腕关节康复机器人的制作方法
【专利摘要】本发明是通过以下技术方案实现的：一种助力式二自由度腕关节康复机器人，它包括基座、关节屈伸支链、关节收展支链和执行支链。本发明能实现腕关节屈/伸及腕关节外展/内收两个方向的转动。其中腕关节屈/伸是由腕关节屈伸电机、腕关节屈伸齿轮、齿条、球头方杆、半包球连接件、球副滑块组成的支链实现，腕关节外展/内收主要由腕关节收展电机、腕关节收展齿轮、弧形齿轮、L形连杆、滑块、滑块固定件、小支撑平台、关节铰接件、旋转关节组成的支链实现，两个支链共同作用在执行支链上，使得防滑手柄能够实现复杂的空间运动轨迹。本发明不仅能够实现腕关节的康复训练，而且结构简单、紧凑，制造加工性能好，加工成本低。
【专利说明】 腕关节康复机器人
【技术领域】
[0001]本发明涉及医疗康复机器人领域，尤其涉及一种助力式二自由度腕关节康复机器人。
技术背景
[0002]如何能高效、低成本地解决由脑卒中、脑外伤等病因造成的人体上肢中枢神经性运动障碍患者的康复治疗已经成为社会一大难题。传统的康复治疗手段主要以治疗医师的单对单手动治疗为主，并附以简单的康复设备。随着脑卒中患者日益增多，依靠单纯的传统治疗方法很难解决患者的康复需要。为了解决这些难题国内外的很多专家学者都在设计针对康复训练的康复机器人，并逐步取代传统的医师治疗。这些康复机器人不但可以解决医护人员人力和体力不足的问题，还可以为患者的康复治疗提供必要的量化治疗参数。
[0003]按照人体的发育特点，肢体末端神经、肌肉的康复最为缓慢，因此，康复过程中对肢体末端关节比如:腕关节、指关节的康复治疗最为关键。此外，在临床治疗过程中，末端关节运动往往会受到近体侧端肌肉的影响，肢体的运动也主要依赖于近体侧端肌肉收缩，使得控制末端关节的肌肉得不到训练。因此，针对末端单关节康复而设计的康复设备尤为关键。而在仅针对腕关节治疗的康复设备中，往往只具有被动式工作模式和以运动量为标准的阻尼式工作模式，如腕关节CPM机，缺少助力式工作模式的腕关节康复机器人。对于助力式整个上肢康复机器人的研究，国内外的辅助康复治疗机器人设备已有很多，比如:安阳神方康复机器人有限公司的付风生等人设计的一种上肢康复训练机器人专利号:CN102379793A、中山大学的宋嵘等人设计的一种绳牵引上肢康复机器人专利号:CN102525712A等都上肢康复机器人都是多关节康复仪，这些康复设备注重运动的复杂性，而往往忽略了单关节康复治疗的重要性，尤其是上肢腕关节的康复训练。针对腕关节的助力式康复训练设备还很少有研究部门对其有研究。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中存在的缺陷和不足，本发明的目的旨在提供一种助力式二自由度腕关节康复机器人。该装置能实现腕关节屈/伸及腕关节外展/内收两个方向的转动。该装置结构简单、紧凑，制造加工性能好，加工成本低。
[0005]本发明是通过以下技术方案实现的:腕关节康复机器人，包括基座、关节屈伸支链、关节收展支链和执行支链；
[0006]所述基座包括大支撑平台、手臂前支架、小臂半包框架、手臂后支架、小支撑平台支架和机罩，所述手臂前支架和所述手臂后支架固定在所述大支撑平台上，所述小支撑平台支架固定在所述大支撑平台上，所述小臂半包框架固定在所述手臂前支架和所述手臂后支架的上表面；
[0007]所述关节屈伸支链包括腕关节屈伸电机、腕关节屈伸齿轮、齿条、球头方杆、半包球连接件和球副滑块，所述手臂前支架的中间设有两条横杆，所述横杆设有通孔，用于固定所述球头方杆，所述球头方杆侧边固定有所述齿条，所述球头方杆的上端与所述球副滑块通过所述半包球连接件连接，所述腕关节屈伸电机的输出轴固定连接所述腕关节屈伸齿轮，所述腕关节屈伸齿轮与所述齿条啮合；
