康复训练机械臂以及康复机器人的制作方法

文档序号:15712445发布日期:2018-10-19 21:38阅读:200来源:国知局

本实用新型涉及医疗康复机械相关技术领域,特别是涉及一种康复训练机械臂以及康复机器人。



背景技术:

据统计,中国每年有多达达200万人发生脑中风疾病,脑卒中使用者现在尚存700万人,其中450万例使用者偏瘫或瘫痪,肢体不同程度丧失活动能力,生活不能自理,致残率高达 75%。人体上肢在日常生活中承担着非常重要的责任,完成各种精细复杂的活动,上肢运动功能障碍将严重影响人们的日常生活;因此,偏瘫使用者的上肢运动功能重建是康复医学研究领域的重要课题。临床医学的研究表明,大多数的脑卒中使用者通过广泛和重复的任务型练习可以一定程度地恢复肢体运动能力。

康复训练机器人是将机器人技术领域与康复治疗医学领域结合而产生的,是一种补充或替代专业医师完成人体上肢康复训练的新技术,它的出现为上肢偏瘫使用者的康复治疗开辟了新的道路,弥补了偏瘫使用者临床治疗的不足;康复训练机器人的治疗方法是将患肢与机器人相连,使用者肢体在机器人的带动下,完成各种动作,刺激人体上肢关节及肌肉的神经控制系统,从而达到恢复使用者肢体运动机能的目的;这种方式减轻了对治疗医师的依赖,它能帮助医疗师完成繁重、反复的康复训练任务,帮助使用者更好的恢复肢体运动机能。

但是,现有的康复训练机器人面临成本高、体积大、结构复杂等问题,导致使用范围和训练效果受到局限。



技术实现要素:

本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本低、操作简便的康复训练机械臂以及康复机器人。

本实用新型康复训练机械臂,包括六个旋转运动关节组件串连而成的机械臂,所述机械臂包括依次连接的肩关节组件、肘关节组件、小臂旋转组件和腕关节活动组件,所述肩关节组件包括第一关节组件、第二关节组件和第三关节组件,所述第一关节组件、第二关节组件和第三关节组件的三个旋转轴线交于一点,该点位于使用者肩关节的旋转中心点。

本实用新型康复训练机械臂,其中所述机械臂的各个关节组件均包括驱动器、压力检测组件和连接曲柄,所述连接曲柄与所述驱动器的输出轴相对固定,所述压力检测组件设置在所述驱动器的输出轴与所述连接曲柄之间。

本实用新型康复训练机械臂,其中所述压力检测组件包括压力传感器、压力传感器止块,所述驱动器的输出轴上连接有输出曲柄,所述压力传感器止块与所述输出曲柄夹持固定所述压力传感器,所述压力传感器止块的两端分别连接所述输出曲柄和所述连接曲柄。

本实用新型康复训练机械臂,其中所述肩关节组件和肘关节组件的每个关节均包括驱动器、输出曲柄和机座连杆,所述输出曲柄连接在所述驱动器的输出轴上,所述机座连杆与所述驱动器的外壳相对固定,所述输出曲柄上连接有压力检测组件,所述压力检测组件的两端分别连接所述输出曲柄和所述连接曲柄。

本实用新型康复训练机械臂,其中所述第一关节组件的第一连接曲柄作为所述第二关节组件的第二机座连杆连接在第二驱动器上,所述第二关节组件的第二连接曲柄作为第三关节组件的第三机座连杆连接在第三驱动器上,所述第三关节组件的第三连接曲柄作为所述肘关节组件的第四机座连杆连接在第四驱动器上,所述肘关节组件的第四连接曲柄连接所述小臂旋转组件。

本实用新型康复训练机械臂,其中所述小臂旋转组件包括第五驱动器、平转机构、小臂滑块,所述小臂滑块转动连接所述平转机构,所述平转机构连接所述第五驱动器,所述平转机构包括上连接架、下连接架和旋转连杆,所述上连接架与所述第五驱动器相对固定连接,所述下连接架与所述第五驱动器的输出轴相对固定,所述下连接架与所述第五驱动器的输出轴之间连接有压力检测组件,所述上连接架和所述上连接架均铰接连接所述旋转连杆。

本实用新型康复训练机械臂,其中所述腕关节活动组件包括第六驱动器、连接基板、摆动机构和压力检测组件,所述摆动机构铰接连接所述连接基板,所述压力检测组件连接在所述第六驱动器的输出轴与摆动机构之间。

本实用新型康复训练机械臂,其中所述摆动机构包括长连杆、短连杆和摆块,所述长连杆和所述短连杆的两端均铰接所述连接基板和所述摆块,所述摆块上开设有滑槽,手把滑动连接在所述滑槽内。

本实用新型康复机器人,包括背架、悬梁臂和所述的康复训练机械臂,康复训练机械臂通过所述悬梁臂设置在所述背架上,所述康复训练机械臂在所述悬梁臂上设置有一个或一对,所述第一关节组件滑动连接在所述悬梁臂上。

