CN110074945A - 一种用于中央驱动上肢康复机器人的前臂自适应机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于中央驱动上肢康复机器人的前臂自适应机构，涉及上肢康复器械领域，包括螺母离断器机构，可调节式臂托机构和前臂补偿机构，所述螺母离断器机构，所述可调节式臂托机构及所述前臂补偿机构顺次连接，所述螺母离断器机构包括Ⅰ型螺母、Ⅱ型螺母，所述可调节式臂托机构包括调整垫片组、“U”型臂托、臂托基座、主轴，所述前臂补偿机构包括定位导向轴，螺纹圆柱销，“工”型轴套。本发明公开的技术方案，能够适应不同患者的个体差异，提高患者在进行康复过程中的舒适度，和对上肢康复机器人设备的可接受程度。

Description

一种用于中央驱动上肢康复机器人的前臂自适应机构

技术领域

本发明涉及上肢康复器械领域，尤其涉及一种用于中央驱动上肢康复机器人的前臂自适应机构。

背景技术

随着全球人口老龄化以及患有神经和肌骨方面疾病的患者人数越来越多，对于上肢康复治疗的需求也迅速增长，对老年人和患者的健康护理工作逐渐被上肢康复机器人所取代，传统的上肢康复机器人在进行上肢康复训练的时候，对于肘部屈/伸训练过程中的前臂轻微旋转动作无法满足，同时设计在前臂的固定装置会导致患者在训练时感觉到轻微不适。

机器设备的适应性在人机交互机器的发展中起到了至关重要的作用，传统的研究增加自适应机构在结构设计上存在一定的难度，而且在上肢康复训练的过程中对前臂部分的使用率不高，因此传统的研究很难达到要求，加上传统的康复治疗不太注重对人机交互的适应性研究，基于当下所面临的这些问题。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于中央驱动上肢康复机器人的前臂自适应机构，该机构能够适应不同患者的个体差异，提高患者在进行康复过程中的舒适度，和对上肢康复机器人设备的可接受程度。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是克服患者在进行腕部康复训练和肘部康复训练时因为个体差异带来的不适。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于中央驱动上肢康复机器人的前臂自适应机构，其特征在于，包括螺母离断器机构，可调节式臂托机构和前臂补偿机构，所述螺母离断器机构包括Ⅰ型螺母、Ⅱ型螺母，所述可调节式臂托机构包括调整垫片组、“U”型臂托、臂托基座、主轴，所述前臂补偿机构包括定位导向轴，螺纹圆柱销，“工”型轴套，所述Ⅱ型螺母下端部设置有圆环形凸台，所述臂托基座上端部设置有圆环形凹槽，所述Ⅱ型螺母下端部的圆环形凸台设置在所述臂托基座上端部的圆环形凹槽内，所述臂托基座为中空柱状构件，所述主轴为轴类构件，所述主轴设置在所述臂托基座的中空通孔内，所述臂托基座与所述主轴通过螺钉固定连接，所述调整垫片组设置在所述臂托基座与所述“U”型臂托之间，所述“U”型臂托、所述调整垫片组和所述臂托基座通过螺钉固定连接，所述“工”型轴套为中空柱状构件，所述“工”型轴套的上端部套设在所述主轴的下端部，所述“工”型轴套套设在所述定位导向轴套外侧，所述主轴的中心轴线、所述“工”型轴套的中心轴线和所述定位导向轴的中心轴线重合，所述“工”型轴套的下部一侧设置有第一螺纹通孔，所述第一螺纹通孔的中心轴线与所述“工”型轴套中心轴线垂直相交，所述螺纹圆柱销设置在所述第一螺纹通孔内，所述螺纹圆柱销与所述第一螺纹通孔构成螺纹连接。

进一步地，所述“工”型轴套的下部内孔固定设置有对称的两个环内凸台，所述定位导向轴外周两侧对称设置有2个导向槽，所述导向槽的两侧面与所述环内凸台的两侧面构成滑动副，所述螺纹圆柱销的底端设置在所述导向槽内，所述导向槽底面与所述螺纹圆柱销中心轴线垂直。

