CN110123584B - 一种六自由度可穿戴柔性绳驱外骨骼式上肢康复训练机器人 - Google Patents

一种六自由度可穿戴柔性绳驱外骨骼式上肢康复训练机器人 Download PDF

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Abstract

本发明针对现有技术的不足，提供一种六自由度可穿戴柔性绳驱外骨骼式上肢康复训练机器人，采用了绳驱动的方式，装置惯性小，系统整体具有运动连贯性与流畅性，避免了对患者的二次伤害；并且未通过关节转盘等较大机构来实现关节所需的自由度，空间利用率高，穿戴更舒适，更轻便，更贴合人手臂的运动特性；拥有六个主动自由度，可对上肢功能障碍人群提供全方位安全可靠的康复训练。本发明提供了一种六自由度可穿戴柔性绳驱外骨骼式上肢康复训练机器人，其组成包括：地面支撑部分和可穿戴部分，其中地面支撑部分中的立柱与地面连接，地面支撑部分中的圆弧导轨模块与穿戴部分中的大臂固定装置连接。

Description

一种六自由度可穿戴柔性绳驱外骨骼式上肢康复训练机器人
技术领域
本发明涉及康复机器人领域,尤其涉及一种六自由度可穿戴柔性绳驱外骨骼式上肢康复训练机器人。
背景技术
随着人口的老龄化、生活节奏加快、不良生活方式以及环境等因素的影响，由脑卒中造成的上肢功能障碍人口迅速增长。并且目前康复治疗师紧缺,而人体上肢功能的缺失对人的生活影响很大,患者通常需要一些半助力的康复训练方法,这就使得上肢康复训练机器人有很大的需求量。
现有的上肢康复机器人大致可分为两类,一类是末端导引式康复机器人，它将患者手部处于运动装置上,由运动装置带动患者双手运动,进而使臂部随着运动,通过控制运动轨迹和运动姿态来达到带动患者上肢运动的效果。这类康复机器人虽然装置相对较简单，但是康复训练形式相对比较单一、能实现的康复训练形式较少,无法完全实现具有针对性的个性化康复训练路径，有时甚至会造成关节脱臼或挫伤等伤害。另一类是外骨骼式康复机器人，它一般是通过助动装置带动患者的肢体运动,可以有效的克服末端导引式康复机器人存在的弊端。但是现有的骨骼式康复机器人的驱动方式大多为在关节处应用电机与谐波减速器,这样做会大大增加装置的惯性,不利于患者的穿戴与康复。
为了解决这个问题,出现了一些线传动的外骨骼式康复机器人，其中比较具有代表性的(CN105662782A)采用了绳驱动的方式,大大减轻了机器人的重量,但是关节转盘的应用依旧占据了大量的空间使得装置依旧过大。另一种柔性绳驱的康复机器人(CN107669442A)对空间的利用率较高,但是它只具备4个主动自由度,并不能对患者的腕关节进行良好的康复帮助。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种六自由度可穿戴柔性绳驱外骨骼式上肢康复训练机器人，解决了现有末端导引式康复机器人无法完全实现具有针对性的个性化康复训练路径，甚至对患者造成二次伤害的问题，同时解决了现有外骨骼式康复机器人关节处直接采用电机驱动的装置惯性大，不易穿戴和采用绳驱动的空间利用率低，自由度不足等问题。从而使得该上肢康复训练机器人穿戴更舒适，更轻便，尺寸和重量更小，系统整体具有运动连贯性与流畅性，更贴合人手臂的运动特性，满足对上肢功能障碍人群的康复训练要求。
本发明提供一种六自由度可穿戴柔性绳驱外骨骼式上肢康复训练机器人，其组成包括：地面支撑部分1和可穿戴部分2，其中地面支撑部分1中的立柱101与地面通过螺栓连接，地面支撑部分1中的圆弧导轨模块112与可穿戴部分2中的大臂固定装置214通过螺钉连接。
本发明的优点在于采用了绳驱动的方式，并且未通过关节转盘等较大机构来实现关节所需的自由度，因而本发明所提供的装置空间利用率高，穿戴更舒适，更轻便，更贴合人手臂的运动特性，避免了对患者的二次伤害；本发明所提供的装置拥有六个主动自由度，可对上肢功能障碍人群提供全方位安全可靠的康复训练。
附图说明
图1是一种六自由度可穿戴柔性绳驱外骨骼式上肢康复训练机器人的结构示意图；
图2是一种六自由度可穿戴柔性绳驱外骨骼式上肢康复训练机器人中地面支撑部分1的结构示意图；
图3是一种六自由度可穿戴柔性绳驱外骨骼式上肢康复训练机器人中可穿戴部分2的结构示意图；
具体实施方式
1.参阅图1、图2、图3，本发明提供的一种六自由度可穿戴柔性绳驱外骨骼式上肢康复训练机器人，其组成包括：地面支撑部分1和可穿戴部分2，其中地面支撑部分1中的立柱101与地面通过螺栓连接，地面支撑部分1中的圆弧导轨模块112与可穿戴部分2中的大臂固定装置214通过螺钉连接。
2.参阅图2，地面支撑部分1由立柱101、高度调节装置102、角度调节装置103、横梁104、谐波减速器105、圆盘电机106、肩部横向连接件107、肩部纵向连接件108、谐波减速电机109、伺服电机110、减速箱111和圆弧导轨模块112组成，其中立柱101与地面通过螺栓连接，高度调节装置102与立柱101通过滑动连接，角度调节装置103与高度调节装置102通过周向连接，角度调节装置103与横梁104一端的安装孔通过同轴度配合，横梁104另一端的安装孔与圆盘电机106通过螺栓连接，圆盘电机106与谐波减速器105通过螺栓连接，谐波减速器105与肩部横向连接件107通过螺栓连接，谐波减速电机109与肩部横向连接件107通过螺钉连接，肩部纵向连接件108与肩部横向连接件107通过周向连接，减速箱111与肩部纵向连接件108通过螺钉连接，伺服电机110与减速箱111通过螺钉连接，圆弧导轨模块112与减速箱111通过圆弧滑动连接。
参阅图3，可穿戴部分2由手部固定装置201、腕部前位姿调整支架202、可调压力弹簧203、腕部后位姿调整支架204、腕部驱动绳205、小臂固定装置206、肘部位姿调整支架207、肘部旋转关节208、肘部驱动绳209、肘部电机210、套管211、腕部电机Ⅰ212、腕部电机Ⅱ213和大臂固定装置214组成，其中手部固定装置201中均匀分布的四个配合孔与腕部前位姿调整支架202进行同轴度配合，四个腕部前位姿调整支架202分别于与四个可调压力弹簧203的一端通过周向连接，四个可调压力弹簧203的另一端与分别四个腕部后位姿调整支架204通过周向连接，四个腕部后位姿调整支架204与小臂固定装置206中均匀分布的四个配合孔进行同轴度配合，腕部驱动绳205与腕部前位姿调整支架202进行固定连接，腕部驱动绳205与腕部后位姿调整支架204通过滑动连接，小臂固定装置206的配合孔与肘部位姿调整支架207进行同轴度配合，肘部驱动绳209与肘部位姿调整支架207进行固定连接，小臂固定装置206与肘部旋转关节208的一端通过螺钉连接，大臂固定装置214与肘部旋转关节208的另一端通过螺钉连接，套管211与肘部驱动绳209通过滑动连接，肘部电机210与大臂固定装置214通过螺钉连接，腕部电机Ⅰ212与大臂固定装置214通过螺钉连接，腕部电机Ⅱ213与大臂固定装置214通过螺钉连接。