本实用新型康复机器人,其中所述背架中设有控制器,所述康复训练机械臂的各个关节组件均与控制器连通。

本实用新型康复训练机械臂以及康复机器人与现有技术不同之处在于:本实用新型康复训练机械臂,包括六个旋转运动关节组件串连而成的机械臂,机械臂包括依次连接的肩关节组件、肘关节组件、小臂旋转组件和腕关节活动组件,肩关节组件包括第一关节组件、第二关节组件和第三关节组件,第一关节组件、第二关节组件和第三关节组件的三个旋转轴线交于一点,该点位于使用者肩关节的旋转中心点;

本实用新型康复机器人,包括背架、悬梁臂和康复训练机械臂,康复训练机械臂通过悬梁臂设置在背架上,康复训练机械臂在悬梁臂上设置有一个或一对,第一关节组件滑动连接在悬梁臂上;

通过一种可穿戴双侧驱动的外骨骼式设计,实现了使用者在坐姿、站姿或自由移动的状态下进行康复训练,不仅适用于使用者单侧手臂的康复训练,还适用于使用者双侧手臂同时的康复训练;

本实用新型康复训练机械臂以及康复机器人中各关节传感器和连接件均采用体积小、质量轻的拉压力传感器和自润轴承,使得结构更加紧凑,提高了使用寿命,同时各关节采用轻质紧凑的伺服电机,既可以辅助使用者进行被动康复训练,又可以通过对应的拉压力传感器的动态力反馈转换为使用者提供主动训练力补偿的辅助;

本实用新型康复训练机械臂以及康复机器人中两第一关节组件间间距(肩宽)、第三关节组件与第四关节组件间距(大臂长度)以及第四关节组件与第五关节组件间距(小臂长度) 均采用滑动连接式的手动调节,并用滚花螺栓锁紧固定,对不同肩宽臂长的使用者具有很好的适应性,同时避免的结构臃肿的驱动机构调节,整体结构更加紧凑,大幅减轻了重量;

本实用新型康复训练机械臂以及康复机器人中实现使用者小臂旋转的第五关节组件,通过两偏心设置的上三角架和下三角架结构实现了第五关节组件的运动为绕臂做公转,而不是简单的绕自身关节做自转;

本实用新型康复训练机械臂以及康复机器人中实现使用者腕关节活动的第六关节组件,手把能够随着关节的转动自动对心,避免的在摆动过程中对使用者腕关节产生压迫感;

本实用新型康复训练机械臂以及康复机器人,整体结构紧凑,各连接固件基本采用质量轻,力学性能好的铝制合金,结合各功能元件的选型,大大降低了本上肢康复机器人的重量,同时康复训练模式多样化,对不同使用者也有很好的适应性,大大提高了上肢康复的效率。

下面结合附图对本实用新型的康复训练机械臂以及康复机器人作进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型康复机器人的一较佳实施例的立体结构示意图,其中,各关节组件位于第一位置;

图2为本实用新型康复机器人的一较佳实施例的立体结构示意图,其中,各关节组件位于第二位置;

图3为图1中第一关节组件的装配立体结构示意图;

图4为图1中第一关节组件的爆炸结构示意图;

图5为图1中第二关节组件的爆炸结构示意图;

图6为图1中第三关节组件的装配立体结构示意图;

图7为图1中第三关节组件的爆炸结构示意图;

图8为图1中第四关节组件的爆炸结构示意图;

图9为图1中第五关节组件的装配立体结构示意图;

图10为图1中第五关节组件的爆炸结构示意图;

图11为图1中第六关节组件的装配立体结构示意图

附图标注:1、背架;11、悬梁臂;12、背架导槽;2、康复训练机械臂;

3、第一关节组件;31、肩关节基座;311、第一转接盘;32、第一电机;33、第一减速机;34、第一输出曲柄;341、第一挡圈;342、第一锁紧转轴;343、第一自润轴承;344、第一转动止口;345、第一转动限位块;35、第一连接曲柄;361、第一传感器转接套;362、第一止块转接套;37、第一拉压力传感器;38、第一传感器止块;

4、第二关节组件;41、第二转接盘;42、第二电机;43、第二减速机;44、第二输出曲柄;441、第二挡圈;442、第二锁紧转轴;443、第二自润轴承;444、第二转动止口;445、第二转动限位块;45、第二连接曲柄;461、第二传感器转接套;462、第二止块转接套;47、第二拉压力传感器;48、第二传感器止块;

5、第三关节组件;51、第三转接盘;52、第三电机;53、第三减速机;54、第三输出曲柄;541、第三挡圈;542、第三锁紧转轴;543、第三自润轴承;544、第三转动止口;545、第三转动限位块;55、第三连接曲柄;551、上护臂;552、大臂导槽;553、大臂定位螺栓; 561、第三传感器转接套;562、第三止块转接套;57、第三拉压力传感器;58、第三传感器止块;

6、肘关节组件;60、大臂调节孔;61、大臂滑块;611、第四转接盘;62、第四电机;63、第四减速机;64、第四输出曲柄;641、第四挡圈;642、第四锁紧转轴;643、第四自润轴承;644、第四转动止口;645、第四转动限位块;65、第四连接曲柄;651、下护臂;652、小臂导槽;653、小臂定位螺栓;661、第四传感器转接套;662、第四止块转接套;67、第四拉压力传感器;68、第四传感器止块;

