CN110123496B - 上肢运动功能补偿设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种上肢运动功能补偿设备，包括固定背板(1)、肩部外骨骼模块(2)、驱动模块(3)、连接法兰(4)、上臂假肢模块(5)，所述固定背板(1)依次连接肩部外骨骼模块(2)、连接法兰(4)、上臂假肢模块(5)，肩部外骨骼模块(2)连接驱动模块(3)，固定背板(1)穿戴于人体的肩背部。本发明是一种便携式可穿戴的上肢运动功能补偿设备，助力上臂截肢患者残肢的上肢功能。本发明结构简单，多种尺寸可调，具有广泛的适用性；本发明融合了外骨骼与假肢的结构与控制技术，极大增强了使用者残肢的负载能力和运动范围；本发明对截肢侧的肩、肘、腕、手关节融合控制，实现了上肢运动功能补偿的完整性。

Description

上肢运动功能补偿设备

技术领域

本发明涉及人体穿戴式辅助机器人领域，具体地涉及一种上肢运动功能补偿设备，尤其是一种外骨骼和假肢融合的上肢运动功能补偿设备。

背景技术

假肢是利用工程技术的手段和方法，为弥补截肢者或肢体不全者缺损肢体而专门设计制造和安装的人工假体，用于替代整体或部分缺失或缺陷的体外装置。使得他们恢复或重建一定的生活自理、工作和社交能力。

外骨骼机器人技术是融合传感、控制和移动计算,为作为操作者的人提供一种可穿戴的机械机构的综合技术。在康复和增强残疾人肢体功能等领域逐步受到广泛关注。

近年来，因疾病、交通事故、工伤事故和运动创伤等原因，上臂截肢患者逐渐增多，对假肢的需求也日益增大。目前市场上针对上臂截肢人群使用的设备大多为无肩关节的上臂假肢，以此部分补偿上肢运动功能。但截肢患者往往伴随神经损伤或肌肉萎缩，一方面，其肩关节运动范围受限，导致末端假肢手活动范围大大受限，在使用中多有不便；更多的，其肩关节无力托举手部负重，单独的假肢无法在肩部力量上提供帮助。

公开号为CN104306088A的专利文献公开了一种具有主动型肩关节的上臂假肢模块，其中：肩甲胸廓固定腔上设有肩关节环转结构接口，上臂残肢由肩关节环转结构接口伸出；环转支撑部件用于支撑上臂外骨架做肩关节环转运动，上臂残肢穿越环转支撑部件的中间通孔后进入上臂外骨架的残肢接受腔；环转驱动部件驱动环转支撑部件与肩甲胸廓固定腔之间相对环转；收展支撑部件用于支撑上臂外骨架做肩关节的外展和内收运动；收展驱动部件驱动上臂外骨架与肩甲胸廓固定腔做收展运动。本发明用于辅助上臂残肢负荷整个假肢的重量，填补了现有技术中作为联接结构件的空缺；是一种可穿戴外骨骼；具有主动型肩关节，外骨骼能够跟随患者的动作，提供假肢操纵动力。但其仅针对了肩关节模块，未做整体系统的考虑，包括控制电路与驱动电路板和电源等；其固定腔、残端套筒的设计和转轴回转驱动方式需要针对使用者定制化以适应残肢尺寸大小，也会在穿戴过程中可能略有繁琐。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种上肢运动功能补偿设备。

根据本发明提供的一种上肢运动功能补偿设备，包括固定背板、肩部外骨骼模块、驱动模块、连接法兰、上臂假肢模块，所述固定背板依次连接肩部外骨骼模块、连接法兰、上臂假肢模块，肩部外骨骼模块连接驱动模块，固定背板穿戴于人体的肩背部。

