第I关节100的连接轴109连接，第III关节300通过连接块210锁紧于回转杆208、209上， 电机底座301锁紧于第II关节100的回转杆208、209后端上，第IV关节400通过固定于第 III关节300上的锁紧装置与第III关节上的扇形回转件325连接，第V关节500通过第V关节杆500上的连接板501与第IV关节400上的锁紧块407连接(参见图17、18)。第I关节100的结构是(见图3 — 7)
第I关节100包括电机/减速机101、驱动轴105、轴承106和107、轴承座103、轴承压盖102和104、固定限位块110、移动限位块113、回转臂108、连接轴109、回转臂定位块111 和112 ；其中电机/减速机101输出轴伸入驱动轴105的中间孔内，通过键连接驱动驱动轴 105转动，驱动轴105与轴承106、107配合安装，轴承106和107为一对背靠背安装的角接触球轴承，该轴承安装在轴承座103内，轴承座103的的上下两端面分别安装有轴承压盖 102和104，电机/减速机101固定于上侧轴承压盖102上，回转臂108的两端分别设置有通孔一 108a、通孔二 108c和开槽108b、108d (见图5)，开槽108b、108d设于回转臂108的端面，并垂直端面延伸至通孔108a、108c,形成狭缝，驱动轴105的下部和连接轴109的上部分别插入回转臂108的通孔一 108a、通孔二 108c中，通过紧定螺栓使得回转臂108的两端开槽108b、108d变小，从而实现回转臂108和驱动轴105、连接轴109的紧固连接。另外，在驱动轴105的底端端面设有纵向凹槽一，回转臂108上与驱动轴105连接端的底部端面设有纵向凹槽二 (如图4所示)，纵向凹槽一与纵向凹槽二形状尺寸相同，驱动轴105装入通孔一 108a后，纵向凹槽一与纵向凹槽二互相对齐，然后将回转臂108定位块一 111安装于该对齐后的凹槽内，并用螺钉将其固定，用于保持回转臂108和驱动轴105的相对位置。在连接轴109的上端端面设有纵向凹槽三，回转臂108上与连接轴109连接端的上部端面设有纵向凹槽四，纵向凹槽三与纵向凹槽四形状尺寸相同，连接轴109装入通孔二 108c后，纵向凹槽三与纵向凹槽四互相对齐，然后将回转臂定位块二 112安装于该对齐后的凹槽内，并用螺钉将其固定，用于保持回转臂108和连接轴109的相对位置。第I关节100的限位机构采用机械限位和电气限位相结合，具体结构如下
(1)机械限位固定限位块Iio固定在下侧轴承压盖104上，固定限位块110与移动限位块113构成机械限位机构，固定限位块110上设有扇形通孔(如图6所示)，移动限位块113固定在驱动轴105上与该扇形通孔对应的区域，并凸出进入该扇形通孔区域，回转臂 108在转动过程中，通过移动限位块113与该扇形通孔的两侧面110a、IlOb接触实现两个极限位置的机械限位。(2)电气限位磁钢片114固定在回转臂108上与驱动轴105连接端的底面上(如图7所示)，两个霍尔元件115和116固定在固定限位块110上，其具体位置为，固定限位块 110上扇形通孔的两侧面相对应的外周侧，使得回转臂108在转动过程中，当磁钢片114分别与霍尔元件115、116正对时，对应的霍尔元件接通，从而实现第I关节100的两个极限位置的电气限位。第I关节100的动作过程为电机/减速机101经驱动轴105带动回转臂108绕第I关节100回转轴线I - I转动，回转臂108带动固定于其上的连接轴109，通过连接轴 109连接第II关节200实现整个上肢康复机器人绕第I关节100回转轴线I - I转动。回转臂108转动时，当磁钢片114分别与霍尔元件115、116正对时，对应的霍尔元件接通，从而实现第I关节100的两个极限位置的电气限位；当移动限位块113的两个面113a、li;3b 分别接触到固定限位块110的扇形通孔的两个侧面IlOaUlOb时，回转臂转到两个极限位置，无法再继续转动，从而实现第I关节100的机械限位保护，通过机械限位和电气限位双重保护，提高了本上肢康复训练机器人的安全性能。第II关节200的结构是(见图8—11)
第II关节200包括叉形底座201、电机/减速机202、回转块203、轴承204、轴承座205、 回转轴206、一对回转杆件208和209、连接块210、移动限位块207、卡块211、杆端固定件 212、锁紧螺栓213、调整螺栓214、手轮215和216 ；电机/减速机202和轴承座205固定在叉形底座201下部，轴承204是一对深沟球轴承，该轴承安装在轴承座205内，回转轴206 套在轴承204的内孔中与其配合安装，回转轴206伸入回转块203的中心孔内，并且电机/ 减速机202的输出轴通过键连接驱动回转轴206带动回转块203转动，回转杆件208和209 互相平行设置，它们的一端固装在回转块203上(连接方式与第I关节100中回转臂108和驱动轴105的连接类似)，回转杆208、209穿过连接块210上的通孔，连接块210可以沿回转杆208、209滑动，回转杆208、209的另一端固装有杆端固定件212 ；回转块203在电机/ 减速机202的驱动下，带动回转杆208、209以及固定在回转杆208、209上的其它部件绕第 II关节200回转轴206轴线II - II转动。参见附图10，第II关节200的限位机构也采用机械限位和电气限位相结合，具体结构如下
