CN108126320B - 一种康复机器人小臂旋转关节 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种结构简单、成本低、操作简便的康复机器人小臂旋转关节，包括支撑轴、上三角架、下三角架、第一转轴、第二转轴和旋转连杆，上三角架与下三角架之间上下平行且偏心设置，支撑轴的两端分别与上三角架和下三角架上其中同一侧的端角铰接，下三角架的下部设有两相互平行的旋转连杆，上三角架上另外两侧的端角分别通过第一转轴与对应的旋转连杆铰接，下三角架上另外两侧的端角分别通过第二转轴与对应的旋转连杆铰接，上三角架的中心处穿设有减速机，减速机的输入轴连接有电机，减速机的输出轴连接有输出曲柄，输出曲柄位于上三角架与下三角架之间，下三角架的中心处穿设有锁紧转轴，锁紧转轴与输出曲柄之间设有拉压力传感器。

Description

一种康复机器人小臂旋转关节
技术领域
本发明涉及医疗康复器械技术领域，特别是涉及一种康复机器人小臂旋转关节。
背景技术
上肢康复训练机器人是将机器人技术领域与康复治疗医学领域结合而产生的，是一种补充或替代专业医师完成人体上肢康复训练的新技术，它的出现为上肢偏瘫患者的康复治疗开辟了新的道路，弥补了偏瘫患者临床治疗的不足。康复训练机器人的治疗方法是将患肢与机器人相连，患者肢体在机器人的带动下，完成各种动作，刺激人体上肢关节及肌肉的神经控制系统，从而达到恢复患者肢体运动机能的目的，这种方式减轻了对治疗医师的依赖，它能帮助医疗师完成繁重、反复的康复训练任务，帮助患者更好的恢复肢体运动机能。
现有的在仅针对小臂关节的康复设备中，往往只具有被动工作的工作模式，这样患者在使用时不能根据自身的康复状态进行针对性的康复训练。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本低、操作简便的康复机器人小臂旋转关节。
本发明一种康复机器人小臂旋转关节，包括支撑轴、上三角架、下三角架、第一转轴、第二转轴和旋转连杆，所述上三角架与下三角架之间上下平行且偏心设置，所述支撑轴的两端分别与所述上三角架和下三角架上其中同一侧的端角铰接，所述下三角架的下部设有两相互平行的旋转连杆，所述上三角架上另外两侧的端角分别通过第一转轴与对应的旋转连杆铰接，所述下三角架上另外两侧的端角分别通过第二转轴与对应的旋转连杆铰接，所述第二转轴与第一转轴平行且位于所述第一转轴的一侧，所述上三角架的中心处穿设有减速机，所述减速机的输入轴连接有电机，所述减速机的输出轴连接有输出曲柄，所述输出曲柄位于所述上三角架与下三角架之间，所述下三角架的中心处穿设有锁紧转轴，所述锁紧转轴的下端连接有自润轴承，所述自润轴承位于下三角架的下部，所述锁紧转轴位于输出曲柄的一侧并与其连接，所述锁紧转轴与输出曲柄之间设有拉压力传感器。
本发明一种康复机器人小臂旋转关节，其中所述锁紧转轴的中心轴线与输出曲柄的中心轴线之间的垂直距离和同一所述旋转连杆上所述第一转轴的中心轴线与第二转轴的中心轴线之间的垂直距离相同。
本发明一种康复机器人小臂旋转关节，其中所述拉压力传感器的中心轴线与输出曲柄的回转中心轴线垂直。
本发明一种康复机器人小臂旋转关节，其中所述第一转轴为长销钉转轴，所述第二转轴为短销钉转轴。
本发明一种康复机器人小臂旋转关节，其中所述上三角架与下三角架均为等边三角形，且上三角架的边长与下三角架的边长相等。
本发明一种康复机器人小臂旋转关节，其中所述减速机的输出轴与输出曲柄之间的为键连接。
本发明一种康复机器人小臂旋转关节，其中所述支撑轴上焊接有连接块。
本发明一种康复机器人小臂旋转关节，其中还包括控制器，所述电机和拉压力传感器分别与控制器电连接。
本发明一种康复机器人小臂旋转关节，其中所述减速机采用行星减速机。
本发明一种康复机器人小臂旋转关节，其中所述支撑轴、旋转连杆、上三角架与下三角架均采用铝合金材质。