优选地，所述固定背板包括肩部骨架、轴承螺栓、轴承轴、背板面板、胸肩绑带、卡扣、电池固定架、电路板固定架、背板连接块、角码、轴承座，所述背板面板上设置有胸肩绑带，胸肩绑带的末端设置有卡扣的公端或母端，所述背板面板通过角码连接背板连接块，背板连接块连接轴承座，轴承座通过轴承轴、轴承、轴承螺栓连接肩部骨架的一端，肩部骨架的另一端设置有滑槽并通过滑槽连接肩部外骨骼模块，所述电池固定架、电路板固定架设置在背板面板上，电池固定架、电路板固定架分别安装电池、控制电路板。

优选地，所述背板连接块通过调整垫片连接轴承座，所述轴承座上设置有调整肩部骨架角度的调整螺栓。

优选地，所述肩部外骨骼模块包括前屈后伸旋转件、法兰垫盘、上臂外骨架、绑带座、上臂绑带、内收外展转轴、肩长伸缩件、紧固螺栓、内收外展旋转件、连接螺栓、水平屈伸旋转件，所述肩长伸缩件的一端通过紧固螺栓连接固定背板的调整肩部骨架，肩长伸缩件的另一端通过内收外展转轴旋转连接内收外展旋转件，内收外展旋转件通过连接螺栓连接水平屈伸旋转件，水平屈伸旋转件旋转连接前屈后伸旋转件，前屈后伸旋转件通过法兰垫盘连接驱动模块，上臂外骨架旋转连接驱动模块，上臂外骨架上设置有绑带座、上臂绑带。

优选地，所述肩长伸缩件的另一端设置有限位切槽，限制内收外展旋转件的运动角度在0～60度；

所述内收外展旋转件、水平屈伸旋转件上设置有多组螺栓安装孔，通过将连接螺栓安装在不同的螺栓安装孔上调整水平屈伸旋转件沿人体矢状轴的长度；

所述前屈后伸旋转件与水平屈伸旋转件连接的一端上设置有限位台阶，限制前屈后伸旋转件的运动角度在-60～90度；

所述上臂外骨架与驱动模块连接的一端上设置有限位块，限制上臂外骨架的运动范围在-30～150度；

所述绑带座相对于上臂外骨架能够上下调整位置；

所述上臂外骨架下端设置有多组螺栓安装孔，能够调整上臂外骨架与连接法兰连接的位置；

所述肩长伸缩件、内收外展旋转件、水平屈伸旋转件、前屈后伸旋转件、上臂外骨架的运动范围边界处均设置有触碰开关，所述触碰开关连接驱动模块。

优选地，所述上臂绑带上设置有表面肌电信号传感器、压力传感器，所述表面肌电信号传感器、压力传感器连接上臂假肢模块。

优选地，所述驱动模块包括电机、输入安装螺栓、电机固定螺栓、减速器固定端、减速器输出端、电机轴输入法兰、输入固定法兰，所述电机通过电机固定螺栓连接输入固定法兰的一侧，输入固定法兰的另一侧通过输入安装螺栓连接减速器固定端，电机的输出轴通过电机轴输入法兰连接减速器固定端的输入法兰，减速器输出端连接肩部外骨骼模块的法兰垫盘，减速器固定端连接肩部外骨骼模块的上臂外骨架；

所述电机末端集成霍尔传感器和编码器，所述编码器连接肩部外骨骼模块的触碰开关。

优选地，所述连接法兰包括法兰环、压紧盘、弹性垫片，所述法兰环内侧设置有台阶，压紧盘外侧设置有台阶，法兰环与压紧盘通过台阶匹配相连，法兰环连接肩部外骨骼模块的上臂外骨架，压紧盘通过弹性垫片及紧固件连接上臂假肢模块。

优选地，所述上臂假肢模块包括上臂腔体、肘关节、前臂腔体、腕关节、假肢手，所述上臂腔体通过肘关节连接前臂腔体，前臂腔体通过腕关节连接假肢手，上臂腔体连接连接法兰的法兰环。