[0008]所述关节收展支链包括腕关节收展电机、腕关节收展齿轮、弧形齿轮、L形连杆、滑块、滑块固定件、小支撑平台、关节铰接件和旋转关节，所述腕关节收展电机固定在所述大支撑平台上，所述腕关节收展齿轮固定在所述腕关节收展电机的输出轴上，所述小支撑平台支架的上端面开有一圆孔，所述小支撑平台下端面设有一转轴，所述小支撑平台与所述小支撑平台支架通过轴承连接，所述L形连杆包括横杆和纵杆，所述L形连杆的横杆上设有滑块，所述滑块固定件将所述滑块固定在所述小支撑平台上，所述L形连杆的横杆一端设有弧形齿轮，所述弧形齿轮与所述腕关节收展齿轮啮合，所述L形连杆的纵杆的上端与所述旋转关节通过关节铰接件连接；
[0009]所述执行支链包括滑轨、手柄滑块和防滑手柄，所述滑轨固定在所述旋转关节和所述球副滑块上，所述手柄滑块与所述滑轨移动副连接，所述防滑手柄固定在所述手柄滑块上。
[0010]进一步的，还包括机罩，所述机罩固定在所述大支撑平台上，所述腕关节屈伸电机固定在所述机罩上。
[0011 ] 进一步的，所述球头方杆的一端是一球，杆中间内凹，并开有通孔。
[0012]进一步的，所述半包球连接件的一端是是一半包球，用于和所述球头方杆的连接，另一端的杆上开有一通孔，用于和所述球副滑块的连接。
[0013]进一步的，所述L形连杆拐角处加粗。
[0014]本发明的有益效果是:本发明的一种助力式二自由度腕关节康复机器人能实现腕关节屈/伸及腕关节外展/内收两个方向的转动。其中腕关节屈/伸是由腕关节屈伸电机、腕关节屈伸齿轮、齿条、球头方杆、半包球连接件、球副滑块的支链实现，腕关节外展/内收包括腕关节收展电机、腕关节收展齿轮、弧形齿轮、L形连杆、滑块、滑块固定件、小支撑平台、关节铰接件、旋转关节的支链实现。本发明不仅能够实现腕关节的康复训练，而且结构简单、紧凑，制造加工性能好，加工成本低。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1本发明的三维图
[0016]图2本发明去除机罩后的三维图
[0017]图3本发明关节屈伸支链的装配图
[0018]图4本发明关节收展支链的三维图
[0019]图5本发明执行支链的三维图
[0020]图中:11大支撑平台，12手臂前支架，13小臂半包框架，14手臂后支架，15小支撑平台支架，16机罩，21腕关节屈伸电机，22腕关节屈伸齿轮，23齿条，24球头方杆，25半包球连接件，26球副滑块，31腕关节收展电机，32腕关节收展齿轮，33弧形齿轮，34L形连杆，35滑块，36滑块固定件，37小支撑平台，38关节铰接件，39旋转关节，41执行支链包括滑轨，42手柄滑块，43防滑手柄，44横杆。
【具体实施方式】
[0021]本发明提及的一种助力式二自由度腕关节康复机器人一种助力式二自由度腕关节康复机器人，包括基座、关节屈伸支链、关节收展支链和执行支链。其中，基座包括大支撑平台11、手臂前支架12、小臂半包框架13、手臂后支架14、小支撑平台支架15和机罩16 ；关节屈伸支链包括腕关节屈伸电机21、腕关节屈伸齿轮22、齿条23、球头方杆24、半包球连接件25、球副滑块26 ;关节收展支链包括腕关节收展电机31、腕关节收展齿轮32、弧形齿轮33、L形连杆34、滑块35、滑块固定件36、小支撑平台37、关节铰接件38、旋转关节39 ;执行支链包括滑轨41、手柄滑块42、防滑手柄43。
