CN105963103A - 一种便携穿戴式外骨骼上肢机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种便携穿戴式外骨骼上肢机器人，具有这样的特征，包括：背部模块，所述背部模块用于承载控制系统、电池动力部件，同时用于实现背负功能；两肩部模块，两所述肩部模块分别设于所述背部模块的左右两侧，每一所述肩部模块用于实现人体肩关节水平面一定角度的外展或内收，以及矢状面一定角度的屈曲或伸展的功能；两肘部模块，两所述肘部模块分别与两所述肩部模块相连，每一所述肘部模块用于实现人体肘关节一定角度的屈曲或伸展。使用本发明的便携穿戴式外骨骼上肢机器人，能够有效降低成本、提高设备的环境适应性、降低康复医师的工作强度以及提高工作效率，进而保证设备的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体是涉及一种便携穿戴式外骨骼上肢机器人。
背景技术
各类脑血管病已成为危害我国公民身体健康和生命的主要疾病之一，约有75％的脑血管病人有不同程度的上肢功能障碍。传统的依靠康复医师对患者进行一对一的手工操作和医师主观临床经验对康复状况进行评估。各种高强度重体力劳动严重危害着人们的健康状况，严重影响着工作效率的提高和工作条件的改善。传统技术方案主要是通过自动化改造，以及采用工业机器人技术来代替人工完成作业，
现有的技术方案存在以下问题：
1.康复医师的工作强度大、效率低、康复过程严重依赖医师操作与经验，无法对康复结果进行量化评估，且对不同患者适应性差；
2.装置简单单一，只有简单重复的动作，参与主动性不足，无法在日常生活中进行康复训练，效果不够理想。
3.装置庞大，不便于移动和携带，不具有开放性，且采用专属设备与系统，只能在专属场地使用，成本较大，且对重体力劳动场合进行自动化改造，成本高，环境适应性不足；自动化改造具有一定的局限性，部分工作场合无法进行自动化改造。
故现亟需一种便携穿戴式外骨骼上肢机器人，旨在解决传统技术方案成本高、环境适应性不足、康复医师工作强度大、康复效率低、康复过程与结果无法量化评估、患者参与治疗主动性不足等问题。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种便携穿戴式外骨骼上肢机器人，旨在有效降低成本、提高设备的环境适应性、降低康复医师的工作强度以及提高工作效率，进而保证设备的可靠性。
具体技术方案如下：
一种便携穿戴式外骨骼上肢机器人，具有这样的特征，包括：
背部模块，所述背部模块用于承载控制系统、电池动力部件，同时用于实现背负功能；
两肩部模块，两所述肩部模块分别设于所述背部模块的左右两侧，每一所述肩部模块用于实现人体肩关节水平面一定角度的外展或内收，以及矢状面一定角度的屈曲或伸展的功能；
两肘部模块，两所述肘部模块分别与两所述肩部模块相连，每一所述肘部模块用于实现人体肘关节一定角度的屈曲或伸展。
上述的一种便携穿戴式外骨骼上肢机器人，其中，所述肩部模块包括：
背架板；
背负带，所述背负带包括两根纵向设置的第一背负带以及一根横向设置的第二背负带，所述第二背负带设于两所述第一背负带的下方，所述背负带固定安装于所述背架板前侧；
背撑板，所述背撑板设于所述背架板的前端面；
两肩背弯板，两所述肩背弯板分别自所述背架板的左右两侧的上端，呈一弧度逐渐延伸至所述背架板的前上方；
肩垂轴以及肩垂轴垫，所述肩垂轴垫设于所述肩垂轴下方；
每一所述肩部模块通过所述肩垂轴与一所述肩背弯板连接，且实现所述肩部模块水平面一定角度的外展或内收；
电气支架，所述电气支架设于所述背架板的背面，所述电气支架用于将控制器件以及电池固定在所述背架板上；
