CN109363892A - 一种绳索驱动的并联式柔性上肢康复机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种绳索驱动的并联式柔性上肢康复机器人，其采用柔性绳索与固定环结构，为并联式穿戴康复机构，可以实现手臂的旋转动作，进而实现人体手臂的全关节运动，其技术方案为：包括肩关节固定环、第一肘关节固定环、第二肘关节固定环、腕关节固定环；所述肩关节固定环、第一肘关节固定环的环面相对位置上设有多组第一连接孔组，肩关节固定环和第一肘关节固定环的第一连接孔组之间连接有第一柔性绳索；所述第二肘关节固定环、腕关节固定环的环面相对位置上设有多组第二连接孔组，第二肘关节固定环和腕关节固定环的第二连接孔组之间连接有第二柔性绳索。
Description
技术领域
本发明涉及上肢康复器械技术领域，特别是涉及一种绳索驱动的并联式柔性上肢康复机器人。
背景技术
随着老龄化趋势的加快以及中青年人群过度劳累现象的加剧，在居民中出现了大量患有脑血管疾病或神经系统疾病的患者，这类患者多数伴有偏瘫症状，运动功能受到了一定的损伤，医学理论和临床医学证明，这类患者除了早期的手术和药物治疗外，科学的康复训练对于肢体运动功能的恢复起到非常重要的作用。
上肢康复机器人的主要作用是通过机器人带动患者肢体运动，对肢体运动障碍的患者进行运动机能的康复训练。作为一种自动化康复医疗设备，它以医学理论为依据，帮助患者进行科学而又有效的康复训练，使患者的运动机能得到更好的恢复。国外内大量研究表明，上肢康复机器人可以为不同康复状态的患者提供所需的康复训练方式，并能够实现一对多的康复训练，大大减轻了康复医师的负担。此外，康复机器人还能够为医师提供病人的运动训练数据，为医师进一步优化康复方案提供客观依据。
但现有的上肢康复机器人一般只可以实现手臂关节的伸展屈曲动作，无法实现对手臂全方位动作的直接控制，特别是无法实现大臂与前臂的旋转运动控制。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种绳索驱动的并联式柔性上肢康复机器人，其采用柔性绳索与固定环结构，为并联式穿戴康复机构，可以实现手臂的旋转动作，进而实现人体手臂的全关节运动；
为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种绳索驱动的并联式柔性上肢康复机器人，包括肩关节固定环、第一肘关节固定环、第二肘关节固定环、腕关节固定环；
所述肩关节固定环、第一肘关节固定环的环面相对位置上设有多组第一连接孔组，肩关节固定环和第一肘关节固定环的第一连接孔组之间连接有第一柔性绳索；
所述第二肘关节固定环、腕关节固定环的环面相对位置上设有多组第二连接孔组，第二肘关节固定环和腕关节固定环的第二连接孔组之间连接有第二柔性绳索。
进一步的，每一组所述第一连接孔组均设置多个第一连接孔，第一柔性绳索连接于肩关节固定环和第一肘关节固定环的第一连接孔之间。
进一步的，多个所述第一连接孔在肩关节固定环或第一肘关节固定环的环面上均匀布设。
进一步的，所述肩关节固定环和第一肘关节固定环的多组第一连接孔组的其中一组之间的第一柔性绳索相互平行设置，其余组之间的第一柔性绳索均交叉设置。
进一步的，每一组所述第二连接孔组均设置多个第二连接孔，第二柔性绳索连接于腕关节固定环和第二肘关节固定环的第二连接孔之间。
进一步的，多个所述第二连接孔在腕关节固定环或第二肘关节固定环的环面上均匀布设。
进一步的，所述腕关节固定环和第二肘关节固定环的多组第二连接孔组的其中一组之间的第二柔性绳索相互平行设置，其余组之间的第二柔性绳索均交叉设置。
进一步的，所述第一柔性绳索、第二柔性绳索均与驱动机构连接。
进一步的，所述驱动机构包括直线气缸，直线气缸的输出杆与第一柔性绳索或第二柔性绳索连接。
进一步的，沿所述直线气缸的输出杆的输出方向设有导轮以将第一柔性绳索或第二柔性绳索进行导向。
进一步的，所述肩关节固定环、第一肘关节固定环、第二肘关节固定环、腕关节固定环均为环状构件，肩关节固定环、第一肘关节固定环相对设置，第二肘关节固定环、腕关节固定环相对设置。
进一步的，所述环状构件内侧面设有软性内衬。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的上肢康复机器人利用柔性绳索直接带动手臂进行动作，其中，驱动机构拉动与手臂骨骼方向同向的柔性绳索以实现关节的伸展屈曲动作，驱动机构拉动与手臂骨骼方向有斜度的柔性绳索实现手臂的旋转动作，通过以不同力拉动不同柔性绳索的组合，实现机器人的方位动作，从而实现人体手臂的全关节运动，达到康复的效果。
