CN113304016A - 一种基于3-prr平面并联机构肘部外骨骼结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及医用设备技术领域，尤其涉及一种基于3‑PRR平面并联机构肘部外骨骼结构设计，包括：3‑PRR平面并联机构肘部外骨骼装置、三自由度腕功能康复机器人与支撑装置。其特征在于：3‑PRR平面并联机构肘部外骨骼装置通过螺栓固定在后部支撑架上；三自由度腕功能康复机器人通过弧槽安装在前部支撑架上。双层3‑PRR平面并联机构能够解决轴对准问题，三自由度腕功能康复机器人能够实现肘关节能够根据患者需求进行调整，腕关节能够顺利的实现三个自由度康复训练且互不影响；结构在整体上采用外骨骼形式，目的是以更好地贴合患者，更符合健康人正常运动方式。

Description

一种基于3-PRR平面并联机构肘部外骨骼结构
技术领域
本发明涉及医用设备技术领域，具体是一种用于上肢损伤后辅助康复的外骨骼机械结构。
背景技术
中风长期损害影响数百万人的生活，上肢受损是中风后常见的缺陷之一，几乎85％的中风病例导致上肢受损或偏瘫。患者甚至无法进行简单的日常活动。此外，这导致医疗资源在持续医疗和社会护理方面的支出增加。在过去的二十年中，数个康复团队已开始将机器人辅助疗法纳入其康复项目中。这样的治疗代表了中风后模仿性上肢康复中新颖和有前途的方法。在康复中使用机器人装置能够为患者提供高强度的、重复的运动，而且可以作为监测患者进展的可靠手段。使用机器人装置辅助康复治疗不仅被医疗界接受，甚至被认为是比手工治疗更好的方法。
在现有的手臂康复治疗器械被用于医疗用途时，仍面临着一些问题：第一方面：现有的手臂康复器械存在自由度低不能完成某些特定的复合运动；第二方面：连接件之间摩擦大运行不流畅、器械质量大对康复者产生二次伤害等。
发明内容
本发明克服了现有的技术不足，提供了一种基于3-PRR平面并联机构肘部外骨骼的结构器械，有效解决了现有手臂康复器械自由度低、运行不畅、质量大的问题。
本发明实现发明目的采用如下技术方案：
一种基于3-PRR平面并联机构肘部外骨骼结构设计，包括：3-PRR平面并联机构肘部外骨骼装置Ⅰ、三自由度腕功能康复机器人Ⅱ与支撑装置Ⅲ。
进一步的，所述的3-PRR平面并联机构肘部外骨骼装置Ⅰ的上肢托架通过螺栓固定在后部支撑架上；双层3-PRR平面并联机构下板通过螺栓固定在后部支撑架上，双层3-PRR平面并联机构导轨通过沉头螺栓固定在双层3-PRR平面并联机构下板上，双层3-PRR平面并联机构滑块以卡槽形式安装在双层3-PRR 平面并联机构导轨，双层3-PRR平面并联机构连杆两端通过铰接分别安装在双层3-PRR平面并联机构滑块与肘托固定架上；肘托通过螺栓安装在肘托固定架上。
进一步的，所述的三自由度腕功能康复机器人Ⅱ的手臂内/外翻Maxon驱动电机通过电机固定件固定在前部支撑架上，电机固定件通过螺栓固定在前部支撑架上；手臂内/外翻Maxon驱动电机通过带动手臂内/外翻驱动齿轮驱动手臂内/ 外翻从动齿轮带动手臂夹持左板和手臂夹持右板进行左右转动；手臂夹持右板通过弧形槽安装在前部支撑架上，腕部内收/外展Maxon驱动电机通过电机固定件利用螺栓固定在手臂夹持右板上；腕部内收/外展从动锥齿轮通过轴安装在四杆机构右连接板上，四杆机构右连接板通过轴安装在手臂夹持右板上，腕部内收/ 外展Maxon驱动电机驱动腕部内收/外展驱动锥齿轮带动腕部内收/外展从动锥齿轮驱动腕部内收/外展机构完成腕部的内收/外展；四杆机构左连接板通过轴槽安装在手臂夹持左板上，腕部掌屈/背屈Maxon驱动电机通过电机固定件利用螺栓固定在四杆机构左连接板上，腕部掌屈/背屈Maxon驱动电机带动腕部掌屈/背屈驱动齿轮驱动腕部掌屈/背屈从动齿轮转动；四杆机构驱动杆通过轴槽安装在四杆机构左连接板上，腕部掌屈/背屈从动齿轮安装在四杆机构驱动杆轴上，四杆机构随动杆通过轴槽安装在四杆机构右连接板上，四杆机构驱动杆与四杆机构随动杆通过四杆机构连接杆连接。