动力部件，所述动力部件设于所述背架板的背面。
上述的一种便携穿戴式外骨骼上肢机器人，其中，每一所述肩部模块包括：
肩拐板，所述肩拐板通过所述肩垂轴与所述肩背弯板连接，所述肩拐板可绕所述肩垂轴转动；
上臂接板，所述上臂接板通过一柔索回转传动机构与所述肩拐板连接，所述上臂接板可相对所述肩拐板转动。
上述的一种便携穿戴式外骨骼上肢机器人，其中，每一所述肘部模块包括：
上臂板，所述上臂板通过一上臂长度调节机构与所述上臂接板连接；
前臂接板，所述前臂接板通过一柔索回转传动机构与所述上臂板连接，所述前臂接板可相对所述上臂板转动；
肘托板，所述肘托板与所述前臂接板固定连接。
上述的一种便携穿戴式外骨骼上肢机器人，其中，所述肘托板与所述上臂板分别设有绑带。
上述的一种便携穿戴式外骨骼上肢机器人，其中，所述上臂长度调节机构包括：
至少两个沿所述上臂板的长度方向开设的槽；
至少两定位螺栓，每一所述定位螺栓可依次穿过所述上臂接板以及所述槽，并与一螺母紧固。
上述的一种便携穿戴式外骨骼上肢机器人，其中，所述动力部件通过柔索与所述柔索回转传动机构连接。
上述的一种便携穿戴式外骨骼上肢机器人，其中，所述柔索设于所述柔索套管内。
上述技术方案的积极效果是：
便携穿戴式外骨骼上肢机器人，通过设置背部模块，实现控制系统、电池动力部件的承载，以及实现背负功能。通过设置肩部模块，实现人体肩关节水平面一定角度的外展或内收，以及矢状面一定角度的屈曲或伸展的功能。通过设置肘部模块实现人体肘关节一定角度的屈曲或伸展。且通过设置上臂长度调节机构，从而能够调节肩部模块与肘部模块之间的长度以适应上臂长度不同的人。从而有效降低成本、提高设备的环境适应性、降低康复医师的工作强度以及提高工作效率，进而保证设备的可靠性。
附图说明
图1为本发明的便携穿戴式外骨骼上肢机器人的主视图。
图2为本发明的便携穿戴式外骨骼上肢机器人的左视图。
图3为本发明的便携穿戴式外骨骼上肢机器人的穿戴状态示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图1至图3对本发明提供的技术方案作具体阐述。
图1为本发明的便携穿戴式外骨骼上肢机器人的主视图。图2为本发明的便携穿戴式外骨骼上肢机器人的左视图。图3为本发明的便携穿戴式外骨骼上肢机器人的穿戴状态示意图。请参照图1至图3所示，示出了一种便携穿戴式外骨骼上肢机器人，具有这样的特征，包括：背部模块1、肩部模块2以及肘部模块3。
具体的，所述背部模块1用于承载控制系统、电池动力部件，同时用于实现背负功能。
两所述肩部模块2分别设于所述背部模块1的左右两侧，每一所述肩部模块2用于实现人体肩关节水平面一定角度的外展或内收，以及矢状面一定角度的屈曲或伸展的功能。
两所述肘部模块3分别与两所述肩部模块2相连，每一所述肘部模块3用于实现人体肘关节一定角度的屈曲或伸展。
进一步的，作为较佳的实施例中，所述背部模块1包括：背架板11、背负带12、背撑板13、肩背弯板14、肩垂轴15以及肩垂轴垫16。
其中，所述背负带12包括两根纵向设置的第一背负带121以及一根横向设置的第二背负带122，所述第二背负带122设于两所述第一背负带121的下方，所述背负带12固定安装于所述背架板11的前侧。所述背撑板13设于所述背架板11的前侧。两所述肩背弯板14分别自所述背架板11的左右两侧的上端，呈一弧度逐渐延伸至所述背架板11的前上方。所述肩垂轴垫16设于所述肩垂轴15的下方。
另外，每一所述肩部模块2通过所述肩垂轴15与一所述肩背弯板14连接，实现所述肩部模块2水平面一定角度的外展或内收。