优选地，所述上臂腔体和/或前臂腔体内设置有驱动装置及控制电路板，所述肘关节、腕关节以及假肢手通过驱动装置及控制电路板驱动，所述驱动装置及控制电路板连接肩部外骨骼模块的表面肌电信号传感器、压力传感器。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明融合了肩部外骨骼模块和上臂假肢模块的机械结构与控制技术，为截肢患者提供了新型辅助设备，与单纯的上臂假肢对比，本申请大大增加了使用者残肢的负载能力和运动范围。

2、本发明上臂假肢通过连接至上臂外骨架进而将其重量转移到两肩，避免了使用假肢接受腔，从而避免了定制化的高额成本以及接受腔内高交互力的不舒适性。

3、本发明肩部外骨骼模块具有2个被动自由度和1个主动自由度，不干涉残肢的自主运动，同时为肩关节前屈后伸运动即上举动作等提供助力，辅助日常生活任务。

4、本发明对截肢侧的肩、肘、腕、手关节融合控制，实现了上肢运动功能补偿的完整性。

5、本发明结构简单，成本低廉，具有多向尺寸调节结构，是一种小巧便携的穿戴式设备，有着广泛的适用性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的固定背板的结构示意图。

图3为本发明的肩部外骨骼模块的结构示意图。

图4为本发明的驱动模块的结构示意图。

图5为本发明的连接法兰和上臂假肢模块的结构示意图。

图中示出：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

本发明提供了一种上肢运动功能补偿设备，尤其是一种外骨骼和假肢融合的上肢运动功能补偿设备，包括：固定背板1、肩部外骨骼模块2、驱动模块3、连接法兰4、上臂假肢模块5。其中，固定背板1作为运动基座与人体躯干固定，同时承载电池与控制电路板；肩部外骨骼模块2具有三个交于一点的转动自由度，其位置可调，进而与人体关节对齐，通过上臂绑带26与上臂残肢固定；肩部外骨骼模块2与固定背板1连接处为转动副，该被动自由度(转动副)可适应肩部上提；上臂假肢模块5具有手、腕和肘三个自由度，通过连接法兰4固定于肩部外骨骼模块2；在肩关节前屈后伸旋转自由度上由伺服驱动模块3助力，另两自由度为被动自由度，不干涉人体自主运动。本发明是一种便携式可穿戴的上肢运动功能补偿设备，助力上臂截肢患者残肢的上肢功能。本发明对截肢侧的肩、肘、腕、手关节融合控制，实现了上肢运动功能补偿的完整性；结构简单，多种尺寸可调，具有广泛的适用性；本发明融合了外骨骼与假肢的结构与控制技术，极大增强了使用者残肢的负载能力和运动范围；本发明避免了使用假肢接受腔，从而避免了定制化的高额成本以及接受腔内高交互力的不舒适性。

根据本发明提供的一种上肢运动功能补偿设备，如图1所示，包括固定背板1、肩部外骨骼模块2、驱动模块3、连接法兰4、上臂假肢模块5，所述固定背板1依次连接肩部外骨骼模块2、连接法兰4、上臂假肢模块5，肩部外骨骼模块2连接驱动模块3，固定背板1穿戴于人体的肩背部。

如图2所示，所述固定背板1包括肩部骨架11、轴承螺栓12、轴承轴13、背板面板15、胸肩绑带16、卡扣17、电池固定架18、电路板固定架19、背板连接块110、角码111、轴承座113，所述背板面板15上设置有胸肩绑带16，胸肩绑带16的末端设置有卡扣17的公端或母端，所述背板面板15通过角码111连接背板连接块110，背板连接块110连接轴承座113，轴承座113通过轴承轴13、轴承、轴承螺栓12连接肩部骨架11的一端，肩部骨架11的另一端设置有滑槽并通过滑槽连接肩部外骨骼模块2，所述电池固定架18、电路板固定架19设置在背板面板15上，电池固定架18、电路板固定架19分别安装电池、控制电路板。所述背板连接块110通过调整垫片112连接轴承座113，所述轴承座113上设置有调整肩部骨架11角度的调整螺栓14。

