CN107362000B - 一种五自由度外骨骼式上肢康复机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种五自由度外骨骼式上肢康复机器人，包括上肩关节旋转组件、上臂旋转组件、肘关节屈伸组件、前臂旋转组件、腕关节屈伸组件、手臂整体旋转组件和手臂整体高度调节箱；上肩关节旋转组件与上臂旋转组件连接；上臂旋转组件与肘关节屈伸组件连接；肘关节屈伸组件与前臂旋转组件连接；前臂旋转组件与腕关节屈伸组件连接；手臂整体旋转组件与上肩关节旋转组件连接；手臂整体旋转组件固定在手臂整体高度调节箱上。该机器人能够实现肩关节的旋转、上臂的内旋外旋、肘关节的屈伸、前臂的内旋外旋和腕关节的屈伸五个自由度的运动以及手臂竖直方向高度调整一个自由度的运动，提高康复运动的科学性、灵活性、有效性。
Description
技术领域
本发明属于康复机器人领域，具体是一种五自由度外骨骼式上肢康复机器人。
背景技术
随着经济的发展和科技的进步，人们的生活习惯和生活环境都发生着巨大的改变。据世界卫生组织统计，我国脑卒中的发病率呈逐年上升的趋势，因脑卒中、脑损伤导致的偏瘫和残疾的人数也同样呈增长趋势。在这样的背景下，康复机器人作为一种辅助治疗偏瘫患者的康复医疗器械，其服务的对象是由于中风或伤残等引起的具有上肢运动障碍的人群。上肢康复机器人需要针对不同年龄段、不同伤害程度、不同性质的脑卒中患者、不同的康复理疗单位需要给出行之有效的不同治疗方案，因其诸多的治疗优势，越来越受到医疗机构和患者的重视和青睐。结合了现代康复医学的上肢康复机器人的康复训练对偏瘫患者具有一定的治疗效果，在神经受损之后，特定功能的训练，对肢体功能恢复是必不可少的。不仅可以提供多种训练模式帮助患者进行康复，而且能够提高患者的主动性，具有一定的优势。上肢康复机器人要具有改善康复效果，提高康复效率的潜力，节约康复训练成本等优点。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种五自由度外骨骼式上肢康复机器人。该机器人能够实现肩关节的旋转运动、上臂的内旋外旋运动、肘关节的屈伸运动、前臂的内旋外旋运动和腕关节的屈伸运动五个自由度的运动以及康复机器人手臂竖直方向高度调整一个自由度的运动。上肢康复机器人针对不同年龄段、不同伤害程度、不同性质的脑卒中患者、不同的康复理疗单位需要制定行之有效的不同治疗方案，提高康复运动的科学性、灵活性、有效性。
本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种五自由度外骨骼式上肢康复机器人，其特征在于该康复机器人包括上肩关节旋转组件、上臂旋转组件、肘关节屈伸组件、前臂旋转组件、腕关节屈伸组件、手臂整体旋转组件和手臂整体高度调节箱；所述上肩关节旋转组件与上臂旋转组件连接；所述上臂旋转组件与肘关节屈伸组件连接；所述肘关节屈伸组件与前臂旋转组件连接；所述前臂旋转组件与腕关节屈伸组件连接；所述手臂整体旋转组件与上肩关节旋转组件连接；所述手臂整体旋转组件固定在手臂整体高度调节箱上；
所述手臂整体高度调节箱包括高度调节箱支撑板、高度调节箱法兰盘、滑块、导轨、液压缸、箱体、脚蹬和电机；所述箱体内部安装有液压缸和脚蹬；所述导轨安装在箱体的内壁上；所述高度调节箱支撑板和滑块连接，滑块与导轨配合；所述高度调节箱支撑板通过高度调节箱法兰盘与液压缸连接；
所述手臂整体旋转组件包括旋转轴、第一手臂整体旋转限位器、第二手臂整体旋转限位器、手臂整体旋转组件从动轮、手臂整体旋转组件支撑板、带底座轴承、连接键、手臂整体旋转组件角度位移编码器、手臂整体旋转组件角度位移编码器底座、手臂整体旋转组件角度位移编码器支架、手臂整体旋转组件主动轮、手臂整体旋转组件电机支架和手臂整体旋转组件电机；所述手臂整体旋转组件支撑板固定于高度调节箱支撑板上；所述第二手臂整体旋转限位器、手臂整体旋转组件角度位移编码器底座、手臂整体旋转组件电机支架和手臂整体旋转组件电机分别固定在手臂整体旋转组件支撑板上；手臂整体旋转组件电机的输出轴安装有手臂整体旋转组件主动轮，手臂整体旋转组件主动轮与手臂整体旋转组件角度位移编码器支架连接，手臂整体旋转组件主动轮与手臂整体旋转组件从动轮啮合；所述手臂整体旋转组件角度位移编码器分别与手臂整体旋转组件角度位移编码器底座和手臂整体旋转组件角度位移编码器支架连接；所述带底座轴承与高度调节箱支撑板连接；所述旋转轴与带底座轴承连接；所述旋转轴与第二法兰盘连接；所述第一手臂整体旋转限位器固定在旋转轴上；所述手臂整体旋转组件从动轮与旋转轴连接；
