CN106420257A - 基于串联弹性驱动器的上肢用康复外骨骼机器人及方法 - Google Patents

基于串联弹性驱动器的上肢用康复外骨骼机器人及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于串联弹性驱动器的上肢用康复外骨骼机器人及方法，属于医疗器械领域。它包括移动机架、高度调节模块、肩部上提/下降关节、外摆/内收关节、前屈/后伸关节、旋内/旋外关节、肘部前屈/后伸关节、以及手部模块；肩部上提/下降关节通过重力平衡机构实现竖直方向的运动；肩部外摆/内收关节、前屈/后伸关节、旋内/旋外关节以及肘部前屈/后伸关节采用串联弹性驱动器驱动；串联弹性驱动器内置编码器，用于测量外骨骼整体姿态；手部模块安装有六维力传感器，用于测量人机交互力；本发明具有左上肢和右上肢两种工作模式，降低了医疗康复设备成本，并能针对患者的瘫痪程度执行多种康复策略，机器人关节具有柔顺性，提升了训练过程的舒适性和安全性。

Description

基于串联弹性驱动器的上肢用康复外骨骼机器人及方法
技术领域
本发明属于医疗器械领域，涉及一种基于串联弹性驱动器的上肢用康复外骨骼机器人及方法。
背景技术
中风是由于脑血管异常所导致的急性脑血液循环障碍疾病，具有高发病率、高死亡率、高致残率以及高复发率等特点。随着我国社会老龄化问题的日益加重，中风患者的数量也在急剧增加。中风所导致的偏瘫与运动功能障碍不仅给患者的工作和生活带来了极大阻碍，严重危害身心健康，而且还会造成沉重的经济和医疗负担。传统的偏瘫临床治疗是依靠医师徒手牵引患肢进行一对一的被动康复训练，医师个人的治疗手段、经验差异、主观意识以及疲劳程度会直接影响治疗效果，康复训练过程劳动强度大，护理成本高昂，并存在诸多弊端，因此难以满足日益增长的医疗需求。康复外骨骼机器人系统是外骨骼机器人及其控制技术和康复医学的有效结合，它可以辅助偏瘫患者进行高效而且持续的康复训练，把医师从繁重的手工训练中解放出来。
目前已有的上肢康复外骨骼机器人系统往往只能实现单侧患肢的康复训练，而且训练模式少，限制了康复训练范围和效果，机器人关节往往采用刚性驱动器进行驱动，降低了训练过程的舒适性，而且外界扰动和冲击会对患者造成伤害。因此，为了克服上述缺陷，有必要设计一种具有优化结构的上肢康复外骨骼机器人。
发明内容
技术问题：本发明提供一种主要适用于上肢偏瘫患者的康复训练，结构紧凑合理、训练模式多样并具有关节柔顺性的上肢康复外骨骼机器人。
一种基于串联弹性驱动器的上肢用康复外骨骼机器人，其特征在于，该机器人包括依次连接的移动机架、高度调节模块、肩部上提/下降关节、肩部外摆/内收关节、肩部前屈/后伸关节、肩部旋内/旋外关节、肘部前屈/后伸关节、以及手部模块；
所述移动机架包括控制柜；
所述高度调节模块包括手轮、垂直底座、联轴器、丝杠、移动平台、第一光轴、上轴承座、第二光轴以及下轴承座；所述垂直底座与所述控制柜相固定，上轴承座和下轴承座固定于所述垂直底座一侧，所述丝杠、第一光轴、以及第二光轴的两端分别安装在上轴承座和下轴承座中，所述手轮通过联轴器与丝杠的一端固定连接，所述移动平台中间开有螺纹孔，并与丝杠相互旋合，移动平台两侧装有分别与第一光轴、第二光轴相配合的滑块；
所述肩部上提/下降关节包括后侧上杆、后侧左杆、后侧下杆、后侧右杆、前侧上杆、前侧左杆、前侧下杆、前侧右杆，还包括左上转轴、左下转轴、右下转轴、右上转轴和平衡弹簧；其中后侧上杆、后侧下杆、前侧上杆、前侧下杆相互平行长短一致；后侧左杆、后侧右杆、前侧左杆、前侧右杆相互平行长短一致；左上转轴、左下转轴、右下转轴、右上转轴相互平行长短一致；
其中左上转轴的后端与后侧上杆左端、后侧左杆上端均铰接，左下转轴的后端与后侧左杆的下端、后侧下杆的左端均铰接，右下转轴的后端与后侧下杆的右端、后侧右杆的下端均铰接，右上转轴的后端与后侧右杆的上端、后侧上杆的右端均铰接；左上转轴的前端与前侧上杆左端、前侧左杆上端均铰接，左下转轴的前端与前侧左杆的下端、前侧下杆的左端均铰接，右下转轴的前端与前侧下杆的右端、前侧右杆的下端均铰接，右上转轴的前端与前侧右杆的上端、前侧上杆的右端均铰接；上述平衡弹簧一端连接左上转轴，另一端连接右下转轴；后侧左杆和前侧左杆与所述高度调节模块的移动平台固定连接；
所述肩部外摆/内收关节包括第一盘式驱动电机、第一电机过渡板、第一减速器组、第一减速器端盖、第一驱动输出板以及第一盘式弹性元件；所述第一盘式驱动电机外侧与第一电机过渡板固定连接，第一电机过渡板与第一减速器组的外缘和第一减速器端盖的外缘固定连接；第一盘式驱动电机输出轴通过联轴器与第一减速器组输入轴相连，第一减速器组的输出轴与第一盘式弹性元件固定连接，第一盘式弹性元件的外缘与第一驱动输出板的一端固定连接构成第一转动副，第一驱动输出板的另一端与后侧右杆及前侧右杆固定连接；
所述肩部前屈/后伸关节包括第二盘式驱动电机、第二电机过渡板、第二减速器组、第二减速器端盖、第二驱动输出板、第二盘式弹性元件以及第一上臂杆；所述第二盘式驱动电机外端与第二电机过渡板固定连接，第二电机过渡板与第二减速器组的外缘和第二减速器端盖的外缘固定连接，第二盘式驱动电机输出轴通过联轴器与第二减速器组输入轴相连，第二减速器组的输出轴与第二盘式弹性元件固定连接，第二盘式弹性元件的外缘与第二驱动输出板的一端固定连接构成第二转动副，所述第一上臂杆的一端与第一减速器组外缘固定连接，另一端与第二减速器组外缘固定连接；
所述肩部旋内/旋外关节包括第二上臂杆、弧形支架、弧形齿条、第一弧形滑块、第二弧形滑块、弧形滑块底板、电机挡圈、弹性齿轮、电机支座、圆柱式驱动电机、第三上臂杆、上臂绑带固定板、第一上臂绑带、第二上臂绑带、弧形导轨、第一限位块以及第二限位块；
所述第二上臂杆的一端和第二驱动输出板的通过移动副结构连接并紧固，第二上臂杆的另一端与弧形支架的固定连接，所述弧形齿条、弧形导轨与所述弧形支架相对固定，所述第一弧形滑块和第二弧形滑块安装在弧形导轨上，第一弧形滑块和第二弧形滑块与弧形滑块底板固定连接，所述第三上臂杆的一端的分别与弧形滑块底板和电机支座固定连接，构成第三转动副，所述圆柱式驱动电机固定安装在电机支座上，圆柱式驱动电机的转轴穿过电机支座中部的安装孔后与弹性齿轮连接，所述电机挡圈通过螺栓固定在圆柱式驱动电机的转轴的顶端，弹性齿轮和弧形齿条保持啮合，所述上臂绑带固定板固定安装在第三上臂杆上，所述第一上臂绑带和第二上臂绑带固定在上臂绑带固定板上，所述第一限位块和第二限位块分别固定安装在弧形支架两端；
所述肘部前屈/后伸关节包括第三盘式驱动电机、第三电机过渡板、第三减速器组、第三减速器端盖、第三盘式弹性元件、第一前臂杆、第一前臂绑带、前臂绑带固定板以及第二前臂绑带；所述第三盘式驱动电机外端与第三电机过渡板固定连接，第三电机过渡板与第三减速器组外缘和第三减速器端盖外缘固定连接，第三盘式驱动电机输出轴通过联轴器与第三减速器组输入轴相连，第三减速器组的输出轴与第三盘式弹性元件固定连接，第三盘式弹性元件外缘与第三上臂杆的另一端固定连接，构成第四转动副，所述第一前臂杆的一端与第三减速器组外缘固定连接，所述前臂绑带固定板固定安装在第一前臂杆上，所述第一前臂绑带和第二前臂绑带固定在前臂绑带固定板上；