如图3所示，所述肩部外骨骼模块2包括前屈后伸旋转件21、法兰垫盘23、上臂外骨架24、绑带座25、上臂绑带26、内收外展转轴27、肩长伸缩件28、紧固螺栓29、内收外展旋转件210、连接螺栓211、水平屈伸旋转件212，所述肩长伸缩件28的一端通过紧固螺栓29连接固定背板1的调整肩部骨架11，肩长伸缩件28的另一端通过内收外展转轴27旋转连接内收外展旋转件210，内收外展旋转件210通过连接螺栓211连接水平屈伸旋转件212，水平屈伸旋转件212旋转连接前屈后伸旋转件21，前屈后伸旋转件21通过法兰垫盘23连接驱动模块3，上臂外骨架24旋转连接驱动模块3，上臂外骨架24上设置有绑带座25、上臂绑带26。所述肩长伸缩件28的另一端设置有限位切槽，限制内收外展旋转件210的运动角度在0～60度；所述内收外展旋转件210、水平屈伸旋转件212上设置有多组螺栓安装孔，通过将连接螺栓211安装在不同的螺栓安装孔上调整水平屈伸旋转件212沿人体矢状轴的长度；所述前屈后伸旋转件21与水平屈伸旋转件212连接的一端上设置有限位台阶，限制前屈后伸旋转件21的运动角度在-60～90度；所述上臂外骨架24与驱动模块3连接的一端上设置有限位块22，限制上臂外骨架24的运动范围在-30～150度；所述绑带座25相对于上臂外骨架24能够上下调整位置；所述上臂外骨架24下端设置有多组螺栓安装孔，能够调整上臂外骨架24与连接法兰4连接的位置；所述肩长伸缩件28、内收外展旋转件210、水平屈伸旋转件212、前屈后伸旋转件21、上臂外骨架24的运动范围边界处均设置有触碰开关，所述触碰开关连接驱动模块3。所述上臂绑带26上设置有表面肌电信号传感器、压力传感器，所述表面肌电信号传感器、压力传感器连接上臂假肢模块5。

如图4所示，所述驱动模块3包括电机31、输入安装螺栓32、电机固定螺栓33、减速器固定端34、减速器输出端35、电机轴输入法兰36、输入固定法兰37，所述电机31通过电机固定螺栓33连接输入固定法兰37的一侧，输入固定法兰37的另一侧通过输入安装螺栓32连接减速器固定端34，电机31的输出轴通过电机轴输入法兰36连接减速器固定端34的输入法兰，减速器输出端35连接肩部外骨骼模块2的法兰垫盘23，减速器固定端34连接肩部外骨骼模块2的上臂外骨架24；所述电机31末端集成霍尔传感器和编码器，所述编码器连接肩部外骨骼模块2的触碰开关。

如图5所示，所述连接法兰4包括法兰环41、压紧盘42、弹性垫片43，所述法兰环41内侧设置有台阶，压紧盘42外侧设置有台阶，法兰环41与压紧盘42通过台阶匹配相连，法兰环41连接肩部外骨骼模块2的上臂外骨架24，压紧盘42通过弹性垫片43及紧固件连接上臂假肢模块5。

如图5所示，所述上臂假肢模块5包括上臂腔体51、肘关节52、前臂腔体53、腕关节54、假肢手55，所述上臂腔体51通过肘关节52连接前臂腔体53，前臂腔体53通过腕关节54连接假肢手55，上臂腔体51连接连接法兰4的法兰环41。所述上臂腔体51和/或前臂腔体53内设置有驱动装置及控制电路板，所述肘关节52、腕关节54以及假肢手55通过驱动装置及控制电路板驱动，所述驱动装置及控制电路板连接肩部外骨骼模块2的表面肌电信号传感器、压力传感器。

