CN105520819A - 一种外骨骼式肩胛带与上肢协同康复机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种外骨骼式肩胛带与上肢协同康复机器人，包括轮子、电器柜、显示器、显示器托架、升降柱、外伸梁，还包括肩部的内外旋机构、肩部的外展内收机构、肩部的前屈后展机构、上臂的长度调节机构、上臂的内外旋机构、肘部的屈伸机构、前臂的内外旋机构、前臂的长度调节机构、腕部的屈伸机构、手部的抓握机构、助动肩胛骨机构；本发明针对肩胛带肌肉麻痹与上肢偏瘫实施主动或者被动康复，且能实现左右臂互换。本发明还解决一个重要问题，即左右机械臂互换后引起的运动范围受限所导致的患者不适问题，为此设计的机械臂结构是沿着中轴线左右完全对称的。

Description

一种外骨骼式肩胛带与上肢协同康复机器人
技术领域
本发明属于康复医疗器械领域，特别涉及一种外骨骼式肩胛带与上肢协同康复机器人。
背景技术
目前，针对偏瘫上肢患者所进行的理疗式康复，是通过康复师人工辅助其运动训练，在被动康复阶段，不仅要耗费康复师的大量体能，长时间也难以维持其标准的康复动作。尤其当肩胛带发生肌肉麻痹，在康复过程中康复师要一手托着肩胛骨旋转，一手托着上肢肱骨屈伸，且要保持肱骨转动2度，肩胛骨则要同时转动1度的节律，即1：2节律，其体力消耗非常大，长时间难以承受，因而临床上难以保证康复效果。对此，本发明所实现的技术与效果，是要完全取代康复师进行上肢康复或肩胛带与上肢协同康复的任务。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种外骨骼式肩胛带与上肢协同康复机器人。
本发明的技术解决方案：一种外骨骼式肩胛带与上肢协同康复机器人，包括轮子、电器柜、显示器、显示器托架、升降柱、外伸梁，其特征在于：还包括肩部的内外旋机构、肩部的外展内收机构、肩部的前屈后展机构、上臂的长度调节机构、上臂的内外旋机构、肘部的屈伸机构、前臂的内外旋机构、前臂的长度调节机构、腕部的屈伸机构、手部的抓握机构、助动肩胛骨机构。
进一步的，所述电器柜底面装有四个轮子，显示器托架通过螺钉固定在电器柜的正侧面上，显示器插在显示器托架上，升降柱的底座通过螺栓固定在电器柜台面的支撑板上。
进一步的，所述升降柱与外伸梁通过紧固螺钉进行连接，外伸梁与肩部的内外旋机构通过支撑轴承、集成式伺服执行装置连接，肩部的内外旋机构与肩部的外展内收机构通过四分之一圆弧导轨、带V型槽的导轮、连接端块、集成式伺服执行装置、外啮合齿轮、销钉以及螺钉进行定位连接，肩部的外展内收机构与肩部的前屈后展机构通过集成式伺服执行装置及螺钉进行连接。
进一步的，所述肩部的前屈后展机构与上臂的长度调节机构通过连接块、圆柱导杆、长度调节丝杠及螺钉连接，上臂的长度调节机构与上臂的内外旋机构通过活动偏置板、半圆形导轨与支撑构件、圆柱导轮与带V型槽导轮、齿形同步带、齿形带张紧机构、集成式伺服执行装置、支撑轴承以及螺钉连接，上臂的内外旋机构与肘部的屈伸机构是通过连接臂、集成式伺服执行装置、齿形同步带、同步带张紧轮、支撑轴承及螺钉连接。
进一步的，所述肘部的屈伸机构与前臂的内外旋机构通过前臂连接件、半圆形导轨与支撑构件、圆柱导轮与带V型槽导轮、齿形同步带、齿形带张紧机构、集成式伺服执行装置以及螺钉连接在一起，前臂的内外旋机构与前臂的长度调节机构通过导向柱、紧固螺钉及紧定螺钉连接，前臂的长度调节机构与腕部的屈伸机构通过集成式伺服执行装置、外啮合齿轮及支撑轴承连接。
进一步的，所述腕部的屈伸机构与手部的抓握机构通过导向块、紧定螺钉以及螺钉连接，助动肩胛骨机构与机架通过连接板及螺钉紧固。