所述上肩关节旋转组件包括第一法兰盘、上肩关节旋转轴管、第一带座轴承、上肩关节顺时针旋转限位器、上肩关节逆时针旋转限位器、上肩关节主动轮、上肩关节从动轮、上肩关节电机支架、上肩关节电机、上肩关节支撑板、第二带座轴承、上肩关节角度位移编码器底座、上肩关节角度位移编码器和第二法兰盘；所述上肩关节顺时针旋转限位器和上肩关节逆时针旋转限位器的结构相同，均包括限位器底座和限位器挡板，限位器底座与限位器挡板接触，达到旋转限位的效果；所述第二法兰盘与旋转轴连接；所述上肩关节支撑板安装在第二法兰盘上；所述第一带座轴承、限位器底座、上肩关节角度位移编码器底座、上肩关节电机支架与上肩关节电机分别固定在上肩关节支撑板上；所述上肩关节电机的输出轴安装有上肩关节主动轮；所述上肩关节旋转轴与第一带座轴承连接；所述第一法兰盘与上肩关节旋转轴连接；所述限位器挡板与上肩关节旋转轴导管连接；所述上肩关节从动轮与上肩关节旋转轴管连接；所述第二带座轴承与上肩关节旋转轴管连接；所述上肩关节角度位移编码器安装在上肩关节角度位移编码器底座上，并与上肩关节旋转轴导管连接；
所述上臂旋转组件包括上臂旋转第一连接件、上臂旋转滚珠、上臂旋转第二连接件、上臂旋转第三连接件、上臂旋转限位器、上臂旋转从动轮、上臂板、上臂电机、上臂电机支架、上臂角度位移编码器底座、上臂旋转主动轮、上臂角度位移编码器连接件、上臂角度位移编码器和上臂连接板；所述上臂板与第一法兰盘连接；所述上臂电机支架与上臂板连接，上臂电机固定在上臂电机支架上；所述上臂电机的输出轴与上臂旋转主动轮连接；所述上臂角度位移编码器底座与上臂电机支架连接；所述上臂角度位移编码器的测量端与上臂电机的输出轴通过角度位移编码器连接件连接，上臂角度位移编码器的固定端固定在上臂角度位移编码器底座上；所述上臂旋转第二连接件与上臂板连接；所述上臂旋转第一连接件上安装有上臂旋转第二连接件和两个上臂旋转第三连接件，上臂旋转第二连接件位于两个上臂旋转第三连接件之间；所述上臂旋转第二连接件上具有两个凸台，凸台内分别安放有一排上臂旋转滚珠；上臂旋转滚珠与上臂旋转第一连接件接触，上臂旋转滚珠可在上臂旋转第二连接件内槽里滚动，进而使得上臂旋转第二连接件与上臂旋转第一连接件发生相对运动；两个上臂旋转第三连接件的楔形面分别与上臂旋转第二连接件两个凸台内的上臂旋转滚珠接触配合；所述上臂旋转从动轮固定在上臂旋转第一连接件上；上臂旋转限位器固定在上臂旋转从动轮上；所述上臂旋转从动轮与上臂旋转主动轮啮合；上臂旋转第一连接件的末端与上臂连接板连接；
所述肘关节屈伸组件包括肘关节绳索固定件、肘关节第一屈伸限位器、肘关节角度位移编码器、肘关节角度位移编码器底座、肘关节第一连接件、肘关节屈伸限位杆、肘关节第一驱动绳索、肘关节第二驱动绳索、肘关节旋转从动轮、肘关节旋转轴、肘关节前臂板和肘关节滑轨板；两个肘关节旋转第一连接件的一端与上臂连接板连接；所述肘关节旋转轴通过轴承与两个肘关节旋转第一连接件连接；所述肘关节旋转轴穿有肘关节前臂板和肘关节旋转从动轮，肘关节旋转从动轮与肘关节旋转轴连接；所述肘关节前臂板的一端与肘关节旋转从动轮连接；所述肘关节前臂板与肘关节滑轨板连接；所述肘关节第一驱动绳索的一端和肘关节第二驱动绳索的一端分别固定在肘关节旋转从动轮的两个轮上，并排安装；所述肘关节绳索固定件固定在上臂连接板上；肘关节第一驱动绳索的另一端和肘关节第二驱动绳索的另一端分别穿过肘关节绳索固定件与手臂整体高度调节箱中的电机连接；所述肘关节角度位移编码器底座固定在上臂连接板上；所述肘关节角度位移编码器的测量端与肘关节旋转轴连接，肘关节角度位移编码器的固定端固定在肘关节角度位移编码器底座上；所述肘关节第一屈伸限位器固定在上臂连接板上，肘关节屈伸限位杆与肘关节第一屈伸限位器连接；