优选实施例：

一种外骨骼和假肢融合的上肢运动功能补偿设备，包括固定背板1、肩部外骨骼模块2、驱动模块3、连接法兰4和上臂假肢模块5。所述固定背板1将设备与人体固连，承载控制电路板与供电电池，同时将用于截肢单侧的设备重量分摊于两肩。所述肩部外骨骼模块2具有1个主动自由度，3个被动自由度，为人体肩关节前屈后伸自由度提供助力，不阻碍肩关节其他方向的自由运动。同时，肩部外骨骼模块2与固定背板1连接处的自由度可以顺应上举动作时的肩关节上移以及提肩等动作。肩部外骨骼模块2的转轴位置可调，以适应不同人的体型，保证转轴与人体关节转轴同轴以保证穿戴式人机系统在肩关节处运动的舒适与安全。所述上臂假肢模块5具有3个自由度，包括肘关节屈伸自由度、腕关节旋转自由度和假肢手张合自由度。所述肩部外骨骼模块2和上臂假肢模块5通过连接法兰4固定。此外，本设备包括控制和驱动电路板和供电电池等电路部分。以手、腕、肘及肩关节协同控制，补偿使用者日常生活中所用到的上肢功能。

所述固定背板1包括肩部骨架11，轴承螺栓12，轴承轴13，调整螺栓14，背板面板15，胸肩绑带16，卡扣17，电池固定架18，电路板固定架19，背板连接块110，角码111，调整垫片112，轴承座113。背板面板15通过穿戴贴合于人体背部，由两个直角码111通过螺栓组链接背板连接块110，背板连接块110上侧设有螺纹孔，经过调整垫片112后通过螺栓连接轴承座113。使用时，增加调整垫片112的数量可调整背板模块1与肩部外骨骼模块2的连接转轴高度，以适应不同人体型。深沟球轴承通过过盈配合安装于轴承轴13的台阶面上，由轴承螺栓12固定于轴承座113，深沟球轴承外径套于肩部外骨骼模块2中的肩部骨架11的轴承安装孔中。肩部骨架11另一侧设有滑槽，用于伸缩后由紧固螺栓29紧固，下方由调整螺栓14限位。调整螺栓14安装于轴承座113的螺纹孔中，调整旋入深度可调整肩部骨架11以及肩长伸缩件28的角度。背板面板15上连有左右两条胸肩绑带16，胸肩绑带16末端各为卡扣17的公母端，使用时于胸前扣紧实现背板的穿戴与固定。此外，电池固定架18和电路板固定架19通过螺栓安置于背板面板15上，用于放置电池和控制与驱动电路板。所述胸肩绑带16采用尼龙绑带，卡扣17采用尼龙卡扣。胸肩绑带16各方向长度可调，通过卡扣17扣紧，方便穿戴。固定背板1的形状符合人体工效学设计，加工材料采用高韧性和强度的非金属材料，使得穿戴舒适。