同时，作为较佳的实施例中，所述背部模块还包括：电气支架(图中未示出)和动力部件(图中未示出)，所述电气支架设于所述背架板11的背面，所述电气支架用于将控制器件以及电池固定在所述背架板11上。所述动力部件设于所述背架板11的背面。
上述实施例中，两所述第一背负带用于将所述背部模块背负于使用者的肩部，所述第二背负带则用于环绕于使用者的腰部，从而进一步将所述背部模块与使用者的身体之间保持相对固定。
同样，在上述的实施例中，所述背撑板设于所述背架板的前端面，从而所述背撑板能够与使用者的背部贴合，从而增加了背部模块背负的舒适性。
设置所述肩垂轴的作用在于，能够通过所述肩垂轴将所述肩部模块与所述背部模块连接，并且实现所述肩部模块在水平面的转动，从而实现使用者的肩关节水平面一定角度的外展或内收。
设置所述肩垂轴垫的作用在于，能够避免所述肩垂轴等刚性部件直接与使用者的肩部接触，造成损伤。同时，设置所述肩垂轴垫也进一步增加了所述背部模块背负的舒适性。
另外，作为较佳的实施例中，每一所述肩部模块2包括：肩拐板21、上臂接板22以及柔索回转传动机构23。
其中，所述肩拐板21通过所述肩垂轴15与所述肩背弯板14连接，所述肩拐板21可绕所述肩垂轴15转动。
所述上臂接板22通过一柔索回转传动机构23与所述肩拐板21连接，所述上臂接板22可相对所述肩拐板21转动。
上述实施例中，通过所述柔索回转传动机构，能够实现所述上臂接板与所述肩拐板之间的转动，从而实现人体肩关节以及矢状面一定角度的屈曲或伸展的功能。
同时，作为较佳的实施例中，每一所述肘部模块3包括：上臂板31、前臂接板32、柔索回转传动机构23以及肘托板33
其中，所述上臂板31通过一上臂长度调节机构34与所述上臂接板22连接。
所述前臂接板32通过一柔索回转传动机构23与所述上臂板31连接，所述前臂接板可相对所述上臂板31转动。
所述肘托板33与所述前臂接板32固定连接。
上述实施例中，通过所述柔索回转传动机构实现所述前臂接板与所述上臂板之间的转动，从而实现使用者的肘关节一定角度的屈曲或伸展。
所述肘托板的作用在于能够从下至上托起使用者的前臂，从而帮助使用者完成重体力劳动。
进一步的，作为较佳的实施例中，所述肘托板33与所述上臂板31分别设有绑带35。
通过设置上述实施例中的绑带，能够使所述肩部模块与所述肘部模块更加贴合使用者的手臂。
另外，作为较佳的实施例中，所述上臂长度调节机构34包括：至少两个沿所述上臂板的长度方向开设的槽341以及至少两定位螺栓342。
其中，每一所述定位螺栓342可依次穿过所述上臂接板22以及所述槽341，并与一螺母紧固。
通过设置所述上臂长度调节机构，能够将所述定位螺栓于所述槽的不同位置紧固，从而调节所述肩部模块与所述肘部模块之间的长度，从而适应不同上臂长度的使用者。
此外，作为较佳的实施例中，所述动力部件通过柔索(图中未示出)与所述柔索回转传动机构23连接。
同时，作为较佳的实施例中，所述柔索设于所述柔索套管内。
上述实施例中，所述动力部件通过拉紧所述柔索，从而带动对应的所述柔索回转传动机构旋转，从而带动对应的所述肩部模块或所述肘部模块转动，从而实现人体肩关节水平面一定角度的外展或内收，以及矢状面一定角度的屈曲或伸展的功能或者人体肘关节一定角度的屈曲或伸展。
图2为本发明的便携穿戴式外骨骼上肢机器人的左视图。请参照图2所示，本发明的使用方法以及原理大致如下：
首先，使用者将第一背负121带背负于肩部，同时将肩垂轴垫16调整至肩部上方，再将第二绑带122环绕腰部，完成背部模块1的初步背负。
完成背部模块1的背负后，根据使用者的上臂的长度，通过上臂长度调节机构34将肩部模块2与肘部模块3之间的长度调整至能够适应使用者的上臂长度，再将设于上臂板31的绑带35绑至使用者的上臂。
