专利名称：中央驱动式上肢康复训练机械臂的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种上肢康复训练机械臂，尤其是一种应用于脑卒中造成的上肢功能障碍康复训练机械臂(包括上肢功能神经康复)；也可以应用于脑瘫、外伤、糖尿病等引起的上肢功能障碍康复训练机械臂。
背景技术：
脑卒中幸存患者众多，其中偏瘫、行走能力丧失是最主要的后遗症。脑卒中后大约有85%患者伴有上肢功能缺损，他们中的55-75%患者在发病后3 — 6个月仍伴有上肢功 能障碍，研究脑卒中后上肢功能的恢复问题已成为临床康复领域中最富有挑战性的课题。
目前国内外电动上肢康复臂一般都是把电动机安装在关节处，这样不仅不够美观，还常给患者带来噪音，使同时电机造成的手臂体积增大也会给患者带来心里压力，此外，一般的电动上肢康复臂只能进行单臂康复训练，不能让双臂都有功能障碍的患者对左/右上臂分别进行训练，大大降低了产品的应用效率，因而研发一种左/右手臂均能单独使用的、中央驱动系统结构的上肢功能障碍的新型康复训练机械臂，使上肢康复训练手臂轻型化，对提高脑卒中患者上肢功能障碍康复水平、促进我国上肢康复训练设备的创新与产业发展具有重要意义。
发明内容
本发明为了克服电机放在关节处造成的不便，减小机械手臂的体积，同时提高机械臂的利用率，实现左/右手臂均能单独使用的功能，提供一种中央驱动式上肢康复机械臂，该中央驱动式上肢康复机械臂的机械手臂通过轴套及齿轮，将电机的输出力矩传动到各关节，控制各关节的运动。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种中央驱动式上肢康复机械臂，包括主杆部件，肩关节部件和肘关节部件，其特点是主杆部件上部通过肩关节部件连接肘关节部件；肘关节部件的大臂外杆与肩关节部件的中U型筒固定连接，肘关节部件的大臂内杆与肩关节部件的第三小锥齿轮固定连接；主杆部件下端动力输入端装有大直齿轮、中直齿轮和小直齿轮，大直齿轮、中直齿轮和小直齿轮分别通过大杆，中杆和小杆与主杆部件上部动力输出端上的主杆大锥齿轮，主杆中锥齿轮，主杆小锥齿轮连接，用于将平行的三种动力源通过大杆，中杆，小杆分别传送到主杆大锥齿轮,主杆中锥齿轮,主杆小锥齿轮上。主杆大锥齿轮通过肩关节部件中的大锥齿轮与肩关节部件中的大U型筒传动连接，实现肩关节的伸/曲运动。主杆中锥齿轮通过肩关节部件中的第一中锥齿轮、肩中杆、第二中锥齿轮和第三中锥齿轮与肩关节部件中的中U型筒传动连接，实现肩关节的内收/外展运动。主杆小锥齿轮通过肩关节部件中的第一小锥齿轮、肩小杆、第二小锥齿轮、第四中锥齿轮与第三小锥齿轮传动连接，第三小锥齿轮通过肘关节部件中的第四小锥齿轮、第五小锥齿轮和U型筒与手柄传动连接，实现肘关节的曲/伸运动。
主杆部件还包括上、下转动盘，其中上转动盘与主杆相连，下转动盘固定在机械臂安装座上，上、下两个转动盘之间相对转动或通过螺钉固定连接，主杆转动带动机械臂转动，实现左/右手臂均能单独进行训练的功能。本发明的有益效果是
本发明通过采用套筒形式及锥齿 轮传动，将中央集中式的三种动力源互无干扰的传到肩关节和肘关节，实现了肘关节一个自由度(曲/伸)，肩关节两个自由度(内收/外展，曲/伸)的运动。因此，本发明设计的中央驱动式结构，不仅可以使手臂远离电机，减少辐射和噪音的影响，还能方便地转换左/右手臂进行单独训练。
图I是本发明的结构立体示意 图2是主杆部件主视 图3是图2中沿A-A的剖视 图4是肩关节部件主视 图5是图4中沿A-A的剖视 图6是肘关节部件主视 图7是图6中沿沿A-A的剖视图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。如图I至图7所示，本发明的中央驱动式上肢康复机械臂，包括主杆部件100，肩关节部件101和肘关节部件102。主杆部件100上部通过肩关节部件101连接肘关节部件102 ;肘关节部件102的大臂外杆35与肩关节部件101的中U型筒13固定连接，肘关节部件102的大臂内杆33与肩关节部件101的第三小锥齿轮25固定连接。