所述手部模块包括第二前臂杆、六维力传感器、手部弯曲杆以及末端操作手柄；所述第二前臂杆的一端和第一前臂杆通过移动副结构连接并紧固，第二前臂杆的另一端与六维力传感器的外侧固定连接，六维力传感器的内侧与手部弯曲杆的中部固定连接，所述末端操作手柄固定在手部弯曲杆的两端之间。
所述的基于串联弹性驱动器的上肢用康复外骨骼机器人及方法的工作方法，其特征在于：所述肩部外摆/内收关节、肩部前屈/后伸关节、肩部旋内/旋外关节以及肘部前屈/后伸关节通过改变关节角度来实现左上肢和右上肢两种工作模式的切换；在穿戴时，所述肩部前屈/后伸关节与肘部前屈/后伸关节之间的距离、肘部前屈/后伸关节与手部模块之间的距离根据患者的身材进行调整；调整好后，所述肩部外摆/内收关节的第一转动副延长线、肩部前屈/后伸关节的第二转动副延长线以及肩部旋内/旋外关节的第三转动副延长线相交于人体肩关节放置点；所述肩部旋内/旋外关节的第三转动副延长线和肘部前屈/后伸关节的第四转动副延长线相交于人体肘关节放置点；通过所述各关节的驱动电机内置的高精度编码器，实时测量机器人的运动学参数，手部模块的六维力传感器实时测量人体手部与外骨骼之间的交互力，结合运动学参数、交互力信息以及患者偏瘫程度，机器人分别针对急性期患者执行被动训练模式，针对恢复期患者执行示教训练模式、助力训练模式，针对后遗症期患者执行主动训练模式、阻抗训练模式。
本发明的优选方案中，所述肩部前屈/后伸关节与肘部前屈/后伸关节之间的距离、肘部前屈/后伸关节与手部模块之间的距离可以根据患者的身材进行调整，保证穿戴的协调性与舒适性。
本发明的优选方案中，所述各关节的驱动电机均内置高精度编码器，可以实时测量机器人的运动学参数，手部模块的六维力传感器可以实时测量人体手部与外骨骼之间的交互力，结合运动学参数、交互力信息以及患者偏瘫程度，机器人可以分别针对急性期患者执行被动训练模式，针对恢复期患者执行示教训练模式、助力训练模式，针对后遗症期患者执行主动训练模式、阻抗训练模式。
本发明能辅助偏瘫患者进行左右上肢肩关节和肘关节的康复训练，并能针对患者的瘫痪程度执行多种康复策略，利用串联弹性驱动器增加机器人关节柔顺性，提升了训练过程的舒适性和安全性。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
（1）传统的上肢康复外骨骼机器人往往只能实现单侧患肢的康复训练，如果要进行双侧患肢的康复训练则需要配备两套康复系统，增加了医疗康复设备成本和占地空间。本发明通过对机器人结构的合理优化设计，只需要调整相应关节角度就可以实现左上肢和右上肢两种工作模式的切换，方便不同偏瘫侧的患者进行康复训练。
（2）传统的上肢康复外骨骼机器人的驱动装置与运动关节之间为多为刚性连接，不仅降低了训练过程的舒适性，而且外界扰动和冲击还会对患者造成伤害。本发明将驱动电机与弹性元件相串联，组成串联弹性驱动器。串联弹性驱动器可以增加机器人关节的柔顺性，在承受外界扰动和冲击时起缓冲减震作用，提升训练安全性与舒适性。
（3）传统的上肢康复外骨骼机器人训练模式单一，往往只能进行简单的被动牵引训练，不利于患者康复速度的提高。本发明结合机器人运动学参数以及人机交互力信息，可以针对不同瘫痪程度的患者制定针对性的康复训练策略和模式，包括针对急性期患者的被动训练模式，针对恢复期患者的示教训练模式、助力训练模式，以及针对后遗症期患者的主动训练模式、阻抗训练模式等。
附图说明
图1是本发明的右上肢训练模式整体结构示意图；
图2是本发明的左上肢训练模式整体结构示意图；
图3是本发明中的移动机架与高度调节模块结构示意图；
图4是本发明中的肩部上提/下降关节与外摆/内收关节结构示意图；
图5是本发明中的肩部前屈/后伸关节结构示意图；
图6是本发明中的肩部旋内/旋外关节结构示意图；
图7是本发明中的肘部前屈/后伸关节与手部模块结构示意图。
图中有：移动机架1、高度调节模块2、肩部上提/下降关节3、肩部外摆/内收关节4、肩部前屈/后伸关节5、肩部旋内/旋外关节6、肘部前屈/后伸关节7、手部模块8、推杆11、控制柜12、万向轮组13、固定板21、手轮22、垂直底座23、联轴器24、丝杠25、移动平台26、第一光轴27、上轴承座28、第二光轴29、下轴承座210、后侧上杆31、后侧左杆32、后侧下杆33、后侧右杆34、前侧上杆35、前侧左杆36、前侧下杆37、前侧右杆38、左上转轴39、左下转轴310、右下转轴311、右上转轴312、平衡弹簧313、第一盘式驱动电机41、第一电机过渡板42、第一减速器组43、第一减速器端盖44、第一驱动输出板45、第一盘式弹性元件46、第二盘式驱动电机51、第二电机过渡板52、第二减速器组53、第二减速器端盖54、第二驱动输出板55、第二盘式弹性元件56、第一上臂杆57、第二上臂杆61、弧形支架62、弧形齿条63、第一弧形滑块64、第二弧形滑块65、弧形滑块底板66、电机挡圈67、弹性齿轮68、电机支座69、圆柱式驱动电机610、第三上臂杆611、上臂绑带固定板612、第一上臂绑带613、第二上臂绑带614、弧形导轨615、第一限位块616、第二限位块617、第三盘式驱动电机71、第三电机过渡板72、第三减速器组73、第三减速器端盖74、第三盘式弹性元件75、第一前臂杆76、第一前臂绑带77、前臂绑带固定板78、第二前臂绑带79、第二前臂杆81、六维力传感器82、手部弯曲杆83、末端操作手柄84。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图，详细说明本发明的技术方案。
如图1至图7所示，一种基于串联弹性驱动器的左右上肢可用康复外骨骼机器人，该机构包括依次连接的移动机架1、高度调节模块2、肩部上提/下降关节3、肩部外摆/内收关节4、肩部前屈/后伸关节5、肩部旋内/旋外关节6、肘部前屈/后伸关节7、以及手部模块8。
移动机架1包括控制柜12；高度调节模块2包括手轮22、垂直底座23、联轴器24、丝杠25、移动平台26、第一光轴27、上轴承座28、第二光轴29以及下轴承座210，垂直底座23与控制柜12相固定，上轴承座28和下轴承座210固定于垂直底座23一侧，丝杠25、第一光轴27、以及第二光轴29的两端分别安装在上轴承座28和下轴承座210中，手轮22通过联轴器24与丝杠25的一端固定连接，移动平台26中间开有螺纹孔，并与丝杠25相互旋合，移动平台26两侧装有分别与第一光轴27、第二光轴29相配合的滑块，转动手轮22可以调整移动平台26在竖直方向的位置；肩部上提/下降关节3包括后侧上杆31、后侧左杆32、后侧下杆33、后侧右杆34、前侧上杆35、前侧左杆36、前侧下杆37、前侧右杆38，还包括左上转轴39、左下转轴310、右下转轴311、右上转轴312和平衡弹簧313，后侧上杆31、后侧下杆33、前侧上杆35、前侧下杆37相互平行长短一致，后侧左杆32、后侧右杆34、前侧左杆36、前侧右杆38相互平行长短一致，左上转轴39、左下转轴310、右下转轴311、右上转轴312相互平行长短一致，左上转轴39的后端与后侧上杆31左端、后侧左杆32上端均铰接，左下转轴310的后端与后侧左杆32的下端、后侧下杆33的左端均铰接，右下转轴311的后端与后侧下杆33的右端、后侧右杆34的下端均铰接，右上转轴312的后端与后侧右杆34的上端、后侧上杆31的右端均铰接，左上转轴39的前端与前侧上杆35左端、前侧左杆36上端均铰接，左下转轴310的前端与前侧左杆36的下端、前侧下杆