进一步的，所述支撑装置Ⅲ的后部支撑架的圆柱端通过轴承连接在连接滑板上，后部支撑架可以绕轴转动，连接滑板通过滑槽安装在前部支撑架上，连接滑板可以沿滑槽进行滑动。
有益效果：
本发明与现有技术相比，其有益效果体现在：
文字性描述技术方案的效果。本发明采用双层3-PRR平面并联机构作为轴对准问题的解决方案；运用三个Maxon驱动电机控制三自由度腕功能康复机器人Ⅱ在三个自由度上的复合运动，有效解决了装置运动流畅性和运动方式单一的问题。
附图说明
图1是本发明总体结构图；
图2是3-PRR平面并联机构肘部外骨骼装置结构示意图；
图3是双层3-PRR平面并联机构示意图；
图4是支撑装置结构示意图；
图5是三自由度腕部康复机构外骨骼结构侧视图；
图6是三自由度腕部康复机构外骨骼结构左轴测图；
图7三自由度腕部康复机构外骨骼结构右轴测图；
图中1-上肢托架、2-肘托固定架、3-肘托、4-双层3-PRR平面并联机构下板、 5-双层3-PRR平面并联机构上板、6-双层3-PRR平面并联机构导轨、7-双层3- PRR平面并联机构滑块、8-双层3-PRR平面并联机构连杆、9-后部支撑架、10- 前部支撑架、11-连接滑板、12-手臂内/外翻Maxon驱动电机、13-手臂内/外翻驱动齿轮、14-手臂内/外翻从动齿轮、15-手臂夹持左板、16-手臂夹持右板、17-腕部内收/外展Maxon驱动电机、18-腕部内收/外展驱动锥齿轮、19-腕部内收/外展从动锥齿轮、20-腕部掌屈/背屈Maxon驱动电机、21-腕部掌屈/背屈驱动齿轮、 22-腕部掌屈/背屈从动齿轮、23-四杆机构左连接板、24-四杆机构右连接板、25- 四杆机构驱动杆、26-四杆机构连接杆、27-四杆机构随动杆、28-锥齿轮轴支撑板、29-电机固定件。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明进行详细说明
如图1至图7所示，本发明所阐释的一种基于3-PRR平面并联机构肘部外骨骼结构设计包括3-PRR平面并联机构肘部外骨骼装置Ⅰ、三自由度腕功能康复机器人Ⅱ与支撑装置Ⅲ。
具体的，所述的3-PRR平面并联机构肘部外骨骼装置Ⅰ的上肢托架1通过螺栓固定在后部支撑架9上；双层3-PRR平面并联机构下板4通过螺栓固定在后部支撑架9上，双层3-PRR平面并联机构导轨6通过沉头螺栓固定在双层3- PRR平面并联机构下板4上，双层3-PRR平面并联机构滑块7以卡槽形式安装在双层3-PRR平面并联机构导轨6，双层3-PRR平面并联机构连杆8两端通过铰接分别安装在双层3-PRR平面并联机构滑块7与肘托固定架2上；肘托3通过螺栓安装在肘托固定架2上。
具体的，所述的三自由度腕功能康复机器人Ⅱ的手臂内/外翻Maxon驱动电机12通过电机固定件29固定在前部支撑架10上，电机固定件29通过螺栓固定在前部支撑架10上；手臂内/外翻Maxon驱动电机12通过带动手臂内/外翻驱动齿轮13驱动手臂内/外翻从动齿轮14带动手臂夹持左板15和手臂夹持右板 16进行左右转动；手臂夹持右板16通过弧形槽安装在前部支撑架10上，腕部内收/外展Maxon驱动电机17通过电机固定件29利用螺栓固定在手臂夹持右板 