(1)机械限位轴承座205作为固定限位块，其面向回转块203的一侧设有扇形凹槽， 扇形凹槽的角度大小由回转杆件208、209的摆动幅度确定。移动限位块207固装在回转块 203上并随着回转块203绕回转轴206转动，移动限位块207的安装位置与上述扇形凹槽对应，并且移动限位块207凸出进入扇形凹槽的区域，使得回转块203在回转过程中，当移动限位块207接触到上述扇形凹槽的两个侧面20fe、205b时，第II关节200转到两个极限位置，无法再继续转动，从而实现第II关节200的机械限位保护。(2)电气限位移动限位块207上设置有磁钢片217，在轴承座的扇形凹槽外周侧对应扇形两侧面的位置分别固装有霍尔元件218、219，磁钢片217和霍尔元件218、219通过磁感应实现限位控制。当磁钢217分别与霍尔元件218、219正对时，对应的霍尔元件接通， 从而实现第II关节200的两个极限位置的电气限位。连接块210在回转杆件208、209上的位置可以调整并锁定，该功能主要由锁紧螺栓213、调整螺栓214、卡块211、手轮215和216实现，具体如下
(1)调整过程通过下面的结构实现在连接块210的两个回转杆件208、209孔之间开有垂直回转杆件方向的长方形槽孔210c(图11)，长方形槽孔210c内用于容纳卡块211，卡块211与长方形槽孔210c形状大体相同，它们之间间隙配合。卡块211上开有水平方向的螺孔211a，调整螺栓214 —端置有螺纹214a，调整螺栓214的一端拧入上述卡块上的螺孔 211a,另一端穿过杆端固定件212与手轮216固定连接，杆端固定件212限制调整螺栓214 的轴向移动，但允许其转动，通过手轮216转动调整螺栓214，可以通过卡块211带动连接块 210沿回转杆件208、209滑动。(2)锁定功能通过下面的结构实现连接块210垂直方向上，用于穿设回转杆208、 209的两个通孔之间设置有开槽210b，开槽210b贯通连接块210的左右两侧面(图11所示方向)，形成狭缝。在连接块210上还开设有另一开槽210a，形成另一道狭缝，该另一开槽 210a与开槽210b垂直且在其中间位置，另一开槽210a与长方形槽孔210c分别位于连接块 210的相对两侧(图11所示方向)，该另一开槽210a也同样贯通连接块210的左右两侧面， 这样连接块210垂直方向上在开槽210a侧便形成两个悬臂。于另一开槽210a中间位置， 垂直回转杆件208、209方向钻有螺纹孔，该螺纹孔跨越开槽210b进一步延伸，该螺纹孔与锁紧螺栓213配合，锁紧螺栓213的外端固装有手轮215。当转动手轮215时，上述悬臂微微弯曲，使开槽210b缝隙变小，从而利用锁紧螺栓213将连接块210锁定在回转杆208、209 上。当用手轮215反向旋转松开锁紧螺栓213时，用手轮216转动调整螺栓214，可以通过卡块211带动连接块210沿回转杆208、209滑动，连接块210上连接有第III关节300，从而实现调节第II关节200和第III关节300间的相对位置。第III关节300的结构是(见图12 —16)
参见图9、12，连接块210上连接有第III关节300的回转轴固定件322，在回转轴固定件 322的左侧面垂直方向(图示方向)上固装连接板221，连接板221的中部垂直设有连接杆 222，并且连接杆222可沿连接板221上下滑动，它们之间通过锁定机构锁定，连接杆222的另一端固定连接力传感器223的一端，力传感器223是二维力传感器，力传感器223的另一端固定连接上臂托架连接件224，力传感器223沿水平方向设置，上臂托架连接件224与力传感器223垂直，且沿向上的方向延伸，上臂托架连接件2M上固定有上肢上臂的托架225， 通过绑带2 可以将上肢上臂绑缚在托架225上。第III关节300包括回转装置、驱动装置、锁紧装置。回转装置通过其上的扇形回转块325与驱动装置的摇杆308固定连接，锁紧装置通过其上的锁紧螺栓固定块342连接在回转装置的扇形回转块325上。回转装置(参见图12)包括回转轴321、回转轴固定件322、轴承323、轴承座324、轴承压盖326、扇形回转件325 ；回转轴固定件322固联在第II关节200的连接块210上，回转轴固定件322将回转轴321固定，回转轴321中间设有轴承座324，安装在轴承座324内的轴承323是一对背靠背安装的角接触球轴承，轴承座3M上固定安装有扇形回转件325。驱动装置(参见图12)包括电机底座301、电机/减速机302、曲柄303、转动副304和307 (其具体结构介绍见后文)、连杆306、摇杆308、曲柄303的固定限位块305组成；电机底座301 固装在第II关节200的回转杆208、209上伸出回转块203的一端(参见图1)，电机/减速机302固定在电机底座301上，曲柄303的固定限位块305固定在电机底座301上，电机/ 减速机302输出轴与曲柄303的一端连接，曲柄303另一端连接有一转动副304，该转动副 304与连杆306 —端固接，连杆306的另一端与另一转动副307固接，该另一转动副307与摇杆308 —端固接，摇杆308另一端与扇形回转块325固接。转动副304、307 (见图16)主要由销轴391、连杆连接块393、轴承(安装在连杆连接块393内，图中未示出)、轴承压盖394组成。销轴391安装在轴承内，使得销轴391能够相对连杆连接块393转动。连杆连接块393的下部设有通孔393a，连杆306的一端从该通孔393a中穿过，自连杆连接块393上通孔393a至连杆连接块393底端面垂直设置有开槽 39北，连杆306与连杆连接块393通过垂直且正对于开槽39 的紧定螺栓395锁定。当松开紧定螺钉395时，连杆306可以在连杆连接块393上的孔393a中移动，从而实现连杆306 相对于两转动副304、307的长度的调整。