Claims (1)

1.一种六自由度可穿戴柔性绳驱外骨骼式上肢康复训练机器人，其特征在于它由地面支撑部分(1)和可穿戴部分(2)组成，其中地面支撑部分(1)中的立柱(101)与地面连接，地面支撑部分(1)中的圆弧导轨模块(112)与可穿戴部分(2)中的大臂固定装置(214)连接；地面支撑部分(1)由立柱(101)、高度调节装置(102)、角度调节装置(103)、横梁(104)、谐波减速器(105)、圆盘电机(106)、肩部横向连接件(107)、肩部纵向连接件(108)、谐波减速电机(109)、伺服电机(110)、减速箱(111)和圆弧导轨模块(112)组成，其中立柱(101)与地面连接，高度调节装置(102)与立柱(101)连接，角度调节装置(103)与高度调节装置(102)连接，角度调节装置(103)与横梁(104)一端的安装孔连接，横梁(104)另一端的安装孔与圆盘电机(106)连接，圆盘电机(106)与谐波减速器(105)连接，谐波减速器(105)与肩部横向连接件(107)连接，谐波减速电机(109)与肩部横向连接件(107)连接，肩部纵向连接件(108)与肩部横向连接件(107)连接，减速箱(111)与肩部纵向连接件(108)连接，伺服电机(110)与减速箱(111)连接，圆弧导轨模块(112)与减速箱(111)连接；可穿戴部分(2)由手部固定装置(201)、腕部前位姿调整支架(202)、可调压力弹簧(203)、腕部后位姿调整支架(204)、腕部驱动绳(205)、小臂固定装置(206)、肘部位姿调整支架(207)、肘部旋转关节(208)、肘部驱动绳(209)、肘部电机(210)、套管(211)、腕部电机Ⅰ(212)、腕部电机Ⅱ(213)和大臂固定装置(214)组成，其中手部固定装置(201)中均匀分布的四个配合孔与腕部前位姿调整支架(202)连接，四个腕部前位姿调整支架(202)分别于与四个可调压力弹簧(203)的一端连接，四个可调压力弹簧(203)的另一端与分别四个腕部后位姿调整支架(204)连接，四个腕部后位姿调整支架(204)与小臂固定装置(206)中均匀分布的四个配合孔连接，腕部驱动绳(205)与腕部前位姿调整支架(202)连接，腕部驱动绳(205)与腕部后位姿调整支架(204)连接，小臂固定装置(206)的配合孔与肘部位姿调整支架(207)连接，肘部驱动绳(209)与肘部位姿调整支架(207)连接，小臂固定装置(206)与肘部旋转关节(208)的一端连接，大臂固定装置(214)与肘部旋转关节(208)的另一端连接，套管(211)与肘部驱动绳(209)连接，肘部电机(210)与大臂固定装置(214)连接，腕部电机Ⅰ(212)与大臂固定装置(214)连接，腕部电机Ⅱ(213)与大臂固定装置(214)连接。
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