16上；腕部内收/外展从动锥齿轮19通过轴安装在四杆机构右连接板24上，四杆机构右连接板24通过轴安装在手臂夹持右板16上，腕部内收/外展Maxon驱动电机17驱动腕部内收/外展驱动锥齿轮18带动腕部内收/外展从动锥齿轮19 驱动腕部内收/外展机构完成腕部的内收/外展；四杆机构左连接板23通过轴槽安装在手臂夹持左板15上，腕部掌屈/背屈Maxon驱动电机20通过电机固定件 29利用螺栓固定在四杆机构左连接板23上，腕部掌屈/背屈Maxon驱动电机20 带动腕部掌屈/背屈驱动齿轮21驱动腕部掌屈/背屈从动齿轮22转动；四杆机构驱动杆25通过轴槽安装在四杆机构左连接板23上，腕部掌屈/背屈从动齿轮22 安装在四杆机构驱动杆25轴上，四杆机构随动杆27通过轴槽安装在四杆机构右连接板24上，四杆机构驱动杆25与四杆机构随动杆27通过四杆机构连接杆26 连接。
具体的，所述支撑装置Ⅲ的后部支撑架9的圆柱端通过轴承连接在连接滑板 11上，后部支撑架9可以绕轴转动，连接滑板11通过滑槽安装在前部支撑架10 上，连接滑板11可以沿滑槽进行滑动。
本发明的工作过程：
工作时，肘部关节放入肘托3内，上臂放入上肢托架1内，前臂夹入手臂夹持左板15和手臂夹持右板16之间，腕部放入四杆机构驱动杆25和四杆机构随动杆27之间，完成手臂的安放。
当上臂安放在上肢托架1上，根据手臂长度不同，可以通过调节连接滑板11 调节后部支撑架9与前部支撑架10的位置；肘部位置的移动带动肘托3的运动，肘托3的运动带动肘托固定架2的运动，由于双层3-PRR平面并联机构滑块7 通过双层3-PRR平面并联机构连杆8与肘托固定架2以铰接的方式连接，所以在肘部运动时，肘托固定架2会缓慢的在特定的轨迹上运动，解决了因前臂与上臂的运动不同，而导致的轴对准问题。
当手臂内/外翻Maxon驱动电机12驱动手臂内/外翻驱动齿轮13正(反)转时，驱动手臂内/外翻驱动齿轮13带动手臂内/外翻从动齿轮14转动，手臂内/外翻从动齿轮14带动手臂夹持左板15和手臂夹持右板16向右(左)转动，完成前臂的左右翻转。
当腕部内收/外展Maxon驱动电机17驱动腕部内收/外展驱动锥齿轮18正 (反)转时，腕部内收/外展驱动锥齿轮18带动腕部内收/外展从动锥齿轮19上 (下)转动，腕部内收/外展从动锥齿轮19带动四杆机构右连接板24上(下) 转动，四杆机构右连接板24通过轴槽安装带动四杆机构上(下)转动，完成腕部的内收/外展运动。
当腕部掌屈/背屈Maxon驱动电机20驱动腕部掌屈/背屈驱动齿轮21正(反) 转时，腕部掌屈/背屈驱动齿轮21带动腕部掌屈/背屈从动齿轮22左(右)转动，腕部掌屈/背屈从动齿轮22通过传动轴带动四杆机构驱动杆25转动，四杆机构驱动杆25带动四杆机构运动，完成腕部掌屈/背屈运动。
以上实施例只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于3-PRR平面并联机构肘部外骨骼结构设计，包括：3-PRR平面并联机构肘部外骨骼装置(Ⅰ)、三自由度腕功能康复机器人(Ⅱ)与支撑装置(Ⅲ)，其特征在于，3-PRR平面并联机构肘部外骨骼装置(Ⅰ)与三自由度腕功能康复机器人(Ⅱ)通分别安装在后部支撑架(9)与前部支撑架(10)上面，后部支撑架(9)通过轴承安装在连接滑板(11)上。
