CN109692103A - 一种人体上肢康复机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种人体上肢康复机器人，包括底座、置于底座上的升降台、与所述升降台连接的上肢支撑装置，所述上肢支撑装置包括与上臂对应的上臂支撑模块、与前臂对应的前臂支撑模块、与手部对应的手部支撑模块，还包括分别用于活动肩关节、肘关节和腕关节的肩关节活动模块、肘关节活动模块和腕关节活动模块，所述肩关节活动模块、肘关节活动模块和腕关节活动模块均包括驱动电机和控制所述驱动电机转向的转向控制装置。本发明中的机器人是一种结构紧凑、性能可靠、个体适应性强，不仅节省人力成本，而且很大程度上提高了患者的康复效率的新型人体上肢康复机器人。

Description

一种人体上肢康复机器人

技术领域

本发明涉及一种人体上肢康复机器人，属于医疗康复领域。

背景技术

随着我国老年人群逐渐增多，需要老年人患有上肢运动障碍疾病。事实证明，正崛起的人体康复机器人技术帮助患者康复的潜力是巨大的，康复机器人能够带动患者肢体运动，完成预定的康复动作，达到刺激人体神经肌肉系统，最终恢复患者肢体运动能力的目的。现有的人体上肢康复机器人运动模式单一、自由度少且个体适应性差，不能满足高水平的康复要求。

发明内容

本发明的目的是设计出一种结构紧凑、性能可靠、个体适应性强，不仅节省人力成本，而且很大程度上提高了患者的康复效率的新型人体上肢康复机器人。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：一种人体上肢康复机器人，包括底座、置于底座上的升降台、与所述升降台连接的上肢支撑装置，所述上肢支撑装置包括与上臂对应的上臂支撑模块、与前臂对应的前臂支撑模块、与手部对应的手部支撑模块，还包括分别用于活动肩关节、肘关节和腕关节的肩关节活动模块、肘关节活动模块和腕关节活动模块，所述肩关节活动模块、肘关节活动模块和腕关节活动模块均包括用于驱动旋转件运动的驱动电机和控制所述驱动电机转向的转向控制装置，所述旋转件带动关节活动；

所述转向控制装置包括第一转向开关和第二转向开关，所述第一转向开关和第二转向开关分别置于驱动电机所驱动的旋转件的正向旋转路径和反向旋转路径上，当所述旋转件正向运动至第一转向开关处时，驱动电机开始驱动所述旋转件反向旋转，当所述旋转件反向运动至第二转向开关处是，驱动电机驱动所述旋转件开始正向旋转。

进一步的，所述肘关节活动模块置于所述上臂支撑模块和所述前臂支撑模块的连接处。

进一步的，所述腕关节活动模块置于所述手部支撑模块和前臂支撑模块的连接处。

进一步的，所述肩关节活动模块置于上臂支撑模块远离所述肘关节活动模块的一端。

进一步的，所述上臂支撑模块和前臂支撑模块均包括有支撑板和绑带，所述绑带配合所述支撑板将手臂固定于上臂支撑模块和前臂支撑模块上。

进一步的，所述转向控制装置包括弧形卡槽和转向调节件，所述转向调节件设有两个，分别安装在弧形卡槽的两端，所述转向调节件包括调节卡条和转向开关，调节卡条一端固定在弧形卡槽内，另一端连接所述转向开关并伸出所述弧形卡槽外。

进一步的，所述调节卡条位置可调节的安装在弧形卡槽内。

进一步的，手部支撑模块包括弯部支撑板、罩体、手柄和转向控制装置，所述支撑板正对罩体的一侧设有环形槽，罩体正对支撑板的一侧设有弧形限位槽孔，所述手柄用于手部抓握，手柄一端滑动连接环形槽，另一端穿过弧形限位槽孔连接驱动电机，手柄在驱动电机的驱动下在弧形限位槽孔内往复转动，所述转向控制装置的第一转向开关和第二转向开关分别置于环形槽内，用于限制手柄的转动幅度。