锁紧装置(参见图13、图14)包括锁紧螺栓341、锁紧螺栓固定块342、压块343、楔形块344、销轴345和346、压垫347 ；锁紧螺栓固定块342固定在扇形回转件325上(图14)， 锁紧螺栓341的一端和锁紧螺栓固定块342连接，锁紧螺栓固定块342允许锁紧螺栓341 转动但阻止其轴向运动，锁紧螺栓341另一端旋入压块343的楔形块344上的螺孔内，压块 343和楔形块344滑动配合，压块343和两个销轴345、346的一端固定连接，销轴345、346 的另一端上固定有压垫347，手轮设置在锁紧螺栓341的外侧；转动锁紧螺栓341带动楔形块344移动，使压块343在楔形块344的作用下沿销轴345、346方向移动，从而使销轴另一端的压垫347将第IV关节400的扇形齿轮(404)锁紧在扇形回转件325上(关于第IV关节 400的扇形齿轮404在后文介绍)，实现将第IV关节400和第III关节300的连接。该锁紧装置对扇形齿轮404的锁紧可以根据康复训练调整需要选择松开或锁紧，即在调整好位置后锁定。如图14所示，曲柄303在运动过程中的限位机构也采用机械限位和电气限位相结合，具体结构如下
(1)机械限位曲柄303是移动限位块，其和固定限位块305构成机械限位机构。曲柄 303的固定限位块305的一端面上设有扇形凹槽，该扇形凹槽延伸至固定限位块305外周边缘，该扇形凹槽的扇形角度的大小取决于曲柄303的最大回转角要求，曲柄303嵌入该凹槽内，并可在该凹槽内转动，当曲柄303的两个侧面303a、30;3b分别接触到固定限位块305扇形凹槽的两个侧面30fe、305b时，曲柄303转到两个极限位置，无法再继续转动，从而实现第III关节300的机械限位保护。(2)电气限位磁钢片309安装在曲柄303上，固定限位块305上固装有霍尔元件 310、311，磁钢片309和霍尔元件310、311构成电气限位。霍尔元件310、311安装在固定限位块上与扇形凹槽侧面对应的位置，使得当电机/减速机302驱动曲柄303转动，磁钢片 309能够分别与霍尔元件310、311正对时，对应的霍尔元件接通，从而实现第III关节300的两个极限位置的电气限位。第III关节300是平行四边形四连杆机构(见图12)，从转动副304的回转轴线到电机/减速机302的回转轴线间的垂直连线381和从另一转动副307的回转轴线到第III关节 300的回转轴321的轴线III - III间的垂直连线382平行且相等，摇杆308和扇形回转件325 固联，电机/减速机302驱动曲柄303，曲柄303带动转动副304移动，转动副304带动连杆 306和摇杆308转动，进而驱动扇形回转件325绕第III关节300的回转轴321的轴线III - III 转动，从而实现连接于扇形回转件325的部件以及第IV关节400、第V关节500绕第III关节 300的回转轴线III-III转动。
前臂托架连接件362通过锁紧手柄361固定在扇形回转件325的向上的端面上 (见图13)，力传感器363的一端与前臂托架连接件362固定连接，另一端与固定有上肢前臂的托架364，通过绑带365可以将上肢前臂绑缚在托架364上。第IV关节400的结构是(见图17)
第IV关节400包括固定块401、轴承座402、轴承403、扇形齿轮404、齿轮轴405、杆406 和408、锁紧块407、杆端固定件409、锁紧螺栓410、锁紧螺栓手轮411 ；固定块401固联在第III关节300的扇形回转件325上，轴承座402固装在固定块401上，一对轴承403分别安装在轴承座402和固定块401上，齿轮轴405的一端与一对轴承403配合连接，另一端固定连接手轮，齿轮轴405的齿轮部分和扇形齿轮404啮合连接，杆406和408的两端均固定有杆端固定件，靠近固定块401端的杆端固定件和扇形齿轮404 —体结构，杆406、408平行设置，锁紧块407呈L形，L形的一边通过锁紧螺栓410锁紧在一对杆406、408上，另一边设有连接法兰，用于和第V关节500的连接。当松开第III关节300的锁紧装置时，手动转动齿轮轴手轮使得齿轮轴405转动，由于固定块401是与扇形回转件325固定连接的，所以齿轮轴 405带动扇形齿轮404沿第III关节300的扇形回转件325圆周方向移动，从而实现第IV关节 400整体绕其回转轴线IV - IV转动，转动到合适位置时，通过锁紧装置锁紧(参见图13)。锁紧块407的锁定结构与第II关节200的连接块210的锁定结构相同，在此不再赘述。当转动锁紧螺栓410上固联的手轮411时，锁紧块407松开，可以用手推动锁紧块 407沿杆406、408的杆长方向移动，从而实现第III关节和第V关节间相对位置的调整。第V关节500的结构是(见图18 — 21)
第V关节500包括手掌驱动装置和手指驱动装置。手掌驱动装置包括底板501、轴承座502、轴承503、电机/减速机504、电机底座 505、伞齿轮506和507、固定限位块508、凸轮盘509、驱动轴510、回转柄511、凸轮盘连接杆512、托架连接件513、手掌托架514、手掌固定杆515。第V关节500与第IV关节400的连接通过底板501 —端的法兰与第IV关节400上锁紧块407的连接法兰连接。轴承座502 固定在底板501另一端上，轴承503是一对背靠背安装的角接触球轴承，轴承503安装在轴承座内，驱动轴510和轴承503配合安装，轴承座502的上端面固定有固定限位块508，轴承座502的下方底板底部固定有电机底座505，电机/减速机504固定在电机底座505上，电机/减速机504的输出轴和驱动轴510垂直，该两根轴上分别安装有一个相互啮合的伞齿轮506、507，驱动轴510的上端连接有回转柄511，回转柄511的远端固定连接手掌托架连接件513的一端，手掌托架连接件513的另一端折向驱动轴510侧。