所述前臂旋转组件包括前臂旋转第一连接件、前臂旋转第二连接件、前臂旋转滚珠、前臂旋转第三连接件、前臂旋转限位器、前臂旋转从动轮、前臂连接板、前臂电机、前臂电机支架、前臂旋转主动轮、前臂角度位移编码器连接件、前臂角度位移编码器底座和前臂角度位移编码器；所述前臂电机支架与肘关节滑轨板连接，前臂电机固定在前臂电机支架上；所述前臂电机的输出轴与前臂旋转主动轮连接；所述前臂角度位移编码器底座与前臂电机支架连接；所述前臂角度位移编码器的测量端与前臂电机的输出轴通过前臂角度位移编码器连接件连接，前臂角度位移编码器的固定端固定在前臂角度位移编码器底座上；所述前臂旋转第三连接件与肘关节滑轨板连接；所述前臂旋转第一连接件上安装有前臂旋转第三连接件和两个前臂旋转第二连接件，前臂旋转第三连接件位于两个前臂旋转第二连接件之间；所述前臂旋转第三连接件上具有两个凸台，凸台内分别安放有一排前臂旋转滚珠；前臂旋转滚珠与前臂旋转第一连接件接触，前臂旋转滚珠可在前臂旋转第三连接件内槽里滚动，进而使得前臂旋转第三连接件与前臂旋转第一连接件发生相对运动；两个前臂旋转第二连接件的楔形面分别与前臂旋转第三连接件两个凸台内的前臂旋转滚珠接触配合；所述前臂旋转从动轮固定在前臂旋转第一连接件上；所述前臂旋转从动轮与前臂旋转主动轮啮合；前臂旋转限位器固定在前臂旋转从动轮上；所述前臂连接板与前臂旋转第一连接件连接；
所述腕关节屈伸组件包括腕关节屈伸第一限位器、腕关节角度位移编码器底座、手柄、腕关节角度位移编码器、腕关节屈伸第二限位器、腕关节绳索固定件、腕关节第一驱动绳索、腕关节轴承、腕关节旋转第二驱动绳索、腕关节转动轴、腕关节旋转从动轮和腕关节限位杆；所述腕关节旋转轴通过两个腕关节轴承与前臂连接板连接；所述腕关节旋转轴与腕关节旋转从动轮连接；所述手柄穿在腕关节旋转轴上紧固在腕关节旋转从动轮上；所述腕关节第一驱动绳索的一端和腕关节第二驱动绳索的一端分别固定在腕关节旋转从动轮的两个轮上，并排安装；所述腕关节绳索固定件固定在前臂连接板上；腕关节第一驱动绳索的另一端和腕关节第二驱动绳索的另一端分别穿过腕关节绳索固定件与手臂整体高度调节箱中的电机连接；腕关节屈伸第二限位器固定在前臂连接板；所述腕关节限位杆与腕关节屈伸第二限位器连接；所述腕关节角度位移编码器底座固定在前臂连接板上；所述腕关节角度位移编码器的测量端与腕关节旋转轴连接，腕关节角度位移编码器的固定端固定在腕关节角度位移编码器底座上；所述腕关节第一屈伸限位器固定在前臂连接板上。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：
1、该机器人能够实现肩关节的旋转运动、上臂的内旋外旋运动、肘关节的屈伸运动、前臂的内旋外旋运动和腕关节的屈伸运动五个自由度的运动以及上肢康复机器人手臂竖直方向高度调整一个自由度的运动。上肢康复机器人针对不同年龄段、不同伤害程度、不同性质的脑卒中患者、不同的康复理疗单位需要制定行之有效的不同治疗方案，提高康复运动的科学性、灵活性、有效性。
2、本发明具有独立的箱体，利用导轨和液压缸实现升降，不需要安装额外的固定支架，可根据患者的需要选择康复地点。
3、本发明的实际结构不局限与单一一侧的康复运动，该多自由度康复机器人可以完成患者左肢或右肢的康复运动，提高了该康复机器人的实用性。
4、对于常见上肢康复机器人，每增加一个自由度都会使得康复机器人的复杂程度成倍提高，生产成本也增加；本上肢康复机器人具有整体机构相似，驱动方式相同，而且结构简单，利于减少加工费用，实现更多的康复训练动作。
5、上臂旋转组件和前臂旋转组件的内外旋依靠齿轮实现，腕关节和肘关节的屈伸依靠绳索在从动轮上的缠绕和松开实现。
6、前臂旋转组件、上臂旋转组件、上肩关节旋转组件、手臂整体旋转组件具有限位器控制内外旋的角度；腕关节屈伸组件、肘关节屈伸组件由限位器控制屈伸的角度。
附图说明
图1是本发明五自由度外骨骼式上肢康复机器人一种实施例的整体结构示意图；
图2是本发明五自由度外骨骼式上肢康复机器人一种实施例的上肩关节旋转组件结构示意图；
图3是本发明五自由度外骨骼式上肢康复机器人一种实施例的上臂旋转组件结构示意图；
图4是本发明五自由度外骨骼式上肢康复机器人一种实施例的肘关节屈伸组件结构示意图；
图5是本发明五自由度外骨骼式上肢康复机器人一种实施例的前臂旋转组件结构示意图；
图6是本发明五自由度外骨骼式上肢康复机器人一种实施例的腕关节屈伸组件结构示意图；
图7是本发明五自由度外骨骼式上肢康复机器人一种实施例的手臂整体旋转组件结构示意图；
图8是本发明五自由度外骨骼式上肢康复机器人一种实施例的手臂整体高度调节箱结构示意图；
具体实施方式
下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。
