CN109363889A - 一种上肢外骨骼机器人左右手互换装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种上肢外骨骼机器人左右手互换装置，其特征在于，包括依次连接的机器人基架、中心转动关节、宽度调节臂、外侧转动关节、前后调节臂、肩部竖直转动关节和外骨骼机械臂，宽度调节臂与机器人基架通过中心转动关节旋转连接，宽度调节臂与前后调节臂通过外侧转动关节活动连接，前后调节臂与外骨骼机械臂通过肩部竖直转动关节旋转连接，且机器人基架安装在轮椅背后。在本申请中,具有左手和右手两个模式，通过对中心转动关节、外侧转动关节和肩部竖直转动关节的旋转调控，将外骨骼机械臂由轮椅一侧旋转换位至另一侧，能实现左右手两个模式的切换，方便不同患者进行不同手臂的康复训练，而且该机器人系统结构简单紧凑，可操作性好。

Description

一种上肢外骨骼机器人左右手互换装置

技术领域

本发明涉及康复器械领域，尤其涉及一种上肢外骨骼机器人左右手互换装置。

背景技术

外骨骼式机器人是一种能够穿戴于人体，辅助或扩展人体运动能力的机电装置。应用范围广泛，包括远程操控、人体机能增强，人体技能补偿以及肢体康复训练。

现有的专利有，一种上肢康复机器人(申请号201711011235.0)，通过安装在底座支柱两侧的外骨骼机械臂可实现左右手康复训练，不适用于只有单侧上肢活动障碍的患者。主被动式双臂上肢康复机器人(申请号201710355054.3)，将主臂用作控制装置，主臂带动从臂进行康复训练，只适用于右手患者。一种左右手两用式上肢康复机器人(申请号201410826999.5)，外骨骼机械臂连接在中心调高支柱上方的横梁上，采用丝杆转动调整位置，可用于左右手患者，但装置体积过大，且机构活动复杂繁琐。

虽然关于上肢康复训练的机构或装置不少，但目前存在的上肢外骨骼康复机器人一般是单侧固定康复训练装置，同时适用于左右手的康复装置却很少，其中包括拥有左右外骨骼机械臂的康复机器人，虽然能实现左右手不同患者的康复训练，但是由于脑卒中患者往往只有单侧上肢活动障碍，需要同时进行双臂训练的情况很少，造成了成本的浪费。而适用于左右手患者的上肢外骨骼机器人，一般是移动底座或者带有座椅、升降支柱及悬臂梁的结构，体积较为庞大，往往通过滑轨移动和电机控制实现左右结构互换，互换方式较为复杂，成本较高。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种上肢外骨骼机器人左右手互换装置，通过三个转动关节将外骨骼机械臂进行左右位置的互换，结构简单。

为了实现上述目的，本发明提出一种上肢外骨骼机器人左右手互换装置，包括依次连接的机器人基架、中心转动关节、宽度调节臂、外侧转动关节、前后调节臂、肩部竖直转动关节和外骨骼机械臂，其中：

所述中心转动关节包括第一旋转平台和第一旋转支架，所述第一旋转平台设于所述机器人基架上端，所述第一旋转支架与所述第一旋转平台旋转连接；

所述宽度调节臂与所述前后调节臂通过所述外侧转动关节活动连接；

所述肩部竖直转动关节包括驱动电机组件、电机固定环和电机连接座，所述驱动电机组件的输出轴贯穿所述电机固定环后与所述电机连接座连接，所述电机连接座在所述驱动电机组件的驱动下绕所述电机固定环的轴线旋转，所述电机固定环与所述前后调节臂固连，所述电机连接座与所述外骨骼机械臂相接。

进一步地，在所述的上肢外骨骼机器人左右手互换装置中，所述中心转动关节还包括齿条连接头、齿条和锁紧端盖，所述第一旋转支架的端部设有第一环套，所述齿条与所述机器人基架齿条连接，所述齿条连接头中间设有水平的所述第一旋转平台，所述第一旋转平台下侧的所述齿条连接头与所述齿条相接，所述第一旋转平台上侧的所述齿条连接头贯穿所述第一环套后与所述锁紧端盖连接。