凸轮盘509通过其上的孔空套在驱动轴510上，可以绕驱动轴510旋转，凸轮盘509上端面的一侧边缘固定连接有凸轮盘连接杆512，凸轮盘连接杆512与手掌托架连接件513的远离驱动轴510的一端铰接，这样凸轮盘509通过凸轮盘连接杆512和手掌托架连接件513与回转柄511连接，手掌托架514和手掌固定杆515固装在手掌托架连接件513上，手掌托架514可以在手掌托架连接件513上滑动调节，手掌固定杆515垂直手掌托架连接件513向上延伸，手掌固定杆 515的两端固定绑带516，绑带516用于固定手掌。手指驱动装置包括凸轮限位块531、中间连杆533、远端连杆534、支撑杆535、指杆 537、指滑538、凸轮限位块连接件M2、尼龙挡块532和540 ；安装有轴承的凸轮限位块连接件542固定在底板501上，短轴541 —端与凸轮限位块连接件M2内的轴承配合安装，短轴541另一端与凸轮限位块531铰接，凸轮限位块531呈U形，该铰接点位于U形底部，实现凸轮限位块531相对于底板501的转动，凸轮限位块531的两侧边上固联有尼龙挡块532 和M0，中间连杆533的两端分别通过短轴539、543和凸轮限位块531的U形上端部之一、 远端连杆534的近端铰接，远端连杆534的近端另外还固联有短轴M5，短轴545和回转柄 511远端内的轴承544配合安装，远端连杆534的远端上固定有手指支撑杆535，手指支撑杆535与远端连杆534垂直并向上延伸，指杆537通过固联的套块536套在手指支撑杆535 上，指滑538在指杆537上可以滑动。电机/减速机504通过一对伞齿轮506和507驱动回转柄511转动，回转柄511带动远端连杆534，并在凸轮盘509、凸轮限位块531、中间连杆 533的带动和约束下，实现支撑杆535相对于回转柄511的转动。第V关节500的限位机构采用机械限位和电气限位相结合，具体如下
(1)机械限位(图21):固定限位块508上靠近驱动轴510的一侧设置有扇形槽，该扇形槽具有侧端面508a和508b，驱动轴510上固定有扇形凸块，该扇形凸块具有侧端面510a和 510b，当驱动轴510的扇形凸块的两个侧端面510a、510b分别接触到固定限位块508的扇形槽的两个侧端面508a、508b时，驱动轴510转到两个极限位置，无法再继续转动，从而实现第V关节500的机械限位保护。(2)电气限位(图20、21)磁钢片551固定在凸轮盘509上，固定限位块508上固装有霍尔元件552和553，霍尔元件552和553具体安装位置根据回转角度的需要设定，在电机/减速机504通过一对伞齿轮506和507驱动回转柄511转动时，回转柄511通过凸轮盘连接杆512带动凸轮盘509绕驱动轴510转动，当磁钢片551分别与霍尔元件552、553 正对时，对应的霍尔元件接通，从而实现第V关节500的两个极限位置的电气限位。通过绑带516和手掌固定杆515将患者的手掌固定在手掌托架514上，将手指也通过绑带固定在指滑538上，贴有应变片的回转柄511是一个一维力传感器，可以直接测出手掌和康复机器人间的作用力，手指和康复机器人间的作用力通过中间连杆533、远端连杆534、凸轮盘限位块531上的尼龙挡块532和540作用于凸轮盘509，再通过凸轮盘连接杆512作用于回转柄511，从而实现手掌和手指康复动作时的力检测和力控制。本发明机器人的工作原理是
参见图21，将本发明的上肢康复训练机器人固定在任何一底架上001，并配置有一座椅002。进行康复训练时，患者坐于座椅002上，调整康复训练机器人的位置，使得上肢康复机器人的第I关节100的回转轴线I - I在垂直方向上与患者上肢的肩关节中心对正，第 II关节200的回转轴线II - II在水平方向上与患者上肢的肩关节中心对正，并调整设置第 II关节200和第IV关节400上的调整装置，使得第III关节300的回转轴线III - III和第V关节400的回转轴线V - V分别与患者对应上肢的肘关节和腕关节中心对正，然后用绑带将患者上肢的上臂、前臂、手掌、手指固定在康复训练机器人的对应位置；该上肢康复训练机器人通过5个关节的驱动，各个关节分别实现第I关节100实现肩部外展/内收、第II关节200实现肩部上抬/下放(屈/伸)、第III关节300实现肘关节屈/伸、第IV关节400实现前臂内旋/外翻，第V关节500实现腕部屈/伸和手指屈/伸。为了单独训练某一关节，康复训练机器人的5个关节可以单独驱动，实现单关节的康复运动训练；通过多个关节的组合运动，实现复杂的运动，完成简单的日常功能性动作，如提裤、梳头、端水等；为了实现特定动作的康复训练，可以事先设定各关节的运动，使患者完成规定的动作康复训练；利用安装于康复训练机器人上的三个传感器，可以对患者和康复训练机器人的相互作用力进行检测，并获取患者上肢的运动意图，当患者还不足于带动机器人进行运动时，康复训练机器人提供动力，辅助患者进行上肢运动，随着患者肌力的增加，康复训练机器人可以提供与患者上肢运动相反的阻力，从而实现阻尼运动，增加患者的肌力锻炼。
权利要求
1. 一种上肢康复训练机器人，用于上肢运动功能障碍患者进行康复训练，该机器人包括上肢训练机构、底架(001)、座椅(002)，上肢训练机构固定在底架(001)上，底架(001)配置一座椅(002)，该机器人具有第I关节(100)，其对应肩关节外展/内收，其特征在于第I关节(100)包括一驱动装置(101)、一水平回转装置(108)、一底座装置(201)； 所述底架(001)与驱动装置(101)的固定支撑件刚性连接，驱动装置(101)驱动回转装置(108)摆动，底座装置(201)固定在回转装置(108)摆动的远端，随回转装置(108)摆动， 底座装置(201)沿右下方倾斜，且底座装置(201)位于回转装置(108)的正下方，底座装置 (201)上设有训练肩关节外展/内收时固定手臂的装置。
