CN114748312A - 一种解耦的非外骨骼康复设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种解耦的非外骨骼康复设备，其能够提供至少1个俯仰自由度以及2个偏摆自由度。上述的至少3个自由度通过：俯仰电机以及第一偏摆电机、第二偏摆电机分别提供驱动输出。上述各电机之间柔性传动逐级叠加，以驱动连接臂端部的耦接元件带动患者肢体，模仿患者肢体末端的运动轨迹进行训练。本申请将俯仰、大臂偏摆以及小臂偏摆3个自由度之间相互解耦，可通过单独驱动其中一个电机实现相应旋转自由度。本申请无需差速机构，各向转动相对独立，可实现更为精准的位置控制和扭矩输出。本申请通过柔性传动结构传递传动扭矩，可将各向动力输出电机集中设置于同一底座上，降低设备末端转动惯量，简化机械结构并压缩安装空间。

Description

一种解耦的非外骨骼康复设备

技术领域

本申请涉及康复设备领域，具体而言涉及一种解耦的非外骨骼康复设备。

背景技术

现有用于关节康复训练的设备通常基于关节模组或绳索差速器机构实现对关节臂的驱动和转矩输出。但是，关节模组驱动方式存在以下缺陷：

1.其动力传递距离较近，模组质量分布于设备关节弯折部位，设备末端所布置的执行机构导致设备末端质量分布较多，使得机器人自身惯量较大，需提供更大扭矩才能实现驱动效果，因而动态性能不高；

2.基于关节模组的协作机器人由于存在较大的摩擦力和较大的传动比通常不具备逆向可驱的能力，即便在其末端或关节通过力传感器实现一定程度的逆向可驱性能，其逆向驱动的柔顺性很难满足康复患者主动自由活动的要求；

3.关节模组使用的传动装置必定存在的齿轮背隙问题；

4.各关节通过减速器实现驱动传动，减速器内部的摩擦易产生额外的非线性、且难以补偿的阻力；

5.减速装置中各齿轮传动机构之间需要润滑油等措施才能达到静谧、柔顺的驱动效果，需要定期维护。

而绳索差速器机构由左右两个输入轮和中间一个同时与两输入轮转动配合的输出轮组成。当两个输入轮旋转方向相反时，输出轮做偏摆运动；当两个输入轮旋转方向相同时，输出轮做俯仰运动。这种差速器结构亦存在以下缺点：

1.绳索差速装置整体结构复杂，对装配位置公差要求较高，加工成本高，组装繁琐；

2.绳索差速装置驱动过程中需要先将控制器发出的指令解耦为轮组之间的配比，然后再将协调信号相应发给两个伺服电机才能实现驱动。由于两个伺服之间不可能做到精准的同步，因此这种驱动方式下转矩输出和对旋转位置的控制精度会受影响；此外，电机端任何微小的角度变化均会同时引起两个轴的转动，因此其控制技术复杂。

发明内容

本申请针对现有技术的不足，提供一种解耦的非外骨骼康复设备传动机构，本申请通过柔性传动方式，以3个独立驱动的电机实现3个自由度的扭矩输出，提供俯仰主动自由度、大臂偏摆主动自由度以及小臂偏摆主动自由度，以简单传动机构模拟患者肢体末端的运动轨迹实现康复训练。本申请具体采用如下技术方案。

首先，为实现上述目的，提出一种解耦的非外骨骼康复设备，其包括：至少1个俯仰主动自由度和2个偏摆主动自由度；第一偏摆电机，用于提供第一偏摆主动自由度；俯仰电机，用于提供俯仰主动自由度；第二偏摆电机，用于驱动康复设备的连接臂关节偏摆运动来提供第二偏摆主动自由度。

可选的，如上任一所述的解耦的非外骨骼康复设备，其中，第一偏摆电机驱动俯仰电机偏摆运动来提供第一偏摆主动自由度，俯仰电机驱动第二偏摆电机俯仰运动来提供俯仰主动自由度。

可选的，如上任一所述的解耦的非外骨骼康复设备，其中，所述第一偏摆电机连接并驱动平行传动机构；俯仰电机与该平行传动机构的传动输出轴固定连接，并保持与该平行传动机构的传动输出轴同步转动。

可选的，如上任一所述的解耦的非外骨骼康复设备，其中，所述俯仰电机连接并驱动另一平行传动机构；第二偏摆电机与所述另一平行传动机构的传动输出轴固定连接，并保持与该另一平行传动机构的传动输出轴同步转动。

