CN113230090B - 一种可穿戴的上肢康复辅助训练机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可穿戴的上肢康复辅助训练机器人，包括肘关节减速器箱、位于机器人肩关节处的旋转器、肘关节曲柄摇杆机构、穿戴部分，所述旋转器通过安装在其上的旋转器下圆台件一端固定连接穿戴部分的肩侧架，所述穿戴部分固定连接有肘关节曲柄摇杆机构，所述肘关节曲柄摇杆机构旋转连接肘关节减速器箱的大齿轮长轴，肘关节减速器箱内部固定设置有步进电机，旋转器为双方向的旋转。通肘关节曲柄摇杆机构实现小臂相对于大臂的往复摇摆运动，由肘关节减速器箱和曲柄摇杆实现将高速周转运动转换为适合人体节奏的低速往复摇摆运动。肩关节旋转器也通过移动副运动实现肩膀和大臂的双方向自由相对转动。

Description

一种可穿戴的上肢康复辅助训练机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体说是涉及一种可穿戴的上肢康复辅助训练机器人。
背景技术
脑卒中，生活中被称为中风，是由于急性脑血管病变而引发的血液循环被破坏从而造成局部甚至全脑神经功能性障碍的一种疾病。脑卒中作为我国发病率较高的一种疾病,是目前危害中国绝大部分居民健康的一重大慢性病。随着我国的经济不断发展，人们对生活水平的要求与期望不断提高,为中风患者提供有效且及时的康复运动治疗变得迫在眉睫。及时并且合理的上肢康复训练可以改善患者的身体的大部分功能甚至是恢复如初，从而提高大部分患者的生活质量，进而降低脑卒中的致残率。目前,传统的医疗康复训练大部分都是以专业康复治疗师的徒手操作为主，这种方法对患者自身和家属甚至医务人员来说都是一个耗时、费力、单调乏味的复杂的工作。同时，因为我国人口众多，患者数量也不可估量，专业康复治疗师数量严重缺失(治疗师的占比不超过1％)，这种现象使得很多患者因康复运动做的不及时，运动强度欠缺从而导致康复效果不能达到恢复的理想状态。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种可穿戴的上肢康复辅助训练机器人。应用模块化结构，可实现结构轻盈，结构层次分明，售后维修更换模块更加方便，甚至可以实现私人定制。可居家使用、拆卸方便的可穿戴的上肢康复辅助训练机器人，并避开了外骨骼机器人结构复杂笨重的弊端。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种可穿戴的上肢康复辅助训练机器人，包括肘关节减速器箱、位于机器人肩关节处的旋转器、肘关节曲柄摇杆机构、穿戴部分，所述旋转器通过安装在其上的旋转器下圆台件一端固定连接穿戴部分的肩侧架，所述穿戴部分固定连接有肘关节曲柄摇杆机构，所述肘关节曲柄摇杆机构旋转连接肘关节减速器箱的大齿轮长轴，肘关节减速器箱内部固定设置有步进电机，通过步进电机稳定的周转运动来实现肘关节曲柄摇杆机构规律的摆动运动；旋转器为双方向的旋转。
优选的，所述旋转器包含旋转器上圆台件、旋转器下位固定圆筒、旋转器下圆台件、旋转器大锥齿轮、旋转器大上环、旋转器小上环、旋转器大下环、旋转器小下环，所述旋转器大上环贯穿所述旋转器上圆台件滑动连接，所述旋转器小上环贯穿所述旋转器上圆台件滑动连接，所述旋转器大下环贯穿旋转器下圆台件滑动连接，所述旋转器小下环贯穿旋转器下圆台件滑动连接，所述旋转器中位小锥齿轮的齿轮轴分别固定连接所述旋转器大上环和旋转器大下环的四分之一点，另一对所述旋转器中位小锥齿轮的齿轮轴分别固定连接旋转器小上环和旋转器小下环的四分之一点，所述旋转器大锥齿轮与四个旋转器中位小锥齿轮啮合传动均匀分布，使每个旋转器中位小锥齿轮夹角为90°，所述旋转器下圆台件固定连接有肩侧架。