本发明提供了一种五自由度外骨骼式上肢康复机器人(参见图1-8，简称康复机器人)，包括上肩关节旋转组件1、上臂旋转组件2、肘关节屈伸组件3、前臂旋转组件4、腕关节屈伸组件5、手臂整体旋转组件6和手臂整体高度调节箱7；所述上肩关节旋转组件1与上臂旋转组件2连接；所述上臂旋转组件2与肘关节屈伸组件3连接；所述肘关节屈伸组件3与前臂旋转组件4连接；所述前臂旋转组件4与腕关节屈伸组件5连接；所述手臂整体旋转组件6与上肩关节旋转组件1连接；所述手臂整体旋转组件6固定在手臂整体高度调节箱7上；所述手臂整体高度调节箱7位于在地面上；
所述手臂整体高度调节箱7包括高度调节箱支撑板71、高度调节箱法兰盘72、滑块73、导轨74、液压缸75、箱体76、脚蹬77和电机(图中未画出)；所述箱体76安放于地面上，内部安装有液压缸75和脚蹬77，通过踩踏脚蹬77可以实现整个康复机器人的升降；所述导轨74安装在箱体76的内壁上；所述高度调节箱支撑板71和滑块73连接，滑块73与导轨74配合，使得高度调节箱支撑板71能够沿着导轨74实现竖直方向的上下运动；所述高度调节箱支撑板71通过高度调节箱法兰盘72与液压缸75连接，液压缸75可以控制高度调节箱支撑板71的升降；
所述手臂整体旋转组件6包括旋转轴61、第一手臂整体旋转限位器62、第二手臂整体旋转限位器63、手臂整体旋转组件从动轮64、手臂整体旋转组件支撑板65、带底座轴承66、连接键67、手臂整体旋转组件角度位移编码器68、手臂整体旋转组件角度位移编码器底座69、手臂整体旋转组件角度位移编码器支架610、手臂整体旋转组件主动轮611、手臂整体旋转组件电机支架612和手臂整体旋转组件电机613；所述手臂整体旋转组件支撑板65通过螺钉固定于高度调节箱支撑板71上；所述第二手臂整体旋转限位器63、手臂整体旋转组件角度位移编码器底座69、手臂整体旋转组件电机支架612和手臂整体旋转组件电机613分别通过螺钉固定在手臂整体旋转组件支撑板65上；手臂整体旋转组件电机613的输出轴安装有手臂整体旋转组件主动轮611，手臂整体旋转组件主动轮611与手臂整体旋转组件角度位移编码器支架610通过螺钉连接，手臂整体旋转组件主动轮611与手臂整体旋转组件从动轮64啮合；所述手臂整体旋转组件角度位移编码器68分别与手臂整体旋转组件角度位移编码器底座69和手臂整体旋转组件角度位移编码器支架610通过螺钉连接；所述带底座轴承66通过螺钉与高度调节箱支撑板71连接；所述旋转轴61通过盈配合与带底座轴承66连接；所述旋转轴61与第二法兰盘114通过连接键67和键槽配合连接；所述第一手臂整体旋转限位器62通过螺钉固定在旋转轴61上；所述手臂整体旋转组件从动轮64与旋转轴61通过键和键槽配合连接；
所述上肩关节旋转组件1包括第一法兰盘11、上肩关节旋转轴管12、第一带座轴承13、上肩关节顺时针旋转限位器、上肩关节逆时针旋转限位器、上肩关节主动轮16、上肩关节从动轮17、上肩关节电机支架18、上肩关节电机19、上肩关节支撑板110、第二带座轴承111、上肩关节角度位移编码器底座112、上肩关节角度位移编码器113和第二法兰盘114；所述上肩关节顺时针旋转限位器和上肩关节逆时针旋转限位器的结构相同，均包括限位器底座14和限位器挡板15，上肩关节旋转到一定程度，限位器底座14与限位器挡板15接触，不能继续旋转，达到旋转限位的效果；所述第二法兰盘114与旋转轴61通过连接键67和键槽配合连接；所述上肩关节支撑板110安装在第二法兰盘114上；所述第一带座轴承13、限位器底座14、上肩关节角度位移编码器底座112、上肩关节电机支架18与上肩关节电机19分别通过螺钉固定在上肩关节支撑板110上；所述上肩关节电机18的输出轴安装有上肩关节主动轮16；所述上肩关节旋转轴12通过过盈配合与第一带座轴承13连接；所述第一法兰盘11通过螺钉与上肩关节旋转轴12连接；所述限位器挡板15通过螺钉与上肩关节旋转轴导管12连接；所述上肩关节从动轮17与上肩关节旋转轴管12通过键和键槽配合连接；所述第二带座轴承111通过过盈配合与上肩关节旋转轴管12连接；所述上肩关节角度位移编码器113安装在上肩关节角度位移编码器底座112上，并通过螺钉与上肩关节旋转轴导管12连接；
