CN104434469A - 一种外骨骼式手臂康复训练装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种外骨骼式手臂康复训练装置，包括移动机架、肩关节驱动单元、大臂长微调机构、肘关节驱动单元、前臂长微调机构，腕关节驱动单元。肩关节及驱动单元主要由肩回转电机、回转横肩杆、摆动竖肩杆、肩摆动电机构成，在两组电机的控制下可以实现肩关节的水平回转和上下摆动；大臂和前臂的微调机构可根据不同训练者的实际臂长进行调整，在可满足不同人群使用需求的同时，长度微调机构尽量靠近机架端布置，最大程度的降低机械手臂末端的负载；肘关节和腕关节采用柔性的同步带驱动方案，降低手臂康复装置末端负载，并有效的保护训练者以避免二次伤害。本发明降低了机械臂末端的负载，手臂康复装置可操控好。

Description

一种外骨骼式手臂康复训练装置

技术领域

本发明涉及的是一种康复训练装置，具体地说是手臂康复训练装置。

背景技术

目前偏瘫和中风患者的手臂康复训练已经得到国内外研究人员的关注，随着该类患者以及手臂运动障碍患者的日益增多，恢复这类人群的生活能力以及康复训练已成为迫切需要。因此，设计一款可以对残疾手臂各关节和肌肉机群进行康复训练和神经功能恢复的机器人系统具有重要意义。

目前国内外相关专利很多，功能也相似。人体上肢康复机器人(专利号201210184232.8)，提出了一种利用滑轨、滑块和快送夹具的移动式臂长调整机构，但是该种臂长调整机构滑轨的最大行程是固定的，即在小臂长情况下，多余滑轨行程会增加机械手臂末端的负载；一种上肢康复训练机器人(专利号201110237855.4)，提出了一种基于导轨和滑块的移动式臂长调整机构，同样该种臂长调整机构导轨的最大行程是固定的，在小臂长情况下多余导轨行程会增加机械手臂末端的负载；一种上肢康复机器人(专利号201210554494.9)，提出了一种伸缩滑轨式臂长调整机构，可根据需要调整臂长，但是该调整机构安装和调整比较复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供适用于不同的使用人群的一种外骨骼式手臂康复训练装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种外骨骼式手臂康复训练装置，其特征是：包括移动机架、肩关节驱动单元、大臂长微调机构、肘关节驱动单元、前臂长微调机构，腕关节驱动单元；移动机架底部安装有车轮，肩关节驱动单元包括肩回转电机、回转横肩杆、摆动竖肩杆、肩摆动电机，肩回转电机设置在移动机架的上端，肩摆动电机设置在移动机架的中部，相互固连的回转横肩杆和摆动竖肩杆位于肩回转电机和肩摆动电机之间，肩回转电机连接回转横肩杆，肩摆动电机连接摆动竖肩杆；

大臂长微调机构包括大臂导向杆、大臂导向杆固定块、大臂丝杠、大臂旋转螺母、大臂丝杠定位块和大臂肘关节，固定在肩摆动电机的减速器外壳上的大臂导向杆固定块和大臂丝杠定位块均开有通孔，大臂旋转螺母包括相连的大臂螺母旋转段和大臂螺母螺纹段，大臂螺母螺纹段位于大臂丝杠定位块的通孔里并与大臂丝杠定位块形成转动副，大臂丝杠第一端固定在大臂肘关节上，大臂丝杠第二端位于大臂螺母螺纹段里并与其配合，大臂导向杆第一端固定在大臂肘关节上，大臂导向杆第二端位于大臂导向杆固定块的通孔里；

前臂长微调机构包括前臂肘关节、前臂导向杆、前臂调节螺母、前臂丝杠、前臂腕关节，前臂肘关节上分别设置与前臂调节螺母、前臂导向杆配合的通孔，前臂调节螺母包括相连的前臂螺母旋转段和前臂螺母螺纹段，前臂螺母螺纹段位于前臂调节螺母对应的通孔里并与前臂肘关节形成转动副，前臂丝杠的第一端固定在前臂腕关节上，前臂丝杠的第二端位于前臂调节螺母里并与其配合，前臂导向杆的第一端固定在前臂腕关节上，前臂导向杆的第二端位于与其配合的通孔里；