进一步的，所述助动肩胛骨机构中的丝杠支撑轴承座与升降丝杠通过支撑轴承连接，主支撑板与竖直滑块通过连接板、加强肋板以及螺钉连接，升降丝杠与主支撑板通过升降螺母连接，主支撑板与副支撑板通过水平滑轨及水平滑块进行连接，副支撑板与左右摆动杆是通过各自连接端部的过渡配合实现可转动连接，左右摆动杆与旋转支座紧固在一起，旋转支座与摆动支座通过各自连接端部的过渡配合实现可转动连接，摆动支座与上下摆动块通过摆动支承轴连接，上下摆动块与集成式伺服执行装置支座紧固在一起，集成式伺服执行装置支座与托盘旋转轴通过支撑轴承连接，托盘旋转轴与托盘通过键连接。
进一步的，所述肩胛骨助动机构中的托盘与上臂，通过控制系统保证它们在上臂处于特定角度时，遵循1：2节律协同运动。即，当上臂从自然下垂位置，前屈或外展30度后，若前臂继续前屈或外展每2度，托盘绕托盘旋转轴逆时针旋转1度(从人体背后面向肩胛骨方向看)。
有益效果：
与现有技术相比，本发明解决了失去上肢与肩胛带活动能力的患者的康复训练，分为被动和主动两种方式。本发明还解决一个重要问题，即左右机械臂互换后引起的运动范围受限所导致的患者不适问题。本发明中设计的机械臂结构是沿着中轴线左右完全对称，并为此做出了特别设计，例如可以调节角度的支撑环等。因此机械臂可以实现左右臂的完全对称互换，而且在互换后原来的运动范围不会有任何的改变和限制，更加方便病人的康复训练。
附图说明：
图1为本发明总体的结构图；
图2为本发明机械臂上臂的结构图；
图3为本发明机械臂前臂的结构图；
图4为本发明助动肩胛骨机构的结构图；
图中，01-电器柜、02-轮子、03-显示器、04-显示器托架、05-升降柱、06-外伸梁、07-肩部的内外旋机构、08-肩部的外展内收机构、O9-肩部的前屈后展机构、10-上臂的长度调节机构、11-上臂的内外旋机构、12-肘部的屈伸机构、13-前臂的内外旋机构、14-前臂的长度调节机构、15-腕部的屈伸机构、16-手部的抓握机构、17-助动肩胛骨机构。
具体实施方式
如图1所示，本发明的外骨骼式肩胛带与上肢协同康复机器人，包括轮子(02)、电器柜(01)、显示器(03)、显示器托架(04)、升降柱(05)、外伸梁(06)，其特征在于：还包括肩部的内外旋机构(07)、肩部的外展内收机构(08)、肩部的前屈后展机构(09)、上臂的长度调节机构(10)、上臂的内外旋机构(11)、肘部的屈伸机构(12)、前臂的内外旋机构(13)、前臂的长度调节机构(14)、腕部的屈伸机构(15)、手部的抓握机构(16)、助动肩胛骨机构(17)。
其中，所述电器柜(01)底面装有四个轮子(02)，显示器托架(04)通过螺钉固定在电器柜(01)的正侧面上，显示器(03)插在显示器托架(04)上，升降柱(05)的底座通过螺栓固定在电器柜(01)台面的支撑板上。所述升降柱(05)与外伸梁(06)通过紧固螺钉进行连接，外伸梁(06)与肩部的内外旋机构(07)通过支撑轴承、集成式伺服执行装置连接，肩部的内外旋机构(07)与肩部的外展内收机构(08)通过四分之一圆弧导轨、带V型槽的导轮、连接端块(0801)、集成式伺服执行装置、外啮合齿轮、销钉以及螺钉进行定位连接，肩部的外展内收机构(08)与肩部的前屈后展机构(09)通过集成式伺服执行装置及螺钉进行连接。所述肩部的前屈后展机构(09)与上臂的长度调节机构(10)通过连接块、圆柱导杆、长度调节丝杠及螺钉连接，上臂的长度调节机构(10)与上臂的内外旋机构(11)通过活动偏置板(1005)、半圆形导轨与支撑构件、圆柱导轮与带V型槽导轮、齿形同步带、齿形带张紧机构、集成式伺服执行装置、支撑轴承以及螺钉连接，上臂的内外旋机构(11)与肘部的屈伸机构(12)是通过连接臂、集成式伺服执行装置、齿形同步带、同步带张紧轮、支撑轴承及螺钉连接。