7、小臂旋转组件;70、小臂调节孔;71、小臂滑块;711、支撑轴;72、平转机构;721、长销钉转轴;73、下三角架;731、短销钉转轴;74、旋转连杆;75、第五电机;76、第五减速机;77、第五输出曲柄;771、第五自润轴承;772、第五锁紧转轴;78、第五拉压力传感器;79、上三角架;

8、腕关节活动组件;80、摆动机构;81、连接基板;82、平行四杆机构;821、机架杆; 822、长连杆;823、短连杆;8231、驱柄杆;824、摆块;825、滑槽;83、手把;84、第六电机;85、第六减速机;86、第六输出曲柄;861、第六传感器转接套;862、第六止块转接套;87、第六拉压力传感器;88、第六传感器止块。

具体实施方式

目前康复机器人按机械结构可分为末端牵引式和外骨骼式两类;末端牵引式康复机器人在康复运动中,其末端通常与使用者手腕固联在一起,通过康复机器人末端执行器的运动带动患肢运动,其很难对使用者上肢中某单个关节作独立的主动或被动康复运动;外骨骼式康复机器人可以直接穿戴于人体,并且各关节空间与人体关节空间几乎一致,安全性高,且在轨迹控制中无需进行空间转换的计算。此外,在康复运动中,机器人对使用者肢体上的单个关节或多个关节同时作主动、被动康复运动;因此,相比于末端牵引式康复机器人,外骨骼式康复机器人能提供更灵活、更安全、更丰富的康复运动。

从康复机器人整机设计上来看,目前绝大部分康复机器人的设计均是单侧设计,主要原因在于偏瘫病人仅需要进行单侧上肢的康复;但还未出现双侧的可穿戴康复机器人设计,主要原因在于,目前的双侧康复机器人设计的重量对康复使用者来讲还过重,使用者在坐姿状态下进行康复训练,因此,双侧设计和可穿戴设计在康复模式和康复效果上具有一定优势,也存在问题。本实用新型采用外骨骼式康复方式,解决了康复机器人质量大、不方便穿戴的的问题。

结合图1-图11所示,本实用新型康复训练机械臂,包括六个旋转运动关节组件串连而成的机械臂,机械臂包括依次连接的肩关节组件、肘关节组件6、小臂旋转组件7和腕关节活动组件8,肩关节组件包括第一关节组件3、第二关节组件4和第三关节组件5,第一关节组件3、第二关节组件4和第三关节组件5的三个旋转轴线交于一点,该点位于使用者肩关节的旋转中心点。

肩关节组件、肘关节组件6、小臂旋转组件7和腕关节活动组件8依次连接,肩关节组件能够带动肘关节组件6旋转调节,肘关节组件6能够带动小臂旋转组件7旋转调节,小臂旋转组件7能够带动腕关节活动组件8旋转调节,实现机械臂的全方位、多角度调节,使机械臂的灵活度提高。同时,肩关节组件包括旋转连接第一关节组件3、第二关节组件4和第三关节组件5,第一关节组件3、第二关节组件4和第三关节组件5的旋转轴线相交于一点,使肩关节组件能够与使用者的肩关节配合更加准确,有助于肩关节的康复治疗。

进一步的,机械臂上的各个关节组件均连接到控制器上,控制器可以与各个关节组件通过接线连接或无线连接,接线连接的方式受外界干扰小,连接稳定,无线连接的方式减少接线,减轻设备重量和体积。

本实用新型康复训练机械臂,可以根据各关节组件的联动的组合方式不用,选择不同的训练模式,包括辅助使用者进行被动康复训练,又可以为使用者主动康复训练提供各种形式的力补偿辅助等;实现不同的训练动作,包括上肢的双手同步或者交替协同的康复训练、上肢单手的的垂直水平康复训练等;辅助使用者完成各种康复训练,极大地提高了康复的效率。

各个关节组件的驱动和检测系统:

进一步的,机械臂的各个关节组件均包括驱动器、压力检测组件和连接曲柄,连接曲柄与驱动器的输出轴相对固定,压力检测组件设置在驱动器的输出轴与连接曲柄之间。驱动器起到驱动连接曲柄转动的作用,驱动器在向连接曲柄传递作用力的同时压力检测组件对作用力进行检测,压力检测组件检测到的作用力传递给控制器。驱动器和压力检测组件均连接到控制器上。

患者在康复早期时,使用者本身无法自主运动,采用被动康复模式,驱动器连接到控制器上,控制器可以对驱动器的作用力进行调控,驱动器驱动连接曲柄转动,压力检测组件对驱动器的输出轴和连接曲柄之间作用力进行检测,压力检测组件将作用力传输到控制器,控制器对驱动器的设定驱动力与压力检测组件检测到的作用力进行记录,便于医护人员了解使用者的康复状态,也实现了对驱动器的监测,便于工作人员了解驱动器的运行状态。

