CN108161983B - 康复机器人关节装置 - Google Patents

Abstract

本发明康复机器人关节装置涉及医疗康复器械技术领域。其目的是为了提供一种结构简单、成本低、操作简便的康复机器人关节装置。本发明康复机器人关节装置，包括驱动器、输出曲柄和机座连杆，所述输出曲柄连接在所述驱动器的输出轴上，所述机座连杆与所述驱动器的外壳相对固定，所述输出曲柄上连接有输出连杆，所述输出曲柄上连接有压力检测组件，所述压力检测组件的两端分别连接所述输出曲柄和所述输出连杆。

Description

康复机器人关节装置

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关节装置。

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。

但是，现有的康复训练机器人面临成本高、体积大、结构复杂等问题，导致使用范围和训练效果受到局限。

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关节装置。

本发明康复机器人关节装置，包括驱动器、输出曲柄和机座连杆，所述输出曲柄连接在所述驱动器的输出轴上，所述机座连杆与所述驱动器的外壳相对固定，所述输出曲柄上连接有输出连杆，所述输出曲柄上连接有压力检测组件，所述压力检测组件的两端分别连接所述输出曲柄和所述输出连杆。

本发明康复机器人关节装置，其中所述输出曲柄和所述输出连杆通过锁紧转轴连接，所述锁紧转轴贯穿所述输出连杆上，且所述锁紧转轴固定连接在所述输出曲柄上。

本发明康复机器人关节装置，其中所述锁紧转轴上套接有自润轴承，所述自润轴承的两端分别连接所述输出连杆和所述锁紧转轴。

本发明康复机器人关节装置，其中所述压力检测组件包括拉压力传感器，所述拉压力传感器的中心轴与所述输出曲柄的回转中心轴垂直。

本发明康复机器人关节装置，其中所述拉压力传感器上连接有拉压力传感器止块，所述拉压力传感器止块一端连接所述拉压力传感器、另一端连接所述输出连杆。

本发明康复机器人关节装置，其中所述机座连杆上连接有转接盘，所述转接盘连接在所述驱动器的壳体上。

本发明康复机器人关节装置，其中所述输出曲柄上开设有转动限位口，所述转动限位口上连接有转动限位块，所述转动限位块与机座连杆可拆卸连接。

本发明康复机器人关节装置，其中所述机座连杆上设有连接段、连接环或连接滑块。

本发明康复机器人关节装置，其中所述输出连杆上设有导槽或安装孔。

本发明康复机器人关节装置，其中所述输出连杆上连接有护臂。

本发明康复机器人关节装置与现有技术不同之处在于：本发明康复机器人关节装置，包括驱动器、输出曲柄和机座连杆，输出曲柄连接在驱动器上，机座连杆与驱动器的外壳相对固定，输出曲柄上连接有输出连杆，输出曲柄上连接有压力检测组件，压力检测组件的两端分别连接输出曲柄和输出连杆；机座连杆与在驱动器的壳体相对固定，机座连杆远离驱动器的一端连接在上一关节组件上，驱动器带动输出连杆转动，输出连杆连接下一关节组件，使相邻两个关节组件能够同步调节；

进一步的，整体结构紧凑，质量轻，体积小，通过压力检测组件测量关节动态力矩的方式不仅可以辅助使用者进行被动训练，还可以为使用者主动训练提供辅助；

患者在康复早期时，使用者本身无法自主运动，采用被动康复模式，驱动器带动输出连杆动作，输出连杆带动使用者的肩关节或肘关节进行活动，实现引导动作过程；

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，使用者主动驱动输出连杆产生相对于输出曲柄动作的趋势，压力检测组件检测到输出连杆的主动作用力，驱动器根据使用者主动作用力，调节驱动器的转速、转动方向以适应使用者的不同康复阶段，提高康复效率；