进一步地，所述导向槽与所述定位导向轴的上端面不联通，所述导向槽与所述定位导向轴的下端面联通，所述定位导向轴的下端部设置有第一连接通孔，所述第一连接通孔的中心轴线与所述定位导向轴中心轴线垂直且相交。

进一步地，所述臂托基座包括臂托基座Ⅰ、臂托基座Ⅱ，所述臂托基座Ⅰ和所述臂托基座Ⅱ沿着中心轴线剖分，所述臂托基座下部设置有第二通孔，所述第二通孔与所述螺纹圆柱销构成间隙配合。

进一步地，所述前臂补偿机构还包括保护套，所述保护套为柱状壳体构件，所述保护套套设在所述“工”型轴套下端部和所述定位导向轴的外侧，所述保护套设置有沿着所述导向槽的长孔，所述螺纹圆柱销与所述长孔构成间隙配合。

进一步地，还包括铜套，所述铜套设置在所述主轴上端部与所述Ⅱ型螺母的空隙处，所述铜套的下部与所述主轴上端部构成过盈配合。

进一步地，还包括肘部训练机构连接件，所述肘部训练机构连接件包括上臂连接接口、前臂连接接口、前臂残轴，所述前臂连接接口设置在所述上臂连接接口与所述前臂残轴之间，所述前臂连接接口与所述上臂连接接口构成转动副，所述前臂连接接口与所述前臂残轴的上部固定连接，所述前臂残轴的下部设置有外螺纹。

进一步地，所述Ⅱ型螺母上部与所述前臂残轴的外螺纹构成螺纹连接，所述Ⅰ型螺母的下端面与所述Ⅱ型螺母上端面接触；所述Ⅰ型螺母位于所述前臂残轴的外螺纹的上部时，所述前臂残轴的下端面与所述铜套的上端部接触。

进一步地，还包括腕部训练机构，所述腕部训练机构包括锥齿轮传动机构、驱动模块连接板、“L”型电机支架、托板、手握装置、“L”型连接板、电机、驱动模块，所述“L”型连接板的上部固定安装在所述定位导向轴的下端部，所述“L”型电机支架和所述驱动模块连接板固定安装在所述“L”型连接板的内侧，所述电机固定安装在所述“L”型电机支架上，所述锥齿轮传动机构安装在所述驱动模块连接板上，所述电机输出轴与所述锥齿轮传动机构的输入轴固定连接，所述锥齿轮传动机构的输出轴与所述托板的一端固定连接，所述锥齿轮传动机构的输入轴和所述锥齿轮传动机构的输出轴垂直，所述托板和所述手握装置设置在所述“L”型连接板的外侧，所述托板的另一端与所述手握装置固定连接，所述驱动模块固定安装在所述驱动模块连接板上。

进一步地，所述调整垫片组的厚度可调，所述“U”型臂托的中心线与所述手握装置的旋转轨迹的中心线垂直相交。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益技术效果：

1，本发明设置有可调节式臂托机构，可以对不同患者手握装置与支撑在“U”型臂托上的手臂的位置偏差进行微调，适应不同患者肢体的差异，提高了患者在进行肘部康复训练过程中的舒适度，提高康复的效果；

2，本发明设置有前臂补偿机构，可以对不同患者前臂的长度差异进行补偿，提高了患者在进行肘部康复训练过程中的舒适度，进而提高患者对上肢康复机器人设备的可接受程度。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明一个较佳实施例的整体模块结构示意图；

图2是本发明一个较佳实施例的整体结构示意图；

图3是本发明一个较佳实施例的结构示意图；

图4是本发明一个较佳实施例的“工”型轴套结构示意图；

图5是本发明一个较佳实施例的前臂补偿机构示意图；

图6是本发明一个较佳实施例的定位导向轴结构示意图。

其中，100是肘部训练机构连接件，101是上臂连接接口，102是前臂连接接口，103是前臂残轴，200为前臂机构，200-1为螺母离断器机构，200-2为可调节式臂托机构，200-3为前臂补偿机构，201为Ⅰ型螺母，202为Ⅱ型螺母，203为调整垫片组，204为“U”型臂托，205为臂托基座Ⅰ，206为螺纹圆柱销，207为保护套，208为铜套，209为铜套固定圈，210为主轴，211自攻螺钉，212为臂托基座Ⅱ，213为定位导向轴，213-1导向槽，213-2第一连接通孔，213-3为“工”型接口，214为“工”型轴套，214-1为第一螺纹通孔，214-2为轴向定位台，214-3为环内凸台，300为腕部训练机构，301为锥齿轮传动机构，302为驱动模块连接板，303为“L”型电机支架，304为托板，305为手握装置，306为“L”型连接板，307为电机，308为驱动模块。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