所述上臂旋转组件2包括上臂旋转第一连接件21、上臂旋转滚珠22、上臂旋转第二连接件23、上臂旋转第三连接件24、上臂旋转限位器25、上臂旋转从动轮26、上臂板27、上臂电机28、上臂电机支架29、上臂角度位移编码器底座210、上臂旋转主动轮211、上臂角度位移编码器连接件212、上臂角度位移编码器213和上臂连接板214；所述上臂板27通过螺钉与第一法兰盘11连接；所述上臂电机支架29通过螺钉与上臂板27连接，上臂电机28通过螺钉固定在上臂电机支架29上；所述上臂电机28的输出轴与上臂旋转主动轮211通过键和键槽配合连接；所述上臂角度位移编码器底座210与上臂电机支架29通过螺钉连接；所述上臂角度位移编码器213的测量端与上臂电机28的输出轴通过角度位移编码器连接件212连接，上臂角度位移编码器213的固定端通过螺钉固定在上臂角度位移编码器底座210上；所述上臂旋转第二连接件23通过螺钉与上臂板27连接；所述上臂旋转第一连接件21上安装有上臂旋转第二连接件23和两个上臂旋转第三连接件24，上臂旋转第二连接件23位于两个上臂旋转第三连接件24之间；所述上臂旋转第二连接件23上具有两个凸台，凸台内分别安放有一排上臂旋转滚珠22，凸台控制上臂旋转滚珠22的离心方向的径向运动和轴向运动；上臂旋转滚珠22与上臂旋转第一连接件21接触，上臂旋转第一连接件21控制上臂旋转滚珠22的向心方向的径向运动，上臂旋转滚珠22可在上臂旋转第二连接件23内槽里滚动，进而使得上臂旋转第二连接件23与上臂旋转第一连接件21发生相对运动；两个上臂旋转第三连接件24的楔形面分别与上臂旋转第二连接件23两个凸台内的上臂旋转滚珠22接触配合，控制上臂旋转滚珠22另一个方向的轴向运动；所述上臂旋转从动轮26通过螺钉固定在上臂旋转第一连接件21上；上臂旋转限位器25通过螺钉固定在上臂旋转从动轮26上；所述上臂旋转从动轮26与上臂旋转主动轮211啮合；上臂旋转第一连接件21的末端与上臂连接板214连接；
所述肘关节屈伸组件3包括肘关节绳索固定件31、肘关节第一屈伸限位器32、肘关节角度位移编码器33、肘关节角度位移编码器底座34、肘关节旋转第一连接件35、肘关节屈伸限位杆36、肘关节第一驱动绳索37、肘关节第二驱动绳索38、肘关节旋转从动轮39、肘关节旋转轴310、肘关节前臂板311和肘关节滑轨板312；两个肘关节旋转第一连接件35的一端与上臂连接板214连接；所述肘关节旋转轴310通过轴承与两个肘关节旋转第一连接件35连接；所述肘关节旋转轴310穿有肘关节前臂板311和肘关节旋转从动轮39，肘关节旋转从动轮39与肘关节旋转轴310之间通过键和键槽配合连接；所述肘关节前臂板311的一端通过紧定螺钉与肘关节旋转从动轮39连接，肘关节旋转从动轮39转动，带动肘关节前臂板311旋转；所述肘关节前臂板311通过螺钉与肘关节滑轨板312连接；所述肘关节第一驱动绳索37的一端和肘关节第二驱动绳索38的一端分别固定在肘关节旋转从动轮39的两个轮上，并排安装，肘关节第一驱动绳索37和肘关节第二驱动绳索38在肘关节旋转从动轮39上的缠绕位置决定肘关节旋转轴310旋转角度，要保证肘关节第一驱动绳索37和肘关节第二驱动绳索38在肘关节旋转从动轮39上缠绕的长度相同；所述肘关节绳索固定件31通过螺钉固定在上臂连接板214上；肘关节第一驱动绳索37的另一端和肘关节第二驱动绳索38的另一端分别穿过肘关节绳索固定件31与手臂整体高度调节箱7中的电机连接；手臂整体高度调节箱7中的电机带动肘关节第一驱动绳索37运动，离开肘关节旋转从动轮39，而肘关节第二驱动绳索38将会缠绕在肘关节旋转从动轮39上；所述肘关节第一驱动绳索37与肘关节第二驱动绳索38之间关系类似于同步带轮传动结构，可使肘关节旋转从动轮39发生旋转；所述肘关节角度位移编码器底座34通过螺钉固定在上臂连接板214上；所述肘关节角度位移编码器33的测量端与肘关节旋转轴310通过肘关节角度位移编码器连接件连接，肘关节角度位移编码器33的固定端通过螺钉固定在肘关节角度位移编码器底座34上；所述肘关节第一屈伸限位器32通过螺钉固定在上臂连接板214上，肘关节屈伸限位杆36通过螺钉与肘关节第一屈伸限位器32连接；
所述前臂旋转组件4包括前臂旋转第一连接件41、前臂旋转第二连接件42、前臂旋转滚珠43、前臂旋转第三连接件44、前臂旋转限位器45、前臂旋转从动轮46、前臂连接板47、前臂电机48、前臂电机支架49、前臂旋转主动轮410、前臂角度位移编码器连接件411、前臂角度位移编码器底座412和前臂角度位移编码器413；所述前臂电机支架49通过螺钉与肘关节滑轨板312连接，前臂电机48通过螺钉固定在前臂电机支架49上；所述前臂电机48的输出轴与前臂旋转主动轮410通过键和键槽配合连接；所述前臂角度位移编码器底座412与前臂电机支架49通过螺钉连接；所述前臂角度位移编码器413的测量端与前臂电机48的输出轴通过前臂角度位移