患者在康复中后期,患者本身有一些运动能力,但力量有限,采用主动康复模式,使用者驱动连接曲柄动作,连接曲柄通过压力检测组件将驱动作用力传递给驱动器的输出轴,同时压力检测组件将使用者的主动作用力传输到控制器,控制器可以记录使用者的主动作用力,便于医护人员了解使用者的康复状态;同时控制器还可以根据压力检测组件反馈的作用力调节驱动器的动作,调节驱动器的转速、转动方向以适应使用者的康复训练需求,实现对主动康复训练过程中辅助补偿,实现不同的训练动作,适用范围广泛。

进一步的,压力检测组件包括压力传感器、压力传感器止块,驱动器的输出轴上连接有输出曲柄,压力传感器止块与输出曲柄夹持固定压力传感器,压力传感器止块起到连接输出曲柄和连接曲柄的作用,当输出曲柄与连接曲柄产生相对运动的趋势时,压力传感器止块在输出曲柄或连接曲柄的带动下相对于压力传感器产生拉力或压力,便于检测力矩的变化,实现对使用者的状态监测的功能,便于医护人员了解使用者的康复状态。

具体的,压力传感器可以选用拉压力传感器,拉压力传感器的中心轴与输出曲柄的回转中心轴垂直,保证了拉压力传感器不受其它分向力的影响,更加精确的反馈关节的动态力矩等技术指标。拉压力传感器具有精度高、测量范围广、寿命长、结构简单等特点。

优选的,压力传感器与压力传感器止块之间、压力传感器与输出曲柄之间均设有转接套,压力传感器止块的两端分别连接输出曲柄和连接曲柄。转接套与输出曲柄配合保证压力传感器的中心轴与输出曲柄的回转中心的垂直度,保证了压力传感器不受其它分向力的影响,更加精确的反馈关节的动态力矩等技术指标。

具体的,驱动器包括电机和减速机,电机可以选用伺服电机,伺服电机具有体积小、反应快、过载能力大、便于自动调节的特点;减速机可以选用谐波减速机,减速机采用的谐波减速机输出端具有足够的轴向、径向和抗扭转强度,可以直连输出曲柄,省去了臃肿的支撑端和轴承等部分;降低了结构的复杂性,减轻关节装置的质量。

进一步的,输出曲柄和连接曲柄通过锁紧转轴连接,锁紧转轴贯穿连接曲柄,且锁紧转轴固定连接在输出曲柄上。锁紧转轴通过螺钉拧紧连接在输出曲柄上,连接曲柄与输出曲柄通过锁紧转轴铰接;锁紧转轴上设有限位环,限位环卡接在连接曲柄的端面上,限位环起到限位连接曲柄的作用,结构简单,实现了对连接曲柄与输出曲柄的铰接,结构简单,连接稳定。

进一步的,锁紧转轴上套接有自润轴承,自润轴承抵接连接曲柄,即锁紧转轴与连接曲柄之间连接有自润轴承,减小锁紧转轴与连接曲柄之间的摩擦,也减小连接曲柄转动调节过程中的摩擦作用,减小外力干扰,提高主动康复训练和被动康复训练过程中压力检测组件的检测精度,使医护人员更加准确判断使用者的状态。优选的,连接曲柄上还配设有自润挡圈,自润挡圈垫设在输出曲柄和连接曲柄之间,起到隔离垫护的作用。连接曲柄与输出曲柄的连接端选用体积小、质量轻的自润轴承和自润挡圈。

肩关节组件和肘关节组件6的优选实施例:

进一步的,结合图3-图8所示,肩关节组件和肘关节组件6的每个关节均包括驱动器、输出曲柄和机座连杆,输出曲柄连接在驱动器的输出轴上,机座连杆与驱动器的外壳相对固定,输出曲柄上连接有连接曲柄,输出曲柄上连接有压力检测组件,压力检测组件的两端分别连接输出曲柄和连接曲柄。

肩关节组件和肘关节组件6的工作原理相同,均采用驱动器上配合连接有连接曲柄和机座连杆的结构形式,机座连杆与驱动器的壳体相对固定连接,连接曲柄与驱动器的输出轴相对固定,但是肩关节组件和肘关节组件6的机座连杆、连接曲柄的结构不完全相同,根据实际的结构需要设计肩关节组件和肘关节组件6的具体部件的结构形式,既能实现使用者主动康复过程中的辅助支撑,又能实现依靠驱动器辅助使用者被动康复训练,结构简单、配合精度高。

机座连杆与驱动器的壳体相对固定,机座连杆远离驱动器的一端连接在上一关节组件上,驱动器的输出轴带动连接曲柄转动,连接曲柄连接下一关节组件,使相邻两个关节组件的连接角度能够自动调节。

进一步的,机座连杆上连接有转接盘,转接盘固定连接在驱动器的壳体上,机座连杆固定连接转接盘,转接盘的设置方便驱动器和机座连杆安装,减小驱动器和机座连杆在使用过程的损耗。