所述肘部的屈伸机构(12)与前臂的内外旋机构(13)通过前臂连接件(1301)、半圆形导轨与支撑构件、圆柱导轮与带V型槽导轮、齿形同步带、齿形带张紧机构、集成式伺服执行装置以及螺钉连接在一起，前臂的内外旋机构(13)与前臂的长度调节机构(14)通过导向柱(1401)、紧固螺钉及紧定螺钉连接，前臂的长度调节机构(14)与腕部的屈伸机构(15)通过集成式伺服执行装置、外啮合齿轮及支撑轴承连接。所述腕部的屈伸机构(15)与手部的抓握机构(16)通过导向块(1603)、紧定螺钉以及螺钉连接，助动肩胛骨机构(17)与电器柜(01)通过连接板及螺钉紧固。所述助动肩胛骨机构(17)中的丝杠支撑轴承座(1702)与升降丝杠(1701)通过支撑轴承连接，主支撑板(1707)与竖直滑块(1704)通过连接板(1705)、加强肋板(1706)以及螺钉连接，升降丝杠(1701)与主支撑板(1707)通过升降螺母(1708)连接，主支撑板(1707)与副支撑板(1712)通过水平滑轨(1709)及水平滑块(1710)进行连接，副支撑板(1712)与左右摆动杆(1713)是通过各自连接端部的过渡配合实现可转动连接，左右摆动杆(1713)与旋转支座(1714)紧固在一起，旋转支座(1714)与摆动支座(1715)通过各自连接端部的过渡配合实现可转动连接，摆动支座(1715)与上下摆动块(1717)通过摆动支承轴(1716)连接，上下摆动块(1717)与集成式伺服执行装置支座(1719)紧固在一起，集成式伺服执行装置支座(1719)与托盘旋转轴(1720)通过支撑轴承连接，托盘旋转轴(1720)与托盘(1721)通过键连接。所述肩胛骨助动机构中的托盘与上臂，通过控制系统保证它们在上臂处于特定角度时，遵循1：2节律协同运动。即，当上臂从自然下垂位置，前屈或外展30度后，若前臂继续前屈或外展每2度，托盘绕托盘旋转轴逆时针旋转1度(从人体背后面向肩胛骨方向看)。
本发明的控制系统安装在电器柜(01)中的主机里，在控制系统的控制下，外骨骼式肩胛带与上肢协同康复机器人总共可以实现八个自由度。其中升降柱(05)可以实现一个上下运动的自由度，肩部的内外旋机构(07)在集成式伺服执行机构(0701)作用下实现一个旋转的自由度，肩部的外展内收机构(08)由集成式伺服执行机构(0805)带动实现一个沿着弧形滑道(0802)旋转的自由度，肩部的前屈后展机构(09)在集成式伺服执行机构(0904)的作用下实现一个旋转自由度，上臂的内外旋机构(11)在集成式伺服执行机构(1101)的作用下实现一个旋转自由度，肘部的屈伸机构(12)在集成式伺服执行机构(1201)的作用下实现一个旋转自由度，前臂的内外旋机构(13)在集成式伺服执行机构(1302)的带动下实现一个旋转自由度，腕部的屈伸机构(16)在集成式伺服执行机构(1601)的带动下实现一个旋转自由度。通过这八个自由度联动配合实现规定的康复运动训练。
助动肩胛骨机构总共可以实现七个自由度。升降丝杠(1701)在人摇动手柄(1723)的作用下产生一个转动自由度，主支撑板(1707)在升降螺母(1708)以及竖直滑块(1704)的支撑下由升降丝杠(1701)带动沿竖直滑轨(1703)产生一个竖直直线运动的自由度，副支撑板(1712)在水平滑块(1710)的支撑下可以手动沿水平滑轨(1709)产生一个水平直线运动的自由度，左右摆动杆(1713)可以手动实现一个旋转自由度，摆动支座(1715)在旋转支座(1714)的支撑下可以手动实现一个旋转自由度，上下摆动块(1717)在摆动支座(1715)的支撑下可以手动实现一个旋转自由度，托盘(1721)通过托盘旋转轴(1720)由集成式伺服执行机构8(1718)带动实现一个旋转自由度。通过这七个自由度联动配合实现辅助的肩胛骨康复运动训练。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (8)