所述肩部外骨骼模块2包括前屈后伸旋转件21，限位块22，法兰垫盘23，上臂外骨架24，尼龙绑带座25，尼龙绑带26，内收外展转轴27，肩长伸缩件28，紧固螺栓29，内收外展旋转件210，连接螺栓211，水平屈伸旋转件212。肩长伸缩件28一侧为空心，用于插入肩部骨架11，可沿肩长方向移动以调整设备长度，肩长伸缩件28背侧设有螺纹孔用以旋入紧固螺栓29，通过旋紧紧固螺栓29来固定肩长伸缩件28；肩长伸缩件28背另一端通过内收外展旋转件210安装轴承，再连接内收外展旋转件210，同时肩长伸缩件28设有限位切槽，限定外展自由度运动范围约为0～60度，以保障使用安全；内收外展旋转件210通过连接螺栓211与水平屈伸旋转件212连接，内收外展旋转件210顶端有多组螺栓安装孔，改变连接螺栓211的安装位置可实现沿人体矢状轴的长度调整；水平屈伸旋转件212另一端为轴承孔，通过轴承连接前屈后伸旋转件21，二者可相对旋转，且前屈后伸旋转件设有限位台阶，以保证水平屈伸的运动范围为-60～90度；前屈后伸旋转件21通过法兰垫盘23安装于驱动部件模块的减速器输出端35，上臂外骨架24安装于驱动部件的减速器固定端34上，二者产生相对旋转，同时将限位块22通过螺栓安装于上臂外骨架24上，以机械限位，范围约为-30～150度；所述设备各自由度均设有机械结构限位，以保障穿戴者使用安全。上臂外骨架24装有绑带座25，绑带座25可上下调节位置，使穿戴尽可能舒适；绑带座25通过上臂绑带26与上臂残肢绑紧以驱动残端实现助力；上臂外骨架24末端通过螺栓组安装法兰环41，上肢外骨架24末端有多组螺栓安装孔，用以调整法兰环41的安装位置，使截肢末端假肢手长度与健侧手相等，即上臂外骨架24与连接法兰4的安装位置可调，以适应不同长度的残肢。所述绑带座25采用尼龙绑带座，所述上臂绑带26采用尼龙绑带。残端固定绑带即上臂绑带26可上下移动以调整其捆绑位置，使穿戴舒适。

所述驱动模块3包括电机31、固减速器定端34、减速器输出端35、输入固定法兰37、电机轴输入法兰36、输入安装螺栓32、电机固定螺栓33。电机31末端集成霍尔传感器和编码器，电机31通过电机固定螺栓33安装在输入固定法兰37的一侧，输入固定法兰37另一侧通过输入安装螺栓32固定于减速器固定端34；电机31的输出轴通过电机轴输入法兰36安装在减速器固定端34的输入法兰中；减速器输出端35通过法兰垫盘23后与肩部外骨骼模块2的前屈后伸旋转件21相连，减速器的固定端34与上臂外骨架24相连，二者可产生相对旋转，即助力肩关节前屈后伸运动。所述电机31采用扁平式三相无刷直流电机，所述减速器采用扁平式谐波减速器。

所述连接法兰4包括压紧盘42、弹性垫片43和法兰环41。所述上臂假肢5包括上臂腔体51、前臂腔体53、肘关节52、腕关节54、假肢手55。法兰环41内侧有台阶，压紧盘42有外侧台阶，法兰环41和压紧盘42通过台阶配合连接，压紧盘42通过螺栓组固定于上臂假肢的上臂腔体51中，使得二者轴向固定；压紧盘42与上臂腔体51间有弹性垫片43，通过摩擦力使二者周向固定。假肢各关节均由直流电机通过齿轮减速直接驱动，各驱动部件、控制与驱动电路板、电池置于上臂腔体51和/或前臂腔体53内。

作为优选，假肢各自由度在运动范围边界处设有触碰开关，肩关节前屈后伸自由度通过编码器实现闭环控制，使设备整体在电气层面保障使用安全。

作为优选，各零件与人体接触处，尤其为有较强交互力处，垫以柔性材料使得穿戴舒适。

作为优选，控制板发出的控制信号利用表面肌电信号，以识别使用者自主运动意图。同时加以压力信号或力信号辅助，实现精准稳定的控制。表面肌电信号传感器、压力信号传感器宜装在尼龙绑带26处，以检测交互应力。作为优选，表面肌电信号传感器与压力传感器通过压紧盘42的通孔接入上臂假肢51的空腔中进而接入位于前臂假肢53空腔中的电路板，由假肢控制与驱动电路板处理分析，将分析结果与肩部控制与驱动板(安装在背板面板15上)通信，同时接受肩部的角度信息，实现控制层面的融合。