37的左端均铰接，右下转轴311的前端与前侧下杆37的右端、前侧右杆38的下端均铰接，右上转轴312的前端与前侧右杆38的上端、前侧上杆35的右端均铰接；上述平衡弹簧313一端连接左上转轴39，另一端连接右下转轴311，后侧左杆32和前侧左杆36与所述高度调节模块2的移动平台26固定连接；肩部外摆/内收关节4包括第一盘式驱动电机41、第一电机过渡板42、第一减速器组43、第一减速器端盖44、第一驱动输出板45以及第一盘式弹性元件46，第一盘式驱动电机41外侧与第一电机过渡板42固定连接，第一电机过渡板42与第一减速器组43的外缘和第一减速器端盖44的外缘固定连接，第一盘式驱动电机41输出轴通过联轴器与第一减速器组43输入轴相连，第一减速器组43的输出轴与第一盘式弹性元件46固定连接，第一盘式弹性元件46的外缘与第一驱动输出板45的一端固定连接构成第一转动副R1，实现肩部外摆/内收运动，第一盘式驱动电机41、第一电机过渡板42、第一减速器组43、第一减速器端盖44、以及第一盘式弹性元件46组成第一串联弹性驱动器，使肩部外摆/内收关节4具有柔顺性，第一驱动输出板45的另一端与后侧右杆34及前侧右杆38固定连接；肩部前屈/后伸关节5包括第二盘式驱动电机51、第二电机过渡板52、第二减速器组53、第二减速器端盖54、第二驱动输出板55、第二盘式弹性元件56以及第一上臂杆57，第二盘式驱动电机51外端与第二电机过渡板52固定连接，第二电机过渡板52与第二减速器组53的外缘和第二减速器端盖54的外缘固定连接，第二盘式驱动电机51输出轴通过联轴器与第二减速器组53输入轴相连，第二减速器组53的输出轴与第二盘式弹性元件56固定连接，第二盘式弹性元件56的外缘与第二驱动输出板55的一端固定连接构成第二转动副R2，实现肩部前屈/后伸运动，第二盘式驱动电机51、第二电机过渡板52、第二减速器组53、第二减速器端盖54、以及第二盘式弹性元件56组成第二串联弹性驱动器，使肩部前屈/后伸关节5具有柔顺性，第一上臂杆57的一端与第一减速器组43外缘固定连接，另一端与第二减速器组53外缘固定连接；所述肩部旋内/旋外关节6包括第二上臂杆61、弧形支架62、弧形齿条63、第一弧形滑块64、第二弧形滑块65、弧形滑块底板66、电机挡圈67、弹性齿轮68、电机支座69、圆柱式驱动电机610、第三上臂杆611、上臂绑带固定板612、第一上臂绑带613、第二上臂绑带614、弧形导轨615、第一限位块616、以及第二限位块617，第二上臂杆61的一端和第二驱动输出板55的通过移动副结构连接并紧固，第二上臂杆61的另一端与弧形支架62的固定连接，弧形齿条63、弧形导轨615与所述弧形支架62相对固定，第一弧形滑块64和第二弧形滑块65安装在弧形导轨615上，第一弧形滑块64和第二弧形滑块65与弧形滑块底板66固定连接，第三上臂杆611的一端的分别与弧形滑块底板66和电机支座69固定连接，构成第三转动副R3，实现肩部旋内/旋外运动，弹性齿轮68和圆柱式驱动电机610组成第三串联弹性驱动器，使肩部旋内/旋外关节6具有柔顺性，圆柱式驱动电机610固定安装在电机支座69上，圆柱式驱动电机610的转轴穿过电机支座69中部的安装孔后与弹性齿轮68连接，电机挡圈67通过螺栓固定在圆柱式驱动电机610的转轴的顶端，弹性齿轮68和弧形齿条63保持啮合，上臂绑带固定板612固定安装在第三上臂杆611上，第一上臂绑带613和第二上臂绑带614固定在上臂绑带固定板612上，第一限位块616和第二限位块617分别固定安装在弧形支架62两端；肘部前屈/后伸关节7包括第三盘式驱动电机71、第三电机过渡板72、第三减速器组73、第三减速器端盖74、第三盘式弹性元件75、第一前臂杆76、第一前臂绑带77、前臂绑带固定板78以及第二前臂绑带79，第三盘式驱动电机71外端与第三电机过渡板72固定连接，第三电机过渡板72与第三减速器组73外缘和第三减速器端盖74外缘固定连接，第三盘式驱动电机71输出轴通过联轴器与第三减速器组73输入轴相连，第三减速器组73的输出轴与第三盘式弹性元件75固定连接，第三盘式弹性元件75外缘与第三上臂杆611的另一端固定连接，构成第四转动副R4，实现肘部前屈/后伸运动，第三盘式驱动电机71、第三电机过渡板72、第三减速器组73、第三减速器端盖74、以及第三盘式弹性元件75组成第四串联弹性驱动器，使肘部前屈/后伸关节7具有柔顺性，第一前臂杆76的一端与第三减速器组73外缘固定连接，前臂绑带固定板78固定安装在第一前臂杆76上，第一前臂绑带77和第二前臂绑带79固定在前臂绑带固定板78上；手部模块8包括第二前臂杆81、六维力传感器82、手部弯曲杆83以及末端操作手柄84，第二前臂杆81的一端和第一前臂杆76通过移动副结构连接并紧固，第二前臂杆81的另一端与六维力传感器82的外侧固定连接，六维力传感器82的内侧与手部弯曲杆83的中部固定连接，末端操作手柄84固定在手部弯曲杆83的两端之间。
进一步，如图3所示，移动机架1还包括推杆11、以及万向轮组13，推杆11固定在控制柜12顶端，所述万向轮组13与控制柜12底端的四个底角固定连接，推动推杆11可以调整移动机架1在水平方向的位置。
进一步，如图6、图7所示，第一上臂绑带613、第二上臂绑带614、第一前臂绑带77以及第二前臂绑带79均采用柔性材料。
进一步，如图1、图2所示，肩部外摆/内收关节4、肩部前屈/后伸关节5、肩部旋内/旋外关节6、以及肘部前屈/后伸关节7可以通过改变关节角度来实现左上肢和右上肢两种工作模式的切换。
进一步，如图5至图7所示，肩部前屈/后伸关节与肘部前屈/后伸关节之间的距离、肘部前屈/后伸关节与手部模块之间的距离根据患者的身材进行调整，以保证穿戴的协调性与舒适性，调整好后，肩部外摆/内收关节4的第一转动副R1延长线、肩部前屈/后伸关节5的第二转动副R2延长线以及肩部旋内/旋外关节6的第三转动副R3延长线相交于人体肩关节放置点S，肩部旋内/旋外关节6的第三转动副R3延长线和肘部前屈/后伸关节7的第四转动副R4延长线相交于人体肘关节放置点E。
进一步，各关节的驱动电机内置的高精度编码器，实时测量机器人的运动学参数，手部模块的六维力传感器实时测量人体手部与外骨骼之间的交互力，结合运动学参数、交互力信息以及患者偏瘫程度，机器人分别针对急性期患者执行被动训练模式，针对恢复期患者执行示教训练模式、助力训练模式，针对后遗症期患者执行主动训练模式、阻抗训练模式。
进一步，如图4所示，后侧右杆34、后侧上杆31、后侧左杆32、以及后侧下杆33构成第一平行四边形连杆机构，前侧上杆35、前侧左杆36、前侧下杆37、以及前侧右杆38构成第二平行四边形连杆机构，第一平行四边形连杆机构和第二平行四边形连杆机构使第一驱动输出板45始终保持竖直，并实现肩部上提/下降运动，当第一驱动输出板45在竖直方向的位置发生变化的时候，平衡弹簧313的长度发生变化，平衡弹簧313的弹性势能变化量可以补偿外骨骼机器人的重力势能变化量，实现系统整体的重力平衡。