进一步的,输出曲柄上开设有转动限位口,转动限位口上连接有转动限位块,转动限位块与机座连杆可拆卸连接。转动限位口设为半环形结构,转动限位口对转动限位块的转动进行限位,通过转动限位块与转动限位口的配合实现对驱动器的输出轴的转动角度的限位,防止驱动器的输出轴的转动角度超出安全锻炼范围,保证使用者康复锻炼过程中的安全性,避免使用者康复训练中关节转动过度造成的损伤,并且,还可以通过调整加工输出曲柄的转动限位口的尺寸和\或调整转动限位块的尺寸来适应不同关节的不同转动角度的需求。

进一步的,第一关节组件3的第一连接曲柄35作为第二关节组件4的第二机座连杆连接在第二驱动器上,第二关节组件4的第二连接曲柄45作为第三关节组件5的第三机座连杆连接在第三驱动器上,第三关节组件5的第三连接曲柄55作为肘关节组件6的第四机座连杆连接在第四驱动器上,肘关节组件6的第四连接曲柄65连接小臂旋转组件7。

如图3-7所示,由第一关节组件3、第二关节组件4和第三关节组件5三个关节组件的联动实现了对使用者肩关节的康复训练,连接第一关节组件3与第二关节组件4的第一连接曲柄35,连接第二关节组件4与第三关节组件5的第二连接曲柄45,两连接曲柄均为左右对称的V型结构,曲柄中心到各自连接的关节组件转动中心距离均相等,在运动过程中始终保持三个关节组件的转动中心轴交于使用者的肩关节的旋转中心点,达到了康复训练过程中很好的动态适应性。

第一关节组件3连接在悬梁臂11上,即机械臂连接在悬梁臂11,悬梁臂11起到支撑和连接机械臂的作用。优选的,第一关节组件3滑动连接在悬梁臂11上,可以在悬梁臂11上调节机械臂的位置,尤其是当悬梁臂11上设有两个机械臂时,方便调节两个机械臂的间距,适用于不同体型、不同肩宽的使用者。

第一关节组件3的优选实施例:

具体的,第一关节组件3包括肩关节基座31和固定在肩关节基座31上的第一转接盘311,肩关节基座31即第一机座连杆,肩关节基座31滑动连接在悬梁臂11上,肩关节基座31与悬梁臂11通过螺栓连接固定,拆卸螺栓即能滑动调节肩关节基座31在悬梁臂11上的相对位置。第一转接盘311连接在第一电机32和与第一电机32的输出轴相连接的第一减速机33,第一减速机33的输出端驱动连接有第一输出曲柄34、与第一输出曲柄34固联的第一挡圈341 和与第一挡圈341固联的第一锁紧转轴342,第一锁紧转轴342通过第一自润轴承343转动连接有第一连接曲柄35,第一输出曲柄34一侧设有第一转动止口344,第一转动止口344内设有与肩关节基座31可拆卸连接的第一转动限位块345,第一输出曲柄34另一侧通过第一传感器转接套361连接有第一拉压力传感器37,第一拉压力传感器37上位于第一传感器转接套361对侧通过第一止块转接套362连接有第一传感器止块38,第一传感器止块38与第一连接曲柄35通过螺栓固定连接;通过肩关节基座31与悬梁臂11的滑动连接,使得一对康复训练机械臂2中的两肩关节基座31间距便于调节,提高了对肩宽不同的使用者的适应性。

第二关节组件4的优选实施例:

本实施例中,如图5所示,第二关节组件4通过第一连接曲柄35与第一关节组件3连接,第二关节组件4包括固定在第一连接曲柄35上的第二转接盘41,第二转接盘41连接在第二电机42和与第二电机42的输出轴相连接的第二减速机43,第二减速机43的输出端驱动连接有第二输出曲柄44、与第二输出曲柄44固联的第二挡圈441和与第二挡圈441固联的第二锁紧转轴442,第二锁紧转轴442通过第二自润轴承443转动连接有第二连接曲柄45,第二输出曲柄44一侧设有第二转动止口444,第二转动止口444内设有与第一连接曲柄35可拆卸连接的第二转动限位块445,第二输出曲柄44另一侧通过第二传感器转接套461连接有第二拉压力传感器47,第二拉压力传感器47上位于第二传感器转接套461对侧通过第二止块转接套462连接有第二传感器止块48,第二传感器止块48与第二连接曲柄45通过螺栓固定连接。

第三关节组件5的优选实施例:

本实施例中,如图6-7所示,第三关节组件5通过第二连接曲柄45与第二关节组件4连接,第三关节组件5包括固定在第二连接曲柄45上的第三转接盘51,第三转接盘51上设有第三电机52和与第三电机52的输出轴相连接的第三减速机53,第三减速机53的输出端驱动连接有第三输出曲柄54、与第三输出曲柄54固联的第三挡圈541和与第三挡圈541固联的第三锁紧转轴542,第三锁紧转轴542通过第三自润轴承543转动连接有第三连接曲柄55,第三连接曲柄55通过螺栓固定连接有上护臂551,第三输出曲柄54一侧设有第三转动止口 544,第三转动止口544内设有与第二连接曲柄45可拆卸连接的第三转动限位块545,第三输出曲柄54另一侧通过第三传感器转接套561连接有第三拉压力传感器57,第三拉压力传感器57上位于第三传感器转接套561对侧通过第三止块转接套562连接有第三传感器止块 58,第三传感器止块58与第三连接曲柄55通过螺栓固定连接。