本实施例公开了一种用于中央驱动上肢康复机器人的前臂自适应机构，如图1所示，包括肘部训练机构连接件100、前臂机构200、腕部训练机构300，前臂机构200包括螺母离断器机构200-1，可调节式臂托机构200-2和前臂补偿机构200-3，如图2和图3所示，螺母离断器机构200-1包括Ⅰ型螺母201、Ⅱ型螺母202，可调节式臂托机构200-2包括调整垫片组203、“U”型臂托204、臂托基座、主轴210，前臂补偿机构200-3包括定位导向轴213，螺纹圆柱销206，”工”型轴套214、铜套208、保护套207，Ⅱ型螺母202下端部设置有圆环形凸台，臂托基座上端部设置有圆环形凹槽，Ⅱ型螺母202下端部的圆环形凸台设置在臂托基座上端部的圆环形凹槽内，臂托基座为中空柱状构件，主轴210为轴类构件，主轴210设置在臂托基座的中空通孔内，铜套208设置在主轴210上端部与Ⅱ型螺母202的空隙处，铜套208的下部与主轴210上端部构成过盈配合；铜套208与主轴210之间设置有铜套固定圈209，铜套固定圈209的外径大于铜套208；臂托基座包括臂托基座Ⅰ205、臂托基座Ⅱ212，臂托基座Ⅰ205和臂托基座Ⅱ212沿着中心轴线剖分，臂托基座下部设置有第二通孔，第二通孔与螺纹圆柱销206构成间隙配合，臂托基座与主轴210通过螺钉固定连接，调整垫片组203设置在臂托基座与“U”型臂托204之间，“U”型臂托204、调整垫片组203和臂托基座通过螺钉固定连接，初始时“U”型臂托204的中心线与手握装置305的旋转轨迹的中心线垂直相交，调整垫片组203的厚度可根据患者的实际手臂尺寸调整，最后使得患者手臂的中心线与手握装置305的旋转轨迹的中心线垂直相交。

如图4和图5所示，“工”型轴套214为中空柱状构件，“工”型轴套214的上端部套设在主轴210的下端部，“工”型轴套214套设在定位导向轴213套外侧，主轴210的中心轴线、“工”型轴套214的中心轴线和定位导向轴213的中心轴线重合，“工”型轴套214的下部一侧设置有第一螺纹通孔214-1，第一螺纹通孔214-1的中心轴线与“工”型轴套214中心轴线垂直相交，螺纹圆柱销206设置在第一螺纹通孔214-1内，螺纹圆柱销206与第一螺纹通孔214-1构成螺纹连接；“工”型轴套214的下部内孔固定设置有对称的两个环内凸台214-3，定位导向轴213外周两侧对称设置有2个导向槽213-1，导向槽213-1的两侧面与环内凸台214-3的两侧面构成滑动副，螺纹圆柱销206的底端设置在导向槽213-1内，导向槽213-1底面与螺纹圆柱销206中心轴线垂直。保护套207为柱状壳体构件，保护套207套设在“工”型轴套214下端部和定位导向轴213的外侧，保护套207设置有沿着导向槽213-1的长孔，螺纹圆柱销206穿过长孔，在定位导向轴213的滑动行程内，螺纹圆柱销206不与长孔接触。

如图6所示，导向槽213-1与定位导向轴213的上端面不联通，导向槽213-1与定位导向轴213的下端面联通，定位导向轴213的下端部设置有第一连接通孔213-2，第一连接通孔213-2的中心轴线与定位导向轴213中心轴线垂直且相交。