上述基于串联弹性驱动器的左右上肢可用康复外骨骼机器人的工作过程为：根据患者的训练需要将康复外骨骼机器人设置为左上肢或右上肢工作模式。患者上臂和前臂贴近康复外骨骼机器人的内侧，手部握紧末端操作手柄84。调整高度调节模块2的竖直位置、第一上臂杆57和第二上臂杆61的相对位置、以及第一前臂杆76和第二前臂杆81的相对位置，使肩部外摆/内收关节4的第一转动副延长线、肩部前屈/后伸关节5的第二转动副延长线以及肩部旋内/旋外关节6的第三转动副延长线相交于人体肩关节放置点，肩部旋内/旋外关节6的第三转动副延长线和肘部前屈/后伸关节7的第四转动副延长线相交于人体肘关节放置点。患者上臂贴紧上臂绑带固定板612，并通过第一上臂绑带613和第二上臂绑带614绑紧连接。患者前臂贴紧前臂绑带固定板78，并通过第一前臂绑带77和第二前臂绑带79绑紧连接。根据患者偏瘫程度和需求设置康复训练模式，机器人系统采集、分析、处理各关节编码器以及六维力传感器82的传感信号，辅助患者完成康复训练。
本发明的创新之处在于，通过对机器人结构的合理优化设计，只需要调整相应关节角度就可以实现左上肢和右上肢两种工作模式的切换，方便不同偏瘫侧的患者进行康复训练，降低了医疗康复设备成本。利用串联弹性驱动器增加机器人关节的柔顺性，在承受外界扰动和冲击时起缓冲减震作用，提升了训练安全性与舒适性。结合机器人运动学参数、人机交互力信息，为不同偏瘫程度的患者制定多种针对性康复训练模式，提高治疗效果。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于串联弹性驱动器的上肢用康复外骨骼机器人，其特征在于，该机器人包括依次连接的移动机架（1）、高度调节模块（2）、肩部上提/下降关节（3）、肩部外摆/内收关节（4）、肩部前屈/后伸关节（5）、肩部旋内/旋外关节（6）、肘部前屈/后伸关节（7）、以及手部模块（8）；
所述移动机架（1）包括控制柜（12）；
所述高度调节模块（2）包括手轮（22）、垂直底座（23）、联轴器（24）、丝杠（25）、移动平台（26）、第一光轴（27）、上轴承座（28）、第二光轴（29）以及下轴承座（210）；所述垂直底座（23）与所述控制柜(12) 相固定，上轴承座（28）和下轴承座（210）固定于所述垂直底座（23）一侧，所述丝杠（25）、第一光轴（27）、以及第二光轴（29）的两端分别安装在上轴承座（28）和下轴承座（210）中，所述手轮（22）通过联轴器（24）与丝杠（25）的一端固定连接，所述移动平台（26）中间开有螺纹孔，并与丝杠（25）相互旋合，移动平台（26）两侧装有分别与第一光轴（27）、第二光轴（29）相配合的滑块；
所述肩部上提/下降关节（3）包括后侧上杆（31）、后侧左杆（32）、后侧下杆（33）、后侧右杆（34）、前侧上杆（35）、前侧左杆（36）、前侧下杆（37）、前侧右杆（38），还包括左上转轴（39）、左下转轴（310）、右下转轴（311）、右上转轴（312）和平衡弹簧（313）；其中后侧上杆（31）、后侧下杆（33）、前侧上杆（35）、前侧下杆（37）相互平行长短一致；后侧左杆（32）、后侧右杆（34）、前侧左杆（36）、前侧右杆（38）相互平行长短一致；左上转轴（39）、左下转轴（310）、右下转轴（311）、右上转轴（312）相互平行长短一致；
其中左上转轴（39）的后端与后侧上杆（31）左端、后侧左杆（32）上端均铰接，左下转轴（310）的后端与后侧左杆（32）的下端、后侧下杆（33）的左端均铰接，右下转轴（311）的后端与后侧下杆（33）的右端、后侧右杆（34）的下端均铰接，右上转轴（312）的后端与后侧右杆（34）的上端、后侧上杆（31）的右端均铰接；左上转轴（39）的前端与前侧上杆（35）左端、前侧左杆（36）上端均铰接，左下转轴（310）的前端与前侧左杆（36）的下端、前侧下杆（37）的左端均铰接，右下转轴（311）的前端与前侧下杆（37）的右端、前侧右杆（38）的下端均铰接，右上转轴（312）的前端与前侧右杆（38）的上端、前侧上杆（35）的右端均铰接；上述平衡弹簧（313）一端连接左上转轴（39），另一端连接右下转轴（311）；后侧左杆（32）和前侧左杆（36）与所述高度调节模块（2）的移动平台（26）固定连接；
所述肩部外摆/内收关节（4）包括第一盘式驱动电机（41）、第一电机过渡板（42）、第一减速器组（43）、第一减速器端盖（44）、第一驱动输出板（45）以及第一盘式弹性元件（46）；所述第一盘式驱动电机（41）外侧与第一电机过渡板（42）固定连接，第一电机过渡板（42）与第一减速器组（43）的外缘和第一减速器端盖（44）的外缘固定连接；第一盘式驱动电机（41）输出轴通过联轴器与第一减速器组（43）输入轴相连，第一减速器组（43）的输出轴与第一盘式弹性元件（46）固定连接，第一盘式弹性元件（46）的外缘与第一驱动输出板（45）的一端固定连接构成第一转动副（R1），第一驱动输出板（45）的另一端与后侧右杆（34）及前侧右杆（38）固定连接；
所述肩部前屈/后伸关节（5）包括第二盘式驱动电机（51）、第二电机过渡板（52）、第二减速器组（53）、第二减速器端盖（54）、第二驱动输出板（55）、第二盘式弹性元件（56）以及第一上臂杆（57）；所述第二盘式驱动电机（51）外端与第二电机过渡板（52）固定连接，第二电机过渡板（52）与第二减速器组（53）的外缘和第二减速器端盖（54）的外缘固定连接，第二盘式驱动电机（51）输出轴通过联轴器与第二减速器组（53）输入轴相连，第二减速器组（53）的输出轴与第二盘式弹性元件（56）固定连接，第二盘式弹性元件（56）的外缘与第二驱动输出板（55）的一端固定连接构成第二转动副（R2），所述第一上臂杆（57）的一端与第一减速器组（43）外缘固定连接，另一端与第二减速器组（53）外缘固定连接；
所述肩部旋内/旋外关节（6）包括第二上臂杆（61）、弧形支架（62）、弧形齿条（63）、第一弧形滑块（64）、第二弧形滑块（65）、弧形滑块底板（66）、电机挡圈（67）、弹性齿轮（68）、电机支座（69）、圆柱式驱动电机（610）、第三上臂杆（611）、上臂绑带固定板（612）、第一上臂绑带（613）、第二上臂绑带（614）、弧形导轨（615）、第一限位块（616）以及第二限位块（617）；
所述第二上臂杆（61）的一端和第二驱动输出板（55）的通过移动副结构连接并紧固，第二上臂杆（61）的另一端与弧形支架（62）的固定连接，所述弧形齿条（63）、弧形导轨（615）与所述弧形支架（62）相对固定，所述第一弧形滑块（64）和第二弧形滑块（65）安装在弧形导轨（615）上，第一弧形滑块（64）和第二弧形滑块（65）与弧形滑块底板（66）固定连接，所述第三上臂杆（611）的一端的分别与弧形滑块底板（66）和电机支座（69）固定连接，构成第三转动副（R3），所述圆柱式驱动电机（610）固定安装在电机支座（69）上，圆柱式驱动电机（610）的转轴穿过电机支座（69）中部的安装孔后与弹性齿轮（68）连接，所述电机挡圈（67）通过螺栓固定在圆柱式驱动电机（610）的转轴的顶端，弹性齿轮（68）和弧形齿条（63）保持啮合，所述上臂绑带固定板（612）固定安装在第三上臂杆（611）上，所述第一上臂绑带（613）和第二上臂绑带（614）固定在上臂绑带固定板（612）上，所述第一限位块（616）和第二限位块（617）分别固定安装在弧形支架（62）两端；