[0022]大支撑平台11底面开有若干通孔，用于手臂前支架12、手臂后支架14和机罩16的连接和定位。手臂前支架12中间竖杆中间内凹，并开有通孔，用于齿条的连接和定位；手臂前支架12的下端开有通孔，用于其固定在大支撑平台11上；手臂前支架12上端开有一通孔，用于连接小臂半包框架13。小臂半包框架13用于放置患者的小臂，其下底面上开有通孔，用于连接在手臂前支架12和手臂后支架14。小支撑平台支架15固定在大支持平台11上，其上开有一圆孔，与轴承配合后，再与小支撑平台37配合。机罩16脚上开有若干通孔，用于和大支撑平台11的连接。腕关节屈伸电机21固定于机罩16上，通过键与腕关节屈伸齿轮22相连接。腕关节屈伸齿轮22的中间开有一通孔，孔壁上开有键槽，腕关节屈伸齿轮22与齿条23配合。齿条23的两端开有通孔，通过螺栓与球头方杆24相连接。球头方杆24的一端是一球，杆中间内凹，并开有通孔，用于齿条23的定位和连接。半包球连接件25的一端是是一半包球，用于和球头方杆24的连接，另一端的杆上开有一通孔，用于和球副滑块26的连接。球头方杆24和半包球连接件25的配合起到的作用相当于球副。球副滑块26的一端开有一通槽，并开有一通孔，用于和半包球连接件25的连接，另一端呈“工”字，两侧中间开有槽，用于和滑轨41的配合，槽中间开有通孔，用于和滑轨41的固定。腕关节收展电机31固定在大支撑平台11上通过键与腕关节收展齿轮32相连接。腕关节收展齿轮32的中间开有一通孔，孔壁上开有键槽，腕关节收展齿轮32与弧形齿轮33配合。弧形齿轮33的扇形齿一侧是普通直齿轮的一部分，另一侧是一方杆，方杆末端开有一槽，并在其侧面上开有一通孔，用于和L形连杆34的配合连接。L形连杆34的一头凸起一长方体，并在其侧面上开有一通孔，用于和弧形齿轮33的连接和配合，另一侧上开头通孔，用于和关节铰接件38的连接，通孔处到拐角处逐渐加粗，起到增加强度的作用。滑块35的中间开有一方形通孔，用于L形连杆34在其中通过，其上侧面开有螺纹孔，用于和滑块固定36件的连接。滑块固定件36脚上开有通孔，用于和小支撑平台37的固定连接，其上侧开有一通孔，用于和滑块35的连接。小支撑平台37下侧有一圆形凸台，其与轴承配合，再与小支撑平台支架15中间圆孔配合，可绕小支撑平台支架15转动。小支撑平台37的表面开有若干通孔，用于滑块固定件36的连接。关节铰接件38的一端中间开有一方槽，并开有通孔，用于和L形连杆34的配合和连接，关节铰接件38的另一端两凸起壁上开有通孔，用于和旋转关节39的连接。旋转关节39的一端开有通孔，用于和关节铰接件38的连接，另一端开有通孔，用于和滑轨41的连接。滑轨41上开有若干通孔，用于和手柄滑块42、旋转关节39、球副滑块26的位置调整和连接。手柄滑块42的一侧呈“工”子，用于和滑轨41的配合，槽中间开有通孔，用于和滑轨41的固定，另一侧开有通孔，用于和防滑手柄43的连接。防滑手柄43上侧圆柱体用于人手的抓握，下侧开有通孔，用于和手柄滑块42的连接，中间有一圆盘。
[0023]本发明的工程过程如下:腕关节屈/伸是由腕关节屈伸电机21、腕关节屈伸齿轮22、齿条23、球头方杆24、半包球连接件25、球副滑块26的支链实现，由控制系统给腕关节屈伸电机21发送指令，腕关节屈伸电机21转动，带动腕关节屈伸齿轮22的转动，从而带动齿条23运动，再经过球头方杆24、半包球连接件25、球副滑块26带动滑轨41转动。腕关节外展/内收包括腕关节收展电机31、腕关节收展齿轮32、弧形齿轮33、L形连杆34、滑块35、滑块固定件36、小支撑平台37、关节铰接件38、旋转关节39的支链实现，控制系统给腕关节收展电机31发送运动指令，腕关节收展电机31转动，带动腕关节收展齿轮32转动。从而带动弧形齿轮33的转动，L形连杆34、滑块35、滑块固定件36、小支撑平台37相互连接，弧形齿轮33的转动，带动L形连杆34、滑块35、滑块固定件36、小支撑平台37整体的转动，再通过关节铰接件38、旋转关节39带动滑轨41的转动。两条支链共同作用在滑轨41上，使得与滑轨41相连接的防滑手柄43具有了复杂的空间运动轨迹，从而带动患者的腕关节进行康复训练。