肘部训练机构连接件100包括上臂连接接口101、前臂连接接口102、前臂残轴103，前臂连接接口102设置在上臂连接接口101与前臂残轴103之间，前臂连接接口102与上臂连接接口101构成转动副，前臂连接接口102与前臂残轴103的上部固定连接，前臂残轴103的下部设置有外螺纹，Ⅱ型螺母202上部与前臂残轴103的外螺纹构成螺纹连接，Ⅰ型螺母201的下端面与Ⅱ型螺母202上端面接触；Ⅰ型螺母201位于前臂残轴103的外螺纹的上部时，前臂残轴103的下端面与铜套208的上端部接触。

腕部训练机构300包括锥齿轮传动机构301、驱动模块连接板302、“L”型电机支架303、托板304、手握装置305、“L”型连接板306、电机307、驱动模块308，“L”型连接板306的上部固定安装在定位导向轴213的下端部，通过第一连接通孔213-2和“工”型接口213-3连接，“L”型电机支架303和驱动模块连接板302固定安装在“L”型连接板306的内侧，电机307固定安装在“L”型电机支架303上，锥齿轮传动机构301安装在驱动模块连接板302上，电机307输出轴与锥齿轮传动机构301的输入轴固定连接，锥齿轮传动机构301的输出轴与托板304的一端固定连接，锥齿轮传动机构301的输入轴和锥齿轮传动机构301的输出轴垂直，托板304和手握装置305设置在“L”型连接板306的外侧，托板304的另一端与手握装置305固定连接，驱动模块308固定安装在驱动模块连接板302上。

本实施例在用于康复护理训练时，可调节式臂托机构200-2通过接入合适厚度的的调整垫片组203，实现患者手臂的中心与腕部训练机构的患者所握手柄的旋转中心近似重合，提高患者进行腕部康复训练时的舒适度；前臂补偿机构200-3在补偿过程中，松开螺纹圆柱销206，对患者的肘部进行固定，将腕部训练机构300进行轴向移动，待患者腕部到达可训练位置则拧紧螺纹圆柱销206，实现对不同患者之间肢体差异的位置补偿。

本实施例中的螺母离断器机构200-1在单独进行腕部康复训练的过程中，将Ⅰ型螺母201旋至前臂残轴103的螺纹顶部，且Ⅱ型螺母202旋至与Ⅰ型螺母201端面接触，限制主轴210的转动，达到固定前臂单独训练腕部的目的；当患者需要同时或者单独进行肘部康复训练的过程中，调节Ⅱ型螺母202配合前臂补偿机构让患者的肘部处于一个舒适的位置，再将Ⅰ型螺母201旋至与Ⅱ型螺母202的端面接触，限制运动过程中主轴210的轴向运动，达到消除患者在肘部康复训练过程中前臂轻微转动造成的不适感的目的。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于中央驱动上肢康复机器人的前臂自适应机构，其特征在于，包括螺母离断器机构，可调节式臂托机构和前臂补偿机构，所述螺母离断器机构包括Ⅰ型螺母、Ⅱ型螺母，所述可调节式臂托机构包括调整垫片组、“U”型臂托、臂托基座、主轴，所述前臂补偿机构包括定位导向轴，螺纹圆柱销，“工”型轴套，所述Ⅱ型螺母下端部设置有圆环形凸台，所述臂托基座上端部设置有圆环形凹槽，所述Ⅱ型螺母下端部的圆环形凸台设置在所述臂托基座上端部的圆环形凹槽内，所述臂托基座为中空柱状构件，所述主轴为轴类构件，所述主轴设置在所述臂托基座的中空通孔内，所述臂托基座与所述主轴通过螺钉固定连接，所述调整垫片组设置在所述臂托基座与所述“U”型臂托之间，所述“U”型臂托、所述调整垫片组和所述臂托基座通过螺钉固定连接，所述“工”型轴套为中空柱状构件，所述“工”型轴套的上端部套设在所述主轴的下端部，所述“工”型轴套套设在所述定位导向轴套外侧，所述主轴的中心轴线、所述“工”型轴套的中心轴线和所述定位导向轴的中心轴线重合，所述“工”型轴套的下部一侧设置有第一螺纹通孔，所述第一螺纹通孔的中心轴线与所述“工”型轴套中心轴线垂直相交，所述螺纹圆柱销设置在所述第一螺纹通孔内，所述螺纹圆柱销与所述第一螺纹通孔构成螺纹连接。