所述肘部前屈/后伸关节（7）包括第三盘式驱动电机（71）、第三电机过渡板（72）、第三减速器组（73）、第三减速器端盖（74）、第三盘式弹性元件（75）、第一前臂杆（76）、第一前臂绑带（77）、前臂绑带固定板（78）以及第二前臂绑带（79）；所述第三盘式驱动电机（71）外端与第三电机过渡板（72）固定连接，第三电机过渡板（72）与第三减速器组（73）外缘和第三减速器端盖（74）外缘固定连接，第三盘式驱动电机（71）输出轴通过联轴器与第三减速器组（73）输入轴相连，第三减速器组（73）的输出轴与第三盘式弹性元件（75）固定连接，第三盘式弹性元件（75）外缘与第三上臂杆（611）的另一端固定连接，构成第四转动副（R4），所述第一前臂杆（76）的一端与第三减速器组（73）外缘固定连接，所述前臂绑带固定板（78）固定安装在第一前臂杆（76）上，所述第一前臂绑带（77）和第二前臂绑带（79）固定在前臂绑带固定板（78）上；
所述手部模块（8）包括第二前臂杆（81）、六维力传感器（82）、手部弯曲杆（83）以及末端操作手柄（84）；所述第二前臂杆（81）的一端和第一前臂杆（76）通过移动副结构连接并紧固，第二前臂杆（81）的另一端与六维力传感器（82）的外侧固定连接，六维力传感器（82）的内侧与手部弯曲杆（83）的中部固定连接，所述末端操作手柄（84）固定在手部弯曲杆（83）的两端之间。
2.根据权利要求1所述的基于串联弹性驱动器的上肢用康复外骨骼机器人，其特征在于，所述移动机架（1）还包括推杆（11）、以及万向轮组（13），所述推杆（11）固定在控制柜（12）顶端，所述万向轮组（13）与控制柜（12）底端的四个底角固定连接。
3.根据权利要求1所述的基于串联弹性驱动器的上肢用康复外骨骼机器人，其特征在于，所述第一上臂绑带（613）、第二上臂绑带（614）、第一前臂绑带（77）以及第二前臂绑带（79）均采用柔性材料。
4.根据权利要求1所述的基于串联弹性驱动器的上肢用康复外骨骼机器人的工作方法，其特征在于：
所述肩部外摆/内收关节（4）、肩部前屈/后伸关节（5）、肩部旋内/旋外关节（6）以及肘部前屈/后伸关节（7）通过改变关节角度来实现左上肢和右上肢两种工作模式的切换；
在穿戴时，所述肩部前屈/后伸关节与肘部前屈/后伸关节之间的距离、肘部前屈/后伸关节与手部模块之间的距离根据患者的身材进行调整；
调整好后，所述肩部外摆/内收关节（4）的第一转动副（R1）延长线、肩部前屈/后伸关节（5）的第二转动副（R2）延长线以及肩部旋内/旋外关节（6）的第三转动副（R3）延长线相交于人体肩关节放置点（S）；所述肩部旋内/旋外关节（6）的第三转动副（R3）延长线和肘部前屈/后伸关节（7）的第四转动副（R4）延长线相交于人体肘关节放置点（E）；
通过所述各关节的驱动电机内置的高精度编码器，实时测量机器人的运动学参数，手部模块的六维力传感器实时测量人体手部与外骨骼之间的交互力，结合运动学参数、交互力信息以及患者偏瘫程度，机器人分别针对急性期患者执行被动训练模式，针对恢复期患者执行示教训练模式、助力训练模式，针对后遗症期患者执行主动训练模式、阻抗训练模式。
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Cited By (44)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106625611A (zh) * 2017-02-27 2017-05-10 公安部上海消防研究所 一种消防手持工具助力装置及其工作方法
CN107362001A (zh) * 2017-08-02 2017-11-21 东莞威信运动用品有限公司 多自由度的人体肢臂助力外骨骼
CN107440881A (zh) * 2017-08-16 2017-12-08 安阳市翔宇医疗设备有限责任公司 上肢关节多方位训练装置
CN107736983A (zh) * 2017-10-24 2018-02-27 浙江大学 一种柔性肩关节康复外骨骼机构
CN107854277A (zh) * 2017-11-21 2018-03-30 中国科学院自动化研究所 腕关节康复训练装置
CN107928990A (zh) * 2017-12-22 2018-04-20 洛阳理工学院 一种用于上肢的康复性训练机器人
CN108042315A (zh) * 2018-01-24 2018-05-18 上海卓道医疗科技有限公司 一种便携式上肢康复训练装置
CN108814890A (zh) * 2018-03-12 2018-11-16 南京航空航天大学 重力平衡末端牵引式上肢康复机器人及工作方法
CN109009875A (zh) * 2018-08-20 2018-12-18 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 个性化上肢康复训练机器人
CN109079841A (zh) * 2018-11-09 2018-12-25 苏州大学 一种用于上肢外骨骼机器人回旋运动的关节
CN109124984A (zh) * 2018-08-20 2019-01-04 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 用于上肢康复训练机器人的关节模块
CN109124985A (zh) * 2018-08-20 2019-01-04 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 基于路径规划的个性化上肢康复训练机器人系统
TWI650114B (zh) * 2017-11-21 2019-02-11 上銀科技股份有限公司 上肢復健設備
CN109529274A (zh) * 2018-11-13 2019-03-29 南京邮电大学 基于冗余机械臂上肢关节主动康复系统及其训练方法
CN109620638A (zh) * 2018-12-17 2019-04-16 贵州大学 一种高度可调的肘关节康复训练装置
CN109620640A (zh) * 2018-12-17 2019-04-16 贵州大学 一种前臂可调节式肘关节康复训练装置
CN109773763A (zh) * 2019-03-22 2019-05-21 陕西理工大学 一种艺术创作助力机械手
CN109925162A (zh) * 2017-12-18 2019-06-25 中国科学院沈阳自动化研究所 一种肩胛带仿生助力柔性外骨骼机构
CN109953868A (zh) * 2017-12-22 2019-07-02 中国科学院沈阳自动化研究所 一种腕部扭摆助力康复装置
CN110074945A (zh) * 2019-06-10 2019-08-02 上海理工大学 一种用于中央驱动上肢康复机器人的前臂自适应机构
CN110181482A (zh) * 2019-05-23 2019-08-30 北京邮电大学 一种模块化七自由度上肢外骨骼机器人
CN110238819A (zh) * 2019-07-11 2019-09-17 北京航空航天大学 一种柔性可穿戴肩关节助力外骨骼服
CN110251364A (zh) * 2019-06-11 2019-09-20 山东建筑大学 一种上肢康复训练机器人
CN110624209A (zh) * 2019-08-13 2019-12-31 袁远 健身设备、数据监控方法及其装置、计算机可读存储介质