本发明的上肢康复机器人采用柔性绳索与环状构件的方式，实现并联的穿戴式康复机构设计，结构小巧，便于携带与使用。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明上臂康复机器人的结构示意图；
图2为肩关节固定环的结构示意图；
图3为第一肘关节固定环、第二肘关节固定环的结构示意图；
图4为腕关节固定环的结构示意图；
图5为驱动机构的示意图；
图中，1肩关节固定环，2第一肘关节固定环，3第二肘关节固定环，4腕关节固定环，5第一柔性绳索，6第二柔性绳索，7第一连接孔，8第二连接孔，9手臂，10直线气缸，11输出杆，12导轮。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有技术中的上臂康复机器人仅沿人体骨骼方向设置相应机构，通过机构的伸缩仅可实现手臂关节的伸展屈曲动作，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种绳索驱动的并联式柔性上肢康复机器人，其可以解决上肢外骨骼并联机构中对手臂全方位动作的直接控制问题，特别是大臂与前臂的旋转运动控制问题。
本申请的一种典型的实施方式中，如图1-图5所示，提供了一种绳索驱动的并联式柔性上肢康复机器人，包括肩关节固定环1、第一肘关节固定环2、第二肘关节固定环3、腕关节固定环4；
肩关节固定环1、第一肘关节固定环2、第二肘关节固定环3、腕关节固定环4均为环状构件，肩关节固定环1、第一肘关节固定环2相对设置，第二肘关节固定环3、腕关节固定环4相对设置。
为了避免环状构件对人体造成损失，肩关节固定环1、第一肘关节固定环2、第二肘关节固定环3、腕关节固定环4的环状构件内侧面设有软性内衬，以增加佩戴舒适感。
肩关节固定环1、第一肘关节固定环2的环面相对位置上设有多组第一连接孔组，即在肩关节固定环1、第一肘关节固定环2的环面上均设置多组第一连接孔组，肩关节固定环1、第一肘关节固定环2上的第一连接孔组相对设置，肩关节固定环1和第一肘关节固定环2的第一连接孔组之间连接有第一柔性绳索5；
每一组第一连接孔组均设置多个第一连接孔7，第一柔性绳索5连接于肩关节固定环1和第一肘关节固定环2的第一连接孔7之间。
多个第一连接孔7在肩关节固定环1或第一肘关节固定环2的环面上均匀布设。
肩关节固定环1和第一肘关节固定环2的多组第一连接孔组的其中一组之间的第一柔性绳索5相互平行设置，其余组之间的第一柔性绳索5均交叉设置。
第一连接孔组的设置组数可根据实际需求设置，本实施例中，第一连接孔组设置三组，每一组连接孔组设置3个第一连接孔7，3个第一连接孔7在肩关节固定环1或第一肘关节固定环2的环面上均匀布设；以图2-图3所示，肩关节固定环1环面上位于中间位置的3个第一连接孔7为一组，左侧位置的3个第一连接孔7为一组，右侧位置的3个第一连接孔7为一组，同理，第一肘关节固定环2上的第一连接孔以同样方式布设。
以本实施例，肩关节固定环1和第一肘关节固定环2中间组相对的第一连接孔7之间用第一柔性绳索5连接，3个第一连接孔7之间的第一柔性绳索5相互平行且与手臂9骨骼方向平行；中间位置左侧组的第一连接孔7之间连接的第一柔性绳索5则交叉设置，即肩关节固定环1左侧组第一个第一连接孔7与第一肘关节固定环2左侧组的第二个第一连接孔7用第一柔性绳索5连接，肩关节固定环1左侧组第二个第一连接孔7与第一肘关节固定环2左侧组的第三个第一连接孔7用第一柔性绳索5连接，肩关节固定环1左侧组第三个第一连接孔7与第一肘关节固定环2左侧组的第一个第一连接孔7用第一柔性绳索5连接；右侧组的第一柔性绳索以同理方式布设，继而使得肩关节固定环1和第一肘关节固定环2之间既有沿人体手臂9骨骼方式布设的绳索连接，可以实现手臂关节的伸展屈曲动作，也有斜向绳索连接，在绳索拉伸过程中，可以直接带动手臂实现旋转动作。
第二肘关节固定环3、腕关节固定环4的环面相对位置上设有多组第二连接孔组，即在第二肘关节固定环3、腕关节固定环4的环面上均设置多组第二连接孔组，第二肘关节固定环3、腕关节固定环4上的第二连接孔组相对设置，第二肘关节固定环4和腕关节固定环4的第二连接孔组之间连接有第二柔性绳索6。
每一组第二连接孔组均设置多个第二连接孔8，第二柔性绳索6连接于腕关节固定环4和第二肘关节固定环3的第二连接孔8之间。
多个第二连接孔8在腕关节固定环4或第二肘关节固定环3的环面上均匀布设。
