CN108126322A - 一种康复机器人腕关节 - 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腕关节，包括连接基板、第一连杆组件、第二连杆组件和把手，第一连杆组件设置于连接基板的上端，第二连杆组件设置于连接基板的下端，把手的两端分别与第一连杆组件和第二连杆组件滑动连接，连接基板的后侧安装有电机和减速机，电机与减速机的输入端连接，减速机的输出端与输出曲柄的一端固定连接，输出曲柄的另一端依次固定连接有第一转接组件、第二转接组件和驱柄杆，第一转接组件与第二转接组件之间设有拉压力传感器，驱柄杆上远离第二转接组件的一端与第二连杆组件连接。

Description

一种康复机器人腕关节
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腕关节。
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。
现有的在仅针对腕关节的康复设备中，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腕关节。
本发明一种康复机器人腕关节，包括连接基板、第一连杆组件、第二连杆组件和把手，所述第一连杆组件设置于连接基板的上端，所述第二连杆组件设置于连接基板的下端，所述把手的两端分别与第一连杆组件和第二连杆组件滑动连接，所述连接基板的后侧安装有电机和减速机，所述电机与减速机的输入端连接，所述减速机的输出端与输出曲柄的一端固定连接，所述输出曲柄的另一端依次固定连接有第一转接组件、第二转接组件和驱柄杆，所述第一转接组件与第二转接组件之间设有拉压力传感器，所述驱柄杆上远离第二转接组件的一端与第二连杆组件连接。
本发明一种康复机器人腕关节，其中所述第一连杆组件包括第一机架杆、第一长连杆、第一短连杆和第一摆块，所述第一机架杆横向安装在连接基板上，所述第一长连杆的两端分别与第一机架杆和第一摆块铰接，所述第一短连杆的两端分别与第一机架杆和第一摆块铰接，所述第一短连杆置于第一长连杆的上方且所述第一短连杆与第一长连杆之间交叉设置。
本发明一种康复机器人腕关节，其中所述第二连杆组件包括第二机架杆、第二长连杆、第二短连杆和第二摆块，所述第二机架杆横向安装在连接基板上，所述第二长连杆的两端分别与第二机架杆和第二摆块铰接，所述第二短连杆的两端分别与第二机架杆和第二摆块铰接，所述第二短连杆置于第二长连杆的下方且所述第二短连杆与第二长连杆之间交叉设置。
本发明一种康复机器人腕关节，其中所述驱柄杆与第二短连杆固定连接。
本发明一种康复机器人腕关节，其中所述第一摆块上设有第一滑槽，所述第二摆块上设有第二滑槽，所述把手的两端能够分别沿第一滑槽和第二滑槽滑动。
本发明一种康复机器人腕关节，其中所述第一转接组件包括第一止块和第一转接套，所述第二转接组件包括第二转接套和第二止块，所述输出曲柄、第一止块、第一转接套、拉压力传感器、第二转接套、第二止块与驱柄杆依次固定连接。
本发明一种康复机器人腕关节，其中所述拉压力传感器的中心轴与输出曲柄的回转中心轴垂直。
本发明一种康复机器人腕关节，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腕关节，其中所述减速机采用行星减速机。
本发明一种康复机器人腕关节，其中所述连接基板、第一连杆组件与第二连杆组件均采用铝合金材质。
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本发明第一转接组件用于传递电机驱动减速机，减速机带动输出曲柄的力，第二转接组件用于传递把手沿第一连接组件与第二连杆组件的力，第一转接组件与第二转接组件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第一转接组件与第二转接组件的轴向拉压力，从而实时监测与反馈患者腕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与输出曲柄的回转中心轴垂直，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腕关节运动的动态力矩变化。③本发明通过采用多连杆传动结构实现腕关节转动功能，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。④本发明通过多连杆传动结构达到对不同患者腕关节摆动把手位置的自适应调节，不会对患者腕关节造成压迫感，更有利于患者的恢复训练，提高了患者的恢复效率。