编码器连接件411连接，前臂角度位移编码器413的固定端通过螺钉固定在前臂角度位移编码器底座412上；所述前臂旋转第三连接件44与肘关节滑轨板312连接；所述前臂旋转第一连接件41上安装有前臂旋转第三连接件44和两个前臂旋转第二连接件42，前臂旋转第三连接件44位于两个前臂旋转第二连接件42之间；所述前臂旋转第三连接件44上具有两个凸台，凸台内分别安放有一排前臂旋转滚珠43，凸台控制上臂旋转滚珠43的离心方向的径向运动和轴向运动；前臂旋转滚珠43与前臂旋转第一连接件41接触，前臂旋转第一连接件41控制前臂旋转滚珠43的向心方向的径向运动，前臂旋转滚珠43可在前臂旋转第三连接件44内槽里滚动，进而使得前臂旋转第三连接件44与前臂旋转第一连接件41发生相对运动；两个前臂旋转第二连接件42的楔形面分别与前臂旋转第三连接件44两个凸台内的前臂旋转滚珠43接触配合，控制前臂旋转滚珠43另一个方向的轴向运动；所述前臂旋转从动轮46通过螺钉固定在前臂旋转第一连接件41上；所述前臂旋转从动轮46与前臂旋转主动轮410啮合；前臂旋转限位器45通过螺钉固定在前臂旋转从动轮46上；所述前臂连接板47通过螺钉与前臂旋转第一连接件41连接；
所述腕关节屈伸组件5包括腕关节屈伸第一限位器51、腕关节角度位移编码器底座52、手柄53、腕关节角度位移编码器54、腕关节屈伸第二限位器55、腕关节绳索固定件56、腕关节第一驱动绳索57、腕关节轴承58、腕关节第二驱动绳索59、腕关节转动轴510、腕关节旋转从动轮511和腕关节限位杆512；所述腕关节旋转轴510通过两个腕关节轴承58与前臂连接板47连接；所述腕关节旋转轴510与腕关节旋转从动轮511通过键和键槽配合连接；所述手柄53穿在腕关节旋转轴510上通过螺钉紧固在腕关节旋转从动轮511上；所述腕关节第一驱动绳索57的一端和腕关节第二驱动绳索59的一端分别固定在腕关节旋转从动轮511的两个轮上，并排安装，腕关节第一驱动绳索57和腕关节第二驱动绳索59在腕关节旋转从动轮511上的缠绕位置决定腕关节旋转轴511的旋转角度，要保证腕关节第一驱动绳索57和腕关节第二驱动绳索59在腕关节旋转从动轮511上缠绕的长度相同；所述腕关节绳索固定件56通过螺钉固定在前臂连接板47上；腕关节第一驱动绳索57的另一端和腕关节第二驱动绳索59的另一端分别穿过腕关节绳索固定件56与手臂整体高度调节箱7中的电机连接；手臂整体高度调节箱7中的电机带动腕关节第一驱动绳索57运动，离开腕关节旋转从动轮511，而腕关节第二驱动绳索59将会缠绕在腕关节旋转从动轮511上；所述腕关节第一驱动绳索57与腕关节第二驱动绳索59之间关系类似于同步带轮传动结构，可使腕关节旋转从动轮511发生旋转；腕关节屈伸第二限位器55固定在前臂连接板47；所述腕关节限位杆512通过螺钉与腕关节屈伸第二限位器55连接；所述腕关节角度位移编码器底座52通过螺钉固定在前臂连接板47上；所述腕关节角度位移编码器54的测量端与腕关节旋转轴510通过腕关节角度位移编码器连接件连接，腕关节角度位移编码器54的固定端通过螺钉固定在腕关节角度位移编码器底座52上；所述腕关节第一屈伸限位器51通过螺钉固定在前臂连接板47上，对手柄53起到限位作用。
本发明五自由度外骨骼式上肢康复机器人的工作原理和工作流程是：
(1)患者穿戴：在患者进行康复训练前，先根据患者站姿或坐姿高度，通过液压缸75调整机架整体高度；所述将患者手臂从上臂旋转组件2穿入，再到前臂旋转组件4，可根据患者手臂的长度在肘关节前臂板311上滑动肘关节滑轨板312调整机器人手臂到最适宜患者的长度，最后把手握到手柄53上；可根据患者要求在上臂板27、肘关节前臂板311、上臂连接板214、前臂连接板47上安放一些绷带用于固定手臂；上臂旋转组件2和前臂旋转组件4用于固定上臂和前臂，使得手臂做旋转运动；
(2)患者训练：上肩关节电机19带动上肩关节主动轮16旋转，通过齿轮啮合传动到上肩关节从动轮17，完成肩关节的内外转动；上臂电机28带动上臂旋转主动轮211旋转，通过齿轮啮合传动到上臂旋转从动轮26，完成上臂的内外旋运动；当肘关节第一驱动绳索37和肘关节第二驱动绳索38运动时，带动肘关节旋转从动轮39及相连的肘关节旋转第一连接件35绕肘关节旋转轴310做旋转运动，完成肘关节的屈伸运动；前臂电机48带动前臂旋转主动轮410旋转，通过齿轮啮合传动到前臂旋转从动轮46，完成上臂的内外旋运动；当腕关节第一驱动绳索57和腕关节第二驱动绳索59运动时，拉动腕关节旋转从动轮511及相连的手柄53绕腕关节旋转轴510做旋转运动，实现腕关节的屈伸运动；也可以实现多关节的连动。