可选的，如上任一所述的解耦的非外骨骼康复设备，其中，所述俯仰电机连接并驱动垂直传动机构；第二偏摆电机与该垂直传动机构的传动输出轴固定连接，并保持与该垂直传动机构的传动输出轴同步转动。

可选的，如上任一所述的解耦的非外骨骼康复设备，其中，所述第一偏摆电机连接并驱动垂直传动机构；俯仰电机与该垂直传动机构的传动输出轴固定连接，并保持与该垂直传动机构的传动输出轴同步转动。

可选的，如上任一所述的解耦的非外骨骼康复设备，其中，所述俯仰电机连接并驱动平行传动机构；第二偏摆电机与所述平行传动机构的传动输出轴固定连接，并保持与该平行传动机构的传动输出轴同步转动。

可选的，如上任一所述的解耦的非外骨骼康复设备，其中，俯仰电机驱动第一偏摆电机俯仰运动来提供俯仰主动自由度，第一偏摆电机驱动第二偏摆电机偏摆运动来提供第一偏摆主动自由度。

可选的，如上任一所述的解耦的非外骨骼康复设备，其中，所述俯仰电机连接并驱动平行传动机构；第一偏摆电机与该平行传动机构的传动输出轴固定连接，并保持与该平行传动机构的传动输出轴同步转动。

可选的，如上任一所述的解耦的非外骨骼康复设备，其中，所述第一偏摆电机连接并驱动垂直传动机构；第二偏摆电机与该垂直传动机构的传动输出轴固定连接，并保持与该垂直传动机构的传动输出轴同步转动。

可选的，如上任一所述的解耦的非外骨骼康复设备，其中，所述第一偏摆电机连接并驱动另一平行传动机构；第二偏摆电机与该另一平行传动机构的传动输出轴固定连接，并保持与该另一平行传动机构的传动输出轴同步转动。

可选的，如上任一所述的解耦的非外骨骼康复设备，其中，所述第二偏摆电机连接并驱动垂直传动机构；康复设备的连接臂关节与该垂直传动机构的传动输出轴连接，并保持与该垂直传动机构的传动输出轴同步转动。

可选的，如上任一所述的解耦的非外骨骼康复设备，其中，所述第二偏摆电机连接并驱动又一平行传动机构；康复设备的连接臂关节与该又一平行传动机构的传动输出轴连接，并保持与该又一平行传动机构的传动输出轴同步转动。

可选的，如上任一所述的解耦的非外骨骼康复设备，其中，所述平行传动机构的电机轴与传动输出轴之间相互平行。

可选的，如上任一所述的解耦的非外骨骼康复设备，其中，所述垂直传动机构的电机轴与传动输出轴之间相互垂直。

可选的，如上任一所述的解耦的非外骨骼康复设备，其中，所述第二偏摆电机的传动输出轴安装于连接臂关节内，驱动连接臂及其末端所连耦接元件相对连接臂的首端旋转、偏摆，耦接元件耦接至患者的肢体，模仿于患者肢体末端的运动轨迹接近患者躯干或远离患者躯干。

可选的，如上任一所述的解耦的非外骨骼康复设备，其中，所述第一偏摆电机、俯仰电机、第二偏摆电机与其传动输出轴之间均柔性传动。

可选的，如上任一所述的解耦的非外骨骼康复设备，其中，所述第一偏摆电机、俯仰电机、第二偏摆电机之间柔性传动逐级叠加。

可选的，如上任一所述的解耦的非外骨骼康复设备，其中，所述第一偏摆电机、俯仰电机、第二偏摆电机的电机轴与其传动输出轴之间由耦合于电机轴的传动链、传动带或绳索连接，传递转动扭矩。

可选的，如上任一所述的解耦的非外骨骼康复设备，其中，所述垂直传动机构包括：主动轮，其耦合于连接电机的传动链、传动带或绳索，由电机轴所输出的扭矩驱动运转；从动轮，其边缘与所述主动轮的边缘垂直连接且相互配合传动，所述从动轮的轴线上还固定设置传动输出轴。

可选的，如上任一所述的解耦的非外骨骼康复设备，其中，所述平行传动机构包括：平行传动轮，其耦合于连接电机的传动链、传动带或绳索，由电机轴所输出的扭矩驱动运转。

可选的，如上任一所述的解耦的非外骨骼康复设备，其中，使用期间，所述设备设置于患者躯干的一侧，或平行于患者的正中矢状平面对称设置于患者躯干的左右两侧。

可选的，如上任一所述的解耦的非外骨骼康复设备，其中，分立于患者躯干左右两侧的两组传动底座之间，其第一偏摆电机、俯仰电机与第二偏摆电机的传动扭矩输出方向以患者躯干正中矢状平面对称设置。