进一步的，所述手柄连接所述环形槽的一端为便于滑动的圆头滑块。

本发明所产生的有益效果包括：1、个体适应性强，针对各关节和手臂各部位均设置相应的模块，可发生相应的角度变换，活动到上肢的各部位；

2、上臂支撑模块和前臂支撑模块均设有支撑板，相邻支撑模块支撑板的连接处是可调节的，使得机器人可以满足不同患病程度的患者的康复需求；

3、在各关节活动模块处设置弧形卡条结构，且弧形卡条结构内设置电机换向开关，当支撑模块旋转到一定角度后就会自动换向，实现反向转动。

附图说明

图1 本发明中上肢康复机器人的结构示意图；

图2 本发明中底座和升降台的结构示意图；

图3 本发明中上臂支撑模块的结构示意图；

图4 本发明中前臂支撑模块的结构示意图；

图5 本发明中手部支撑模块的结构示意图；

图6 本发明中支撑件的结构示意图；

图7 本发明中手柄的结构示意图；

图8 本发明中弧形卡条的结构示意图；

图9 本发明中转向控制装置的结构示意图；

图中：1、底座，2、升降台，201、第一凸台，202、第一通孔，3、上臂支撑模块，301、第二通孔，302、第一转轴，303、第一电机接口，304、第一驱动电机，305、第二转轴，4、前臂支撑模块，401、第一连接板，402、第三通孔，403、第二电机接口，404、第二连接板，405、第一连接孔，406、圆弧面，407、三角斜面，5、手部支撑模块，501、第二连接孔，502、腕部支撑板，503、环形槽，504、弧形限位槽孔，505、手柄，5051、第三转轴，5052、第三电机接口，5053、圆头滑块，5054、柄部，506、第三驱动电机，6、绑带，7、第一转向控制装置，8、第二转向控制装置，9、第三转向控制装置，701、转向开关,702、弧形卡条,7021、条形部，7022、螺杆部，703、弧形卡槽，704、螺母。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的解释说明，但应当理解为本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

如图1所示，本发明中的上肢康复机器人包括底座1、置于底座1上的升降台2、与升降台2连接的上肢支撑装置，上肢支撑装置包括与上臂对应的上臂支撑模块3、与前臂对应的前臂支撑模块4、与手部对应的手部支撑模块5，上臂支撑模块3与升降台2连接，在上臂支撑模块3与支撑台的连接处设置有肩关节活动模块，肩关节活动模块驱动上臂支撑模块3与升降台2发生相对转动，改变两者的夹角；在上臂支撑模块3与前臂支撑模块4之间设有肘关节活动模块，肘关节活动模块驱动前臂支撑模块4绕上臂支撑模块3转动，改变两者间的夹角，在手部支撑模块5上设有用于活动手腕的腕关节活动模块。上臂支撑模块3和前臂支撑模块4均包括支撑板和绑带6，两者相互配合将手臂相应部位固定在相应支撑模块上。

升降台2为Π型升降台2，升降台2上设有第一凸台201，第一凸台201上设有第一通孔202，上臂支撑模块3上设有连接升降台2的第二通孔301，第一转轴302连接第一通孔202和第二通孔301，上臂支撑模块3绕第一转轴302转动，上臂支撑模块3上设有用于固定连接第一驱动电机304输出轴的第一电机接口303，第一驱动电机304输出轴与第一电机接口303过盈配合，电机旋转带动上臂支撑模块3绕第一转轴302旋转，在靠近转轴的部位设有第一转向控制装置7。