2.如权利要求1所述的一种用于中央驱动上肢康复机器人的前臂自适应机构，其特征在于，所述“工”型轴套的下部内孔固定设置有对称的两个环内凸台，所述定位导向轴外周两侧对称设置有2个导向槽，所述导向槽的两侧面与所述环内凸台的两侧面构成滑动副，所述螺纹圆柱销的底端设置在所述导向槽内，所述导向槽底面与所述螺纹圆柱销中心轴线垂直。

3.如权利要求2所述的一种用于中央驱动上肢康复机器人的前臂自适应机构，其特征在于，所述导向槽与所述定位导向轴的上端面不联通，所述导向槽与所述定位导向轴的下端面联通，所述定位导向轴的下端部设置有第一连接通孔，所述第一连接通孔的中心轴线与所述定位导向轴中心轴线垂直且相交。

4.如权利要求3所述的一种用于中央驱动上肢康复机器人的前臂自适应机构，其特征在于，所述臂托基座包括臂托基座Ⅰ、臂托基座Ⅱ，所述臂托基座Ⅰ和所述臂托基座Ⅱ沿着中心轴线剖分，所述臂托基座下部设置有第二通孔，所述第二通孔与所述螺纹圆柱销构成间隙配合。

5.如权利要求4所述的一种用于中央驱动上肢康复机器人的前臂自适应机构，其特征在于，所述前臂补偿机构还包括保护套，所述保护套为柱状壳体构件，所述保护套套设在所述“工”型轴套下端部和所述定位导向轴的外侧，所述保护套设置有沿着所述导向槽的长孔，所述螺纹圆柱销与所述长孔构成间隙配合。

6.如权利要求5所述的一种用于中央驱动上肢康复机器人的前臂自适应机构，其特征在于，还包括铜套，所述铜套设置在所述主轴上端部与所述Ⅱ型螺母的空隙处，所述铜套的下部与所述主轴上端部构成过盈配合。

7.如权利要求6所述的一种用于中央驱动上肢康复机器人的前臂自适应机构，其特征在于，还包括肘部训练机构连接件，所述肘部训练机构连接件包括上臂连接接口、前臂连接接口、前臂残轴，所述前臂连接接口设置在所述上臂连接接口与所述前臂残轴之间，所述前臂连接接口与所述上臂连接接口构成转动副，所述前臂连接接口与所述前臂残轴的上部固定连接，所述前臂残轴的下部设置有外螺纹。

8.如权利要求7所述的一种用于中央驱动上肢康复机器人的前臂自适应机构，其特征在于，所述Ⅱ型螺母上部与所述前臂残轴的外螺纹构成螺纹连接，所述Ⅰ型螺母的下端面与所述Ⅱ型螺母上端面接触；所述Ⅰ型螺母位于所述前臂残轴的外螺纹的上部时，所述前臂残轴的下端面与所述铜套的上端部接触。

9.如权利要求8所述的一种用于中央驱动上肢康复机器人的前臂自适应机构，其特征在于，还包括腕部训练机构，所述腕部训练机构包括锥齿轮传动机构、驱动模块连接板、“L”型电机支架、托板、手握装置、“L”型连接板、电机、驱动模块，所述“L”型连接板的上部固定安装在所述定位导向轴的下端部，所述“L”型电机支架和所述驱动模块连接板固定安装在所述“L”型连接板的内侧，所述电机固定安装在所述“L”型电机支架上，所述锥齿轮传动机构安装在所述驱动模块连接板上，所述电机输出轴与所述锥齿轮传动机构的输入轴固定连接，所述锥齿轮传动机构的输出轴与所述托板的一端固定连接，所述锥齿轮传动机构的输入轴和所述锥齿轮传动机构的输出轴垂直，所述托板和所述手握装置设置在所述“L”型连接板的外侧，所述托板的另一端与所述手握装置固定连接，所述驱动模块固定安装在所述驱动模块连接板上。

10.如权利要求9所述的一种用于中央驱动上肢康复机器人的前臂自适应机构，其特征在于，所述调整垫片组的厚度可调，所述“U”型臂托的中心线与所述手握装置的旋转轨迹的中心线垂直相交。