有益效果

本申请通过逐级叠加设置于底座上的3组电机驱动连接臂，带动连接臂端部的耦接元件相应驱动患者肢体，以模仿患者肢体末端的运动轨迹提供驱动训练。本申请将俯仰、大臂偏摆以及小臂偏摆3个自由度相互解耦，分别单独由其中一个电机实现相应方向上旋转自由度的驱动。本申请无需差速机构，各向转动相对独立，可实现更为精准的位置控制和扭矩输出。本申请通过柔性传动结构传递传动扭矩，可将各向动力输出电机集中设置于同一底座上，降低设备末端转动惯量，简化机械结构并压缩安装空间。

相比于关节模组传动方式，本申请所提供给的柔性传动方式实现逆向可驱功能，便于应用在与人交互的康复设备上，能够将三个方向上的驱动角度、驱动力控制都分别解耦，实现高精度且简单的控制。本申请通过钢绳传动可以实现较远距离的动力传递，并将质量较大的驱动电机结构集中设置于底座，因此其末端执行机构更轻盈，惯性较小，能够提升动态性能，使用时更安全；人在机器人末端可以轻易推动机器人运动，可提高设备逆向可驱的能力，并且提高各驱动方向上的柔顺性；分别提供至少1个俯仰主动自由度以及2个偏摆主动自由度的俯仰电机以及第一偏摆电机、第二偏摆电机可设置为均由底座封壳完全覆盖，无转动间隙，能够克服传统机器中存在的齿轮背隙问题；本申请的绳驱单元完成预紧操作后，各关节之间不存在滑动摩擦，可显著降低各关节摩擦阻力，并且，绳驱单元表面不需要润滑，其绳驱特性赋予了本申请比传统齿轮传动方式更高的静谧性和柔顺性。

本申请中无需进行双向差速传动控制，所有各向关节的钢绳传动均单独解耦，即，本申请中，一个电机仅驱动一个方向的传动输出轴旋转。由此，逆向驱动时，任意传动输出轴之间转动互不干扰，不会影响其他轴的转动，有利于更精准的位置控制和力控制。

本申请可通过电机安装方向的布置设置为仅需要平行传动机构，其传动结构简单，成本低。本申请也可通过采用平行传动与垂直传动相结合的绳驱传动方式，压缩电机安装空间，实现结构复杂性和安装空间的最佳平衡。本申请中垂直传动的布置位置以及电机转轴的安装方向可相对灵活设置，能够适应绝大多应用场景和装配空间。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。

附图说明

附图用来提供对本申请的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本申请的实施例一起，用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中：

图1是本申请中平行传动单元的示意图；

图2是本申请中垂直传动单元的示意图；

图3是本申请第一实施例中设备内部传动方式的示意图；

图4是本申请第二实施例中设备内部传动方式的示意图；

图5是本申请第三实施例中设备内部传动方式的示意图；

图6是本申请第四实施例中设备内部传动方式的示意图；

图7是本申请第五实施例中设备内部传动方式的示意图；

图8是本申请第六实施例中设备内部传动方式的示意图。

图中，M表示电机；L1表示电机轴；L2表示传动输出轴；T表示平行传动轮；T1表示主动轮；T2表示从动轮。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“内、外”的含义指的是相对于患者本身而言，由其肢体远端指向躯干正中矢状平面的方向为内，反之为外；而非对本申请的装置机构的特定限定。

本申请中所述的“前、后”的含义指的是使用者使用本发明康复设备时，由设备底座指向使用者面部方向即为前，反之即为后，而非对本申请的装置机构的特定限定。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

本申请中所述的“上、下”的含义指的是使用者使用本发明康复设备时，由地面指向使用者头部的方向即为上，反之即为下，而非对本申请的装置机构的特定限定。

本申请提供一种解耦的非外骨骼康复设备，其包括：

底座，用于提供驱动系统安装空间；

连接臂，其与底座可转动地连接，具有分别对应患者大臂、小臂的两段机械臂，机械臂之间以及大臂机械臂与底座之间分别连接关节以提供至少1个俯仰主动自由度和2个分别对应患者大臂、小臂进行伸直-弯曲动作的偏摆主动自由度；