下面结合附图对本发明的一种康复机器人腕关节作进一步说明。
附图说明
图1为本发明一种康复机器人腕关节的立体结构图；
图2为本发明一种康复机器人腕关节的爆炸图；
其中：1、连接基板；2、第一连杆组件；21、第一机架杆；22、第一长连杆；23、第一短连杆；24、第一摆块；25、第一滑槽；3、第二连杆组件；31、第二机架杆；32、第二长连杆；33、第二短连杆；34、第二摆块；35、第二滑槽；4、把手；5、电机；6、减速机；7、输出曲柄；8、第一转接组件；81、第一止块；82、第一转接套；9、拉压力传感器；10、第二转接组件；101、第二止块；102、第二转接套；11、驱柄杆。
具体实施方式
如图1-图2所示，本发明一种康复机器人腕关节，包括连接基板1、第一连杆组件2、第二连杆组件3和把手4，第一连杆组件2设置于连接基板1的上端，第二连杆组件3设置于连接基板1的下端，把手4的两端分别与第一连杆组件2和第二连杆组件3滑动连接，连接基板1的后侧安装有电机5和减速机6，电机5采用伺服电机，电机5与减速机6的输入端连接，减速机6的输出端与输出曲柄7的一端固定连接，输出曲柄7的另一端依次固定连接有第一转接组件8、第二转接组件10和驱柄杆11，驱柄杆11上远离第二转接组件10的一端与第二连杆组件3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。
具体地，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，患者处于被动状态，电机5将动力通过减速机6依次传递给输出曲柄7、第一转接组件8、第二转接组件10，第二转接组件10通过驱柄杆11带动第二连杆组件3，从而带动把手4沿第二连杆组件3滑动，进而带动第一连杆组件2，患者手握把手4，进而实现通过电机5提供动力带动患者的腕关节转动，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，患者通过手握把手4，自身给把手4施加动力，把手4的两端分别沿第一连杆组件2和第二连杆组件3滑动，并辅以电机5作为辅助动力配合患者实现腕关节转动，进而协助患者实现腕关节转动，完成康复动作，提高康复效率。
第一转接组件8用于传递电机5驱动减速机6，减速机6带动输出曲柄7的力，第二转接组件10用于传递把手4沿第一连接组件与第二连杆组件3的力，第一转接组件8与第二转接组件10之间设有拉压力传感器9，拉压力传感器9用于实时测量主动康复模式时第一转接组件8与第二转接组件10的轴向拉压力，从而实时监测与反馈患者腕关节运动的动态力矩变化。
进一步的，拉压力传感器9的中心轴与输出曲柄7的回转中心轴垂直，该结构使拉压力传感器9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腕关节运动的动态力矩变化。
其中，第一连杆组件2包括第一机架杆21、第一长连杆22、第一短连杆23和第一摆块24，第一机架杆21横向安装在连接基板1上，第一长连杆22的两端分别与第一机架杆21和第一摆块24铰接，第一短连杆23的两端分别与第一机架杆21和第一摆块24铰接，第一短连杆23置于第一长连杆22的上方且第一短连杆23与第一长连杆22之间交叉设置。第二连杆组件3包括第二机架杆31、第二长连杆32、第二短连杆33和第二摆块34，第二机架杆31横向安装在连接基板1上，第二长连杆32的两端分别与第二机架杆31和第二摆块34铰接，第二短连杆33的两端分别与第二机架杆31和第二摆块34铰接，第二短连杆33置于第二长连杆32的下方且第二短连杆33与第二长连杆32之间交叉设置。第一摆块24上设有第一滑槽25，第二摆块34上设有第二滑槽35，把手4的两端能够分别沿第一滑槽25和第二滑槽35滑动。
第一转接组件8包括第一止块81和第一转接套82，第二转接组件10包括第二转接套102和第二止块101，输出曲柄7、第一止块81、第一转接套82、拉压力传感器9、第二转接套102、第二止块101与驱柄杆11依次固定连接，驱柄杆11上远离第二止块101的一端与第二短连杆33固定连接。