与现有技术相比，本发明所具有的优点和有益效果为：①本发明采用主动与被动相结合的两种康复模式，被动康复模式时患者处于被动状态，在康复机器人的引导下完成康复动作，主动康复模式时患者处于主动状态，在患者运动时需要重力补偿或进行力效果仿真时，康复机器人协助患者完成康复动作，提高康复效率。②本发明上三角架与下三角架之间的偏心结构设置，实现上三角架通过电机驱动绕输出曲柄转动，下三角架通过电机驱动绕锁紧转轴转动的同时，能够实现上三角架与下三角架之间的相对转动，由此实现小臂旋转关节绕患者小臂轴心转动，进而辅助患者实现小臂旋转的动作。③本发明输出曲柄用于传递电机驱动减速机的力，锁紧转轴用于传递旋转连杆通过第一转轴带动上三角架转动、通过第二转轴带动下三角架转动，上三角架与下三角架在支撑轴的作用下同时相对转动时的力，锁紧转轴与输出曲柄之间设有拉压力传感器，拉压力传感器用于实时测量主动康复模式时输出曲柄与锁紧转轴的轴向拉压力，从而实时监测与反馈患者小臂关节运动的动态力矩变化，拉压力传感器将实时监测的力矩反馈给控制器，控制器根据动态力矩变化来控制电机的转速，从而辅助患者完成康复动作，提高康复效率。同时，拉压力传感器的中心轴线与输出曲柄的回转中心轴线垂直，该结构使拉压力传感器仅受轴向拉压力的影响，不受其它分向力的影响，从而更加精确的监测与反馈小臂关节运动的动态力矩变化。○4本发明通过采用多轴传动结构实现绕手臂旋转功能，整体结构简单紧凑，强度高，此外，电机通过减速机直接连接有输出曲柄，省去支撑端和轴承等连接结构，降低结构的复杂性，同时，自润轴承体积小、质量轻，锁紧转轴选用与自润轴承配合使用，使整体小臂关节结构紧凑，质量轻。
下面结合附图对本发明的一种康复机器人小臂旋转关节作进一步说明。
附图说明
图1为本发明一种康复机器人小臂旋转关节的立体结构图；
图2为本发明一种康复机器人小臂旋转关节的爆炸结构图；
图3为本发明一种康复机器人小臂旋转关节分别与旋转运动关节和腕关节安装的结构图；
其中：1、支撑轴；2、旋转连杆；3、上三角架；4、下三角架；5、第一转轴；6、第二转轴；7、电机；8、减速机；9、输出曲柄；10、自润轴承；11、锁紧转轴；12、拉压力传感器；13、连接块；14、旋转运动关节；15、腕关节。
具体实施方式
如图1-图2所示，本发明一种康复机器人小臂旋转关节，包括支撑轴1、上三角架3、下三角架4、第一转轴5、第二转轴6和旋转连杆2。
上三角架3与下三角架4均为等边三角形，且上三角架3的边长与下三角架4的边长相等，上三角架3与下三角架4之间上下平行且偏心设置，支撑轴1的两端分别与上三角架3和下三角架4上其中同一侧的端角铰接，下三角架4的下部设有两相互平行的旋转连杆2，上三角架3上另外两侧的端角分别通过第一转轴5与对应的旋转连杆2铰接，下三角架4上另外两侧的端角分别通过第二转轴6与对应的旋转连杆2铰接，第二转轴6与第一转轴5平行且位于第一转轴5的一侧，其中，第一转轴5为长销钉转轴，第二转轴6为短销钉转轴。
上三角架3的中心处穿设有减速机8，减速机8的输入轴连接有电机7，电机7采用伺服电机，减速机8的输出轴连接有输出曲柄9，减速机8的输出轴与输出曲柄9之间的为键连接，输出曲柄9位于上三角架3与下三角架4之间，下三角架4的中心处穿设有锁紧转轴11，锁紧转轴11的下端连接有自润轴承10，自润轴承10位于下三角架4的下部，锁紧转轴11位于输出曲柄9的一侧并与其连接。本发明电机7通过减速机8直接连接有输出曲柄9，省去支撑端和轴承等连接结构，降低结构的复杂性，同时，自润轴承10体积小、质量轻，锁紧转轴11选用与自润轴承10配合使用，使整体小臂关节结构紧凑，质量轻。
本发明上三角架3与下三角架4之间的偏心结构设置，实现上三角架3通过电机7驱动绕输出曲柄9转动，下三角架4通过电机7驱动绕锁紧转轴11转动的同时，能够实现上三角架3与下三角架4之间的相对转动，由此实现小臂旋转关节绕患者小臂轴心转动，进而辅助患者实现小臂旋转的动作。
输出曲柄9用于传递电机7驱动减速机8的力，锁紧转轴11用于传递旋转连杆通过第一转轴5带动上三角架3转动、通过第二转轴6带动下三角架4转动，上三角架3与下三角架4在支撑轴1的作用下同时相对转动时的力，锁紧转轴11与输出曲柄9之间设有拉压力传感器12，拉压力传感器12用于实时测量主动康复模式时输出曲柄9与锁紧转轴11的轴向拉压力，从而实时监测与反馈患者小臂关节运动的动态力矩变化。
进一步的，锁紧转轴11的中心轴线与输出曲柄9的中心轴线之间的垂直距离和同一旋转连杆2上第一转轴5的中心轴线与第二转轴6的中心轴线之间的垂直距离相同。
进一步的，拉压力传感器12的中心轴线与输出曲柄9的回转中心轴线垂直，该结构使拉压力传感器12仅受轴向拉压力的影响，不受其它分向力的影响，从而更加精确的监测与反馈小臂关节运动的动态力矩变化。
进一步的，减速机8采用行星减速机。