腕关节驱动单元包括腕关节电机、第一同步带轮、第二同步带轮、腕关节把手，腕关节电机安装在前臂腕关节里，第一同步带轮和第二同步带轮安装在前臂腕关节外部，第二同步带轮与腕关节把手固连，腕关节电机连接第一同步带轮，第一同步带轮和第二同步带轮上缠绕第一同步带；

肘关节驱动单元包括肘关节电机、第三同步带轮、第四同步带轮，肘关节电机安装在大臂肘关节里，第三同步带轮和第四同步带轮安装在大臂肘关节外部，第四同步带轮与前臂肘关节固连，肘关节电机连接第三同步带轮，第三同步带轮和第四同步带轮上缠绕第二同步带。

本发明还可以包括：

1、大臂丝杠定位块上设置大臂丝杠定位孔，大臂旋转螺母的大臂螺母螺纹段上设置至少一个与大臂丝杠定位孔配合的大臂螺母定位孔，大臂丝杠定位孔里安装与大臂丝杠定位孔和大臂螺母定位孔配合的大臂紧定螺钉。

2、前臂肘关节上设置前臂定位孔，前臂调节螺母的前臂螺母螺纹段上设置至少一个与前臂定位孔配合的前臂螺母定位孔，前臂定位孔里安装与前臂定位孔和前臂螺母定位配合的前臂紧定螺钉。

3、大臂肘关节、前臂肘关节、前臂腕关节里分别安装大臂托、前臂托和手托。

本发明的优势在于：本发明采用螺纹伸缩式臂长调整机构，利用肩摆动关节和肘关节的活动空间，并靠近机架端安装臂长调整机构，不仅结构简单紧凑，而且降低了手臂康复机构末端的负载，此外，巧妙的肩部摆动关节设置，增强了手臂康复装置的稳定性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明大臂和前臂的调长机构和驱动示意图；

图3为本发明大臂长微调机构示意图；

图4为本发明腕关节驱动示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～4，所述的肩关节驱动单元安装在移动机架1上，大臂长微调机构连接肩关节驱动单元，肘关节驱动单元与大臂长微调机构相连接，肘关节驱动单元连接前臂长微调机构，腕关节驱动单元连接到前臂长微调机构上。所述的肩关节驱动单元主要由肩回转电机2、回转横肩杆3、摆动竖肩杆4、肩摆动电机6等构成，回转横肩杆3与摆动竖肩杆4固连，回转横肩杆3安装在肩回转电机2减速器的旋转法兰端，肩摆动电机6减速器的旋转法兰与摆动竖肩杆4通过螺钉连接。

结合图1、图2和图3，所述的大臂长微调机构主要由大臂导向杆7、大臂导向杆固定块5、大臂丝杠8、大臂旋转螺母20、大臂丝杠定位块21和大臂肘关节11构成；大臂导向杆固定块5和大臂丝杠定位块21分别开有通孔，并通过螺钉分别安装到肩摆动电机6减速器的外壳上；大臂丝杠定位块21的侧面开有螺纹孔，大臂旋转螺母20开有环槽，紧定螺钉29一段为连接螺纹，一段为光滑圆柱面，紧定螺钉29螺纹端与大臂丝杠定位块21通过螺纹连接，紧定螺钉29的光滑圆柱端则插入到大臂旋转螺母20的环槽内，限制大臂旋转螺母20的移动；大臂丝杠定位块21的通孔为大臂旋转螺母20提供转动副，大臂丝杠8与大臂旋转螺母20配合，大臂丝杠8无螺纹一端通过紧固螺钉安装到大臂肘关节11上，大臂导向杆7一端固结到大臂肘关节11上，另一端穿过大臂导向杆定位块5的通孔并夹紧。调节臂长时，拧松大臂导向杆定位块5上的紧固螺钉，通过旋转大臂旋转螺母20实现大臂丝杠8的移动，当调至适宜臂长时，再将紧固螺钉锁紧，限制大臂导向杆7的移动。