前臂支撑模块4连接上臂支撑模块3的一端设有第一连接板401，第一连接板401设有两个，分别相对设置在前臂支撑模块4支撑板的两侧，第一连接板401上设有第三通孔402，第一连接板401侧壁设有第二电机接口506，上臂支撑模块3连接前臂支撑模块4的一端设有第二转轴305，将第二转轴305插入第三通孔402中，实现连接上臂支撑模块3和前臂支撑模块4，第一转轴302和第二转轴305平行，第三通孔402设有若干个，通过将第二转轴305插入至不同的第三通孔402中实现调整转轴位置的作用，使转轴靠近肘关节处。在前臂支撑模块连接上臂支撑模块的一端还设有用于转动过程中保护人体肘关节的圆弧面406，将靠近第二转向控制装置的第一连接板设置为具有三角斜面407的三角形连接板，在前臂支撑模块4的另一端设有手部支撑模块，该端部设有与手部支撑模块5连接的第二连接板404，在第二连接板404上设有若干第一连接孔401，在手部支撑模块5上设有相对应的第二连接孔501，第一连接孔401或/和第二连接孔501设有若干个，由靠近前臂支撑模块4向靠近手部支撑模块5分布，通过螺栓连接第二连接板404上的连接孔和手部支撑模块5上的连接孔，通过改变螺栓固定连接孔的位置改变第二连接板404与手部支撑模块5中腕部支撑板502的叠加面积，实现前臂支撑模块4长度的调节，以适应不同的人

手部支撑模块5包括支撑件和手柄505，支撑件包括腕部支撑板502和设置在腕部支撑板502的罩体，在腕部支撑板502正对罩体的一侧设有环形槽503，在环形槽503内设置第三转向控制装置9，罩体正对腕部支撑板502的一侧设有弧形限位槽孔504，手柄505一端置于环形槽503内，手柄505包括柄部5054和第三转轴5051，柄部5054穿过弧形限位槽孔504，柄部5054一端设置圆头滑块5053，另一端设有第三转轴5051，第三转轴5051垂直柄部，第三转轴5051远离柄部5054的一端设有第三电机接口5052，第三电机接口5052连接第三驱动电机506，第三驱动电机506驱动第三转轴5051旋转，进而带动柄部5054以第三转轴5051为半径以第三转轴5051远离柄部的一端为圆心进行圆周运动，该处所述的圆周运动为非完整圆周的圆弧运动，手柄505远离环形槽503的一端设有第三转轴5051和第三驱动电机506，第三转轴与柄身垂直，

第三驱动电机506的输出轴通过第三电机接口5052连接第三转轴5051，使得手柄505在弧形限位槽孔504的限位下做圆周运动，手柄505连接环形槽503的一端为圆头滑块5053。

本发明中的三个转向控制装置结构相同，均为圆弧卡条机构，圆弧卡条机构包括弧形卡槽703、调节卡条702和转向开关701，调节卡条和转向开关均设有两个，分别为第一调节卡条、第二调节卡条、第一转向开关和第二转向开关，调节卡条一端通过螺母固定在弧形卡槽703内，另一端连接转向开关701并伸出弧形卡槽703外，调节卡条为与弧形卡槽703相对应的弧形结构，弧形卡槽703和调节卡条702的弧形结构均为圆环的一部分，两个转向开关对称或不对称分布在弧形卡槽703的两端侧，调节卡条702包括置于槽内的条形部7021和用于将调节卡条固定在弧形卡槽内的螺杆部7022，螺杆部7022伸出槽口连接螺母，螺母704直径大于槽口宽度，旋紧螺母704将调节卡条702固定在弧形卡槽703上，当需要调节位置时，松开螺母704进行调节即可，本发明通过调节两个调节卡条702的相对位置调节相应旋转件的转向幅度，调节至合适位置后通过螺母704固定，当支撑模块转向时触碰到转向开关701则电机转向，支撑模块向相反方向旋转。

第一转向控制装置7固定在升降台2上，第一驱动电机驱动上臂支撑模块的支撑板旋转，第一转向控制装置的第一转向开关置于支撑板正向旋转即向上旋转的路径上，第二转向开关置于支撑板反向旋转即向下旋转的路径上，当支撑板向上或向下旋转至一定角度时会触碰到第一转向控制装置7两端的转向开关701，进而实现换向，本发明中的正向和反向仅是用来说明两个相反的旋转方向。