主杆部件100下端动力输入端装有大直齿轮4、中直齿轮5和小直齿轮6，大直齿轮4、中直齿轮5和小直齿轮6分别通过大杆11，中杆10和小杆9与主杆部件上部动力输出端上的主杆大锥齿轮3，主杆中锥齿轮2，主杆小锥齿轮I连接，用于将平行的三种动力源通过大杆11，中杆10，小杆9分别传送到主杆大锥齿轮3，主杆中锥齿轮2，主杆小锥齿轮I上，主杆大锥齿轮3通过肩关节部件101中的大锥齿轮20与肩关节部件101中的大U型筒16传动连接，实现肩关节的伸/曲运动；主杆中锥齿轮2通过肩关节部件101中的第一中锥齿轮21、肩中杆19、第二中锥齿轮17和第三中锥齿轮14与肩关节部件101中的中U型筒13传动连接，实现肩关节的内收/外展运动；主杆小锥齿轮I通过肩关节部件101中的第一小锥齿轮22、肩小杆18、第二小锥齿轮23、第四中锥齿轮24与第三小锥齿轮25传动连接，第三小锥齿轮25通过肘关节部件102中的第四小锥齿轮32、第五小锥齿轮36和U型筒29与手柄26传动连接，实现肘关节的曲/伸运动。如图2，3所示，主杆部件100包括主杆小锥齿轮1，主杆中锥齿轮2，主杆大锥齿轮3，大直齿轮4，中直齿轮5，小直齿轮6，上、下转动盘8，7，主杆12，大杆11，中杆10和小杆9，主杆12下端固定连接上转动盘8，上转动盘8与下转动盘7之间转动或固定连接，下转动盘7固定在机械臂安装座上。主杆12内分别装有小杆9、中杆10和大杆11，且小杆9和中杆10依次套接在大杆11中，小杆9、中杆10和大杆11上端分别通过轴承安装王杆小维齿轮1，主杆中锥齿轮2，主杆大锥齿轮3，下端分别安装小直齿轮6、中直齿轮5和大直齿轮4。主杆小锥齿轮I与小直齿轮6通过小杆9相连，中锥齿轮2与中直齿轮5通过中杆10相连，主杆大锥齿轮3与大直齿轮4通过大杆11相连，均利 用平键进行动力传动。同时，主杆小锥齿轮I与主杆中锥齿轮2之间，主杆中锥齿轮2与主杆大锥齿轮3之间，均利用轴承保持相对运动，使得大直齿轮4，中直齿轮5，小直齿轮6传递的三种动力之间互不干涉，互不影响。外杆主要起支撑作用。下转动盘7与上转动盘8的之间能保持相对转动，也可以通过螺钉固定，而上转动盘8与主杆12通过螺钉固定连接，因此，转动上转动盘8，主杆12会相对大杆11，中杆10和小杆9转动，实现了左/右手臂均能单独使用的功能。如图4，5所示，肩关节部件101包括中U型筒13，第三中锥齿轮14，肩轴15，大U型筒16，第二中锥齿轮17，肩小杆18，肩中杆19，大锥齿轮20，第一中锥齿轮21，第一至第三小锥齿轮22，23，25，大U型筒16与大锥齿轮20固定连接，大U型筒16和大锥齿轮20内通过轴承安装肩中杆19，肩中杆19左、右端分别固定连接第二中锥齿轮17和第一中锥齿轮21，肩中杆19内装有肩小杆18，且肩小杆18左、右端分别通过轴承与第二中锥齿轮17和第一中锥齿轮21活动连接，肩小杆18左、右端上分别固定连接第二小锥齿轮23和第一小锥齿轮22 ;大U型筒16内通过肩轴15和轴承连接中U型筒13，位于中U型筒13内的肩轴15上、下部位上分别通过轴承连接第三中锥齿轮14和第四中锥齿轮24,第三中锥齿轮14与中U型筒13固定连接，且与第二中锥齿轮17啮合连接，第四中锥齿轮24分别与第二小锥齿轮23和第三小锥齿轮25啮合连接。小锥齿轮1，中锥齿轮2，大锥齿轮3分别与图3中的小锥齿轮22，中锥齿轮21，大锥齿轮20啮合，实现了动力的直角传动。大锥齿轮20与大U型筒16螺纹相连，同时用螺钉固定，因而，动力从大直齿轮4，经大杆11、主杆大锥齿轮3、大锥齿轮20，传到大U型筒16上，实现了肩关节的伸/曲运动。如图6，7所示，肘关节部件102包括手柄26，前臂内杆27，前臂外杆28，U型筒29，肘轴30，小U型筒31，第四小锥齿轮32，大臂内杆33，大臂中杆34，大臂外杆35，第五小锥齿轮36，大臂外杆35内固定连接大臂中杆34，大臂中杆34前端固定连接小U型筒31，小U型筒31内装有大臂内杆33，大臂内杆33前端固定连接第四小锥齿轮32，并通过轴承与小U型筒31连接，小U型筒31通过肘轴30活动连接U型筒29，U型筒29上面固定连接第五小锥齿轮36，第五小锥齿轮36与第四小锥齿轮32啮合连接，U型筒29前端固定连接前臂外杆28，前臂外杆28内装有前臂内杆27，前臂内杆27前端装有手柄26。