在进行被动康复模式时，驱柄杆11通过电机5驱动带动第二短连杆33，第二短连杆33带动第二摆块34，第二摆块34带动第二长连杆32，并使第二短连杆33、驱柄杆11、和第二长连杆32沿第二机架转动，从而把手4的下端沿第二滑槽35滑动，把手4的上端沿第一滑槽25滑动，并通过第一摆块24同时带动第一短连杆23和第一长连杆22沿第一机架杆21转动，进而实现通过电机5提供动力带动患者的腕关节转动的康复过程。
在进行主动康复模式时，患者手握把手4，使把手4的上端沿第一滑槽25滑移，下端沿第二滑槽35滑移，把手4在滑移的同时，第一摆块24在第一短连杆23和第一长连杆22的作用下沿第一机架杆21转动，第二摆块34在第二短连杆33和第二长连杆32的作用下沿第二机架杆31转动，并辅以电机5提供辅助动力通过驱柄杆11带动把手4分别沿第一滑槽25与第二滑槽35滑移。
本发明通过采用多连杆传动结构实现腕关节转动功能，整体结构简单紧凑，强度高，此外，电机5通过减速机6直接连接有输出曲柄7，省去支撑端和轴承等连接结构，降低结构的复杂性。
本发明通过多连杆传动结构达到对不同患者腕关节摆动把手4位置的自适应调节，不会对患者腕关节造成压迫感，更有利于患者的恢复训练，提高了患者的恢复效率。
进一步的，还包括控制器，电机5和拉压力传感器9分别与控制器电连接，拉压力传感器9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5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，减速机6采用行星减速机。
进一步的，连接基板1、第一连杆组件2与第二连杆组件3均采用铝合金材质，力学性能好，减轻整体关节的重量。
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)

1.一种康复机器人腕关节，其特征在于：包括连接基板、第一连杆组件、第二连杆组件和把手，所述第一连杆组件设置于连接基板的上端，所述第二连杆组件设置于连接基板的下端，所述把手的两端分别与第一连杆组件和第二连杆组件滑动连接，所述连接基板的后侧安装有电机和减速机，所述电机与减速机的输入端连接，所述减速机的输出端与输出曲柄的一端固定连接，所述输出曲柄的另一端依次固定连接有第一转接组件、第二转接组件和驱柄杆，所述第一转接组件与第二转接组件之间设有拉压力传感器，所述驱柄杆上远离第二转接组件的一端与第二连杆组件连接。
2.根据权利要求1所述的一种康复机器人腕关节，其特征在于：所述第一连杆组件包括第一机架杆、第一长连杆、第一短连杆和第一摆块，所述第一机架杆横向安装在连接基板上，所述第一长连杆的两端分别与第一机架杆和第一摆块铰接，所述第一短连杆的两端分别与第一机架杆和第一摆块铰接，所述第一短连杆置于第一长连杆的上方且所述第一短连杆与第一长连杆之间交叉设置。
3.根据权利要求2所述的一种康复机器人腕关节，其特征在于：所述第二连杆组件包括第二机架杆、第二长连杆、第二短连杆和第二摆块，所述第二机架杆横向安装在连接基板上，所述第二长连杆的两端分别与第二机架杆和第二摆块铰接，所述第二短连杆的两端分别与第二机架杆和第二摆块铰接，所述第二短连杆置于第二长连杆的下方且所述第二短连杆与第二长连杆之间交叉设置。
4.根据权利要求3所述的一种康复机器人腕关节，其特征在于：所述驱柄杆与第二短连杆固定连接。
5.根据权利要求3所述的一种康复机器人腕关节，其特征在于：所述第一摆块上设有第一滑槽，所述第二摆块上设有第二滑槽，所述把手的两端能够分别沿第一滑槽和第二滑槽滑动。
6.根据权利要求1所述的一种康复机器人腕关节，其特征在于：所述第一转接组件包括第一止块和第一转接套，所述第二转接组件包括第二转接套和第二止块，所述输出曲柄、第一止块、第一转接套、拉压力传感器、第二转接套、第二止块与驱柄杆依次固定连接。
7.根据权利要求1所述的一种康复机器人腕关节，其特征在于：所述拉压力传感器的中心轴与输出曲柄的回转中心轴垂直。
8.根据权利要求1所述的一种康复机器人腕关节，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腕关节，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腕关节，其特征在于：所述连接基板、第一连杆组件与第二连杆组件均采用铝合金材质。
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