2.如权利要求1所述的上肢康复训练机器人，其特征在于所述驱动装置(101)为电机减速机一，所述回转装置(108)为回转臂，所述底座装置(201)为叉形底座。
3.如权利要求2所述的上肢康复训练机器人，其特征在于第I关节(100)还包括驱动轴(105)、轴承座(103)、上轴承压盖(102)、下轴承压盖(104)、连接轴(109)；所述固定支撑件为轴承座(103)，电机减速机一(101)驱动驱动轴(105)转动，驱动轴(105)与轴承配合安装，该轴承安装在轴承座(103)内，轴承座(103)的上下两端面分别安装有上轴承压盖 (102)和下轴承压盖(104)，电机减速机一(101)固定于上轴承压盖(102)上，回转臂(108) 的两端部垂直方向分别设置有通孔一(108a)、通孔二( 108c),驱动轴(105)的下部和连接轴(109)的上部分别插入回转臂(108)的通孔一(108a)、通孔二(108c)中，并固定，连接轴(109)的下端固定在叉形底座(201)上，叉形底座在驱动轴(105)、回转臂(108)、连接轴(109)的带动下实现肩关节外展/内收。
4.如权利要求3所述的上肢康复训练机器人，其特征在于回转臂(108)的左右端侧面设置有垂直方向的开槽一(108b)和开槽二( 108d)，开槽一(108b)和开槽二( 108d)设于回转臂(108)的端面正中，并沿水平方向延伸至各自对应的通孔一(108a)、通孔二(108c) 中，分别形成与通孔一(108a)和通孔二( 108c)连通的轴向狭缝，通过紧定螺栓使得回转臂(108)的两端的开槽一、开槽二缝隙变小，从而实现回转臂(108)和驱动轴(105)、连接轴(109)的固定连接。
5.如权利要求4所述的上肢康复训练机器人，其特征在于在驱动轴(105)的底端端面设有径向凹槽一，回转臂(108)上与驱动轴(105)连接端的底部端面对应设有径向凹槽二，径向凹槽一与径向凹槽二形状尺寸相同，驱动轴(105)装入通孔一(108a)后，径向凹槽一与径向凹槽二互相对齐，回转臂定位块一(111)安装于该对齐后的凹槽内，并用螺钉将回转臂定位块一(111)固定。
6.如权利要求5所述的上肢康复训练机器人，其特征在于在连接轴(109)的上端端面设有径向凹槽三，回转臂(108)上与连接轴(109)连接端的上部端面对应设有径向凹槽四，径向凹槽三与径向凹槽四形状尺寸相同，连接轴(109)装入通孔二(108c)内，径向凹槽三与径向凹槽四互相对齐，回转臂定位块二(112)安装于该对齐后的凹槽内，并用螺钉将回转臂定位块二(112)固定。
7.如权利要求6所述的上肢康复训练机器人，其特征在于所述第I关节(100)设置有机械限位和电气限位。
8.如权利要求7所述的上肢康复训练机器人，其特征在于所述机械限位由固定限位块和移动限位块组成，固定限位块(110)固定在下轴承压盖(104)上，固定限位块(110)上设有扇形通孔，移动限位块(113)固定在驱动轴(105)上与该扇形通孔对应，通过移动限位块在移动过程中与固定限位块相碰触实现机械限位。
9.如权利要求7所述的上肢康复训练机器人，其特征在于所述电气限位由两个霍尔元件(115、116)和一磁钢片(114)组成，磁钢片(114)固定于回转臂(108)上，霍尔元件 (115,116)固定于固定限位块(110)上，当磁钢片(114)与霍尔元件(115、116)正对时，对应的霍尔元件接通。
10.如权利要求1一9之一所述的上肢康复训练机器人，其特征在于该机器人还包括第II关节(200 )，其对应肩关节上抬/下放，即屈/伸运动。
11.如权利要求10所述的上肢康复训练机器人，其特征在于该第II关节(200)具有一个驱动装置(202 )、一个在底座装置下端部的沿竖直方向回转的回转装置，该驱动装置(202)驱动该竖直方向回转的回转装置，并且该回转装置上设有用于训练肩关节屈/伸时固定手臂的装置。
12.如权利要求11所述的上肢康复训练机器人，其特征在于所述第II关节(200) 的驱动装置(202)为电机减速机二、所述沿竖直方向的回转装置为回转轴(206)、回转块(203)、回转杆(208、209)，训练肩关节屈/伸时固定手臂的装置安装的回转杆上，用于固定上臂。
13.如权利要求12所述的上肢康复训练机器人，其特征在于所述回转杆为回转杆一 (208)和回转杆二(209)，第II关节(200)还包括轴承座(205)、第III关节连接块(210)、杆端固定件(212)；电机减速机二(202)和轴承座(205)固定在叉形底座(201)下部，轴承安装在轴承座(205)内，回转轴(206)套在轴承(204)的内孔中，回转块(203)位于叉形底座 (201)下部两叉之间，回转轴(206)伸入回转块(203)的中心孔内，并且电机减速机二( 202) 的输出轴驱动回转轴(206)带动回转块(203)转动，回转杆一(208)和回转杆二(209)互相平行设置，它们的一端穿过回转块(203)上的通孔并与回转块(203)固定，回转杆一(208) 和回转杆二(209)另一端穿过第III关节连接块(210)上的通孔，第III关节连接块(210)用于连接对应肘关节屈/伸的第III关节(300 )，第III关节连接块(210 )能够沿回转杆一(208 )和回转杆二(209)左右滑动，回转杆一(208)和回转杆二(209)的另一端端部固装有杆端固定件(212)；回转块(203)在电机减速机二(202)的驱动下，带动回转杆一(208)和回转杆二( 209 )以及固定在回转杆一(208 )和回转杆二( 209 )上的部件绕第II关节(200 )回转轴 (206)轴线II - II转动，实现肩关节屈/伸运动。