连接臂的末端还可转动地安装一耦接元件（1），其耦接至患者的肢体，能够由连接臂驱动而相应带动患者肢体弯曲-拉伸进行康复训练；

上述底座中设置第一偏摆电机M1以提供第一偏摆主动自由度，还设置有俯仰电机M2以提供俯仰主动自由度，并且可进一步将第二偏摆电机M3设置在底座中以驱动康复设备的连接臂关节偏摆运动来提供第二偏摆主动自由度。

上述三个电机之间，可将位于后一级的电机的机壳或底座安装在前一级电机所连传动结构的传动输出轴上，由前一级电机带动后一级电机转动而实现相应自由度。由此逐级连接后，各电机可顺次在3个方向独立提供驱动，使连接臂各向转动相对独立，实现更为精准的位置控制和扭矩输出。

具体参照图1或图2所示，本申请可将电机之间的传动结构按照装配空间和驱动输出方向的需求而相应设置为：图1所示的平行传动机构或图2所示的垂直传动机构。

图1所示的平行传动机构中，电机M的电机轴L1通过传动链、传动带或绳索等柔性传动结构连接平行传动轮T。传动链、传动带或绳索等柔性传动结构环绕并相应与电机轴L1、平行传动轮T固定连接，将平行传动轮T与电机耦合连接，将电机轴L1所输出的扭矩传递至平行传动轮T，通过设置平行传动轮T的传动输出轴L2与电机轴L1之间相互平行实现平行传动。

除图1直接展示的平行传动方案外，本申请所采用的平行传动机构还可进一步在电机M的电机轴L1与平行传动轮T之间设置若干传动结构和/或减速结构。链条、链轮、啮合单元等传动结构或减速结构能够有效将电机轴L1所输出的动能逐级传递至平行传动轮T，从而同样实现平行传动。

图2所示的垂直传动机构中，电机M的电机轴L1通过传动链、传动带或绳索等柔性传动结构连接主动轮T1。传动链、传动带或绳索等柔性传动结构环绕并相应与电机轴L1、主动轮T1固定连接，将固定连接，将主动轮T1与电机耦合连接，将电机轴L1所输出的扭矩传递至主动轮T1。再通过该主动轮T1传动连接一从动轮T2。该从动轮T2的边缘可设置具有啮合齿、抵接圆台等结构而相应设置为与所述主动轮T1的边缘垂直连接且相互配合传动。由此，电机轴L1所的呼出的扭矩通过主动轮T1传递至从动轮T2，通过设置从动轮T2的传动输出轴L2与电机轴L1之间相互垂直实现垂直传动。

除图2直接展示的垂直传动方案外，本申请所采用的垂直传动机构还可进一步在电机M的电机轴L1与主动轮T1和/或从动轮T2之间设置若干传动结构和/或减速结构。链条、链轮、啮合单元等传动结构或减速结构能够适应性地选择平行传动方式，亦可采用垂直传动方式，只要能够有效将电机轴L1所输出的动能逐级传递至从动轮T2即可同样实现与图2类似的垂直传动效果。

上述平行传动机构和垂直传动机构可灵活布置在各个电机之间。各电机之间可仅通过平行传动机构实现各自由度的驱动以简化机械复杂度和安装难度，降低设备硬件成本；同时，电机之间也可将垂直传动与平行传动两种方式相结合，以进一步节省空间，使底座机械结构更为紧凑，实现结构复杂性和安装空间的最佳平衡。

在模拟患者手臂向不同方向伸直-弯曲的过程中，由于需要实现对大臂机械臂、小臂机械臂之间关节的驱动，为简化对该远端关节的传动，本申请通常将第二偏摆电机M3设置在底座的最后一级以通过嵌入设置于大臂机械臂内部的传动链、传动带或绳索等柔性传动结构将最后一级第二偏摆电机M3的小臂偏摆扭矩输出至该关节，从而实现对小臂机械臂的驱动。其他两个主动自由度之间驱动顺序无需过多设置。

由此，本申请可提供图3至图8六种具体驱动方式。

第一实施例

以图3为例，该实现方式下，将第一偏摆电机M1机身固定安装于底座上，由第一偏摆电机M1的电机轴驱动俯仰电机M2的机壳或底座执行偏摆运动来提供第一偏摆主动自由度，而后由俯仰电机M2的电机轴驱动第二偏摆电机M3的机壳或底座俯仰运动来提供俯仰主动自由度。