CN110787027A (zh) * 2019-11-29 2020-02-14 东莞理工学院 一种上肢康复训练外骨骼机器人
WO2020038012A1 (zh) * 2018-08-20 2020-02-27 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 个性化上肢康复训练机器人
CN110859731A (zh) * 2019-10-25 2020-03-06 西北工业大学 六自由度外骨骼式上肢康复机器人
CN110960395A (zh) * 2019-12-12 2020-04-07 中国科学院自动化研究所 一种外骨骼式上肢康复机器人
CN110974628A (zh) * 2019-12-30 2020-04-10 山东大学 一种上肢康复训练装置
CN110975233A (zh) * 2019-12-12 2020-04-10 吉林省微核实控机电科技有限责任公司 关节机构及关节训练装置
CN111110509A (zh) * 2019-12-25 2020-05-08 南京理工大学 一种可互换且避奇异的七自由度上肢外骨骼康复机器人
CN111228743A (zh) * 2020-02-27 2020-06-05 利辛县儒康医药有限公司 一种关节活动辅助装置
CN111281741A (zh) * 2020-02-26 2020-06-16 南京邮电大学 面向不同体型的可重构式外骨骼上肢康复机器人
CN112535614A (zh) * 2020-12-04 2021-03-23 济南国科医工科技发展有限公司 一种多自由度并联式康复机器人关节
CN112549001A (zh) * 2020-12-22 2021-03-26 上海航天控制技术研究所 基于弹性元件的外骨骼关节力位复合柔顺控制方法及系统
CN113476273A (zh) * 2021-07-16 2021-10-08 何昊翔 一种肩关节功能障碍肩周炎康复辅助仪器
CN113576829A (zh) * 2021-06-25 2021-11-02 北京机械设备研究所 一种上肢外骨骼的小臂旋转机构及康复训练装置
CN113663293A (zh) * 2021-08-24 2021-11-19 孟令杰 一种腕关节松动术训练仪
CN113843801A (zh) * 2021-10-18 2021-12-28 上海节卡机器人科技有限公司 复合机器人的控制方法、装置及系统
CN113908016A (zh) * 2021-11-02 2022-01-11 复旦大学 一种四自由度的肘腕关节康复训练装置
CN114209554A (zh) * 2022-01-25 2022-03-22 安徽职业技术学院 一种基于康复训练的肘关节牵引系统
CN114367092A (zh) * 2022-01-17 2022-04-19 宜昌市中心人民医院(三峡大学第一临床医学院、三峡大学附属中心人民医院) 辅助扩胸运动心肺康复训练装置
CN114533496A (zh) * 2022-03-07 2022-05-27 山东建筑大学 一种肩部康复外骨骼机器人
KR20230076360A (ko) * 2021-11-24 2023-05-31 가천대학교 산학협력단 어깨 재활 장치

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4974996A (en) * 1987-11-13 1990-12-04 Tecnomare Spa Process and device for the precision positioning of bodies on fixed structures under high depth waters
JP2001200989A (ja) * 1999-11-09 2001-07-27 Natl Inst Of Advanced Industrial Science & Technology Meti 三次元可動構造物の自動組立体
CN101288620A (zh) * 2008-06-13 2008-10-22 哈尔滨工程大学 三自由度肩、肘关节力反馈式康复机器人
CN102119902A (zh) * 2011-03-29 2011-07-13 浙江大学 可穿戴式的7自由度上肢运动康复训练外骨骼
US20110190934A1 (en) * 2010-02-02 2011-08-04 Gm Global Technology Operations, Inc. Architecture for robust force and impedance control of series elastic actuators
CN102727360A (zh) * 2012-06-06 2012-10-17 常州汉迪机器人科技有限公司 人体上肢康复机器人
CN104245247A (zh) * 2012-04-13 2014-12-24 睿信科机器人有限公司 用于串联式弹性致动器的弯曲元件及相关方法
CN104490565A (zh) * 2014-12-26 2015-04-08 上海交通大学 七自由度外骨骼式上肢康复机器人
CN104622668A (zh) * 2015-03-04 2015-05-20 国家康复辅具研究中心 一种肩关节运动仿生康复训练装置
CN104873360A (zh) * 2015-04-17 2015-09-02 东南大学 一种基于套索驱动的上肢康复外骨骼机器人
US9296102B2 (en) * 2012-01-11 2016-03-29 Technion Research And Development Foundation Ltd. Robot, device and a method for central pattern generator(CPG) based control of a movement of the robot
US20160101322A1 (en) * 2014-10-09 2016-04-14 Rethink Motion Inc. Series Elastic Motorized Exercise Machine
CN105597280A (zh) * 2016-03-21 2016-05-25 哈尔滨工业大学 一种主被动混合上肢康复训练外骨骼

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4974996A (en) * 1987-11-13 1990-12-04 Tecnomare Spa Process and device for the precision positioning of bodies on fixed structures under high depth waters
JP2001200989A (ja) * 1999-11-09 2001-07-27 Natl Inst Of Advanced Industrial Science & Technology Meti 三次元可動構造物の自動組立体