压力检测组件测量关节动态力矩的方式不仅可以辅助使用者进行被动训练，还可以为使用者主动训练提供辅助；

进一步的，输出曲柄与输出连杆间连接压力检测组件，使压力检测组件不受其它分向力的影响，更加精确的反馈关节的动态力矩等技术指标。

下面结合附图对本发明的康复机器人关节装置作进一步说明。

附图说明

图1为本发明康复机器人关节装置的一较佳实施例的装配结构示意图；

图2为本发明康复机器人关节装置的一较佳实施例的爆炸结构示意图；

图3为本发明康复机器人关节装置的机座连杆的一种实施例的结构示意图；

图4为本发明康复机器人关节装置的输出曲柄的一种实施例的结构示意图；

图5为本发明康复机器人关节装置的机座连杆的另一种实施例的结构示意图；

图6为本发明康复机器人关节装置的机座连杆的第三种实施例的结构示意图。

附图标注：

1、机座连杆；

2、支撑环；21、连接段；22、连接孔；23、连接滑块；

3、转接盘；4、电机；5、减速机；

6、输出曲柄；61、转接孔；62、转接端；63、转动限位口；64、转动限位块；

7、锁紧转轴；71、限位环；

8、滋润轴承；81、自润挡圈；

9、输出连杆；91、导槽；92、定位螺栓；

10、第一转接套；11、拉压力传感器；12、第二转接套；13、拉压力传感器止块。

具体实施方式

康复机器人的康复模式主要有被动康复模式和主动康复模式两种，被动康复模式是患者处于被动状态，在康复机器人的引导下完成康复动作；主动康复模式是患者处于主动状态，康复机器人辅助患者完成动作，如对其进行重力补偿或力效果仿真等。主动康复模式相对于被动康复模式在康复方式和康复效果上多具有相当的优势，而要实现主动康复模式，具有关节动态力矩反馈是关键的一环。

结合图1-图4所示，本发明康复机器人关节装置，包括驱动器、输出曲柄6和机座连杆1，输出曲柄6连接在驱动器的输出轴上，机座连杆1与驱动器相对转动，输出曲柄6上连接有输出连杆9，输出曲柄6上连接有压力检测组件，压力检测组件的两端分别连接输出曲柄6和输出连杆9。机座连杆1与驱动器的壳体相对固定，机座连杆1远离驱动器的一端连接在上一关节组件上；驱动器带动输出连杆9转动，输出连杆9连接下一关节组件，使相邻两个关节组件相互连接。

压力检测组件和驱动器均连接到控制系统，压力检测组件将作用力传输到控制系统，控制系统对输出曲柄6和输出连杆9之间的作用力进行记录，便于医护人员了解使用者的状态；控制系统能够调节和控制驱动器的驱动作用力。

患者在康复早期时，使用者本身无法自主运动，采用被动康复模式，此时，驱动器驱动输出曲柄6转动，输出曲柄6和输出连杆9通过压力检测组件连接，输出曲柄6带动输出连杆9转动。同时，输出曲柄6向输出连杆9传递作用力，压力检测组件的受力发生变化，压力检测组件检测到输出曲柄6对输出连杆9的驱动作用。

患者在康复进程的后期，使用者本身有一些运动能力，但力量有限，采用主动康复模式，使用者驱动输出连杆9动作，输出连杆9通过压力检测组件将驱动作用力传递给输出曲柄6，压力检测组件检测到使用者的主动作用力，压力检测组件将使用者的主动作用力传输到控制系统，控制系统可以记录使用者的主动作用力，便于医护人员了解使用者的康复状态；同时控制系统还可以根据压力检测组件反馈的作用力调节驱动器的转速、转动方向以适应使用者的康复训练需求，实现对主动康复训练过程中辅助补偿，实现不同的训练动作，适用范围广泛，也提高康复效率。

具体的，驱动器包括电机4和减速机5，电机4可以选用伺服电机，伺服电机具有体积小、反应快、过载能力大、便于自动调节的特点；减速机5可以选用谐波减速机，减速机5采用的谐波减速机输出端具有足够的轴向、径向和抗扭转强度，可以直连输出曲柄6，省去了臃肿的支撑端和轴承等部分；降低了结构的复杂性，减轻关节装置的质量。

进一步的，输出曲柄6和输出连杆9通过锁紧转轴7连接，锁紧转轴7贯穿输出连杆9，且锁紧转轴7固定连接在输出曲柄6上。锁紧转轴7通过螺钉拧紧连接在输出曲柄6上，输出连杆9与输出曲柄6通过锁紧转轴7铰接；锁紧转轴7上设有限位环71，限位环71卡接在输出连杆9的端面上，限位环71起到限位输出连杆9的作用，结构简单，实现了对输出连杆9与输出曲柄6的铰接，结构简单，连接稳定。