图3所示第一实施例中，第一偏摆电机M1与俯仰电机M2之间由平行传动机构实现传动，第一偏摆电机M1连接并驱动平行传动机构，由平行传动机构的传动输出轴与俯仰电机M2的机壳或底座固定连接，保持俯仰电机M2能够与该平行传动机构的传动输出轴同步转动。

然后通过所述俯仰电机M2连接并驱动另一平行传动机构；将第二偏摆电机M3的机壳或底座与该另一平行传动机构的传动输出轴固定连接，以将第二偏摆电机M3保持为与该另一平行传动机构的传动输出轴同步转动。

最终通过M1-M2-M3之间的平行传动实现大臂偏摆-俯仰-小臂偏摆的传动扭矩输出。此传动方式下，负责大臂偏摆驱动的第一偏摆电机M1可设置垂直安装在底座上实现逐级联动的3向驱动输出。

第二实施例

以图4为例，该实现方式下，将俯仰电机M2机身固定安装于底座上，由俯仰电机M2的电机轴驱动第一偏摆电机M1的机壳或底座执行俯仰运动来提供俯仰主动自由度，而后由第一偏摆电机M1的电机轴驱动第二偏摆电机M3的机壳或底座偏摆运动来提供第一偏摆主动自由度。

图4所示第二实施例中，第一偏摆电机M1与俯仰电机M2之间由平行传动机构实现传动，俯仰电机M2连接并驱动平行传动机构，由平行传动机构的传动输出轴与第一偏摆电机M1的机壳或底座固定连接，保持第一偏摆电机M1能够与该平行传动机构的传动输出轴同步转动。

然后通过所述第一偏摆电机M1连接并驱动第二平行传动机构；将第二偏摆电机M3的机壳或底座与该第二平行传动机构的传动输出轴固定连接，以将第二偏摆电机M3保持为与该第二平行传动机构的传动输出轴同步转动。

最后通过所述第二偏摆电机M3连接并驱动第三平行传动机构，使得康复设备的连接臂关节与该第三平行传动机构的传动输出轴连接，以保持康复设备的连接臂关节与该第三平行传动机构的传动输出轴同步转动，实现小臂偏摆主动自由度。

最终通过M2-M1-M3之间平行传动的方式实现俯仰-大臂偏摆-小臂偏摆的传动扭矩输出。此传动方式下，负责俯仰驱动的俯仰电机M2可设置水平安装在底座上，无需垂直传动机构即可实现逐级联动的3向驱动输出。

第三实施例

以图5为例，该实现方式下，同样按照第二实施例方式将俯仰电机M2机身固定安装于底座上，由俯仰电机M2的电机轴驱动第一偏摆电机M1的机壳或底座执行俯仰运动来提供俯仰主动自由度，而后由第一偏摆电机M1的电机轴驱动第二偏摆电机M3的机壳或底座偏摆运动来提供第一偏摆主动自由度。

图5所示第三实施例中，第一偏摆电机M1与俯仰电机M2之间由平行传动机构实现传动，俯仰电机M2连接并驱动平行传动机构，由平行传动机构的传动输出轴与第一偏摆电机M1的机壳或底座固定连接，保持第一偏摆电机M1能够与该平行传动机构的传动输出轴同步转动。

然后通过所述第一偏摆电机M1连接并驱动第二平行传动机构；将第二偏摆电机M3的机壳或底座与该第二平行传动机构的传动输出轴固定连接，以将第二偏摆电机M3保持为与该第二平行传动机构的传动输出轴同步转动。

最后通过所述第二偏摆电机M3连接并驱动一垂直传动机构，使得康复设备的连接臂关节与该垂直传动机构的传动输出轴连接，以保持康复设备的连接臂关节与该垂直传动机构的传动输出轴同步转动，实现小臂偏摆主动自由度。

最终通过M2-M1-M3之间平行传动、垂直传动相结合的方式实现俯仰-大臂偏摆-小臂偏摆的传动扭矩输出。此传动方式下，负责俯仰驱动的俯仰电机M2可设置水平安装在底座上、负责大臂偏摆驱动的第一偏摆电机M1可设置垂直安装在第一水平传动机构的传动输出轴上，共同实现逐级联动的3向驱动输出。

第四实施例

以图6为例，该实现方式下，同样按照第二实施例方式将俯仰电机M2机身固定安装于底座上，由俯仰电机M2的电机轴驱动第一偏摆电机M1的机壳或底座执行俯仰运动来提供俯仰主动自由度，而后由第一偏摆电机M1的电机轴驱动第二偏摆电机M3的机壳或底座偏摆运动来提供第一偏摆主动自由度。