进一步的，还包括控制器，电机7和拉压力传感器12分别与控制器电连接，拉压力传感器12将实时监测的力矩反馈给控制器，控制器根据动态力矩变化来控制电机7的转速，从而辅助患者完成康复动作，提高康复效率。
进一步的，支撑轴1、旋转连杆2、上三角架3与下三角架4均采用铝合金材质，力学性能好，减轻整体关节的重量。
进一步的，如图3所示，支撑轴1上焊接有连接块13，小臂旋转关节通过连接块13与旋转运动关节14固定连接，旋转运动关节14贴合小臂。旋转连杆2上远离第一转轴5和第二转轴6的端部与腕关节15固定连接。
本发明设计的主要目的为为辅助瘫痪患者进行康复训练，提高康复效率，本发明在工作时，主要包括被动康复模式和主动康复模式，患者在进行康复训练时，根据自身实际的康复情况选择相应的康复模式，其中，选择被动康复模式时患者处于被动状态，在康复机器人的引导下完成康复动作，选择主动康复模式时患者处于主动状态，在患者运动时需要重力补偿或进行力效果仿真时，康复机器人协助患者完成康复动作。
具体的，患者在康复早期时，患者本身无法自主运动，采用被动康复模式，此时，电机7将动力通过减速机8依次传递给输出曲柄9、锁紧转轴11，锁紧转轴11通过自润轴承10带动下三角架4转动，下三角架4通过第二转轴6带动旋转连杆2转动，旋转连杆2通过第一转轴5带动上三角架3转动，上三角架3与下三角架4两者之间实现同步相对转动，支撑轴1通过连接块13带动旋转运动关节14转动，旋转连杆2带动腕关节15转动，进而带动患者完成康复动作，起到引导作用。
患者在康复中后期，患者本身有一些运动能力，但力量有限，采用主动康复模式，此时，患者处于主动状态，患者通过自身运动通过腕关节15带动旋转连杆2转动，旋转连杆2分别通过第一转轴5带动上三角架3转动、通过第二转轴6带动下三角架4转动，上三角架3与下三角架4两者之间实现同时相对转动，进而通过连接块13带动旋转运动关节14转动，并辅以电机7作为辅助动力配合患者小臂关节的转动，进而协助患者完成康复动作，提高康复效率。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种康复机器人小臂旋转关节，其特征在于：包括支撑轴、上三角架、下三角架、第一转轴、第二转轴和旋转连杆，所述上三角架与下三角架之间上下平行且偏心设置，所述支撑轴的两端分别与所述上三角架和下三角架上其中同一侧的端角铰接，所述下三角架的下部设有两相互平行的旋转连杆，所述上三角架上另外两侧的端角分别通过第一转轴与对应的旋转连杆铰接，所述下三角架上另外两侧的端角分别通过第二转轴与对应的旋转连杆铰接，所述第二转轴与第一转轴平行且位于所述第一转轴的一侧，所述上三角架的中心处穿设有减速机，所述减速机的输入轴连接有电机，所述减速机的输出轴连接有输出曲柄，所述输出曲柄位于所述上三角架与下三角架之间，所述下三角架的中心处穿设有锁紧转轴，所述锁紧转轴的下端连接有自润轴承，所述自润轴承位于下三角架的下部，所述锁紧转轴位于输出曲柄的一侧并与其连接，所述锁紧转轴与输出曲柄之间设有拉压力传感器。
2.根据权利要求1所述的一种康复机器人小臂旋转关节，其特征在于：所述锁紧转轴的中心轴线与输出曲柄的中心轴线之间的垂直距离和同一所述旋转连杆上所述第一转轴的中心轴线与第二转轴的中心轴线之间的垂直距离相同。
3.根据权利要求1或2所述的一种康复机器人小臂旋转关节，其特征在于：所述拉压力传感器的中心轴线与输出曲柄的回转中心轴线垂直。
4.根据权利要求1或2所述的一种康复机器人小臂旋转关节，其特征在于：所述第一转轴为长销钉转轴，所述第二转轴为短销钉转轴。
5.根据权利要求1所述的一种康复机器人小臂旋转关节，其特征在于：所述上三角架与下三角架均为等边三角形，且上三角架的边长与下三角架的边长相等。
6.根据权利要求1所述的一种康复机器人小臂旋转关节，其特征在于：所述减速机的输出轴与输出曲柄之间的为键连接。
7.根据权利要求1所述的一种康复机器人小臂旋转关节，其特征在于：所述支撑轴上焊接有连接块。
8.根据权利要求1所述的一种康复机器人小臂旋转关节，其特征在于：还包括控制器，所述电机和拉压力传感器分别与控制器电连接。
9.根据权利要求1所述的一种康复机器人小臂旋转关节，其特征在于：所述减速机采用行星减速机。
10.根据权利要求1所述的一种康复机器人小臂旋转关节，其特征在于：所述支撑轴、旋转连杆、上三角架与下三角架均采用铝合金材质。
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