14.如权利要求13所述的上肢康复训练机器人，其特征在于第III关节连接块(210) 沿回转杆一(208)和回转杆二(209)的左右滑动调整通过下面的机构实现，在第III关节连接块(210)上的用于穿设回转杆一和回转杆二的通孔之间的部位开设有垂直所述回转杆方向的长方形槽孔(210c)，长方形槽孔(210c)内用于容纳卡块(211)，卡块(211)与长方形槽孔(210c)形状大体相同，它们之间间隙配合，卡块(211)的中央开有水平方向的螺孔(211a)，调整螺栓二(214)—端有螺纹(214a)，该有螺纹的一端拧入上述卡块上的螺孔 (211a)，另一端穿过杆端固定件(212)与手轮二(216)固定连接，杆端固定件(212)允许调整螺栓二(214)转动，但阻止其轴向移动，通过手轮二(216)的转动带动调整螺栓二(214)、 卡块(211)，进而带动第III关节连接块(210 )沿回转杆一(208 )和回转杆二( 209 )滑动。
15.如权利要求14所述的上肢康复训练机器人，其特征在于第III关节连接块(210) 沿回转杆一(208)和回转杆二(209)滑动调整后，通过锁定机构锁定。
16.如权利要求15所述的上肢康复训练机器人，其特征在于所述的锁定机构是第 III关节连接块(210)垂直方向上，用于穿设回转杆一(208)和回转杆二(209)的两个通孔之间设置有开槽(210b)，开槽(210b)贯通第III关节连接块(210)的左右两侧面，形成狭缝，在第III关节连接块(210)上还开设有另一开槽(210a)，形成另一道狭缝，该另一开槽(210a) 与开槽(210b)垂直且位于其中间位置，另一开槽(210a)与长方形槽孔(210c)分别位于第 III关节连接块(210)的相对两侧，该另一开槽(210a)也同样贯通第III关节连接块(210)的左右两侧面，在第III关节连接块(210)的左右两侧面，开槽(210b)和另一开槽(210a)形成 “T”形，这样第III关节连接块(210)垂直方向上形成两个相对的悬臂；于另一开槽(210a)中间位置，垂直回转杆一(208)和回转杆二(209)方向钻有螺纹孔，该螺纹孔跨越开槽(210b) 进一步延伸，该螺纹孔与锁紧螺栓一(213)配合，锁紧螺栓一(213)的外端固装有手轮一 (215)，当转动手轮一(215)时，上述悬臂微微弯曲，使开槽(210b)缝隙变小，从而将第III关节连接块(210)锁定在回转杆一(208)和回转杆二(209)上。
17.如权利要求11一16之一所述的上肢康复训练机器人，其特征在于所述第II关节 (200 )设置有机械限位和电气限位。
18.如权利要求17所述的上肢康复训练机器人，其特征在于所述机械限位是轴承座(205)作为固定限位块，该固定限位块面向回转块(203)的一侧设有扇形凹槽，扇形凹槽的角度大小由回转杆一(208)和回转杆二(209)的摆动幅度确定，移动限位块(207)固装在回转块(203)上并随着回转块(203)绕回转轴(206)转动，移动限位块(207)的安装位置与上述扇形凹槽对应，并且移动限位块(207)凸出进入扇形凹槽的区域，使得回转块(203)在回转过程中，移动限位块(207)能够碰触到上述扇形凹槽的两个侧面(205a、2(^b)。
19.如权利要求17所述的上肢康复训练机器人，其特征在于所述电气限位是移动限位块(207)上设置有磁钢片(217)，在轴承座的扇形凹槽外周侧，固装有两个霍尔元件 (218、219)，磁钢片(217)和霍尔元件(218、219)通过磁感应实现限位控制，当磁钢(217)分别与霍尔元件(218、219)正对时，对应的霍尔元件接通，从而实现第II关节(200)的两个极限位置的电气限位。
20.如权利要求10所述的上肢康复训练机器人，其特征在于该机器人还包括第III关节(300 )，其对应肘关节屈/伸，第III关节(300 )包括肘关节回转装置、驱动装置。
21.如权利要求20所述的上肢康复训练机器人，其特征在于所述第III关节(300)的肘关节回转装置包括回转轴(321)、回转轴固定件(322)、轴承座(3 )、轴承压盖(3 )、扇形回转件(325);回转轴固定件(322)固联在第II关节(200)的第III关节连接块(210)下方一侧，回转轴(321)固定安装在回转轴固定件(322)的一端上，回转轴(321)中部设有安放轴承的轴承座(3M)，轴承座(324)上固定安装有扇形回转件(325)。
22.如权利要求20所述的上肢康复训练机器人，其特征在于所述第III关节(300)的驱动装置包括电机底座(301)、电机减速机(302)、曲柄(303)、转动副一(304)和转动副二 (307)、连杆(306)、摇杆(308)、曲柄(303)的固定限位块(305)组成；电机底座(301)固装在第II关节(200 )的回转杆一(208 )和回转杆二( 209 )上伸出回转块(203 )的一端，电机减速机(302)固定在电机底座(301)上，电机减速机(302)输出轴与曲柄(303)的一端连接，曲柄(303)另一端连接有一转动副一(304)，该转动副一(304)与连杆(306) —端固接，连杆(306)的另一端与转动副二(307)固接，该转动副二(307)与摇杆(308) —端固接，摇杆 (308)另一端与扇形回转块(325)固接。