优选的，所述旋转器大上环、旋转器小上环、旋转器大下环、旋转器小下环均为半圆的开口结构。
优选的，两个所述旋转器大锥齿轮中心固定连接轴，所述连接轴中间套设旋转器中位套筒，其中一个所述旋转器大锥齿轮固定连接旋转器上位固定圆筒一端，所述旋转器上位固定圆筒另一端固定连接旋转器上圆台件的内侧，其中另一个所述旋转器大锥齿轮固定连接旋转器下位固定圆筒一端，所述旋转器下位固定圆筒另一端固定连接旋转器下圆台件的内侧。
优选的，所述肘关节减速器箱包括肘关节变速器箱体、步进电机，所述步进电机固定在肘关节变速器箱体内部，步进电机提供周转运动，步进电机通过联轴器连接传动蜗杆一端，通过联轴器将旋转运动传递给传动蜗杆，所述传动蜗杆另一端固定连接蜗杆轴承内圈，所述蜗杆轴承外部固定连接在肘关节变速器箱体内部，所述传动蜗杆传动连接蜗轮，所述蜗轮固定设置在蜗轮长轴外圈，
优选的，所述肘关节曲柄摇杆机构包括肘关节摇杆小臂连接杆、肘关节连杆、肘关节大臂同位机架、肘关节主动曲柄，所述肘关节摇杆小臂连接杆一端旋转连接肘关节连杆一端，所述肘关节连杆另一端旋转连接大齿轮长轴，肘关节大臂同位机架两端与大臂连接架两端旋转连接；肘关节摇杆小臂连接杆一端与肘关节大臂同位机架一端旋转连接，大齿轮长轴固定连接肘关节主动曲柄一端从而实现同步运动，肘关节主动曲柄与肘关节大臂同位机架另一端旋转连接。
优选的，所述穿戴部分包括肩顶架、肩侧架、大臂架、肩侧大臂连接架、小臂架、手握架、小臂手握连接架、手握杆、上圆台肩顶架定位T形件、下圆台肩侧架定位T形件，肩顶架和旋转器上圆台件通过上圆台肩顶架定位T形件连接，上圆台肩顶架定位T形件和肩顶架通过一对螺钉进行固定连接，肩侧架和旋转器下圆台件通过下圆台肩侧架定位T形件连接，下圆台肩侧架定位T形件和肩侧架通过一对螺钉进行固定连接，肩侧架一端和大臂架一端均与肩侧大臂连接架固定连接一起，小臂架一端与小臂手握连接架一端通过螺钉螺母组件固定连接，手握架与一端小臂手握连接架另一端也通过螺钉螺母固定连接，手握杆两端与小臂手握连接架两端旋转连接。
(三)有益效果
本发明提供了一种可穿戴的上肢康复辅助训练机器人。具备以下有益效果：
1)各个模块可实现自主组合，甚至可以通过不同人或是同一个人的不同恢复阶段从而实现具体参数的差距而私人定制符合自身的运动模块。
2)便于售后更换，模块自由组合，提高装置的实用性和普及性。
3)装置成本较低，整体轻盈易于穿戴，突破了传统装置的厚重繁杂的弊端。
4)可以居家使用，降低了患者甚至社会医疗体系的医疗压力。
附图说明
图1为本发明可穿戴的上肢康复辅助训练机器人的结构组成主视示意图；
图2为本发明可穿戴的上肢康复辅助训练机器人的结构组成侧视示意图；
图3为本发明的肘关节动力模块剖面结构图一；
图4为本发明的肘关节动力模块剖面结构图二；
图5为本发明的一种可穿戴的上肢康复辅助训练机器人的局部结构图。
图中：1肩顶架，2上圆台肩顶架定位T形件，3旋转器上圆台件，4旋转器上位固定圆筒，5旋转器中位套筒，6旋转器中心链接轴，7旋转器下位固定圆筒，8旋转器下圆台件，9下圆台肩侧架定位T形件，10肩侧架，11大臂架，12小臂架，13手握架，14肘关节摇杆小臂连接杆，15肘关节连杆，16肘关节大臂同位机架，17肘关节主动曲柄，18旋转器中位小锥齿轮，19旋转器大锥齿轮，20旋转器大上环，21旋转器小上环，22旋转器大下环，23旋转器小下环，24肩侧-大臂连接架，25小臂手握连接架，26手握杆，Xt肘关节变速器箱体，Xt1步进电机，Xt2联轴器，Xt3传动蜗杆，Xt4蜗杆轴承，Xt5蜗轮长轴，Xt9传动蜗轮，Xt10大齿轮长轴轴承，Xt11大齿轮长轴，Xt13大齿轮长轴轴承。