肘关节组件6的优选实施例:

本实施例中,如图8所示,肘关节组件6包括大臂滑块61和固定在大臂滑块61上的第四转接盘611,大臂滑块61相当于机座连杆,大臂滑块61滑动连接于第三连接曲柄55上的大臂导槽552内,大臂滑块61上设有若干大臂调节孔60,第三连接曲柄55上设有与若干大臂调节孔60相配合的大臂定位螺栓553,第四转接盘611上设有第四电机62和与第四电机 62的输出轴相连接的第四减速机63,第四减速机63的输出端驱动连接有第四输出曲柄64、与第四输出曲柄64固联的第四挡圈641和与第四挡圈641固联的第四锁紧转轴642,第四锁紧转轴642通过第四自润轴承643转动连接有第四连接曲柄65,第四连接曲柄65通过螺栓固定连接有下护臂651,第四输出曲柄64一侧设有第四转动止口644,第四转动止口644内设有与第三连接曲柄55可拆卸连接的第四转动限位块645,第四输出曲柄64另一侧通过第四传感器转接套661连接有第四拉压力传感器67,第四拉压力传感器67上位于第四传感器转接套661对侧通过第四止块转接套662连接有第四传感器止块68,第四传感器止块68与第四连接曲柄65通过螺栓固定连接。

小臂旋转组件7的优选实施例:

结合图9和图10所示,小臂旋转组件7包括第五驱动器、平转机构72、小臂滑块71,小臂滑块71转动连接平转机构72,平转机构72连接第五驱动器,平转机构72包括上连接架、下连接架和旋转连杆74,上连接架与第五驱动器相对固定连接,下连接架与第五驱动器的输出轴相对固定,下连接架与第五驱动器的输出轴之间连接有压力检测组件,上连接架和下连接架均铰接连接旋转连杆74。小臂滑块71相当于机座连杆与第四关节组件6连接,平转机构72相当于连接曲柄与腕关节活动组件8连接。

具体的,小臂滑块71上焊接连接有支撑轴711,平转机构72绕支撑轴711轴向旋转,小臂滑块71滑动连接于第四连接曲柄65上的小臂导槽652内,小臂滑块71设有若干小臂调节孔70,第四连接曲柄65上设有与若干小臂调节孔70相配合的小臂定位螺栓653。小臂旋转组件7通过小臂滑块71与旋转运动关节固定连接,旋转运动关节贴合小臂。

进一步的,小臂旋转组件7还包括压力检测组件,压力检测组件连接在第五驱动器的输出轴和下连接架之间。

优选的,上连接架和下连接架均设为三角形架,即上三角架79和下三角架73,上三角架79与下三角架73均为等边三角形,且上三角架79的边长与下三角架73的边长相等,上三角架79与下三角架73之间上下平行且偏心设置,支撑轴711的两端分别与上三角架79和下三角架73上其中同一侧的端角铰接,下三角架73的下部设有两相互平行的旋转连杆74,上三角架79上另外两侧的端角分别通过长销钉转轴721与对应的旋转连杆74铰接,下三角架73上另外两侧的端角分别通过短销钉转轴731与对应的旋转连杆74铰接,短销钉转轴731 与长销钉转轴721平行且位于长销钉转轴721的一侧。旋转连杆74上远离长销钉转轴721和短销钉转轴731的端部与腕关节活动组件8固定连接。

上三角架79的中心处设有第五减速机76,第五减速机76的输入轴连接有第五电机75,第五电机75采用伺服电机,第五减速机76的输出轴连接有第五输出曲柄77,第五减速机76 的输出轴与第五输出曲柄77之间的为键连接,第五输出曲柄77位于上三角架79与下三角架 73之间,下三角架73的中心处穿设有第五锁紧转轴772,第五锁紧转轴772的下端连接有第五自润轴承771,第五自润轴承771位于下三角架73的下部,第五锁紧转轴772位于第五输出曲柄77的一侧并与其连接。第五电机75通过第五减速机76直接连接有第五输出曲柄77,省去支撑端和轴承等连接结构,降低结构的复杂性,同时,第五自润轴承771体积小、质量轻,第五锁紧转轴772选用与第五自润轴承771配合使用,使整体小臂关节结构紧凑,质量轻。

上三角架79与下三角架73之间的偏心结构设置,实现上三角架79通过电机驱动绕第五输出曲柄77转动,下三角架73通过第五电机75驱动绕第五锁紧转轴772转动的同时,能够实现上三角架79与下三角架73之间的相对转动,由此实现小臂旋转关节绕使用者小臂轴心转动,进而辅助使用者实现小臂旋转的动作。