进一步地，在所述的上肢外骨骼机器人左右手互换装置中，所述第一旋转平台和所述第一环套上设有多个重叠对应的定位孔，所述定位孔通过贯穿的拉环快拔销插卡限位。

进一步地，在所述的上肢外骨骼机器人左右手互换装置中，所述外侧转动关节包括第二旋转平台和第二旋转支架，所述第二旋转支架与所述第二旋转平台旋转连接。

进一步地，在所述的上肢外骨骼机器人左右手互换装置中，所述第二旋转平台与所述宽度调节臂相接，所述第二旋转支架与所述前后调节臂相接。

进一步地，在所述的上肢外骨骼机器人左右手互换装置中，所述第二旋转支架的端部设有第二环套，通过一螺栓依次贯穿所述第二环套和第二旋转平台的中心通孔，所述第二旋转支架与所述第二旋转平台旋转连接。

进一步地，在所述的上肢外骨骼机器人左右手互换装置中，所述第二旋转平台和所述第二环套上设有多个重叠对应的定位孔，所述定位孔通过贯穿的拉环快拔销插卡限位。

进一步地，在所述的上肢外骨骼机器人左右手互换装置中，所述驱动电机组件包括盘式电机和谐波减速器，所述盘式电机的输出轴与所述谐波减速器相接，所述谐波减速器的输出轴与所述电机连接座相接。

进一步地，在所述的上肢外骨骼机器人左右手互换装置中，所述肩部竖直转动关节还包括限位开关组件，所述限位开关组件包括限位开关固定槽和限位开关定位片，限位开关定位片固定在电机连接座上，限位开关固定槽连接在电机固定环上。

与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：具有左手和右手两个模式，通过对中心转动关节、外侧转动关节和肩部竖直转动关节的旋转调控，将外骨骼机械臂由轮椅一侧旋转换位至另一侧，能实现左右手两个模式的切换，方便不同患者进行不同手臂的康复训练，而且该机器人系统结构简单紧凑，可操作性好。

附图说明

图1为本发明中上肢外骨骼机器人左右手互换装置的结构示意图；

图2为图1中调节中心转动关节旋转180°后的结构示意图；

图3为图2中调节外侧转动关节旋转180°后的结构示意图；

图4为图3中调节肩部竖直转动关节旋转180°后的结构示意图；

图5为图1的放大结构示意图。

其中：机器人基架1、中心转动关节2、齿条连接头21、齿条22、锁紧端盖23、第一旋转平台24、第一旋转支架25、第一环套26、宽度调节臂3、外侧转动关节4、第二旋转平台41、第二旋转支架42、第二环套43、螺栓44、前后调节臂5、肩部竖直转动关节6、盘式电机61、谐波减速器62、电机固定环63、电机连接座64、限位开关固定槽65、限位开关定位片66、连接法兰67、外骨骼机械臂7、肩部水平转动关节71、肘关节转动关节72、腕关节活动机构73、定位孔81、拉环快拔销82、套设外壳83。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的上肢外骨骼机器人左右手互换装置进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。

此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本发明描述中，“至少”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除另有明确规定和限定，如有术语“组装”、“相连”、“连接”术语应作广义去理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；也可以是机械连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部相连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述的术语在本发明中的具体含义。

在发明中，除非另有规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“之下”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅是表示第一特征水平高度高于第二特征的高度。第一特征在第二特征“之上”、“之下”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如图1至图5所示，本发明提出一种上肢外骨骼机器人左右手互换装置，包括依次连接的机器人基架1、中心转动关节2、宽度调节臂3、外侧转动关节4、前后调节臂5、肩部竖直转动关节6和外骨骼机械臂7，宽度调节臂3与机器人基架1通过中心转动关节2旋转连接，宽度调节臂3与前后调节臂5通过外侧转动关节4活动连接，前后调节臂5与外骨骼机械臂7通过肩部竖直转动关节6旋转连接，且机器人基架1安装在轮椅背后。