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-5，图5为肩顶架1、上圆台肩顶架定位T形件2、3旋转器上圆台件3位置连接细节图，旋转器下圆台件8、下圆台肩侧架定位T形件9、肩侧架10与图5的连接方式相同，本发明提供一种技术方案：一种可穿戴的上肢康复辅助训练机器人，包括肘关节减速器箱、位于机器人肩关节处的旋转器、肘关节曲柄摇杆机构、穿戴部分，所述旋转器通过安装在其上的旋转器下圆台件8一端固定连接穿戴部分的肩侧架10，所述穿戴部分固定连接有肘关节曲柄摇杆机构，所述肘关节曲柄摇杆机构旋转连接肘关节减速器箱的大齿轮长轴Xt11，肘关节减速器箱内部固定设置有步进电机Xt1，通过步进电机Xt1稳定的周转运动来实现肘关节曲柄摇杆机构规律的摆动运动；旋转器为双方向的旋转。
进一步地，所述旋转器包含旋转器上圆台件3、旋转器下位固定圆筒7、旋转器下圆台件8、旋转器大锥齿轮19、旋转器大上环20、旋转器小上环21、旋转器大下环22、旋转器小下环23，所述旋转器大上环20贯穿所述旋转器上圆台件3滑动连接，所述旋转器小上环21贯穿所述旋转器上圆台件3滑动连接，所述旋转器大下环22贯穿旋转器下圆台件8滑动连接，所述旋转器小下环23贯穿旋转器下圆台件8滑动连接，所述旋转器中位小锥齿轮18的齿轮轴分别固定连接所述旋转器大上环20和旋转器大下环22的四分之一点，另一对所述旋转器中位小锥齿轮18的齿轮轴分别固定连接旋转器小上环21和旋转器小下环23的四分之一点，所述旋转器大锥齿轮19与四个旋转器中位小锥齿轮18啮合传动均匀分布，使每个旋转器中位小锥齿轮18夹角为90°，所述旋转器下圆台件8固定连接有肩侧架10。
进一步地，所述旋转器大上环20、旋转器小上环21、旋转器大下环22、旋转器小下环23均为半圆的开口结构。
进一步地，两个所述旋转器大锥齿轮19中心固定连接轴6，所述连接轴6中间套设旋转器中位套筒5，其中一个所述旋转器大锥齿轮19固定连接旋转器上位固定圆筒4一端，所述旋转器上位固定圆筒4另一端固定连接旋转器上圆台件3的内侧，其中另一个所述旋转器大锥齿轮19固定连接旋转器下位固定圆筒7一端，所述旋转器下位固定圆筒7另一端固定连接旋转器下圆台件8的内侧。
进一步地，所述肘关节减速器箱包括肘关节变速器箱体Xt、步进电机Xt1，所述步进电机Xt1固定在肘关节变速器箱体Xt内部，步进电机Xt1提供周转运动，步进电机Xt1通过联轴器Xt2连接传动蜗杆Xt3一端，通过联轴器Xt2将旋转运动传递给传动蜗杆Xt3，所述传动蜗杆Xt3另一端固定连接蜗杆轴承Xt4内圈，所述蜗杆轴承Xt4外部固定连接在肘关节变速器箱体Xt内部，所述传动蜗杆Xt3传动连接蜗轮Xt9，所述蜗轮Xt9固定设置在蜗轮长轴Xt5外圈，所述蜗轮长轴Xt5外部通过齿轮啮合连接有伸出肘关节变速器箱体Xt内部的大齿轮长轴Xt11。
进一步地，所述肘关节曲柄摇杆机构包括肘关节摇杆小臂连接杆14、肘关节连杆15、肘关节大臂同位机架16、肘关节主动曲柄17，所述肘关节摇杆小臂连接杆14一端旋转连接肘关节连杆15一端，所述肘关节连杆15另一端旋转连接大齿轮长轴Xt11，肘关节大臂同位机架16两端与大臂连接架24两端旋转连接；肘关节摇杆小臂连接杆14一端与小臂手握连接架25固定连接，由大齿轮长轴Xt11驱动肘关节主动曲柄17旋转以提供动力，实现小臂相对大臂的被动辅助摇摆运动。