图6所示第四实施例中，第一偏摆电机M1与俯仰电机M2之间由平行传动机构实现传动，俯仰电机M2连接并驱动平行传动机构，由平行传动机构的传动输出轴与第一偏摆电机M1的机壳或底座固定连接，保持第一偏摆电机M1能够与该平行传动机构的传动输出轴同步转动。

然后通过所述第一偏摆电机M1连接并驱动一垂直传动机构；将第二偏摆电机M3的机壳或底座与该垂直传动机构的传动输出轴固定连接，以将第二偏摆电机M3保持为与该垂直传动机构的传动输出轴同步转动。

最终通过M2-M1-M3之间平行传动、垂直传动相结合的方式实现俯仰-大臂偏摆-小臂偏摆的传动扭矩输出。此传动方式下，负责俯仰驱动的俯仰电机M2、负责大臂偏摆驱动的第一偏摆电机M1可分别设置水平安装在底座和平行传动机构的传动输出轴上实现逐级联动的3向驱动输出。

第五实施例

以图7为例，该实现方式下，同样按照第一实施例方式将第一偏摆电机M1机身固定安装于底座上，由第一偏摆电机M1的电机轴驱动俯仰电机M2的机壳或底座执行偏摆运动来提供第一偏摆主动自由度，而后由俯仰电机M2的电机轴驱动第二偏摆电机M3的机壳或底座俯仰运动来提供俯仰主动自由度。

图7所示第五实施例中，第一偏摆电机M1与俯仰电机M2之间由垂直传动机构实现传动，第一偏摆电机M1连接并驱动垂直传动机构，由垂直传动机构的传动输出轴与俯仰电机M2的机壳或底座固定连接，保持俯仰电机M2能够与该垂直传动机构的传动输出轴同步转动。

然后通过所述俯仰电机M2连接并驱动一平行传动机构；将第二偏摆电机M3的机壳或底座与该平行传动机构的传动输出轴固定连接，以将第二偏摆电机M3保持为与该平行传动机构的传动输出轴同步转动。

最终通过M1-M2-M3之间垂直传动、平行传动相结合的方式实现大臂偏摆-俯仰-小臂偏摆的传动扭矩输出。此传动方式下，负责大臂偏摆驱动的第一偏摆电机M1以及俯仰电机M2分别水平安装在底座和垂直传动机构的传动输出轴上，实现逐级联动的3向驱动输出。

第六实施例

以图8为例，该实现方式下，同样按照第一实施例方式将第一偏摆电机M1机身固定安装于底座上，由第一偏摆电机M1的电机轴驱动俯仰电机M2的机壳或底座执行偏摆运动来提供第一偏摆主动自由度，而后由俯仰电机M2的电机轴驱动第二偏摆电机M3的机壳或底座俯仰运动来提供俯仰主动自由度。

图8所示第六实施例中，第一偏摆电机M1与俯仰电机M2之间由平行传动机构实现传动，第一偏摆电机M1连接并驱动平行传动机构，由平行传动机构的传动输出轴与俯仰电机M2的机壳或底座固定连接，保持俯仰电机M2能够与该平行传动机构的传动输出轴同步转动。

然后通过所述俯仰电机M2连接并驱动一垂直传动机构；将第二偏摆电机M3的机壳或底座与该垂直传动机构的传动输出轴固定连接，以将第二偏摆电机M3保持为与该垂直传动机构的传动输出轴同步转动。

最终通过M1-M2-M3之间平行传动、垂直传动相结合的方式实现大臂偏摆-俯仰-小臂偏摆的传动扭矩输出。此传动方式下，负责大臂偏摆驱动的第一偏摆电机M1以及俯仰电机M2可分别设置垂直安装在底座上和第一平行传动机构的传动输出轴上，以实现逐级联动的3向驱动输出。

上述1-6各实施例中，均可将各向动力输出电机集中设置于同一底座上，并通过柔性传动方式实现各向动力输出电机的级联，以将传动、驱动主要构建集中在底座，减少连接臂中驱动机构，降低设备末端转动惯量，简化机械结构并压缩安装空间。上述各实施例中，不论第一偏摆电机M1与俯仰电机M2之间的连接顺序如何，不论各电机之间传动方式或电机安装方向如何设置，各实施例中第一偏摆电机M1、俯仰电机M2、第二偏摆电机M3之间柔性传动均逐级叠加，从而带动整个连接臂实现大臂偏摆、俯仰转动和小臂偏摆，以模拟人体手臂弯曲伸直旋转动作，实现对患者肢体的活动训练。