本发明未述及之处适用于现有技术。
Claims (3)
1.一种五自由度外骨骼式上肢康复机器人，其特征在于该康复机器人包括上肩关节旋转组件、上臂旋转组件、肘关节屈伸组件、前臂旋转组件、腕关节屈伸组件、手臂整体旋转组件和手臂整体高度调节箱；所述上肩关节旋转组件与上臂旋转组件连接；所述上臂旋转组件与肘关节屈伸组件连接；所述肘关节屈伸组件与前臂旋转组件连接；所述前臂旋转组件与腕关节屈伸组件连接；所述手臂整体旋转组件与上肩关节旋转组件连接；所述手臂整体旋转组件固定在手臂整体高度调节箱上；
所述手臂整体高度调节箱包括高度调节箱支撑板、高度调节箱法兰盘、滑块、导轨、液压缸、箱体、脚蹬和电机；所述箱体内部安装有液压缸和脚蹬；所述导轨安装在箱体的内壁上；所述高度调节箱支撑板和滑块连接，滑块与导轨配合；所述高度调节箱支撑板通过高度调节箱法兰盘与液压缸连接；
所述手臂整体旋转组件包括旋转轴、第一手臂整体旋转限位器、第二手臂整体旋转限位器、手臂整体旋转组件从动轮、手臂整体旋转组件支撑板、带底座轴承、连接键、手臂整体旋转组件角度位移编码器、手臂整体旋转组件角度位移编码器底座、手臂整体旋转组件角度位移编码器支架、手臂整体旋转组件主动轮、手臂整体旋转组件电机支架和手臂整体旋转组件电机；所述手臂整体旋转组件支撑板固定于高度调节箱支撑板上；所述第二手臂整体旋转限位器、手臂整体旋转组件角度位移编码器底座、手臂整体旋转组件电机支架和手臂整体旋转组件电机分别固定在手臂整体旋转组件支撑板上；手臂整体旋转组件电机的输出轴安装有手臂整体旋转组件主动轮，手臂整体旋转组件主动轮与手臂整体旋转组件角度位移编码器支架连接，手臂整体旋转组件主动轮与手臂整体旋转组件从动轮啮合；所述手臂整体旋转组件角度位移编码器分别与手臂整体旋转组件角度位移编码器底座和手臂整体旋转组件角度位移编码器支架连接；所述带底座轴承与高度调节箱支撑板连接；所述旋转轴与带底座轴承连接；所述旋转轴与第二法兰盘连接；所述第一手臂整体旋转限位器固定在旋转轴上；所述手臂整体旋转组件从动轮与旋转轴连接；
所述上肩关节旋转组件包括第一法兰盘、上肩关节旋转轴、第一带座轴承、上肩关节顺时针旋转限位器、上肩关节逆时针旋转限位器、上肩关节主动轮、上肩关节从动轮、上肩关节电机支架、上肩关节电机、上肩关节支撑板、第二带座轴承、上肩关节角度位移编码器底座、上肩关节角度位移编码器和第二法兰盘；所述上肩关节顺时针旋转限位器和上肩关节逆时针旋转限位器的结构相同，均包括限位器底座和限位器挡板，限位器底座与限位器挡板接触，达到旋转限位的效果；所述第二法兰盘与旋转轴连接；所述上肩关节支撑板安装在第二法兰盘上；所述第一带座轴承、限位器底座、上肩关节角度位移编码器底座、上肩关节电机支架与上肩关节电机分别固定在上肩关节支撑板上；所述上肩关节电机的输出轴安装有上肩关节主动轮；所述上肩关节旋转轴与第一带座轴承连接；所述第一法兰盘与上肩关节旋转轴连接；所述限位器挡板与上肩关节旋转轴连接；所述上肩关节从动轮与上肩关节旋转轴连接；所述第二带座轴承与上肩关节旋转轴连接；所述上肩关节角度位移编码器安装在上肩关节角度位移编码器底座上，并与上肩关节旋转轴连接；
所述上臂旋转组件包括上臂旋转第一连接件、上臂旋转滚珠、上臂旋转第二连接件、上臂旋转第三连接件、上臂旋转限位器、上臂旋转从动轮、上臂板、上臂电机、上臂电机支架、上臂角度位移编码器底座、上臂旋转主动轮、上臂角度位移编码器连接件、上臂角度位移编码器和上臂连接板；所述上臂板与第一法兰盘连接；所述上臂电机支架与上臂板连接，上臂电机固定在上臂电机支架上；所述上臂电机的输出轴与上臂旋转主动轮连接；所述上臂角度位移编码器底座与上臂电机支架连接；所述上臂角度位移编码器的测量端与上臂电机的输出轴通过上臂角度位移编码器连接件连接，上臂角度位移编码器的固定端固定在上臂角度位移编码器底座上；所述上臂旋转第二连接件与上臂板连接；所述上臂旋转第一连接件上安装有上臂旋转第二连接件和两个上臂旋转第三连接件，上臂旋转第二连接件位于两个上臂旋转第三连接件之间；所述上臂旋转第二连接件上具有两个凸台，凸台内分别安放有一排上臂旋转滚珠；上臂旋转滚珠与上臂旋转第一连接件接触，上臂旋转滚珠可在上臂旋转第二连接件内槽里滚动，进而使得上臂旋转第二连接件与上臂旋转第一连接件发生相对运动；两个上臂旋转第三连接件的楔形面分别与上臂旋转第二连接件两个凸台内的上臂旋转滚珠接触配合；所述上臂旋转从动轮固定在上臂旋转第一连接件上；上臂旋转限位器固定在上臂旋转从动轮上；所述上臂旋转从动轮与上臂旋转主动轮啮合；上臂旋转第一连接件的末端与上臂连接板连接；
