CN105997427A - 上肢康复机器人 - Google Patents

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张国忠
程熙冉
陈扬川
曾惠聪
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Abstract

本发明上肢康复机器人，包括上肢训练装置、悬梁臂、底座，底座与上肢训练装置通过悬梁臂连接，底座为可进行移动及高度调整，上肢训练装置支持人体上肢各关节运动。

Description

上肢康复机器人
技术领域
本发明涉及一种上肢康复机器人，属于医疗康复训练设备领域。
背景技术
在我国，中风是目前致残率第一、致死率第二的高发疾病，每年全国新发病例250万，每年死于中风的病人达150万。中国现有中风病人750万到800万人。换而言之，我国大概每21秒就有一个人死于中风，每12秒就有一个新发病例。这一趋势还在以每年8.7%的速度递增，这种疾病引发了患者肢体运动功能障碍或丧失，尤其是上肢运动功能的丧失，存活者中约75%～80%致残，极大的影响了患者日常生活的能力，目前，国内外上肢康复机器人用于上肢运动功能障碍患者进行治疗和康复训练时存在诸多不足，主要为：仅支持单个关节或部分关节，尤其是未把小臂旋转和腕部指部等关节的运动集成于装置中；个体适应性差，不能根据不同患者进行装置的调整或调整不方便；支持的运动模式单一，只能进行被动运动或装置不具备驱动功能；只能实现一维度或二维运动，适性差，不能较好地实现人机协调统一；不能激发患者训练的兴趣及积极性；不能较好地解决摩擦力、重力和位置过载等问题。
发明内容
为解决上述技术问题，上肢康复机器人通过运用计算机技术，结合人体上肢运动规律，不但可以让患者利用残余的神经肌肉进行单关节和多关节训练，尤其是小臂、手腕、手指；而且还主动补偿重力和摩擦力带动患者进行上肢6个自由度运动，更好地实现患者与辅助驱动装置协调和统一，以达到恢复上肢正常功能的最佳效果。
本发明上肢康复机器人，包括上肢训练装置、悬梁臂、底座，底座与上肢训练装置通过悬梁臂连接，底座为可进行移动及高度调整，上肢训练装置支持人体上肢各关节运动。
上肢训练装置，包括有第I自由度、第II自由度、第III自由度、第IV自由度、第V自由度、第VI自由度，6个自由度依次串联联接，对应各关节的运动分别对应为肩关节内收/外展、肩关节伸/屈、肘关节伸/屈、前臂外翻/内旋、腕关节伸/曲、手指伸/屈。
旋转臂通过轴固定在悬梁臂上，肩部水平活动臂固定在旋转臂的一端，肩部竖直活动臂与肩部水平活动臂通过轴连接，旋转柱塞安装在肩部水平活动臂上，电机控制旋转臂肩部竖直活动臂的转动，实现肩关节的外展/内收和肩关节的屈/伸。
上臂弯轨分别与肘关节结构件、上臂绑带、肘关节活动件相连接；前臂弯轨分别于肘关节结构件、肘关节活动件、前臂结构件相连接。前臂结构件、前臂绑带组件、腕关节组件、前臂调节装置分别固定在电机组件上，握力部件安装在腕关节组件上，实现机械臂前臂由上臂内旋/外旋、前臂内旋/外旋组成、肘屈曲、腕关节屈/伸。
通过电机控制肘关节电机组件、上臂弯轨、前臂弯轨、腕关节组件进行运动，分别实现肘关节的屈曲、上臂的内旋/外旋、前臂的内旋/外旋、腕关节的屈/伸。
上臂和前臂通过调节上臂调节装置、前臂调节装置，可以调节机械臂上臂的长度、机械臂前臂的长度。
底座，包括有底盘、主机箱、脚轮、升降柱、扶手组成，脚轮安装在底盘下，主机箱安装在底盘上，升降柱穿过主机箱固定在底盘上，扶手与主机箱相依并安装在底盘上。
附图说明
图1 是本发明总体结构示意图；
图2 是本发明的上肢训练装置6个自由度示意图；
图3 是上肢训练装置的第I自由度、第II自由度的结构图；
图4 是上肢训练装置的第III自由度的结构图；
图5 是上肢训练装置的第IV、V、VI自由度的结构图；
图6 是本发明的底座结构图；
其中：Ⅰ、悬梁臂；Ⅱ底座、；Ⅲ、上肢训练装置；1、主机箱；2、脚轮；3、升降柱；4、扶手；5、底盘；6、轴；7、旋转臂；8、肩部水平活动臂；9、肩部竖直活动臂；10、电机；11、电机；12、旋转柱塞；13、肘关节电机组件； 14、上臂弯轨；15、肘关节结构件；16、上臂绑带；17、肘关节活动件；18、前臂弯轨；19、电机；20、上臂调节装置；21、前臂结构件；22、前臂绑带；23、腕关节组件；24、握力部件；25、电机；26、前臂调节装置；27、电机。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：