进一步的，锁紧转轴7上套接有自润轴承8，自润轴承8抵接输出连杆9，即锁紧转轴7与输出连杆9之间连接有自润轴承8，减小锁紧转轴7与输出连杆9之间的摩擦，也减小输出连杆9转动调节过程中的摩擦作用，减小外力干扰，提高主动康复训练和被动康复训练过程中压力检测组件的检测精度，使医护人员更加准确判断使用者的状态。优选的，输出连杆9上还配设有自润挡圈81，自润挡圈81垫设在输出曲柄6和输出连杆9之间，起到隔离垫护的作用。输出连杆9与输出曲柄6的连接端选用体积小、质量轻的自润轴承8和自润挡圈81。

进一步的，压力检测组件包括拉压力传感器11，拉压力传感器11的中心轴与输出曲柄6的回转中心轴垂直，保证了拉压力传感器不受其它分向力的影响，更加精确的反馈关节的动态力矩等技术指标。拉压力传感器11具有精度高、测量范围广、寿命长、结构简单等特点。输出曲柄6上设有转接端62，转接端62上开设有转接孔61，拉压力传感器11连接在转接孔61内，方便安装拉压力传感器11。

进一步的，拉压力传感器11上连接有拉压力传感器止块13，拉压力传感器止块13一端连接拉压力传感器11、另一端连接输出连杆9。拉压力传感器止块13起到连接输出连杆9和输出曲柄6的作用，当输出曲柄6相对于输出连杆9产生相对运动趋势或输出连杆9相对于输出曲柄6产生相对运动趋势时，拉压力传感器止块13在输出曲柄6或输出连杆9的带动下相对于拉压力传感器11产生拉力或压力，实现检测力矩的变化。驱动器和拉压力传感器11均连接到控制系统，拉压强传感器11将检测到力矩传输到控制系统，控制系统根据驱动器的驱动动力和拉压力传感器11的数据得出使用者的主动动作的力量，实现对使用者的状态监测的功能，便于医护人员了解使用者的康复状态。

进一步的，拉压力传感器11与输出曲柄6之间设有第一转接套10，第一转接套10连接在转接孔61内；拉压力传感器11与拉压力传感器止块13之间设有第二转接套12。第一转接套10和第二转接套12与输出曲柄6配合保证拉压力传感器11的中心轴与输出曲柄6的回转中心想垂直度，进而保证检测精度。

进一步的，机座连杆1上连接有转接盘3，转接盘3连接在驱动器的壳体上。机座连杆1的一端设有支撑环2，支撑环2套设在驱动器的壳体上，支撑环2固定连接在转接盘3上，转接盘3连接在驱动器的壳体上，支撑环2与转接盘3通过螺栓固定连接，机座连杆1通过转接盘3连接在驱动器的壳体上。

进一步的，输出曲柄6上开设有转动限位口63，转动限位口63上连接有转动限位块64，转动限位块64与机座连杆1可拆卸连接。转动限位口63设为半环形结构，转动限位口63对转动限位块64的转动进行限位，通过转动限位块64与转动限位口63的配合实现对驱动器的输出轴的转动角度的限位，防止驱动器的输出轴的转动角度超出安全锻炼范围，保证使用者康复锻炼过程中的安全性，避免使用者康复训练中关节转动过度造成的损伤，并且，还可以通过调整加工输出曲柄6的转动限位口63的尺寸和\或调整转动限位块64的尺寸来适应不同关节的不同转动角度的需求。

进一步的，机座连杆1上设有连接段21、连接环22或连接滑块23。

机座连杆1的实施例一：结合图3所示，机座连杆1上设有连接段21，连接段21设置在远离驱动器的一端，连接段21连接在上一关节组件的导槽内，实现两个相邻的关节组件的固定连接，导槽上设有与连接孔配合的螺栓或螺钉，实现导槽与连接段21的固定连接，连接段21上开设有若干个连接孔，还能通过调节螺栓或螺钉的位置来调节导槽与连接段21的位置关系。

具体的，连接段21与康复机器人肩关节部分滑动连接，并可根据大臂的实际长度进行调节。

机座连杆1的实施例二：与实施例一的不同之处在于，机座连杆1设为具有一定弯折角度的V型结构，机座连杆1上设有连接环22，连接环22设置在远离驱动器的一端，连接环22与上一关节组件的输出曲柄6固定连接，相当于上一关节组件的输出连杆，实现两个相邻关节组件的连接，结构简单、节省零件、减轻质量。

本实施例的机座连杆1能够连接两个调节肩关节活动的肩关节组件。

机座连杆1的实施例三：与实施例一的不同之处在于，机座连杆1上设有连接滑块23，连接滑块23设置在远离驱动器的一端，连接滑块23的形状与背架导槽的形状相适配，连接滑块滑动连接在背架导槽内，实现机座连杆1与背架的滑动连接。