作为优选，各自由度转轴处应安装轴承，减少对自主运动的阻力。

所述肩部外骨骼模块2与固定背板1沿人体矢状轴方向铰接，以顺应肩部上提运动。所述肩部外骨骼模块2具有三个回转自由度，其转动轴心分别与人体肩关节的前屈后伸运动、内收外展运动和水平内收水平外传三个转动轴心同轴，且三轴交于一点，以保障人机系统在肩关节处运动的舒适与安全。所述肩部外骨骼模块2于上臂外骨架24处通过尼龙绑带与残端固定，从而带动残端运动。所述肩部外骨骼模块2的前屈后伸自由度由驱动模块3提供动力，以助力残肢上举等动作。

所述固定背板1上的控制与驱动电路板控制肩部外骨骼模块2的运动，所述上臂腔体51和/或前臂腔体53内的控制与驱动电路板控制上臂假肢模块5的运动。优选地，所述固定背板1上的控制与驱动电路板包括微型控制器、电源调理模块、信号采集模块、模数转换模块、蓝牙通信模块、CAN总线模块和伺服驱动模块；所述上臂腔体51和/或前臂腔体53内的控制与驱动电路板包括微型控制器、电源调理模块、信号采集模块、模数转换模块、蓝牙通信模块、电机H桥驱动模块。所述肩部外骨骼模块2与上臂假肢模块5通过蓝牙技术通信与协同控制，使得上臂运动更为流畅。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种上肢运动功能补偿设备，其特征在于，包括固定背板(1)、肩部外骨骼模块(2)、驱动模块(3)、连接法兰(4)、上臂假肢模块(5)，所述固定背板(1)依次连接肩部外骨骼模块(2)、连接法兰(4)、上臂假肢模块(5)，肩部外骨骼模块(2)连接驱动模块(3)，固定背板(1)穿戴于人体的肩背部；

所述固定背板(1)包括肩部骨架(11)、轴承螺栓(12)、轴承轴(13)、背板面板(15)、胸肩绑带(16)、卡扣(17)、电池固定架(18)、电路板固定架(19)、背板连接块(110)、角码(111)、轴承座(113)，所述背板面板(15)上设置有胸肩绑带(16)，胸肩绑带(16)的末端设置有卡扣(17)的公端或母端，所述背板面板(15)通过角码(111)连接背板连接块(110)，背板连接块(110)连接轴承座(113)，轴承座(113)通过轴承轴(13)、轴承、轴承螺栓(12)连接肩部骨架(11)的一端，肩部骨架(11)的另一端设置有滑槽并通过滑槽连接肩部外骨骼模块(2)，所述电池固定架(18)、电路板固定架(19)设置在背板面板(15)上，电池固定架(18)、电路板固定架(19)分别安装电池、控制电路板；

所述背板连接块(110)通过调整垫片(112)连接轴承座(113)，所述轴承座(113)上设置有调整肩部骨架(11)角度的调整螺栓(14)；

所述肩部外骨骼模块(2)包括前屈后伸旋转件(21)、法兰垫盘(23)、上臂外骨架(24)、绑带座(25)、上臂绑带(26)、内收外展转轴(27)、肩长伸缩件(28)、紧固螺栓(29)、内收外展旋转件(210)、连接螺栓(211)、水平屈伸旋转件(212)，所述肩长伸缩件(28)的一端通过紧固螺栓(29)连接固定背板(1)的调整肩部骨架(11)，肩长伸缩件(28)的另一端通过内收外展转轴(27)旋转连接内收外展旋转件(210)，内收外展旋转件(210)通过连接螺栓(211)连接水平屈伸旋转件(212)，水平屈伸旋转件(212)旋转连接前屈后伸旋转件(21)，前屈后伸旋转件(21)通过法兰垫盘(23)连接驱动模块(3)，上臂外骨架(24)旋转连接驱动模块(3)，上臂外骨架(24)上设置有绑带座(25)、上臂绑带(26)；