所述肘关节屈伸组件包括肘关节绳索固定件、肘关节第一屈伸限位器、肘关节角度位移编码器、肘关节角度位移编码器底座、肘关节旋转第一连接件、肘关节屈伸限位杆、肘关节第一驱动绳索、肘关节第二驱动绳索、肘关节旋转从动轮、肘关节旋转轴、肘关节前臂板和肘关节滑轨板；两个肘关节旋转第一连接件的一端与上臂连接板连接；所述肘关节旋转轴通过轴承与两个肘关节旋转第一连接件连接；所述肘关节旋转轴穿有肘关节前臂板和肘关节旋转从动轮，肘关节旋转从动轮与肘关节旋转轴连接；所述肘关节前臂板的一端与肘关节旋转从动轮连接；所述肘关节前臂板与肘关节滑轨板连接；所述肘关节第一驱动绳索的一端和肘关节第二驱动绳索的一端分别固定在肘关节旋转从动轮的两个轮上，并排安装；所述肘关节绳索固定件固定在上臂连接板上；肘关节第一驱动绳索的另一端和肘关节第二驱动绳索的另一端分别穿过肘关节绳索固定件与手臂整体高度调节箱中的电机连接；所述肘关节角度位移编码器底座固定在上臂连接板上；所述肘关节角度位移编码器的测量端与肘关节旋转轴连接，肘关节角度位移编码器的固定端固定在肘关节角度位移编码器底座上；所述肘关节第一屈伸限位器固定在上臂连接板上，肘关节屈伸限位杆与肘关节第一屈伸限位器连接；
所述前臂旋转组件包括前臂旋转第一连接件、前臂旋转第二连接件、前臂旋转滚珠、前臂旋转第三连接件、前臂旋转限位器、前臂旋转从动轮、前臂连接板、前臂电机、前臂电机支架、前臂旋转主动轮、前臂角度位移编码器连接件、前臂角度位移编码器底座和前臂角度位移编码器；所述前臂电机支架与肘关节滑轨板连接，前臂电机固定在前臂电机支架上；所述前臂电机的输出轴与前臂旋转主动轮连接；所述前臂角度位移编码器底座与前臂电机支架连接；所述前臂角度位移编码器的测量端与前臂电机的输出轴通过前臂角度位移编码器连接件连接，前臂角度位移编码器的固定端固定在前臂角度位移编码器底座上；所述前臂旋转第三连接件与肘关节滑轨板连接；所述前臂旋转第一连接件上安装有前臂旋转第三连接件和两个前臂旋转第二连接件，前臂旋转第三连接件位于两个前臂旋转第二连接件之间；所述前臂旋转第三连接件上具有两个凸台，凸台内分别安放有一排前臂旋转滚珠；前臂旋转滚珠与前臂旋转第一连接件接触，前臂旋转滚珠可在前臂旋转第三连接件内槽里滚动，进而使得前臂旋转第三连接件与前臂旋转第一连接件发生相对运动；两个前臂旋转第二连接件的楔形面分别与前臂旋转第三连接件两个凸台内的前臂旋转滚珠接触配合；所述前臂旋转从动轮固定在前臂旋转第一连接件上；所述前臂旋转从动轮与前臂旋转主动轮啮合；前臂旋转限位器固定在前臂旋转从动轮上；所述前臂连接板与前臂旋转第一连接件连接；
所述腕关节屈伸组件包括腕关节屈伸第一限位器、腕关节角度位移编码器底座、手柄、腕关节角度位移编码器、腕关节屈伸第二限位器、腕关节绳索固定件、腕关节第一驱动绳索、腕关节轴承、腕关节第二驱动绳索、腕关节旋转轴、腕关节旋转从动轮和腕关节限位杆；所述腕关节旋转轴通过两个腕关节轴承与前臂连接板连接；所述腕关节旋转轴与腕关节旋转从动轮连接；所述手柄穿在腕关节旋转轴上紧固在腕关节旋转从动轮上；所述腕关节第一驱动绳索的一端和腕关节第二驱动绳索的一端分别固定在腕关节旋转从动轮的两个轮上，并排安装；所述腕关节绳索固定件固定在前臂连接板上；腕关节第一驱动绳索的另一端和腕关节第二驱动绳索的另一端分别穿过腕关节绳索固定件与手臂整体高度调节箱中的电机连接；腕关节屈伸第二限位器固定在前臂连接板；所述腕关节限位杆与腕关节屈伸第二限位器连接；所述腕关节角度位移编码器底座固定在前臂连接板上；所述腕关节角度位移编码器的测量端与腕关节旋转轴连接，腕关节角度位移编码器的固定端固定在腕关节角度位移编码器底座上；所述腕关节屈伸第一限位器固定在前臂连接板上。
2.根据权利要求1所述的五自由度外骨骼式上肢康复机器人，其特征在于肘关节第一驱动绳索和肘关节第二驱动绳索在肘关节旋转从动轮上缠绕的长度相同。
3.根据权利要求1所述的五自由度外骨骼式上肢康复机器人，其特征在于腕关节第一驱动绳索和腕关节第二驱动绳索在腕关节旋转从动轮上缠绕的长度相同。
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