腕关节固定环4和第二肘关节固定环3的多组第二连接孔组的其中一组之间的第二柔性绳索6相互平行设置，其余组之间的第二柔性绳索6均交叉设置。
本实施例中，第二连接孔组设置三组，每一组连接孔组设置3个第二连接孔8，3个第二连接孔8在第二肘关节固定环3或腕关节固定环4的环面上均匀布设；以图3-图4所示，第二肘关节固定环3环面上位于中间位置的3个第二连接孔8为一组，左侧位置的3个第二连接孔8为一组，右侧位置的3个第二连接孔8为一组，同理，腕关节固定环4上的第二连接孔以同样方式布设。
本实施例中，第二肘关节固定环3和腕关节固定环4之间第二柔性绳索6的连接布设与上述肩关节固定环1、第一肘关节固定环2之间第一柔性绳索5的连接布设方式相同。
第一柔性绳索5、第二柔性绳索6均与驱动机构连接。
如图5所示，驱动机构包括直线气缸10，直线气缸10的输出杆11与第一柔性绳索5或第二柔性绳索6连接。每一独立的第一柔性绳索5均与一独立的直线气缸10的输出杆11连接，每一独立的第二柔性绳索6均与一独立的直线气缸10的输出杆11连接。
沿直线气缸10的输出杆11的输出方向设有导轮12以将第一柔性绳索5或第二柔性绳索6进行导向。驱动力由直线气缸产生，由柔性绳索传递输出力，柔性绳索一端固定在直线气缸的输出杆上，并通过导轮将运动传递到机器人关节处。
本发明的上臂康复机器人使用时，将肩关节固定环1佩戴于人体肩关节处，第一肘关节固定环2、第二肘关节固定环3佩戴于人体肘关节处，腕关节固定环4佩戴于人体腕关节处，人体手臂9在肩关节固定环1、第一肘关节固定环2、第二肘关节固定环3、腕关节固定环4中间穿过，固定环之间柔性绳索的连接方式按上文所述方式连接，驱动机构拉动与手臂骨骼方向同向的柔性绳索可以实现手臂关节的伸展屈曲动作，驱动机构拉动与手臂骨骼方向有斜度的柔性绳索可以实现手臂的旋转动作，通过以不同力拉动不同柔性绳索的组合，可以实现机器人的方位动作，从而实现人体手臂的全关节运动，达到康复的效果。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种绳索驱动的并联式柔性上肢康复机器人，其特征是，包括肩关节固定环、第一肘关节固定环、第二肘关节固定环、腕关节固定环；
所述肩关节固定环、第一肘关节固定环的环面相对位置上设有多组第一连接孔组，肩关节固定环和第一肘关节固定环的第一连接孔组之间连接有第一柔性绳索；
所述第二肘关节固定环、腕关节固定环的环面相对位置上设有多组第二连接孔组，第二肘关节固定环和腕关节固定环的第二连接孔组之间连接有第二柔性绳索。
2.如权利要求1所述的并联式柔性上肢康复机器人，其特征是，每一组所述第一连接孔组均设置多个第一连接孔，第一柔性绳索连接于肩关节固定环和第一肘关节固定环的第一连接孔之间。
3.如权利要求2所述的并联式柔性上肢康复机器人，其特征是，多个所述第一连接孔在肩关节固定环或第一肘关节固定环的环面上均匀布设。
4.如权利要求1所述的并联式柔性上肢康复机器人，其特征是，所述肩关节固定环和第一肘关节固定环的多组第一连接孔组的其中一组之间的第一柔性绳索相互平行设置，其余组之间的第一柔性绳索均交叉设置。
5.如权利要求1所述的并联式柔性上肢康复机器人，其特征是，每一组所述第二连接孔组均设置多个第二连接孔，第二柔性绳索连接于腕关节固定环和第二肘关节固定环的第二连接孔之间。
6.如权利要求5所述的并联式柔性上肢康复机器人，其特征是，多个所述第二连接孔在腕关节固定环或第二肘关节固定环的环面上均匀布设。
7.如权利要求1所述的并联式柔性上肢康复机器人，其特征是，所述腕关节固定环和第二肘关节固定环的多组第二连接孔组的其中一组之间的第二柔性绳索相互平行设置，其余组之间的第二柔性绳索均交叉设置。
8.如权利要求1所述的并联式柔性上肢康复机器人，其特征是，所述第一柔性绳索、第二柔性绳索均与驱动机构连接；所述驱动机构包括直线气缸，直线气缸的输出杆与第一柔性绳索或第二柔性绳索连接。
9.如权利要求8所述的并联式柔性上肢康复机器人，其特征是，沿所述直线气缸的输出杆的输出方向设有导轮以将第一柔性绳索或第二柔性绳索进行导向。
10.如权利要求1所述的并联式柔性上肢康复机器人，其特征是，所述肩关节固定环、第一肘关节固定环、第二肘关节固定环、腕关节固定环均为环状构件，肩关节固定环、第一肘关节固定环相对设置，第二肘关节固定环、腕关节固定环相对设置；所述环状构件内侧面设有软性内衬。
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