23.如权利要求22所述的上肢康复训练机器人，其特征在于所述转动副一(304)和转动副二(307)结构相同，均由销轴(391)、连杆连接块(393)、轴承、轴承压盖(394)组成， 销轴(391)安装在轴承内，连杆连接块(393)的下部设有通孔(393a)，用于穿设连杆(306) 的一端，自连杆连接块(393)上通孔(393a)至连杆连接块393底端面垂直设置有开槽 (39 )，连杆(306)与连杆连接块(393)通过垂直于开槽(393b)的紧定螺栓(395)锁定。
24.如权利要求23所述的上肢康复训练机器人，其特征在于所述第III关节(300)设置有机械限位和电气限位。
25.如权利要求M所述的上肢康复训练机器人，其特征在于所述机械限位结构如下，曲柄(303)的固定限位块(305)固定在第III关节的电机底座(301)上，固定限位块(305) 的一端面上设有扇形凹槽，曲柄(303)嵌入该凹槽内，并可在该凹槽内转动，当曲柄(303) 的两个侧面(303a、30;3b)分别接触到固定限位块(305)扇形凹槽的两个侧面(305a、3(^b) 时，曲柄(303)转到两个极限位置。
26.如权利要求M所述的上肢康复训练机器人，其特征在于所述电气限位结构如下，磁钢片(309)安装在曲柄(303)上，两个霍尔元件(310、311)固装在固定限位块(305) 上，磁钢片(309 )和霍尔元件(310、311)构成电气限位，使得当电机减速机(302 )驱动曲柄 (303 )转动，磁钢片(309 )能够分别与霍尔元件(310、311)正对时，对应的霍尔元件接通，从而实现第III关节(300 )的两个极限位置的电气限位。
27.如权利要求22所述的上肢康复训练机器人，其特征在于所述转动副一(304)的回转轴线到第III关节电机减速机(302)的回转轴线间的垂直距离(381)和转动副二(307) 的回转轴线到第III关节(300)的回转轴(321)的轴线III-III间的垂直距离(382)平行且相寸。
28.如权利要求27所述的上肢康复训练机器人，其特征在于该机器人设有上臂绑缚托架机构，在第III关节回转轴固定件(322)的左侧面垂直方向上固装连接板(221)，连接板 (221)的中部垂直设有连接杆(222)，并且连接杆(222)能沿连接板(221)上下滑动，它们之间通过锁定机构锁定，连接杆(222)的另一端固定连接力传感器(223)的一端，力传感器 (223)的另一端固定连接上臂托架连接件(2M)，力传感器(223)沿水平方向设置，上臂托架连接件(224)与力传感器(223)垂直，且沿向上的方向延伸，上臂托架连接件(224)上固定有上肢的上臂托架(225)，通过绑带(2 )能够将上肢上臂绑缚在上臂托架(225)上。
29.如权利要求观所述的上肢康复训练机器人，其特征在于所述第III关节(300)中的力传感器(223)是二维力传感器。
30.如权利要求四所述的上肢康复训练机器人，其特征在于所述扇形回转件(325) 上固定有上肢前臂托架。
31.如权利要求30所述的上肢康复训练机器人，其特征在于所述上肢前臂托架的具体结构是，所述扇形回转件(325)的向上的端面上固定前臂托架连接件(362)，力传感器 (363)的一端与该前臂托架连接件(362)固定连接，另一端固定有上肢前臂托架(364)，该力传感器(363 )水平设置，通过绑带(365 )能够将上肢前臂绑缚在该托架(364 )上。
32.如权利要求20—31之一所述的上肢康复训练机器人，其特征在于该机器人还包括第IV关节(400 )，其对应上肢前臂的内旋和/或外翻。
33.如权利要求32所述的上肢康复训练机器人，其特征在于第IV关节(400)包括固定块(401)、轴承座(402)、扇形齿轮(404)、齿轮轴(405)、连接杆一(406)和连接杆二(408)、锁紧块(407)、杆端固定件(409)、锁紧螺栓(410)、锁紧螺栓手轮(411)；固定块 (401)通过一锁紧装置固联在第III关节(300)的扇形回转件(325)上，轴承座(402)固装在固定块(401)上，齿轮轴(405)的一端与轴承座内的轴承配合连接，另一端固定连接手轮， 齿轮轴(405 )的齿轮部分和扇形齿轮(404 )啮合连接，连接杆一(406 )和连接杆二( 408 )两端均设有杆端固定件，该其中固定块(401)侧的杆端固定件和扇形齿轮(404)—体结构，连接杆一(406)和连接杆二(408)平行设置，锁紧块(407)呈L形，L形的一边可滑动并可锁紧地设置在连接杆一(406)和连接杆二(408)上，L形的另一边端部设有连接法兰。
34.如权利要求33所述的上肢康复训练机器人，其特征在于所述固定块(401)的锁紧装置包括锁紧螺栓(341)、锁紧螺栓固定块(342)、压块(343)、楔形块(344)、销轴一 (345)和销轴二(346)、压垫(347)；锁紧螺栓固定块(342)固定在扇形回转件(325)上，锁紧螺栓(341)的一端和锁紧螺栓固定块(342)连接，锁紧螺栓固定块(342)允许锁紧螺栓 (341)转动但阻止其轴向移动，锁紧螺栓(341)另一端旋入压块(343)中的楔形块(344)上的螺孔内，压块(343 )和楔形块(344 )滑动配合，压块(343 )和销轴一(345 )和销轴二( 346 ) 的一端固定连接，销轴一(345)和销轴二(346)的另一端上固定有压垫(347)，手轮设置在锁紧螺栓外侧；转动锁紧螺栓(341)带动楔形块(344)移动，使压块(343)在楔形块(344) 的作用下沿销轴一(345 )和销轴二( 346 )轴向移动，从而使销轴另一端的压垫(347 )将第IV 关节(400 )的扇形齿轮(404 )锁紧在扇形回转件(325 )上。