2.根据权利要求1所述的一种基于3-PRR平面并联机构肘部外骨骼结构设计，其特征在于，所述的3-PRR平面并联机构肘部外骨骼装置(Ⅰ)包括：上肢托架(1)、肘托固定架(2)、肘托(3)、双层3-PRR平面并联机构下板(4)、双层3-PRR平面并联机构上板(5)、双层3-PRR平面并联机构导轨(6)、双层3-PRR平面并联机构滑块(7)、双层3-PRR平面并联机构连杆(8)；上肢托架(1)通过螺栓固定在后部支撑架(9)上；双层3-PRR平面并联机构下板(4)通过螺栓固定在后部支撑架(9)上，双层3-PRR平面并联机构导轨(6)通过沉头螺栓固定在双层3-PRR平面并联机构下板(4)上，双层3-PRR平面并联机构滑块(7)以卡槽形式安装在双层3-PRR平面并联机构导轨(6)，双层3-PRR平面并联机构连杆(8)两端通过铰接分别安装在双层3-PRR平面并联机构滑块(7)与肘托固定架(2)上；肘托(3)通过螺栓安装在肘托固定架(2)上。
3.根据权利要求1所述的一种基于3-PRR平面并联机构肘部外骨骼结构设计，其特征在于，所述的三自由度腕功能康复机器人(Ⅱ)包括：手臂内/外翻Maxon驱动电机(12)、手臂内/外翻驱动齿轮(13)、手臂内/外翻从动齿轮(14)、手臂夹持左板(15)、手臂夹持右板(16)、腕部内收/外展Maxon驱动电机(17)、腕部内收/外展驱动锥齿轮(18)、腕部内收/外展从动锥齿轮(19)、腕部掌屈/背屈Maxon驱动电机(20)、腕部掌屈/背屈驱动齿轮(21)、腕部掌屈/背屈从动齿轮(22)、四杆机构左连接板(23)、四杆机构右连接板(24)、四杆机构驱动杆(25)、四杆机构连接杆(26)、四杆机构随动杆(27)、锥齿轮轴支撑板(28)、电机固定件(29)。手臂内/外翻Maxon驱动电机(12)通过电机固定件(29)固定在前部支撑架(10)上，电机固定件(29)通过螺栓固定在前部支撑架(10)上；手臂内/外翻Maxon驱动电机(12)通过带动手臂内/外翻驱动齿轮(13)驱动手臂内/外翻从动齿轮(14)带动手臂夹持左板(15)和手臂夹持右板(16)进行左右转动；手臂夹持右板(16)通过弧形槽安装在前部支撑架(10)上，腕部内收/外展Maxon驱动电机(17)通过电机固定件(29)利用螺栓固定在手臂夹持右板(16)上；腕部内收/外展从动锥齿轮(19)通过轴安装在四杆机构右连接板(24)上，四杆机构右连接板(24)通过轴安装在手臂夹持右板(16)上，腕部内收/外展Maxon驱动电机(17)驱动腕部内收/外展驱动锥齿轮(18)带动腕部内收/外展从动锥齿轮(19)驱动腕部内收/外展机构完成腕部的内收/外展；四杆机构左连接板(23)通过轴槽安装在手臂夹持左板(15)上，腕部掌屈/背屈Maxon驱动电机(20)通过电机固定件(29)利用螺栓固定在四杆机构左连接板(23)上，腕部掌屈/背屈Maxon驱动电机(20)带动腕部掌屈/背屈驱动齿轮(21)驱动腕部掌屈/背屈从动齿轮(22)转动；四杆机构驱动杆(25)通过轴槽安装在四杆机构左连接板(23)上，腕部掌屈/背屈从动齿轮(22)安装在四杆机构驱动杆(25)轴上，四杆机构随动杆(27)通过轴槽安装在四杆机构右连接板(24)上，四杆机构驱动杆(25)与四杆机构随动杆(27)通过四杆机构连接杆(26)连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于3-PRR平面并联机构肘部外骨骼结构，其特征在于，所述支撑装置(Ⅲ)包括：后部支撑架(9)、前部支撑架(10)、连接滑板(11)；后部支撑架(9)的圆柱端通过轴承连接在连接滑板(11)上，后部支撑架(9)可以绕轴转动，连接滑板(11)通过滑槽安装在前部支撑架(10)上，连接滑板(11)可以沿滑槽进行滑动。
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Application publication date: 20210827

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