所述驱动模块(3)包括电机(31)、输入安装螺栓(32)、电机固定螺栓(33)、减速器固定端(34)、减速器输出端(35)、电机轴输入法兰(36)、输入固定法兰(37)，所述电机(31)通过电机固定螺栓(33)连接输入固定法兰(37)的一侧，输入固定法兰(37)的另一侧通过输入安装螺栓(32)连接减速器固定端(34)，电机(31)的输出轴通过电机轴输入法兰(36)连接减速器固定端(34)的输入法兰，减速器输出端(35)连接肩部外骨骼模块(2)的法兰垫盘(23)，减速器固定端(34)连接肩部外骨骼模块(2)的上臂外骨架(24)；

所述电机(31)末端集成霍尔传感器和编码器，所述编码器连接肩部外骨骼模块(2)的触碰开关。

2.根据权利要求1所述的上肢运动功能补偿设备，其特征在于，所述肩长伸缩件(28)的另一端设置有限位切槽，限制内收外展旋转件(210)的运动角度在0～60度；

所述内收外展旋转件(210)、水平屈伸旋转件(212)上设置有多组螺栓安装孔，通过将连接螺栓(211)安装在不同的螺栓安装孔上调整水平屈伸旋转件(212)沿人体矢状轴的长度；

所述前屈后伸旋转件(21)与水平屈伸旋转件(212)连接的一端上设置有限位台阶，限制前屈后伸旋转件(21)的运动角度在-60～90度；

所述上臂外骨架(24)与驱动模块(3)连接的一端上设置有限位块(22)，限制上臂外骨架(24)的运动范围在-30～150度；

所述绑带座(25)相对于上臂外骨架(24)能够上下调整位置；

所述上臂外骨架(24)下端设置有多组螺栓安装孔，能够调整上臂外骨架(24)与连接法兰(4)连接的位置；

所述肩长伸缩件(28)、内收外展旋转件(210)、水平屈伸旋转件(212)、前屈后伸旋转件(21)、上臂外骨架(24)的运动范围边界处均设置有触碰开关，所述触碰开关连接驱动模块(3)。

3.根据权利要求1所述的上肢运动功能补偿设备，其特征在于，所述上臂绑带(26)上设置有表面肌电信号传感器、压力传感器，所述表面肌电信号传感器、压力传感器连接上臂假肢模块(5)。

4.根据权利要求1所述的上肢运动功能补偿设备，其特征在于，所述连接法兰(4)包括法兰环(41)、压紧盘(42)、弹性垫片(43)，所述法兰环(41)内侧设置有台阶，压紧盘(42)外侧设置有台阶，法兰环(41)与压紧盘(42)通过台阶匹配相连，法兰环(41)连接肩部外骨骼模块(2)的上臂外骨架(24)，压紧盘(42)通过弹性垫片(43)及紧固件连接上臂假肢模块(5)。

5.根据权利要求1所述的上肢运动功能补偿设备，其特征在于，所述上臂假肢模块(5)包括上臂腔体(51)、肘关节(52)、前臂腔体(53)、腕关节(54)、假肢手(55)，所述上臂腔体(51)通过肘关节(52)连接前臂腔体(53)，前臂腔体(53)通过腕关节(54)连接假肢手(55)，上臂腔体(51)连接连接法兰(4)的法兰环(41)。

6.根据权利要求5所述的上肢运动功能补偿设备，其特征在于，所述上臂腔体(51)和/或前臂腔体(53)内设置有驱动装置及控制电路板，所述肘关节(52)、腕关节(54)以及假肢手(55)通过驱动装置及控制电路板驱动，所述驱动装置及控制电路板连接肩部外骨骼模块(2)的表面肌电信号传感器、压力传感器。

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