[0024]除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
【权利要求】
1.腕关节康复机器人，其特征在于，包括基座、关节屈伸支链、关节收展支链和执行支链； 所述基座包括大支撑平台(11)、手臂前支架(12)、小臂半包框架(13)、手臂后支架(14)、小支撑平台支架(15)和机罩(16)，所述手臂前支架(12)和所述手臂后支架(14)固定在所述大支撑平台(11)上，所述小支撑平台支架(15)固定在所述大支撑平台(11)上，所述小臂半包框架(13)固定在所述手臂前支架(12)和所述手臂后支架(14)的上表面； 所述关节屈伸支链包括腕关节屈伸电机(21)、腕关节屈伸齿轮(22)、齿条(23)、球头方杆(24)、半包球连接件(25)和球副滑块(26)，所述手臂前支架(12)的中间设有两条横杆(44)，所述横杆(44)设有通孔，用于固定所述球头方杆(24)，所述球头方杆(24)侧边固定有所述齿条(23)，所述球头方杆(24)的上端与所述球副滑块(26)通过所述半包球连接件(25)连接，所述腕关节屈伸电机(21)的输出轴固定连接所述腕关节屈伸齿轮(22)，所述腕关节屈伸齿轮(22)与所述齿条(23)啮合； 所述关节收展支链包括腕关节收展电机(31)、腕关节收展齿轮(32)、弧形齿轮(33)、L形连杆(34)、滑块(35)、滑块固定件(36)、小支撑平台(37)、关节铰接件(38)和旋转关节(39)，所述腕关节收展电机(31)固定在所述大支撑平台(11)上，所述腕关节收展齿轮(32)固定在所述腕关节收展电机(31)的输出轴上，所述小支撑平台支架(15)的上端面开有一圆孔，所述小支撑平台(37)下端面设有一转轴，所述小支撑平台(37)与所述小支撑平台支架(15)通过轴承连接，所述L形连杆(34)包括横杆和纵杆，所述L形连杆(34)的横杆上设有滑块(35)，所述滑块固定件(36)将所述滑块(35)固定在所述小支撑平台(37)上，所述L形连杆(34)的横杆一端设有弧形齿轮(33)，所述弧形齿轮(33)与所述腕关节收展齿轮(32)啮合，所述L形连杆(34)的纵杆的上端与所述旋转关节(39)通过关节铰接件(38)连接； 所述执行支链包括滑轨(41)、手柄滑块(42)和防滑手柄(43)，所述滑轨(41)固定在所述旋转关节(39)和所述球副滑块(26)上，所述手柄滑块(42)与所述滑轨(41)移动副连接，所述防滑手柄(43)固定在所述手柄滑块(42)上。
2.根据权利要求1所述的腕关节康复机器人，其特征在于，还包括机罩(16)，所述机罩(16)固定在所述大支撑平台(11)上，所述腕关节屈伸电机(21)固定在所述机罩(16)上。
3.根据权利要求1所述的腕关节康复机器人，其特征在于，所述球头方杆(24)的一端是一球，杆中间内凹，并开有通孔。
4.根据权利要求1所述的腕关节康复机器人，其特征在于，所述半包球连接件(25)的一端是是一半包球，用于和所述球头方杆(24)的连接，另一端的杆上开有一通孔，用于和所述球副滑块(26)的连接。
5.根据权利要求1所述的腕关节康复机器人，其特征在于，所述L形连杆(34)拐角处加粗。
【文档编号】A61H1/02GK104382723SQ201410683033
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月24日 优先权日:2014年11月24日
【发明者】杨启志, 汪志焕, 郭林强, 马新坡, 方佳佳 申请人:江苏大学