传递驱动扭矩的各级柔性传动结构，将传动链、传动带或绳索耦合连接各级电机轴以及与该电机所匹配的传动输出轴之间以实现相应方向的主动旋转自由度。

对于直接连接大臂机械臂、小臂机械臂之间关节提供第二方向偏摆扭矩驱动的第二偏摆电机M3，其传动输出轴直接设置安装于连接臂关节内，驱动连接臂及其末端所连耦接元件相对连接臂的首端旋转、偏摆。耦接元件耦接至患者的肢体，因此，其可通过与患者肢体的固定，在连接臂输出扭矩的驱动下带动患者肢体，模仿于患者肢体末端的运动轨迹而相应接近患者躯干或远离患者躯干，实现对患者肢体的康复训练。

康复训练过程中，本申请可根据患者训练需要而相应将底座设置于患者躯干的一侧，以实现对该侧肢体的康复训练。在需要进行双侧肢体的康复训练时，还可将两台同样的设备，或分别调节至符合训练需求强度的两台设备平行于患者的正中矢状平面对称设置于患者躯干的左右两侧，供患者双侧共同使用。在双侧使用时，分立于患者躯干左右两侧的两组传动底座之间，其第一偏摆电机M1、俯仰电机M2与第二偏摆电机M3的传动扭矩输出方向可设置为以患者躯干正中矢状平面对称设置，以配合于患者左右肢体的弯曲方向相应实现对肢体的驱动和训练。

综上，本申请具有如下优势：

1. 通过钢绳等柔性传动结构实现康复设备的逆向可驱

2. 通过钢绳平行传动、垂直传动的组合实现至少3个主动自由度

3.本申请通过最后的第二偏摆电机驱动康复设备的连接臂关节内外偏摆运动来提供第二偏摆主动自由度。

4.本申请中各驱动单元可配合于底座安装空间，而相应灵活地使用0个或至少1个钢绳垂直传动机构，能够有效简化本申请柔性传动结构的装配方式，且更易于根据需求相应调整。

以上仅为本申请的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本申请的保护范围。

Claims (23)

1.一种解耦的非外骨骼康复设备，其特征在于，包括：

至少1个俯仰主动自由度和2个偏摆主动自由度；

第一偏摆电机（M1），用于提供第一偏摆主动自由度；

俯仰电机（M2），用于提供俯仰主动自由度；

第二偏摆电机（M3），用于驱动康复设备的连接臂关节偏摆运动来提供第二偏摆主动自由度。

2.如权利要求1所述的解耦的非外骨骼康复设备，其特征在于，第一偏摆电机（M1）驱动俯仰电机（M2）偏摆运动来提供第一偏摆主动自由度，俯仰电机（M2）驱动第二偏摆电机（M3）俯仰运动来提供俯仰主动自由度。

3.如权利要求2所述的解耦的非外骨骼康复设备，其特征在于，所述第一偏摆电机（M1）连接并驱动平行传动机构；俯仰电机（M2）与该平行传动机构的传动输出轴固定连接，并保持与该平行传动机构的传动输出轴同步转动。

4.如权利要求3所述的解耦的非外骨骼康复设备，其特征在于，所述俯仰电机（M2）连接并驱动另一平行传动机构；第二偏摆电机（M3）与所述另一平行传动机构的传动输出轴固定连接，并保持与该另一平行传动机构的传动输出轴同步转动。

5.如权利要求3所述的解耦的非外骨骼康复设备，其特征在于，所述俯仰电机（M2）连接并驱动垂直传动机构；第二偏摆电机（M3）与该垂直传动机构的传动输出轴固定连接，并保持与该垂直传动机构的传动输出轴同步转动。

6.如权利要求2所述的解耦的非外骨骼康复设备，其特征在于，所述第一偏摆电机（M1）连接并驱动垂直传动机构；俯仰电机（M2）与该垂直传动机构的传动输出轴固定连接，并保持与该垂直传动机构的传动输出轴同步转动。

7.如权利要求6所述的解耦的非外骨骼康复设备，其特征在于，所述俯仰电机（M2）连接并驱动平行传动机构；第二偏摆电机（M3）与所述平行传动机构的传动输出轴固定连接，并保持与该平行传动机构的传动输出轴同步转动。