第二转向控制装置8固定在上臂支撑模块3与前臂支撑模块4连接处，第二驱动电机驱动前臂支撑板旋转，第二转向控制装置8一端的第一转向开关置于支撑板正向旋转即向上旋转的路径上，用于限制前臂支撑模块4向上旋转即前臂弯曲的角度，第二转向开关置于支撑板反向旋转即向下旋转的路径上，用于限制前臂支撑模块4向下旋转即前臂平身的角度。

第三转向控制装置9置于环形槽503内，两端的转向开关分别置于手柄505圆头滑块5053运动轨迹的两端，用于限制手柄505做圆周运动的角度，圆头滑块滑动连接于环形槽内。

每个转向控制装置均安装在靠近相应的转轴位置，转向控制装置的弧形卡槽为半圆形卡槽。

上述仅为本发明的优选实施例，本发明并不仅限于实施例的内容。对于本领域中的技术人员来说，在本发明的技术方案范围内可以有各种变化和更改，所作的任何变化和更改，均在本发明保护范围之内。

Claims (9)

1.一种人体上肢康复机器人，其特征在于：包括底座、置于底座上的升降台、与所述升降台连接的上肢支撑装置，所述上肢支撑装置包括与上臂对应的上臂支撑模块、与前臂对应的前臂支撑模块、与手部对应的手部支撑模块，还包括分别用于活动肩关节、肘关节和腕关节的肩关节活动模块、肘关节活动模块和腕关节活动模块，所述肩关节活动模块、肘关节活动模块和腕关节活动模块均包括用于驱动旋转件运动的驱动电机和控制所述驱动电机转向的转向控制装置，所述旋转件带动关节活动；

所述转向控制装置包括第一转向开关和第二转向开关，所述第一转向开关和第二转向开关分别置于驱动电机所驱动的旋转件的正向旋转路径和反向旋转路径上，当所述旋转件正向运动至第一转向开关处时，驱动电机开始驱动所述旋转件反向旋转，当所述旋转件反向运动至第二转向开关处是，驱动电机驱动所述旋转件开始正向旋转。

2.根据权利要求1所述的人体上肢康复机器人，其特征在于：所述肘关节活动模块置于所述上臂支撑模块和所述前臂支撑模块的连接处。

3.根据权利要求1所述的人体上肢康复机器人，其特征在于：所述腕关节活动模块置于所述手部支撑模块和前臂支撑模块的连接处。

4.根据权利要求1所述的人体上肢康复机器人，其特征在于：所述肩关节活动模块置于上臂支撑模块远离所述肘关节活动模块的一端。

5.根据权利要求1所述的人体上肢康复机器人，其特征在于：所述上臂支撑模块和前臂支撑模块均包括有支撑板和绑带，所述绑带配合所述支撑板将手臂固定于上臂支撑模块和前臂支撑模块上。

6.根据权利要求1所述的人体上肢康复机器人，其特征在于：所述转向控制装置包括弧形卡槽和转向调节件，所述转向调节件设有两个，分别安装在弧形卡槽的两端，所述转向调节件包括调节卡条和转向开关，调节卡条一端固定在弧形卡槽内，另一端连接所述转向开关并伸出所述弧形卡槽外。

7.根据权利要求6所述的人体上肢康复机器人，其特征在于：所述调节卡条位置可调节的安装在弧形卡槽内。

8.根据权利要求1所述的人体上肢康复机器人，其特征在于：手部支撑模块包括弯部支撑板、罩体、手柄和转向控制装置，所述支撑板正对罩体的一侧设有环形槽，罩体正对支撑板的一侧设有弧形限位槽孔，所述手柄用于手部抓握，手柄一端滑动连接环形槽，另一端穿过弧形限位槽孔连接驱动电机，手柄在驱动电机的驱动下在弧形限位槽孔内往复转动，所述转向控制装置的第一转向开关和第二转向开关分别置于环形槽内，用于限制手柄的转动幅度。

9.根据权利要求8所述的人体上肢康复机器人，其特征在于：所述手柄连接所述环形槽的一端为便于滑动的圆头滑块。