第五输出曲柄77用于传递第五电机75驱动第五减速机76的力,第五锁紧转轴772用于传递旋转连杆74通过长销钉转轴721带动上三角架79转动、通过短销钉转轴731带动下三角架73转动,上三角架79与下三角架73在支撑轴711的作用下同时相对转动时的力,第五锁紧转轴772与第五输出曲柄77之间设有第五拉压力传感器78,第五拉压力传感器78用于实时测量主动康复模式时第五输出曲柄77与第五锁紧转轴772的轴向作用力,从而实时监测与反馈使用者小臂关节运动的动态力矩变化。

进一步的,第五锁紧转轴772的中心轴线与第五输出曲柄77的中心轴线之间的垂直距离和同一旋转连杆74上长销钉转轴721的中心轴线与短销钉转轴731的中心轴线之间的垂直距离相同。

进一步的,第五拉压力传感器78的中心轴线与第五输出曲柄77的回转中心轴线垂直,该结构使第五拉压力传感器78仅受轴向作用力的影响,不受其它分向力的影响,从而更加精确的监测与反馈小臂关节运动的动态力矩变化。

进一步的,第五减速机76采用行星减速机。

进一步的,第五电机75和第五拉压力传感器78分别与控制器连接,第五拉压力传感器 78将实时监测的力矩反馈给控制器,控制器根据动态力矩变化来控制第五电机75的转速,从而辅助使用者完成康复动作,提高康复效率。

进一步的,支撑轴711、旋转连杆74、上三角架79与下三角架73均采用铝合金材质,力学性能好,减轻整体关节的重量。

具体的,使用者在康复早期时,使用者本身无法自主运动,采用被动康复模式,此时,第五电机75将动力通过第五减速机76依次传递给第五输出曲柄77、第五锁紧转轴772,第五锁紧转轴772带动下三角架73转动,下三角架73通过短销钉转轴731带动旋转连杆74转动,旋转连杆74通过长销钉转轴721带动上三角架79转动,上三角架79与下三角架73两者之间实现同步相对转动,支撑轴711通过小臂滑块71带动旋转运动关节转动,旋转连杆 74带动腕关节转动,进而带动使用者完成康复动作,起到引导作用。

使用者在康复中后期,使用者本身有一些运动能力,但力量有限,采用主动康复模式,此时,使用者处于主动状态,使用者通过自身运动带动小臂旋转组件7的旋转连杆74转动,旋转连杆74分别通过长销钉转轴721带动上三角架79转动、通过短销钉转轴731带动下三角架73转动,上三角架79与下三角架73两者之间实现同时相对转动,进而通过小臂滑块 71带动旋转运动关节转动,并辅以第五电机75作为辅助动力配合使用者小臂关节的转动,进而协助使用者完成康复动作,提高康复效率。

腕关节活动组件8的优选实施例:

结合图11所示,腕关节活动组件8包括第六驱动器、连接基板81、摆动机构80和压力检测组件,摆动机构80铰接连接基板81,压力检测组件连接在第六驱动器的输出轴与摆动机构80之间。腕关节活动组件8与小臂旋转组件7的连接是通过连接基板81与两平行的旋转连杆74铰接连接实现的。

进一步的,摆动机构80包括长连杆822、短连杆823和摆块824,长连杆822和短连杆 823的两端均铰接连接基板81和摆块824,摆块824上开设有滑槽825,手把83滑动连接在滑槽825内。

摆动机构80绕垂直于平转机构72的转动方向摆动,旋转连杆74铰接的连接基板81,摆动机构80包括第一传动组件、第二传动组件,第一传动组件和第二传动组件均为平行四杆机构82,平行四杆机构82包括连接基板81一侧延伸出的机架杆821、分别铰接于机架杆821 两端的长连杆822和短连杆823以及分别与长连杆822和短连杆823铰接的摆块824,摆块 824上开设有滑槽825,两平行四杆机构82中两平行摆块824间通过滑槽825滑动连接有手把83,连接基板81另一侧固定连接第六驱动器,第六驱动器包括第六电机84和与第六电机 84输出轴相连接的第六减速机85,第六减速机85的输出端驱动连接有第六输出曲柄86,第六输出曲柄86连接压力检测组件,压力检测组件的另一端连接摆动机构80的第一传动组件或第二传动组件。

压力检测组件包括第六拉压力传感器87、第六传感器止块88,第六拉压力传感器87连接第六输出曲柄86,第六拉压力传感器87止块连接摆动机构80的短连杆823或长连杆822。第六拉压力传感器87的中心轴与第六输出曲柄86的回转中心轴垂直,该结构使第六拉压力传感器87仅受轴向拉压力的影响,不受其它分向力的影响,从而更加精确的监测与反馈腕关节运动的动态力矩变化。

进一步的,第六拉压力传感器87与第六输出曲柄86之间设有第六传感器转接套861,第六拉压力传感器87止块与摆动机构80之间设有第六止块转接套862。

平行四杆机构82用于传递第六电机84与第六减速机85的驱动作用力,第六减速机85 带动第六输出曲柄86的转动,第六输出曲柄86带动平行四杆机构82动作,平行四杆机构 82还用于将手把83的作用力回传给第六拉压力传感器87,第六拉压力传感器87用于实时测量主动康复模式、被动康复模式时轴向的拉压力,从而实时监测与反馈使用者腕关节运动的动态力矩变化。