8.如权利要求1所述的解耦的非外骨骼康复设备，其特征在于，俯仰电机（M2）驱动第一偏摆电机（M1）俯仰运动来提供俯仰主动自由度，第一偏摆电机（M1）驱动第二偏摆电机（M3）偏摆运动来提供第一偏摆主动自由度。

9.如权利要求8所述的解耦的非外骨骼康复设备，其特征在于，所述俯仰电机（M2）连接并驱动平行传动机构；第一偏摆电机（M1）与该平行传动机构的传动输出轴固定连接，并保持与该平行传动机构的传动输出轴同步转动。

10.如权利要求9所述的解耦的非外骨骼康复设备，其特征在于，所述第一偏摆电机（M1）连接并驱动垂直传动机构；第二偏摆电机（M3）与该垂直传动机构的传动输出轴固定连接，并保持与该垂直传动机构的传动输出轴同步转动。

11.如权利要求9所述的解耦的非外骨骼康复设备，其特征在于，所述第一偏摆电机（M1）连接并驱动另一平行传动机构；第二偏摆电机（M3）与该另一平行传动机构的传动输出轴固定连接，并保持与该另一平行传动机构的传动输出轴同步转动。

12.如权利要求11所述的解耦的非外骨骼康复设备，其特征在于，所述第二偏摆电机（M3）连接并驱动垂直传动机构；康复设备的连接臂关节与该垂直传动机构的传动输出轴连接，并保持与该垂直传动机构的传动输出轴同步转动。

13.如权利要求2-7、10或11所述的解耦的非外骨骼康复设备，其特征在于，所述第二偏摆电机（M3）连接并驱动又一平行传动机构；康复设备的连接臂关节与该又一平行传动机构的传动输出轴连接，并保持与该又一平行传动机构的传动输出轴同步转动。

14.如权利要求1-13任一所述的解耦的非外骨骼康复设备，其特征在于，所述平行传动机构的电机轴与传动输出轴之间相互平行。

15.如权利要求1-13任一所述的解耦的非外骨骼康复设备，其特征在于，所述垂直传动机构的电机轴与传动输出轴之间相互垂直。

16.如权利要求1-13任一所述的解耦的非外骨骼康复设备，其特征在于，所述第二偏摆电机（M3）的传动输出轴安装于连接臂关节内，驱动连接臂及其末端所连耦接元件相对连接臂的首端旋转、偏摆，耦接元件耦接至患者的肢体，模仿于患者肢体末端的运动轨迹接近患者躯干或远离患者躯干。

17.如权利要求16所述的解耦的非外骨骼康复设备，其特征在于，所述第一偏摆电机（M1）、俯仰电机（M2）、第二偏摆电机（M3）与其传动输出轴之间均柔性传动。

18.如权利要求17所述的解耦的非外骨骼康复设备，其特征在于，所述第一偏摆电机（M1）、俯仰电机（M2）、第二偏摆电机（M3）之间柔性传动逐级叠加。

19.如权利要求17所述的解耦的非外骨骼康复设备，其特征在于，所述第一偏摆电机（M1）、俯仰电机（M2）、第二偏摆电机（M3）的电机轴与其传动输出轴之间由耦合于电机轴的传动链、传动带或绳索连接，传递转动扭矩。

20.如权利要求19所述的解耦的非外骨骼康复设备，其特征在于，所述垂直传动机构包括：

主动轮（T1），其耦合于连接电机的传动链、传动带或绳索，由电机轴所输出的扭矩驱动运转；

从动轮（T2），其与所述主动轮（T1）的垂直连接且相互配合传动，所述从动轮的轴线上还固定设置传动输出轴。

21.如权利要求19所述的解耦的非外骨骼康复设备，其特征在于，所述平行传动机构包括：

平行传动轮（T），其耦合于连接电机的传动链、传动带或绳索，由电机轴所输出的扭矩驱动运转。

22.如权利要求19所述的解耦的非外骨骼康复设备，其特征在于，使用期间，所述设备设置于患者躯干的一侧，或平行于患者的正中矢状平面对称设置于患者躯干的左右两侧。

23.如权利要求22所述的解耦的非外骨骼康复设备，其特征在于，分立于患者躯干左右两侧的两组传动底座之间，其第一偏摆电机（M1）、俯仰电机（M2）与第二偏摆电机（M3）的传动扭矩输出方向以患者躯干正中矢状平面对称设置。

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