CN101288620A (zh) * 2008-06-13 2008-10-22 哈尔滨工程大学 三自由度肩、肘关节力反馈式康复机器人
US20110190934A1 (en) * 2010-02-02 2011-08-04 Gm Global Technology Operations, Inc. Architecture for robust force and impedance control of series elastic actuators
CN102119902A (zh) * 2011-03-29 2011-07-13 浙江大学 可穿戴式的7自由度上肢运动康复训练外骨骼
US9296102B2 (en) * 2012-01-11 2016-03-29 Technion Research And Development Foundation Ltd. Robot, device and a method for central pattern generator(CPG) based control of a movement of the robot
CN104245247A (zh) * 2012-04-13 2014-12-24 睿信科机器人有限公司 用于串联式弹性致动器的弯曲元件及相关方法
CN102727360A (zh) * 2012-06-06 2012-10-17 常州汉迪机器人科技有限公司 人体上肢康复机器人
US20160101322A1 (en) * 2014-10-09 2016-04-14 Rethink Motion Inc. Series Elastic Motorized Exercise Machine
CN104490565A (zh) * 2014-12-26 2015-04-08 上海交通大学 七自由度外骨骼式上肢康复机器人
CN104622668A (zh) * 2015-03-04 2015-05-20 国家康复辅具研究中心 一种肩关节运动仿生康复训练装置
CN104873360A (zh) * 2015-04-17 2015-09-02 东南大学 一种基于套索驱动的上肢康复外骨骼机器人
CN105597280A (zh) * 2016-03-21 2016-05-25 哈尔滨工业大学 一种主被动混合上肢康复训练外骨骼

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《应用科技》 *

Cited By (67)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106625611A (zh) * 2017-02-27 2017-05-10 公安部上海消防研究所 一种消防手持工具助力装置及其工作方法
CN106625611B (zh) * 2017-02-27 2023-08-22 应急管理部上海消防研究所 一种消防手持工具助力装置及其工作方法
CN107362001A (zh) * 2017-08-02 2017-11-21 东莞威信运动用品有限公司 多自由度的人体肢臂助力外骨骼
CN107362001B (zh) * 2017-08-02 2023-12-19 广东群旺科技股份有限公司 多自由度的人体肢臂助力外骨骼
CN107440881A (zh) * 2017-08-16 2017-12-08 安阳市翔宇医疗设备有限责任公司 上肢关节多方位训练装置
CN107440881B (zh) * 2017-08-16 2023-06-30 河南翔宇医疗设备股份有限公司 上肢关节多方位训练装置
CN107736983A (zh) * 2017-10-24 2018-02-27 浙江大学 一种柔性肩关节康复外骨骼机构
CN107736983B (zh) * 2017-10-24 2019-06-14 浙江大学 一种柔性肩关节康复外骨骼机构
TWI650114B (zh) * 2017-11-21 2019-02-11 上銀科技股份有限公司 上肢復健設備
CN107854277A (zh) * 2017-11-21 2018-03-30 中国科学院自动化研究所 腕关节康复训练装置
CN107854277B (zh) * 2017-11-21 2020-10-23 北京中科鸿泰医疗科技有限公司 腕关节康复训练装置
CN109925162A (zh) * 2017-12-18 2019-06-25 中国科学院沈阳自动化研究所 一种肩胛带仿生助力柔性外骨骼机构
CN109953868A (zh) * 2017-12-22 2019-07-02 中国科学院沈阳自动化研究所 一种腕部扭摆助力康复装置
CN107928990A (zh) * 2017-12-22 2018-04-20 洛阳理工学院 一种用于上肢的康复性训练机器人
CN109953868B (zh) * 2017-12-22 2023-08-22 中国科学院沈阳自动化研究所 一种腕部扭摆助力康复装置
CN107928990B (zh) * 2017-12-22 2024-01-19 洛阳理工学院 一种用于上肢的康复性训练机器人
CN108042315A (zh) * 2018-01-24 2018-05-18 上海卓道医疗科技有限公司 一种便携式上肢康复训练装置
CN108814890B (zh) * 2018-03-12 2020-07-07 南京航空航天大学 重力平衡末端牵引式上肢康复机器人及工作方法
CN108814890A (zh) * 2018-03-12 2018-11-16 南京航空航天大学 重力平衡末端牵引式上肢康复机器人及工作方法
CN109009875B (zh) * 2018-08-20 2024-03-26 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 个性化上肢康复训练机器人
CN109124985A (zh) * 2018-08-20 2019-01-04 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 基于路径规划的个性化上肢康复训练机器人系统
CN109009875A (zh) * 2018-08-20 2018-12-18 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 个性化上肢康复训练机器人
CN109124985B (zh) * 2018-08-20 2024-03-22 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 基于路径规划的个性化上肢康复训练机器人系统
CN109124984B (zh) * 2018-08-20 2023-09-05 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 用于上肢康复训练机器人的关节模块
CN109124984A (zh) * 2018-08-20 2019-01-04 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 用于上肢康复训练机器人的关节模块