进一步的，输出连杆9上设有导槽91或安装孔。

输出连杆9的实施例一：结合图1和图2所示，输出连杆9远离输出曲柄6的一端设有设有导槽91，导槽91配设有定位螺栓92，导槽91内可以连接下一关节组件的滑块，下一关节组件的滑块上设有若干个与定位螺栓92相适配的孔，定位螺栓92起到固定滑块的作用，定位螺栓92还能通过连接滑块上不同的孔来调节滑块的连接位置。

具体的，通过通过导槽91与康复机器人中的腕关节进行滑动连接，并可根据使用小臂长度进行调节，并通过定位螺栓92固定。

进一步的，输出连杆9上连接有护臂，护臂可拆卸连接在输出连杆9上，护臂通过螺纹连接固定在输出连杆9上，护臂的形状与人体大臂或小臂的形状相适配，使护臂可以卡套在大臂或小臂上，使关节装置与使用者的上肢连接。

输出连杆9的实施例二：与实施例一的不同之处在于，输出连杆9设为具有一定弯折角度的V型结构，输出连杆9远离输出曲柄6的一端设有安装孔，安装孔的形状结构与下一关节组件的驱动器的外壳尺寸相适配，安装孔套接在下一关节组件的驱动器上，输出连杆9与机座连杆1的功能相同，即输出连杆9的结构与图5所示的机座连杆1的结构相同。

机座连杆1、转接盘3、输出曲柄6和输出连杆9等主要部件均采用铝质合金材料加工而成，铝材具有力学性能好、质量轻的铝制合金，进一步降低了关节装置的重量，同时保证结构紧凑，受力科学合理。

综上，本发明康复机器人关节装置，整体结构紧凑，质量轻，体积小，整体结构通过拉压力传感器11测量关节动态力矩的方式不仅可以辅助使用者进行被动训练，还可以为使用者主动训练提供辅助；同时输出曲柄6与输出连杆9间通过转接套连接拉压力传感器11，保持拉压力传感器11的中心轴与输出曲柄6的回转中心轴垂直，保证了拉压力传感器11不受其它分向力的影响，更加精确的反馈关节的动态力矩等技术指标；最后，通过输出曲柄6的转动限位口63和转动限位块64的机械式限位设计，更好的避免使用者康复训练中关节转动过度造成的损伤，并且，还可以通过调整加工输出曲柄6的转动限位口63的尺寸和\或调整转动限位块64的尺寸来适应不同关节的不同转动角度的需求。

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 (4)

1.一种康复机器人关节装置，其特征在于：包括驱动器、输出曲柄(6)和机座连杆(1)，所述输出曲柄(6)连接在所述驱动器的输出轴上，所述机座连杆(1)与所述驱动器的外壳相对固定，所述输出曲柄(6)上连接有输出连杆(9)，所述输出曲柄(6)上连接有压力检测组件，所述压力检测组件的两端分别连接所述输出曲柄(6)和所述输出连杆(9)；

所述压力检测组件包括拉压力传感器(11)，所述拉压力传感器(11)的中心轴与所述输出曲柄(6)的回转中心轴垂直；

所述拉压力传感器(11)上连接有拉压力传感器止块(13)，所述拉压力传感器止块(13)一端连接所述拉压力传感器(11)、另一端连接所述输出连杆(9)；

所述输出曲柄(6)和所述输出连杆(9)通过锁紧转轴(7)连接，所述锁紧转轴(7)贯穿所述输出连杆(9)上，且所述锁紧转轴(7)固定连接在所述输出曲柄(6)上；

所述锁紧转轴(7)上套接有自润轴承(8)，所述自润轴承(8)的两端分别连接所述输出连杆(9)和所述锁紧转轴(7)；

所述机座连杆(1)上连接有转接盘(3)，所述转接盘(3)连接在所述驱动器的壳体上；

所述输出曲柄(6)上开设有转动限位口(63)，所述转动限位口(63)上连接有转动限位块(64)，所述转动限位块(64)与机座连杆(1)可拆卸连接。

2.根据权利要求1所述的康复机器人关节装置，其特征在于：所述机座连杆(1)上设有连接段(21)、连接环或连接滑块。

3.根据权利要求1所述的康复机器人关节装置，其特征在于：所述输出连杆(9)上设有导槽(91)或安装孔。

4.根据权利要求1所述的康复机器人关节装置，其特征在于：所述输出连杆(9)上连接有护臂。