大臂内杆33—端与第四小锥齿轮32相连，另一端与肩关节部件101中的第三小锥齿轮25相连，均通过平键将第三小锥齿轮25上的动力传递到第四小锥齿轮32上。第四小锥齿轮32与第五小锥齿轮36啮合，实现了动力的直角传动。第五小锥齿轮36与U型筒通过平键配合，将第五小锥齿轮36上的动力传递到U型筒29上，再由U型筒29传递到手柄26上，实现了肘关节的曲/伸运动。
权利要求
1.一种中央驱动式上肢康复机械臂，包括主杆部件(100)，肩关节部件(101)和肘关节部件(102)，其特征在于所述主杆部件(100)上部通过肩关节部件(101)连接肘关节部件(102);肘关节部件(102)的大臂外杆(35)与肩关节部件(101)的中U型筒(13)固定连接，肘关节部件(102)的大臂内杆(33)与肩关节部件(101)的第三小锥齿轮(25)固定连接；主杆部件(100)下端动力输入端装有大直齿轮(4)、中直齿轮(5)和小直齿轮(6)，大直齿轮(4)、中直齿轮(5)和小直齿轮(6)分别通过大杆(11)，中杆(10)和小杆(9)与主杆部件(100)上部动力输出端上的主杆大锥齿轮(3)，主杆中锥齿轮(2)，主杆小锥齿轮(I)连接，用于将平行的三种动力源通过大杆(11)，中杆(10)，小杆(9)分别传送到主杆大锥齿轮(3)，主杆中锥齿轮(2 )，主杆小锥齿轮(I)上。
2.根据权利要求I所述的中央驱动式上肢康复机械臂，其特征在于所述主杆大锥齿轮(3)通过肩关节部件(101)中的大锥齿轮(20)与肩关节部件(101)中的大U型筒(16)传动连接，实现肩关节的伸/曲运动。
3.根据权利要求I所述的中央驱动式上肢康复机械臂，其特征在于所述主杆中锥齿轮(2)通过肩关节部件(101)中的第一中锥齿轮(21)、肩中杆(19)、第二中锥齿轮(17)和第三中锥齿轮(14)与肩关节部件(101)中的中U型筒(13)传动连接，实现肩关节的内收/外展运动。
4.根据权利要求I所述的中央驱动式上肢康复机械臂，其特征在于所述主杆小锥齿轮(I)通过肩关节部件(101)中的第一小锥齿轮(22)、肩小杆(18)、第二小锥齿轮(23)、第四中锥齿轮(24)与第三小锥齿轮(25)传动连接，第三小锥齿轮(25)通过肘关节部件(102)中的第四小锥齿轮(32)、第五小锥齿轮(36 )和U型筒(29)与手柄(26)传动连接，实现肘关节的曲/伸运动。
5.根据权利要求I所述的中央驱动式上肢康复机械臂，其特征在于所述主杆部件(100)还包括上、下转动盘(8，7)，其中上转动盘(8)，与主杆(12)相连，下转动盘(7)固定在机械臂安装座上，上、下两个转动盘(8，7)之间相对转动或通过螺钉固定连接，主杆(12)转动带动机械臂转动，实现左/右手臂均能单独进行训练的功能。
全文摘要
本发明涉及一种中央驱动式上肢康复机械臂，主杆部件通过肩关节部件连接肘关节部件；肘关节部件的大臂外杆与肩关节部件的中U型筒固定连接，肘关节部件的大臂内杆与肩关节部件的第三小锥齿轮连接；主杆部件的大直齿轮、中直齿轮和小直齿轮分别通过大杆，中杆和小杆与主杆大锥齿轮，主杆中锥齿轮，主杆小锥齿轮连接，主杆大锥齿轮通过大锥齿轮与肩关节部件中的大U型筒传动连接，实现肩关节的伸/曲运动；主杆中锥齿轮通过第一中锥齿轮、肩中杆、第二中锥齿轮和第三中锥齿轮与中U型筒传动连接，实现肩关节的内收/外展运动；主杆小锥齿轮通过第一小锥齿轮、第三小锥齿轮、第四小锥齿轮、第五小锥齿轮和U型筒与手柄传动连接，实现肘关节的曲/伸运动。
文档编号A61H1/02GK102908241SQ20121042938
公开日2013年2月6日 申请日期2012年11月1日 优先权日2012年11月1日
发明者易金花, 喻洪流, 朱沪生, 胡鑫, 简卓, 赵展 申请人:上海理工大学