具体地，如图1至图5所示，中心转动关节2包括齿条连接头21、齿条22、锁紧端盖23、第一旋转平台24和第一旋转支架25，第一旋转支架25一端与宽度调节臂3相接，另一端设有第一环套26，机器人基架1的上端设有垂直的齿条22，齿条22与机器人基架1齿条22连接，齿条连接头21中间设有水平的第一旋转平台24，第一旋转平台24下侧的齿条连接头21与齿条22相接，第一旋转平台24上侧的齿条连接头21贯穿第一环套26后与锁紧端盖23连接。第一旋转支架25通过第一环套26与第一旋转平台24旋转连接，第一旋转支架25绕齿条连接头21的轴线旋转。

其中，如图1至图5所示，外侧转动关节4包括第二旋转平台41、第二旋转支架42和螺栓44，第二旋转平台41与宽度调节臂3相接，第二旋转支架42一端与前后调节臂5相接，另一端设有第二环套43，螺栓44贯穿第二环套43和第二旋转平台41的中心通孔，使第二旋转支架42与第二旋转平台41旋转连接，第二旋转支架42以螺栓44为轴心旋转。

进一步地，如图5所示，第一旋转平台24和第一环套26上设有多个重叠对应的定位孔81，第二旋转平台41和第二环套43上设有多个重叠对应的定位孔81，定位孔81通过贯穿的拉环快拔销82插卡限位，即第一旋转支架25在第一旋转平台24上的旋转角度通过拉环快拔销82限定，第二旋转支架42在第二旋转平台41上的旋转角度亦通过拉环快拔销82限定。

同时，如图1至图5所示，肩部竖直转动关节6包括驱动电机组件、电机固定环63、电机连接座64和限位开关组件，驱动电机组件通过连接法兰67固定在电机固定环63上，且电机固定环63与前后调节臂5固连。驱动电机组件的输出轴贯穿电机固定环63后与电机连接座64连接，而电机连接座64与外骨骼机械臂7相接，电机连接座64在驱动电机组件的驱动下绕电机固定环63的轴线旋转。其中，驱动电机组件包括盘式电机61和谐波减速器62，盘式电机61的输出轴与谐波减速器62相接，谐波减速器62的输出轴与电机连接座64相接，谐波减速器62将盘式电机61的大功率转速转换成缓慢转速，便于受到驱动的电机连接座64带动外骨骼机械臂7缓慢进行限定角度旋转。限位开关组件包括限位开关固定槽65和限位开关定位片66，限位开关定位片66固定在电机连接座64上，限位开关固定槽65连接在电机固定环63上。限位开关组件能有效限定旋转的角度，使旋转至限定角度后的电机连接座64能及时停止转动，避免旋转角度超出需求。优选地，限位开关定位片66和限位开关固定槽65均为两端对称设置，方便电机连接座64旋转180°时进行限定。

此外，如图1所示，外骨骼机械臂7包含肩部水平转动关节71、肘关节转动关节72以及腕关节活动机构73，能通过竖直和水平两个方向的多个转动关节的配合动作完成肩关节的自由运动。同时，中心转动关节2、外侧转动关节4和肩部竖直转动关节6分别各设有一个套设外壳83。

具体操作情况如下：

初始使用状态如图1所示的角度位置，当需将外骨骼机械臂7进行从左侧移动至右侧的位置变换时，如图2所示，将中心转动关节2的拉环快拔销82取出，控制第一旋转支架25在第一旋转平台24上逆时针旋转180°，使得外骨骼机械臂7由轮椅前方左侧位置转到后方右侧位置，再将拉环快拔销82重新插入第一旋转平台24和第一环套26上重叠的定位孔81，限制第一旋转支架25的旋转。再如图3所示，将外侧转动关节4的拉环快拔销82取出，控制第二旋转支架42在第二旋转平台41上逆时针旋转180°，使得外骨骼机械臂7由轮椅后方右侧位置转到前方右侧位置，再将拉环快拔销82重新插入第二旋转平台41和第二环套43上重叠的定位孔81，限制第二旋转支架42的旋转。再如图4所示，通过驱动电机组件驱动电机连接座64旋转，即带动外骨骼机械臂7绕电机固定环63的轴线旋转180°使得外骨骼机械臂7的绑设手臂方向由背向轮椅方向转至面向轮椅方向，整体完成安装在轮椅上的上肢外骨骼机器人由左手模式切换至右手模式。