其中,第一传动组件与第二传动组件的结构相同,均包括机架杆821、长连杆822、短连杆823和摆块824,机架杆821横向安装在连接基板81上,长连杆822的两端分别与机架杆 821和摆块824铰接,短连杆823的两端分别与机架杆821和摆块824铰接,短连杆823置于长连杆822的上方且短连杆823与长连杆822之间交叉设置。摆块824上设有滑槽825,手把83的两端能够分别沿两个摆块824的滑槽825延伸方向滑动。

在进行被动康复模式时,驱柄杆8231通过第六电机84驱动带动短连杆823转动,短连杆823带动摆块824、摆块824带动长连杆822,并使短连杆823、驱柄杆8231和长连杆822 沿机架杆821转动,从而手把83的两端沿滑槽825滑动,并通过摆块824同时带动短连杆 823和长连杆822沿机架杆821转动,进而实现通过第六电机84提供动力带动使用者的腕关节转动的康复过程。

在进行主动康复模式时,使用者手握手把83,使手把83的两端沿滑槽825滑移,手把 83在滑移的同时,摆块824在短连杆823和长连杆822的作用下沿机架杆821转动,并辅以第六电机84提供辅助动力通过驱柄杆8231带动手把83分别沿滑槽825滑移。

通过采用多连杆传动结构实现腕关节转动功能,整体结构简单紧凑,强度高,此外,电机通过减速机直接连接有输出曲柄,省去支撑端和轴承等连接结构,降低结构的复杂性。

通过多连杆传动结构达到对不同使用者腕关节摆动手把83位置的自适应调节,不会对使用者腕关节造成压迫感,更有利于使用者的恢复训练,提高了使用者的恢复效率。

进一步的,第六电机84、第六减速机85和第六拉压力传感器87将实时监测的力矩反馈给控制器,控制器根据动态力矩变化来控制第六电机84的转速,从而辅助使用者完成康复动作,提高康复效率。

进一步的,第六减速机85采用行星减速机。

进一步的,连接基板81和摆动机构80均采用铝合金材质,力学性能好,减轻整体关节的重量。

结合图1-图11所示,本实用新型康复机器人,包括背架1、悬梁臂11和康复训练机械臂2,康复训练机械臂2通过悬梁臂11设置在背架1上,康复训练机械臂2在悬梁臂11上设置有一个或一对,第一关节组件3滑动连接在悬梁臂11上。

康复训练机械臂2包括前述肩关节组件、肘关节组件6、小臂旋转组件7和腕关节活动组件8的所有组合的技术方案。

肩关节基座31滑动连接于悬梁臂11的背架导槽12内,背架导槽12对肩关节基座31进行导向和限位,保证肩关节基座31的连接稳定性,也方便调节肩关节基座31。

本实用新型康复训练机械臂2,根据需要对一对机械臂中两第一关节组件3间的间距进行调节,实现对肩宽的调节,第三关节组件5与肘关节组件6间距大臂长度以及肘关节组件 6与小臂旋转组件7间距小臂长度均采用滑动连接式的手动调节,并用滚花螺栓锁紧固定,对不同肩宽臂长的使用者具有很好的适应性,同时避免的结构臃肿的驱动机构调节,整体结构更加紧凑,大幅减轻了重量。

进一步的,背架1中设有控制器,康复训练机械臂2的各个关节组件均与控制器连通。整个康复训练过程各关节组件均通过检测动态力矩反馈实时高频的调整对使用者各关节的力矩补偿量。

本实用新型康复训练机械臂,通过一种可穿戴外骨骼式机械臂,实现了使用者在坐姿、站姿或自由移动的状态下进行康复训练,使用者可以单臂穿戴或双臂同时穿戴,不仅适用于使用者单侧手臂的康复训练,还适用于使用者双侧手臂同时康复训练。

本实用新型设计的主要目的为辅助瘫痪使用者进行康复训练,让使用者能够在最段时间内完成基本的日常动作,在工作时,主要包括被动康复模式和主动康复模式,使用者在进行康复训练时,根据自身实际的康复情况选择相应的康复模式,其中,选择被动康复模式时使用者处于被动状态,在康复机器人的引导下完成康复动作,选择主动康复模式时使用者处于主动状态,在使用者运动时需要重力补偿或进行力效果仿真时,康复机器人协助使用者完成康复动作。

具体地,使用者在康复早期时,使用者本身无法自主运动,采用被动康复模式,此时,使用者处于被动状态,驱动器将动力依次传递给输出曲柄和连接曲柄,进而实现通过驱动器提供动力带动使用者的关节调节,完成康复动作,起到引导作用。

使用者在康复中后期,使用者本身有一些运动能力,但力量有限,采用主动康复模式,此时,使用者处于主动状态,使用者驱动连接曲柄动作,压力检测组件检测到使用者的主动作用力,压力检测组件将检测到的作用力传输到控制器,控制器调节驱动器输出的动力,作为辅助动力配合使用者实现关节转动,完成康复动作,提高康复效率。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述,并非对本实用新型的范围进行限定,在不脱离本实用新型设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进,均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

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