结合图1和图2，所述的前臂长微调机主要有前臂肘关节12、前臂导向杆15、前臂调节螺母14、前臂丝杠16、前臂腕关节17等构成，前臂长微调机构与大臂长微调机构工作原理一致。前臂肘关节12开两个通孔，分别与前臂导向杆15和前臂调节螺母14配合，并为前臂调节螺母14提供转动副，前臂丝杠16与前臂调节螺母14配合，前臂腕关节17开两孔，分别与前臂丝杠16和前臂导向杆15的另一端固结。调节前臂臂长时，拧松前臂肘关节12上的紧固螺钉，旋转前臂旋转螺母14实现前臂丝杠16移动并调至适宜臂长，再将紧固螺钉锁紧，限制前臂导向杆15的移动。

结合图2和图4，所述的肘关节和腕关节采用相同的驱动原理。以腕关节为例，腕关节电机18通过轴承31安装在电机座32上，电机座32安装到前臂腕关节17上，前臂腕关节17和腕关节把手19通过轴承30构成转动副，腕关节电机18输出轴末端连接同步带轮25，同步带轮27直接固连到腕关节把手19，同步带轮25和同步带轮27通过同步带26传动。同理，所述的肘关节电机10垂直安装在大臂肘关节11上，肘关节电机10输出轴末端连接同步带轮22，同步带轮24固连到前臂肘关节12上，同步带轮22和同步带轮24通过同步带23传动。为了固定手臂，在整个手臂上安装了大臂托9、前臂托13和手托28。

本发明一种外骨骼式手臂康复训练装置，它主要由移动机架、肩关节驱动单元、大臂长微调机构、肘关节驱动单元、前臂长微调机构，腕关节驱动单元等构成。

肩关节驱动单元安装在移动机架上，大臂长微调机构连接肩关节驱动单元，肘关节驱动单元与大臂长微调机构相连接，肘关节驱动单元连接前臂长微调机构，腕关节驱动单元连接到前臂长微调机构上。

肩关节驱动单元主要由肩回转电机、回转横肩杆、摆动竖肩杆、肩摆动电机等构成，回转横肩杆与摆动竖肩杆固连，回转横肩杆安装在肩回转电机减速器的旋转法兰端，肩摆动电机减速器的旋转法兰与摆动竖肩杆通过螺钉连接。

大臂长微调机构主要由大臂导向杆、大臂导向杆固定块、大臂丝杠、大臂旋转螺母、大臂丝杠定位块和大臂肘关节构成；大臂导向杆固定块和大臂丝杠定位块分别通过螺钉安装到肩摆动电机减速器的外壳上，大臂丝杠定位块开通孔为大臂旋转螺母提供转动副，大臂丝杠与大臂旋转螺母配合，大臂丝杠无螺纹一端通过紧固螺钉安装到大臂肘关节上，大臂导向杆一端固结到大臂肘关节上，另一端穿过大臂导向杆定位块的通孔并夹紧。

前臂长微调机主要有前臂肘关节、前臂导向杆、前臂调节螺母、前臂丝杠、前臂腕关节等构成。前臂肘关节开两个通孔，分别与前臂导向杆和前臂调节螺母配合，并为前臂调节螺母提供转动副，前臂丝杠与前臂调节螺母配合，前臂腕关节开两孔，分别与前臂丝杠和导向杆的另一端固结。

肘关节电机垂直安装在大臂腕关节上，电机输出轴末端连接同步带轮22，前臂腕关节固连同步带轮24，同步带轮22和24通过同步带传动。

腕关节电机垂直安装在前臂腕关节上，电机输出轴末端连接同步带轮25，腕关节把手固连同步带轮27，同步带轮25和27通过同步带传动。

肩摆动电机减速器作为手臂末端装置的安装机架，随机械臂整体旋转，并作为手臂末端装置的配重。

螺纹伸缩式臂长微调机构充分利用了肩关节和肘关节的活动空间，并在靠近机架端安装。

本发明降低了机械臂末端的负载，手臂康复装置可操控好。

Claims (5)