WO2020038012A1 (zh) * 2018-08-20 2020-02-27 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 个性化上肢康复训练机器人
CN109079841A (zh) * 2018-11-09 2018-12-25 苏州大学 一种用于上肢外骨骼机器人回旋运动的关节
CN109529274B (zh) * 2018-11-13 2021-01-26 南京邮电大学 基于冗余机械臂上肢关节主动康复系统及其训练方法
CN109529274A (zh) * 2018-11-13 2019-03-29 南京邮电大学 基于冗余机械臂上肢关节主动康复系统及其训练方法
CN109620638A (zh) * 2018-12-17 2019-04-16 贵州大学 一种高度可调的肘关节康复训练装置
CN109620640A (zh) * 2018-12-17 2019-04-16 贵州大学 一种前臂可调节式肘关节康复训练装置
CN109773763A (zh) * 2019-03-22 2019-05-21 陕西理工大学 一种艺术创作助力机械手
CN109773763B (zh) * 2019-03-22 2021-12-10 陕西理工大学 一种艺术创作助力机械手
CN110181482A (zh) * 2019-05-23 2019-08-30 北京邮电大学 一种模块化七自由度上肢外骨骼机器人
CN110074945A (zh) * 2019-06-10 2019-08-02 上海理工大学 一种用于中央驱动上肢康复机器人的前臂自适应机构
CN110251364A (zh) * 2019-06-11 2019-09-20 山东建筑大学 一种上肢康复训练机器人
CN110238819A (zh) * 2019-07-11 2019-09-17 北京航空航天大学 一种柔性可穿戴肩关节助力外骨骼服
CN110624209B (zh) * 2019-08-13 2022-01-25 袁远 健身设备、数据监控方法及其装置、计算机可读存储介质
CN110624209A (zh) * 2019-08-13 2019-12-31 袁远 健身设备、数据监控方法及其装置、计算机可读存储介质
CN110859731A (zh) * 2019-10-25 2020-03-06 西北工业大学 六自由度外骨骼式上肢康复机器人
CN110787027A (zh) * 2019-11-29 2020-02-14 东莞理工学院 一种上肢康复训练外骨骼机器人
CN110787027B (zh) * 2019-11-29 2021-09-17 东莞理工学院 一种上肢康复训练外骨骼机器人
CN110975233B (zh) * 2019-12-12 2021-03-30 吉林省微核实控机电科技有限责任公司 关节机构及关节训练装置
CN110960395A (zh) * 2019-12-12 2020-04-07 中国科学院自动化研究所 一种外骨骼式上肢康复机器人
CN110975233A (zh) * 2019-12-12 2020-04-10 吉林省微核实控机电科技有限责任公司 关节机构及关节训练装置
CN111110509A (zh) * 2019-12-25 2020-05-08 南京理工大学 一种可互换且避奇异的七自由度上肢外骨骼康复机器人
CN110974628B (zh) * 2019-12-30 2021-05-11 山东大学 一种上肢康复训练装置
CN110974628A (zh) * 2019-12-30 2020-04-10 山东大学 一种上肢康复训练装置
CN111281741A (zh) * 2020-02-26 2020-06-16 南京邮电大学 面向不同体型的可重构式外骨骼上肢康复机器人
CN111228743A (zh) * 2020-02-27 2020-06-05 利辛县儒康医药有限公司 一种关节活动辅助装置
CN111228743B (zh) * 2020-02-27 2021-08-13 鹤壁市人民医院 一种关节活动辅助装置
CN112535614A (zh) * 2020-12-04 2021-03-23 济南国科医工科技发展有限公司 一种多自由度并联式康复机器人关节
CN112535614B (zh) * 2020-12-04 2023-05-12 济南国科医工科技发展有限公司 一种多自由度并联式康复机器人关节
CN112549001A (zh) * 2020-12-22 2021-03-26 上海航天控制技术研究所 基于弹性元件的外骨骼关节力位复合柔顺控制方法及系统
CN113576829A (zh) * 2021-06-25 2021-11-02 北京机械设备研究所 一种上肢外骨骼的小臂旋转机构及康复训练装置
CN113476273A (zh) * 2021-07-16 2021-10-08 何昊翔 一种肩关节功能障碍肩周炎康复辅助仪器
CN113476273B (zh) * 2021-07-16 2023-09-01 南京唐壹信息科技有限公司 一种肩关节功能障碍肩周炎康复辅助仪器
CN113663293A (zh) * 2021-08-24 2021-11-19 孟令杰 一种腕关节松动术训练仪
CN113843801B (zh) * 2021-10-18 2022-11-29 上海节卡机器人科技有限公司 复合机器人的控制方法、装置及系统
CN113843801A (zh) * 2021-10-18 2021-12-28 上海节卡机器人科技有限公司 复合机器人的控制方法、装置及系统
CN113908016A (zh) * 2021-11-02 2022-01-11 复旦大学 一种四自由度的肘腕关节康复训练装置
KR20230076360A (ko) * 2021-11-24 2023-05-31 가천대학교 산학협력단 어깨 재활 장치
KR102628161B1 (ko) 2021-11-24 2024-01-23 가천대학교 산학협력단 어깨 재활 장치
CN114367092A (zh) * 2022-01-17 2022-04-19 宜昌市中心人民医院(三峡大学第一临床医学院、三峡大学附属中心人民医院) 辅助扩胸运动心肺康复训练装置
CN114209554A (zh) * 2022-01-25 2022-03-22 安徽职业技术学院 一种基于康复训练的肘关节牵引系统
CN114533496B (zh) * 2022-03-07 2023-09-15 山东建筑大学 一种肩部康复外骨骼机器人
CN114533496A (zh) * 2022-03-07 2022-05-27 山东建筑大学 一种肩部康复外骨骼机器人

Also Published As

Publication number Publication date
CN106420257B (zh) 2018-11-09

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CN106420257A (zh) 基于串联弹性驱动器的上肢用康复外骨骼机器人及方法
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