此外，在进行左右手模式的切换时，中心转动关节2、外侧转动关节4和肩部竖直转动关节6的先后旋转顺序是不限定的，且旋转的角度亦不限定为180°，可根据实际情况随时调整。

综上，在本实施例中，提出的上肢外骨骼机器人左右手互换装置，具有左手和右手两个模式，通过对中心转动关节、外侧转动关节和肩部竖直转动关节的旋转调控，将外骨骼机械臂由轮椅一侧旋转换位至另一侧，能实现左右手两个模式的切换，方便不同患者进行不同手臂的康复训练，而且该机器人系统结构简单紧凑，可操作性好。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种上肢外骨骼机器人左右手互换装置，其特征在于，包括依次连接的机器人基架、中心转动关节、宽度调节臂、外侧转动关节、前后调节臂、肩部竖直转动关节和外骨骼机械臂，其中：

所述中心转动关节包括第一旋转平台和第一旋转支架，所述第一旋转平台设于所述机器人基架上端，所述第一旋转支架与所述第一旋转平台旋转连接；

所述宽度调节臂与所述前后调节臂通过所述外侧转动关节活动连接；

所述肩部竖直转动关节包括驱动电机组件、电机固定环和电机连接座，所述驱动电机组件的输出轴贯穿所述电机固定环后与所述电机连接座连接，所述电机连接座在所述驱动电机组件的驱动下绕所述电机固定环的轴线旋转，所述电机固定环与所述前后调节臂固连，所述电机连接座与所述外骨骼机械臂相接。

2.根据权利要求1所述的上肢外骨骼机器人左右手互换装置，其特征在于，所述中心转动关节还包括齿条连接头、齿条和锁紧端盖，所述第一旋转支架的端部设有第一环套，所述齿条与所述机器人基架齿条连接，所述齿条连接头中间设有水平的所述第一旋转平台，所述第一旋转平台下侧的所述齿条连接头与所述齿条相接，所述第一旋转平台上侧的所述齿条连接头贯穿所述第一环套后与所述锁紧端盖连接。

3.根据权利要求2所述的上肢外骨骼机器人左右手互换装置，其特征在于，所述第一旋转平台和所述第一环套上设有多个重叠对应的定位孔，所述定位孔通过贯穿的拉环快拔销插卡限位。

4.根据权利要求1所述的上肢外骨骼机器人左右手互换装置，其特征在于，所述外侧转动关节包括第二旋转平台和第二旋转支架，所述第二旋转支架与所述第二旋转平台旋转连接。

5.根据权利要求4所述的上肢外骨骼机器人左右手互换装置，其特征在于，所述第二旋转平台与所述宽度调节臂相接，所述第二旋转支架与所述前后调节臂相接。

6.根据权利要求4所述的上肢外骨骼机器人左右手互换装置，其特征在于，所述第二旋转支架的端部设有第二环套，通过一螺栓依次贯穿所述第二环套和第二旋转平台的中心通孔，所述第二旋转支架与所述第二旋转平台旋转连接。

7.根据权利要求6所述的上肢外骨骼机器人左右手互换装置，其特征在于，所述第二旋转平台和所述第二环套上设有多个重叠对应的定位孔，所述定位孔通过贯穿的拉环快拔销插卡限位。

8.根据权利要求1所述的上肢外骨骼机器人左右手互换装置，其特征在于，所述驱动电机组件包括盘式电机和谐波减速器，所述盘式电机的输出轴与所述谐波减速器相接，所述谐波减速器的输出轴与所述电机连接座相接。

9.根据权利要求1所述的上肢外骨骼机器人左右手互换装置，其特征在于，所述肩部竖直转动关节还包括限位开关组件，所述限位开关组件包括限位开关固定槽和限位开关定位片，限位开关定位片固定在电机连接座上，限位开关固定槽连接在电机固定环上。