进一步地，所述穿戴部分包括肩顶架1、肩侧架10、大臂架11、肩侧大臂连接架24、小臂架12、手握架13、小臂手握连接架25、手握杆26、上圆台肩顶架定位T形件2、下圆台肩侧架定位T形件9，肩顶架1和旋转器上圆台件3通过上圆台肩顶架定位T形件2连接，上圆台肩顶架定位T形件2和肩顶架1通过一对螺钉进行固定连接，肩侧架10和旋转器下圆台件8通过下圆台肩侧架定位T形件9连接，下圆台肩侧架定位T形件9和肩侧架10通过一对螺钉进行固定连接，肩侧架10一端和大臂架11一端均与肩侧大臂连接架24固定连接一起并与人体大臂保持同步，肩侧架10和肩侧大臂连接架24通过螺钉螺母连接，同样的大臂架11和肩侧大臂连接架24也通过螺钉螺母连接。通过“肘关节减速器模块”和“肘关节曲柄摇杆机构”实现人体大臂小臂之间的往复摇摆运动，也就是肩侧大臂连接架24和小臂手握连接架25之间的往复摇摆运动。小臂架12和手握架13通过小臂手握连接架25连接在一起并与人体小臂保持同步，小臂架12一端与小臂手握连接架25一端通过螺钉螺母组件固定连接，手握架13与一端小臂手握连接架25另一端也通过螺钉螺母固定连接，手握杆26两端与小臂手握连接架25两端旋转连接，便于人的手握住手握杆26从而进行康复运动。
实施例：通过肘关节变速器箱体Xt内的步进电机Xt1提供康复辅助运动的动力，肘关节减速器箱内部的传动蜗杆Xt3和传动蜗轮Xt9的蜗轮蜗杆传动与蜗轮长轴Xt5和大齿轮长轴Xt11的齿轮传动分别实现较高传动比与较低传动比的减速，以实现将步进电机Xt1提供的高速周转运动转换为大齿轮长轴Xt11的低速周转运动，通过大齿轮长轴Xt11与肘关节主动曲柄17的同步运动，通过肘关节曲柄摇杆机构中肘关节摇杆小臂连接杆14和肘关节大臂同位机架16的往复摇摆运动进一步实现适合人体的小臂和大臂之间的低速往复摇摆运动。肩关节旋转器处通过旋转器大上环20、旋转器小上环21分别与旋转器上圆台件3的滑动连接，旋转器大下环22、旋转器小下环23与旋转器下圆台件8的滑动连接，旋转器大上环20和旋转器大下环22组成的大环与旋转器小上环21和旋转器小下环23组成的小环互不干涉从而实现旋转器上圆台件3和旋转器下圆台件8的双方向运动，进一步实现肩膀和大臂的双方向自由的相对转动。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种可穿戴的上肢康复辅助训练机器人，其特征在于：包括肘关节减速器箱、位于机器人肩关节处的旋转器、肘关节曲柄摇杆机构、穿戴部分，所述旋转器通过安装在其上的旋转器下圆台件(8)一端固定连接穿戴部分的肩侧架(10)，所述穿戴部分固定连接有肘关节曲柄摇杆机构，所述肘关节曲柄摇杆机构旋转连接肘关节减速器箱的大齿轮长轴(Xt11)，肘关节减速器箱内部固定设置有步进电机(Xt1)，通过步进电机(Xt1)稳定的周转运动来实现肘关节曲柄摇杆机构规律的摆动运动；旋转器为双方向的旋转；
所述肘关节曲柄摇杆机构包括肘关节摇杆小臂连接杆(14)、肘关节连杆(15)、肘关节大臂同位机架(16)、肘关节主动曲柄(17)，所述肘关节摇杆小臂连接杆(14)一端旋转连接肘关节连杆(15)一端，所述肘关节连杆(15)另一端旋转连接大齿轮长轴(Xt11)，肘关节大臂同位机架(16)两端与大臂连接架(24)两端旋转连接；肘关节摇杆小臂连接杆(14)一端与小臂手握连接架(25)固定连接，由大齿轮长轴(Xt11)驱动肘关节主动曲柄(17)旋转以提供动力；
所述旋转器包含旋转器上圆台件(3)、旋转器下位固定圆筒(7)、旋转器下圆台件(8)、旋转器大锥齿轮(19)、旋转器大上环(20)、旋转器小上环(21)、旋转器大下环(22)、旋转器小下环(23)，所述旋转器大上环(20)贯穿所述旋转器上圆台件(3)滑动连接，所述旋转器小上环(21)贯穿所述旋转器上圆台件(3)滑动连接，所述旋转器大下环(22)贯穿旋转器下圆台件(8)滑动连接，所述旋转器小下环(23)贯穿旋转器下圆台件(8)滑动连接，所述旋转器中位小锥齿轮(18)的齿轮轴分别固定连接所述旋转器大上环(20)和旋转器大下环(22)的四分之一点，另一对所述旋转器中位小锥齿轮(18)的齿轮轴分别固定连接旋转器小上环(21)和旋转器小下环(23)的四分之一点，所述旋转器大锥齿轮(19)与四个旋转器中位小锥齿轮(18)啮合传动均匀分布，使每个旋转器中位小锥齿轮(18)夹角为90°，所述旋转器下圆台件(8)固定连接有肩侧架(10)；