请参阅图1，本发明上肢康复机器人，包括上肢训练装置III、悬梁臂I、底座II，上肢训练装置III与悬梁臂I通过轴承相连，悬梁臂I另外一端与底座相接。
请参阅图6，底座包括有底盘5、主机箱1、脚轮2、升降柱3、扶手4组成；脚轮2安装在底盘5下，具有擎动装置，当机器在使用时必须锁紧脚轮2防止机器无规则移动；升降柱3固定在底盘5上，当升降柱3升降时可以调节机械臂相对于底座的高度；扶手4安装在底盘5上，推拉扶手4可以通过脚轮2移动机器。
请参阅图2，上肢训练装置包括有第I自由度、第II自由度、第III自由度、第IV自由度、第V自由度、第VI自由度，6个自由度依次串联联接，对应各关节的运动分别对应为肩关节内收/外展、肩关节伸/屈、肘关节伸/屈、前臂外翻/内旋、腕关节伸/曲、手指伸/屈。
请参阅图3旋转臂7通过轴6固定在悬梁臂I上，肩部水平活动臂8固定在旋转臂7的一端，肩部竖直活动臂9通过轴与肩部水平活动臂8连接，旋转柱塞12安装在肩部水平活动臂8上，通过调节旋转柱塞12可以进行切换上肢训练装置左右手。通过电机11控制旋转臂7的转动,实现肩关节的外展/内收；通过电机10控制肩部竖直活动臂的转动，实现肩关节的屈/伸。
请参阅图4-5，肘关节电机组件13固定在肘关节结构件15上，上臂弯轨14分别与肘关节结构件15、上臂绑带16组件、肘关节活动件17相连接；上臂绑带16组件固定在电机19组件上，前臂弯轨18分别于肘关节结构件15、肘关节活动件17、前臂结构件21相连接。前臂结构件21、前臂绑带22组件、腕关节组件23、前臂调节装置26分别固定在电机25、电机27的组件上，握力部件24安装在腕关节组件上。通过电机19控制上臂弯轨14进行运动，实现上臂的内旋/外旋；通过电机27控制前臂弯轨18进行运动，实现前臂的内旋/外旋；通过肘关节电机组件13里的电机控制肘关节进行运动，实现肘关节的屈曲；通过电机25控制腕关节组件，实现腕关节的屈/伸；通过调节上臂调节装置20，可以调节机械臂上臂的长度；通过调节前臂调节装置26，可以调节机械臂前臂的长度，实现机械臂前臂由上臂内旋/外旋、前臂内旋/外旋组成、肘屈曲、腕关节屈/伸。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.上肢康复机器人包括有上肢训练装置、悬梁臂、底座其特征在于，底座与上肢训练装置通过悬梁臂连接，底座为可进行移动及高度调整，上肢训练装置支持人体上肢各关节运动。
2.根据权利要求1所述的上肢康复机器人，其特征在于，所述的上肢训练装置，包括有第I自由度、第II自由度、第III自由度、第IV自由度、第V自由度、第VI自由度，6个自由度依次串联联接，对应各关节的运动分别对应为肩关节内收/外展、肩关节伸/屈、肘关节伸/屈、前臂外翻/内旋、腕关节伸/曲、手指伸/屈。
3.根据权利要求1所述的上肢康复机器人，其特征在于，所述的旋转臂通过轴固定在悬梁臂上，肩部水平活动臂固定在旋转臂的一端，肩部竖直活动臂与肩部水平活动臂通过轴连接，旋转柱塞安装在肩部水平活动臂上，电机控制旋转臂肩部竖直活动臂的转动，实现肩关节的外展/内收和肩关节的屈/伸。
4.根据权利要求1所述的上肢康复机器人，其特征在于，所述的上臂弯轨分别与肘关节结构件、上臂绑带、肘关节活动件相连接；前臂弯轨分别于肘关节结构件、肘关节活动件、前臂结构件相连接。
5.根据权利要求1所述的上肢康复机器人，其特征在于，所述的前臂结构件、前臂绑带组件、腕关节组件、前臂调节装置分别固定在电机组件上，握力部件安装在腕关节组件上，实现机械臂前臂由上臂内旋/外旋、前臂内旋/外旋组成、肘屈曲、腕关节屈/伸。
6.根据权利要求2-5所述的上肢康复机器人，其特征在于，所述的通过电机控制肘关节电机组件、上臂弯轨、前臂弯轨、腕关节组件进行运动，分别实现肘关节的屈曲、上臂的内旋/外旋、前臂的内旋/外旋、腕关节的屈/伸。
7.根据权利要求4-5所述的上肢康复机器人，其特征在于，所述的上臂和前臂通过调节上臂调节装置、前臂调节装置，可以调节机械臂上臂的长度、机械臂前臂的长度。
8.根据权利要求1所述的上肢康复机器人，其特征在于，所述的底座包括有底盘、主机箱、脚轮、升降柱、扶手组成，脚轮安装在底盘下，主机箱安装在底盘上，升降柱穿过主机箱固定在底盘上，扶手与主机箱相依并安装在底盘上。
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