1.一种外骨骼式肩胛带与上肢协同康复机器人，包括轮子、电器柜、显示器、显示器托架、升降柱、外伸梁，其特征在于：还包括肩部的内外旋机构、肩部的外展内收机构、肩部的前屈后展机构、上臂的长度调节机构、上臂的内外旋机构、肘部的屈伸机构、前臂的内外旋机构、前臂的长度调节机构、腕部的屈伸机构、手部的抓握机构、助动肩胛骨机构。
2.根据权利要求1所述的外骨骼式肩胛带与上肢协同康复机器人，其特征在于：所述电器柜底面装有四个轮子，显示器托架通过螺钉固定在电器柜的正侧面上，显示器插在显示器托架上，升降柱的底座通过螺栓固定在电器柜台面的支撑板上。
3.根据权利要求1所述的外骨骼式肩胛带与上肢协同康复机器人，其特征在于：所述升降柱与外伸梁通过紧固螺钉进行连接，外伸梁与肩部的内外旋机构通过支撑轴承、集成式伺服执行装置连接，肩部的内外旋机构与肩部的外展内收机构通过四分之一圆弧导轨、带V型槽的导轮、连接端块、集成式伺服执行装置、外啮合齿轮、销钉以及螺钉进行定位连接，肩部的外展内收机构与肩部的前屈后展机构通过集成式伺服执行装置及螺钉进行连接。
4.根据权利要求1所述的外骨骼式肩胛带与上肢协同康复机器人，其特征在于：所述肩部的前屈后展机构与上臂的长度调节机构通过连接块、圆柱导杆、长度调节丝杠及螺钉连接，上臂的长度调节机构与上臂的内外旋机构通过活动偏置板、半圆形导轨与支撑构件、圆柱导轮与带V型槽导轮、齿形同步带、齿形带张紧机构、集成式伺服执行装置、支撑轴承以及螺钉连接，上臂的内外旋机构与肘部的屈伸机构是通过连接臂、集成式伺服执行装置、齿形同步带、同步带张紧轮、支撑轴承及螺钉连接。
5.根据权利要求1所述的外骨骼式肩胛带与上肢协同康复机器人，其特征在于：所述肘部的屈伸机构与前臂的内外旋机构通过前臂连接件、半圆形导轨与支撑构件、圆柱导轮与带V型槽导轮、齿形同步带、齿形带张紧机构、集成式伺服执行装置以及螺钉连接在一起，前臂的内外旋机构与前臂的长度调节机构通过导向柱、紧固螺钉及紧定螺钉连接，前臂的长度调节机构与腕部的屈伸机构通过集成式伺服执行装置、外啮合齿轮及支撑轴承连接。
6.根据权利要求1所述的外骨骼式肩胛带与上肢协同康复机器人，其特征在于：所述腕部的屈伸机构与手部的抓握机构通过导向块、紧定螺钉以及螺钉连接，助动肩胛骨机构与机架通过连接板及螺钉紧固。
7.根据权利要求1所述的外骨骼式肩胛带与上肢协同康复机器人，其特征在于：所述助动肩胛骨机构中的丝杠支撑轴承座与升降丝杠通过支撑轴承连接，主支撑板与竖直滑块通过连接板、加强肋板以及螺钉连接，升降丝杠与主支撑板通过升降螺母连接，主支撑板与副支撑板通过水平滑轨及水平滑块进行连接，副支撑板与左右摆动杆是通过各自连接端部的过渡配合实现可转动连接，左右摆动杆与旋转支座紧固在一起，旋转支座与摆动支座通过各自连接端部的过渡配合实现可转动连接，摆动支座与上下摆动块通过摆动支承轴连接，上下摆动块与集成式伺服执行装置支座紧固在一起，集成式伺服执行装置支座与托盘旋转轴通过支撑轴承连接，托盘旋转轴与托盘通过键连接。
8.根据权利要求1所述的外骨骼式肩胛带与上肢协同康复机器人，其特征在于：所述肩胛骨助动机构中的托盘与上臂，通过控制系统保证它们在上臂处于特定角度时，遵循1∶2节律协同运动。即，当上臂从自然下垂位置，前屈或外展30度后，若前臂继续前屈或外展每2度，托盘绕托盘旋转轴逆时针旋转1度(从人体背后面向肩胛骨方向看)。
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