完成上述步骤后，再将前臂置入肘托板33，使用绑带35将前臂绑固，便完成穿戴。
完成穿戴后，通过驱动电动机，带动柔索驱动相应的柔索回转传动机构23，从而实现肩关节以及肘关节的运动。
本实施例提供的便携穿戴式外骨骼上肢机器人，通过设置背部模块，实现控制系统、电池动力部件的承载，以及实现背负功能。通过设置肩部模块，实现人体肩关节水平面一定角度的外展或内收，以及矢状面一定角度的屈曲或伸展的功能。通过设置肘部模块实现人体肘关节一定角度的屈曲或伸展。且通过设置上臂长度调节机构，从而能够调节肩部模块与肘部模块之间的长度以适应上臂长度不同的人。从而有效降低成本、提高设备的环境适应性、降低康复医师的工作强度以及提高工作效率，进而保证设备的可靠性。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种便携穿戴式外骨骼上肢机器人，其特征在于，包括：
背部模块，所述背部模块用于承载控制系统、电池动力部件，同时用于实现背负功能；
两肩部模块，两所述肩部模块分别设于所述背部模块的左右两侧，每一所述肩部模块用于实现人体肩关节水平面一定角度的外展或内收，以及矢状面一定角度的屈曲或伸展的功能；
两肘部模块，两所述肘部模块分别与两所述肩部模块相连，每一所述肘部模块用于实现人体肘关节一定角度的屈曲或伸展。
2.根据权利要求1所述的一种便携穿戴式外骨骼上肢机器人，其特征在于，所述背部模块包括：
背架板；
背负带，所述背负带包括两根纵向设置的第一背负带以及一根横向设置的第二背负带，所述第二背负带设于两所述第一背负带的下方，所述背负带固定安装于所述背架板的前侧；
背撑板，所述背撑板设于所述背架板的前侧；
两肩背弯板，两所述肩背弯板分别自所述背架板的左右两侧的上端，呈一弧度逐渐延伸至所述背架板的前上方；
肩垂轴以及肩垂轴垫，所述肩垂轴垫设于所述肩垂轴的下方；
每一所述肩部模块通过所述肩垂轴与一所述肩背弯板连接，实现所述肩部模块水平面一定角度的外展或内收。
3.根据权利要求2所述的一种便携穿戴式外骨骼上肢机器人，其特征在于，所述背部模块还包括：
电气支架，所述电气支架设于所述背架板的背面，所述电气支架用于将控制器件以及电池固定在所述背架板上；
动力部件，所述动力部件设于所述背架板的背面。
4.根据权利要求2所述的一种便携穿戴式外骨骼上肢机器人，其特征在于，每一所述肩部模块包括：
肩拐板，所述肩拐板通过所述肩垂轴与所述肩背弯板连接，所述肩拐板可绕所述肩垂轴转动；
上臂接板，所述上臂接板通过一柔索回转传动机构与所述肩拐板连接，所述上臂接板可相对所述肩拐板转动。
5.根据权利要求4所述的一种便携穿戴式外骨骼上肢机器人，其特征在于，每一所述肘部模块包括：
上臂板，所述上臂板通过一上臂长度调节机构与所述上臂接板连接；
前臂接板，所述前臂接板通过一柔索回转传动机构与所述上臂板连接，所述前臂接板可相对所述上臂板转动；
肘托板，所述肘托板与所述前臂接板固定连接。
6.根据权利要求5所述的一种便携穿戴式外骨骼上肢机器人，其特征在于，所述肘托板与所述上臂板分别设有绑带。
7.根据权利要求5所述的一种便携穿戴式外骨骼上肢机器人，其特征在于，所述上臂长度调节机构包括：
至少两个沿所述上臂板的长度方向开设的槽；
至少两定位螺栓，每一所述定位螺栓可依次穿过所述上臂接板以及所述槽，并与一螺母紧固。
8.根据权利要求3所述的一种便携穿戴式外骨骼上肢机器人，其特征在于，所述动力部件通过柔索与所述柔索回转传动机构连接。
9.根据权利要求8所述的一种便携穿戴式外骨骼上肢机器人，其特征在于，所述柔索设于所述柔索套管内。
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