35.如权利要求32所述的上肢康复训练机器人，其特征在于该机器人还包括第V关节(500)，其具有腕关节屈/伸功能。
36.如权利要求35所述的上肢康复训练机器人，其特征在于第V关节(500)包括手掌驱动装置。
37.如权利要求36所述的上肢康复训练机器人，其特征在于所述手掌驱动装置包括底板(501)、轴承座(502 )、电机减速机(504 )、电机底座(505 )、固定限位块(508 )、凸轮盘(509)、驱动轴(510)、回转柄(511)、凸轮盘连接杆(512)、手掌托架连接件(513)、手掌托架 (514)、手掌固定杆(515);第V关节(500)与第IV关节(400)通过底板(501)—端的法兰与第IV关节(400)上锁紧块(407)的连接法兰连接，轴承座(502)固定在底板(501)上表面，轴承座(502)的上表面固定有固定限位块(508)，轴承座(502)的下方底板底部固定有电机底座(505 )，电机减速机(504 )固定在电机底座(505 )上，电机减速机(504 )驱动驱动轴(510)， 驱动轴(510)的上端固定连接回转柄(511)，回转柄(511)的远端固定连接手掌托架连接件 (513)的一端，手掌托架连接件(513)的另一端朝向驱动轴(510)，凸轮盘(509)通过其上的孔空套在驱动轴(510)上，且位于回转柄(511)下方，凸轮盘(509)上表面的一侧边缘固定连接有凸轮盘连接杆(512)，凸轮盘连接杆(512)与手掌托架连接件(513)的远离驱动轴(510)的一端铰接，这样凸轮盘(509)通过凸轮盘连接杆(512)和手掌托架连接件(513)与回转柄(511)连接，手掌托架(514)和手掌固定杆(515)安装在手掌托架连接件(513)上， 手掌托架(514)可以在手掌托架连接件(513)上滑动调节，手掌固定杆(515)垂直手掌托架连接件(513)向上延伸，手掌固定杆(515)的两端固定绑带(516)。
38.如权利要求37所述的上肢康复训练机器人，其特征在于该机器人包括的第V关节(500)还具有手指屈/伸功能。
39.如权利要求38所述的上肢康复训练机器人，其特征在于第V关节(500)还包括手指驱动装置。
40.如权利要求39所述的上肢康复训练机器人，其特征在于所述手指驱动装置包括凸轮限位块(531)、中间连杆(533)、远端连杆(534)、手指支撑杆(535)、指杆(537)、指滑 (538)、凸轮限位块连接件(542)、挡块(532和M0);安装有轴承的凸轮限位块连接件(542) 固定在底板(501)上，短轴一(541)—端与凸轮限位块连接件(542)内的轴承配合安装， 另一端与凸轮限位块(531)铰接，凸轮限位块(531)的两侧边上固联有两个挡块(532和 540)，中间连杆(533)的两端分别和凸轮限位块(531)的远离短轴一(541)的端部、远端连杆(5；34)的近端铰接，远端连杆(5；34)的近端另外还固联有短轴二(545)，短轴二(545)和安装在回转柄(511)远端内的轴承配合安装，远端连杆(534)的远端上固定有手指支撑杆 (535)，手指支撑杆(535)与远端连杆(534)垂直并向上延伸，指杆(537)通过固联的套块 (536 )套在支撑杆(535 )上，指杆(537 )与手指支撑杆(535 )垂直，指滑(538 )在指杆(537 ) 上能够滑动。
41.如权利要求35—40之一所述的上肢康复训练机器人，其特征在于所述第V关节 (500 )设置有机械限位和电气限位。
42.如权利要求41所述的上肢康复训练机器人，其特征在于所述机械限位结构如下，第V关节(500 )驱动轴(510 )的固定限位块(508 )上靠近驱动轴(510 )的一侧设置有扇形槽，该扇形槽具有侧端面(508a和508b)，驱动轴(510)上固定有凸块，该凸块具有侧端面(510a和510b)，当驱动轴(510)凸块的两个侧端面(510a、510b)分别接触到固定限位块 (508)的扇形槽的两个侧端面(508a、508b)时，驱动轴(510)转到两个极限位置，无法再继续转动，从而实现第V关节(500)的机械限位保护。
43.如权利要求40所述的上肢康复训练机器人，其特征在于所述电气限位结构如下，磁钢片(551)固定在凸轮盘(509 )上，霍尔元件(552和553 )固装在第V关节(500 )驱动轴(510)的固定限位块(508)上，霍尔元件(552和553)具体安装位置根据回转角度的需要设定，使得当电机减速机(302)驱动曲柄(303)转动，磁钢片(309)能够分别与霍尔元件 (310、311)正对时，对应的霍尔元件接通，从而实现电气限位。
44.如权利要求40所述的上肢康复训练机器人，其特征在于所述回转柄(511)是一个一维力传感器。
全文摘要
本发明涉及一种上肢康复训练机器人，包括第Ⅰ关节、第Ⅱ关节、第Ⅲ关节、第Ⅳ关节和第Ⅴ关节，5个关节依次串联联接，各关节的运动分别对应肩关节外展/内收、肩关节屈/伸、肘关节屈/伸、前臂内旋/外翻、腕关节屈/伸和手指屈/伸，本发明的机器人各个关节采用独立电机驱动的方式，每个关节均设置有机械硬限位和电气限位，对患者的训练进行保护；在第Ⅱ关节和第Ⅳ关节分别设置有可以调节第Ⅱ关节和第Ⅲ关节间、第Ⅲ关节和第Ⅴ关节间相对位置的调整装置。该康复机器人为患者上肢的肩、肘、前臂翻转、腕、手指关节在三维空间内提供各种康复运动，能够较高质量地完成患者上肢康复训练。
文档编号A61H1/02GK102379793SQ20111023780
公开日2012年3月21日 申请日期2011年8月18日 优先权日2011年8月18日
发明者付风生, 兰陟, 刘建民, 徐军峰, 梁灏方, 白洁芳, 范汉杰, 赵重明, 郭晓波 申请人:付风生, 安阳神方康复机器人有限公司