旋转器大上环(20)和旋转器大下环(22)组成的大环与旋转器小上环(21)和旋转器小下环(23)组成的小环互不干涉从而实现旋转器上圆台件(3)和旋转器下圆台件(8)的双方向运动，进一步实现肩膀和大臂的双方向自由的相对转动。
2.根据权利要求1所述的一种可穿戴的上肢康复辅助训练机器人，其特征在于：所述旋转器大上环(20)、旋转器小上环(21)、旋转器大下环(22)、旋转器小下环(23)均为半圆的开口结构。
3.根据权利要求1所述的一种可穿戴的上肢康复辅助训练机器人，其特征在于：两个所述旋转器大锥齿轮(19)中心固定连接轴(6)，所述连接轴(6)中间套设旋转器中位套筒(5)，其中一个所述旋转器大锥齿轮(19)固定连接旋转器上位固定圆筒(4)一端，所述旋转器上位固定圆筒(4)另一端固定连接旋转器上圆台件(3)的内侧，其中另一个所述旋转器大锥齿轮(19)固定连接旋转器下位固定圆筒(7)一端，所述旋转器下位固定圆筒(7)另一端固定连接旋转器下圆台件(8)的内侧。
4.根据权利要求1所述的一种可穿戴的上肢康复辅助训练机器人，其特征在于：所述肘关节减速器箱包括肘关节变速器箱体(Xt)、步进电机(Xt1)，所述步进电机(Xt1)固定在肘关节变速器箱体(Xt)内部，步进电机(Xt1)提供周转运动，步进电机(Xt1)通过联轴器(Xt2)连接传动蜗杆(Xt3)一端，通过联轴器(Xt2)将旋转运动传递给传动蜗杆(Xt3)，所述传动蜗杆(Xt3)另一端固定连接蜗杆轴承(Xt4)内圈，所述蜗杆轴承(Xt4)外部固定连接在肘关节变速器箱体(Xt)内部，所述传动蜗杆(Xt3)传动连接蜗轮(Xt9)，所述蜗轮(Xt9)固定设置在蜗轮长轴(Xt5)外圈，所述蜗轮长轴(Xt5)外部通过齿轮啮合连接有伸出肘关节变速器箱体(Xt)内部的大齿轮长轴(Xt11)。
5.根据权利要求1所述的一种可穿戴的上肢康复辅助训练机器人，其特征在于：肘关节摇杆小臂连接杆(14)一端与肘关节大臂同位机架(16)一端旋转连接，大齿轮长轴(Xt11)固定连接肘关节主动曲柄(17)一端，肘关节主动曲柄(17)与肘关节大臂同位机架(16)另一端旋转连接。
6.根据权利要求1所述的一种可穿戴的上肢康复辅助训练机器人，其特征在于：所述穿戴部分包括肩顶架(1)、肩侧架(10)、大臂架(11)、肩侧大臂连接架(24)、小臂架(12)、手握架(13)、小臂手握连接架(25)、手握杆(26)、上圆台肩顶架定位T形件(2)、下圆台肩侧架定位T形件(9)，所述肩顶架(1)和旋转器上圆台件(3)通过上圆台肩顶架定位T形件(2)连接，上圆台肩顶架定位T形件(2)和肩顶架(1)通过一对螺钉进行固定连接，肩侧架(10)和旋转器下圆台件(8)通过下圆台肩侧架定位T形件(9)连接，下圆台肩侧架定位T形件(9)和肩侧架(10)通过一对螺钉进行固定连接，肩侧架(10)一端和大臂架(11)一端均与肩侧大臂连接架(24)固定连接一起，小臂架(12)一端与小臂手握连接架(25)一端通过螺钉螺母组件固定连接，手握架(13)与一端小臂手握连接架(25)另一端也通过螺钉螺母固定连接，手握杆(26)两端与小臂手握连接架(25)两端旋转连接。
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