1.一种外骨骼式手臂康复训练装置，其特征是：包括移动机架、肩关节驱动单元、大臂长微调机构、肘关节驱动单元、前臂长微调机构，腕关节驱动单元；移动机架底部安装有车轮，肩关节驱动单元包括肩回转电机、回转横肩杆、摆动竖肩杆、肩摆动电机，肩回转电机设置在移动机架的上端，肩摆动电机设置在移动机架的中部，相互固连的回转横肩杆和摆动竖肩杆位于肩回转电机和肩摆动电机之间，肩回转电机连接回转横肩杆，肩摆动电机连接摆动竖肩杆；

大臂长微调机构包括大臂导向杆、大臂导向杆固定块、大臂丝杠、大臂旋转螺母、大臂丝杠定位块和大臂肘关节，固定在肩摆动电机的减速器外壳上的大臂导向杆固定块和大臂丝杠定位块均开有通孔，大臂旋转螺母包括相连的大臂螺母旋转段和大臂螺母螺纹段，大臂螺母螺纹段位于大臂丝杠定位块的通孔里并与大臂丝杠定位块形成转动副，大臂丝杠第一端固定在大臂肘关节上，大臂丝杠第二端位于大臂螺母螺纹段里并与其配合，大臂导向杆第一端固定在大臂肘关节上，大臂导向杆第二端位于大臂导向杆固定块的通孔里；

前臂长微调机构包括前臂肘关节、前臂导向杆、前臂调节螺母、前臂丝杠、前臂腕关节，前臂肘关节上分别设置与前臂调节螺母、前臂导向杆配合的通孔，前臂调节螺母包括相连的前臂螺母旋转段和前臂螺母螺纹段，前臂螺母螺纹段位于前臂调节螺母对应的通孔里并与前臂肘关节形成转动副，前臂丝杠的第一端固定在前臂腕关节上，前臂丝杠的第二端位于前臂调节螺母里并与其配合，前臂导向杆的第一端固定在前臂腕关节上，前臂导向杆的第二端位于与其配合的通孔里；

腕关节驱动单元包括腕关节电机、第一同步带轮、第二同步带轮、腕关节把手，腕关节电机安装在前臂腕关节里，第一同步带轮和第二同步带轮安装在前臂腕关节外部，第二同步带轮与腕关节把手固连，腕关节电机连接第一同步带轮，第一同步带轮和第二同步带轮上缠绕第一同步带；

肘关节驱动单元包括肘关节电机、第三同步带轮、第四同步带轮，肘关节电机安装在大臂肘关节里，第三同步带轮和第四同步带轮安装在大臂肘关节外部，第四同步带轮与前臂肘关节固连，肘关节电机连接第三同步带轮，第三同步带轮和第四同步带轮上缠绕第二同步带。

2.根据权利要求1所述的一种外骨骼式手臂康复训练装置，其特征是：大臂丝杠定位块上设置大臂丝杠定位孔，大臂旋转螺母的大臂螺母螺纹段上设置至少一个与大臂丝杠定位孔配合的大臂螺母定位孔，大臂丝杠定位孔里安装与大臂丝杠定位孔和大臂螺母定位孔配合的大臂紧定螺钉。

3.根据权利要求1或2所述的一种外骨骼式手臂康复训练装置，其特征是：前臂肘关节上设置前臂定位孔，前臂调节螺母的前臂螺母螺纹段上设置至少一个与前臂定位孔配合的前臂螺母定位孔，前臂定位孔里安装与前臂定位孔和前臂螺母定位配合的前臂紧定螺钉。

4.根据权利要求1或2所述的一种外骨骼式手臂康复训练装置，其特征是：大臂肘关节、前臂肘关节、前臂腕关节里分别安装大臂托、前臂托和手托。

5.根据权利要求3所述的一种外骨骼式手臂康复训练装置，其特征是：大臂肘关节、前臂肘关节、前臂腕关节里分别安装大臂托、前臂托和手托。