CN116059077B - 一种考虑交互舒适性的上肢康复外骨骼 - Google Patents

一种考虑交互舒适性的上肢康复外骨骼 Download PDF

Info

Publication number
CN116059077B
CN116059077B CN202211685782.8A CN202211685782A CN116059077B CN 116059077 B CN116059077 B CN 116059077B CN 202211685782 A CN202211685782 A CN 202211685782A CN 116059077 B CN116059077 B CN 116059077B
Authority
CN
China
Prior art keywords
module
shoulder
joint
exoskeleton
forearm
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202211685782.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116059077A (zh
Inventor
谢龙汉
黄双远
陈彦
黄国威
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lizhi Medical Technology Guangzhou Co ltd
Original Assignee
Lizhi Medical Technology Guangzhou Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lizhi Medical Technology Guangzhou Co ltd filed Critical Lizhi Medical Technology Guangzhou Co ltd
Priority to CN202211685782.8A priority Critical patent/CN116059077B/zh
Publication of CN116059077A publication Critical patent/CN116059077A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116059077B publication Critical patent/CN116059077B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H1/00Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
    • A61H1/02Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
    • A61H1/0274Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising for the upper limbs
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H1/00Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
    • A61H1/02Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
    • A61H1/0274Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising for the upper limbs
    • A61H1/0277Elbow
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H1/00Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
    • A61H1/02Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
    • A61H1/0274Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising for the upper limbs
    • A61H1/0281Shoulder
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H1/00Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
    • A61H1/02Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
    • A61H1/0274Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising for the upper limbs
    • A61H1/0285Hand
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0006Exoskeletons, i.e. resembling a human figure
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/12Driving means
    • A61H2201/1207Driving means with electric or magnetic drive
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/16Physical interface with patient
    • A61H2201/1602Physical interface with patient kind of interface, e.g. head rest, knee support or lumbar support
    • A61H2201/165Wearable interfaces
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/50Control means thereof
    • A61H2201/5058Sensors or detectors
    • A61H2201/5061Force sensors
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/30Against vector-borne diseases, e.g. mosquito-borne, fly-borne, tick-borne or waterborne diseases whose impact is exacerbated by climate change

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Pain & Pain Management (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • Rehabilitation Therapy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Rehabilitation Tools (AREA)

Abstract

本发明公开了一种考虑肩部舒适性的上肢康复外骨骼,包括机架模块、肩部第一关节18度调节模块、腕部模块、关节模组模块、上臂微调模块和上肢调节模块和肩部关节支撑件模块;通过驱动腕部模块、肘部模块以及肩部三个关节模块总共五个电机,带动人体的上肢做康复训练运动;并且可以通过肩部三个模块和肘部模块的力矩传感器去获取人机交互力,从而实现有效的主动训练和被动训练;肘关节对中情况通过调节模块自适应调整,从而保证康复运动的安全性与舒适性,提高康复效率,上肢微调模块可以通过运动过程中受到的摩擦力大小并以此改变上肢位置,从而提高人机兼容性。本发明可实现上肢智能化训练,降低康复医师的工作强度以及提高工作效率。

Description

一种考虑交互舒适性的上肢康复外骨骼
技术领域
本发明涉及康复医疗器械领域,具体涉及一种考虑肩部舒适性的上肢康复外骨骼。
背景技术
目前对于偏瘫患者上肢的康复训练存在有一系列的问题,目前国内现行的主要方法是通过康复治疗师一对一地辅助患者进行训练,但是存在问题也很多,如工作强度大,效率低,大多数康复过程过于依赖康复治疗师的经验判断,并不能进行较好的量化评估,并且很少考虑到人机交互过程中的舒适性问题,现有上肢康复机器人仅仅是考虑关节的训练,而忽略了训练过程中因为上肢与机器人关节轴匹配度不高存在的错位情况,以致于会产生作用于关节的冗余有害力,从而容易造成偏瘫患者患处的二次伤害(专利“上肢训练与评估设备(A6-2)(授权公告号:CN306655766S)”);因此,亟需一种康复设备,可以代替康复治疗师的工作,辅助病人进行肩关节、肘关节、前臂的康复训练,提高患者康复训练的参与感和相应的治疗效果。
发明内容
针对上述存在的问题,提出了一种考虑肩部舒适性的上肢康复外骨骼,旨在有效降低成本、降低康复治疗师的工作强度、提高相应的工作效率以及提高人机交互过程中的舒适性,进而保证患者康复过程中的安全性、有效性和舒适性。该发明通过分布式电机提供各个关节运动所需要的驱动力,拖动或辅助患者肩部、肘部和前臂完成康复训练。
本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。
一种考虑肩部舒适性的上肢康复外骨骼,包括机架模块、肩部第一关节18度调节模块、腕部模块、关节模组模块、上臂微调模块和上肢调节模块和肩部关节支撑件模块;
所述机架模块包括升降机构和设置在升降机构上的外骨骼换臂调节机构,所述升降机构用于调节肢康复外骨骼离地面的垂直距离;
所述肩部第一关节18度调节模块设置在外骨骼换臂调节机构上,所述肩部第一关节18度调节模块用于上肢康复外骨骼第一关节轴线偏移,可满足左右上肢范围调节;
所述关节模组模块用于驱动上肢康复外骨骼肩部三个关节和肘关节并且通过关节力矩传感器获取人机交互力,包括肩部第一关节模组、肩部第二关节模组、肩部第三关节模组和肘部关节模组,肩部第一关节模组设置在所述肩部第一关节度调节模块上,肩部第一关节模组通过第一连杆与肩部第二关节模组连接,肩部第二关节模组通过第二连杆与肩部第三关节模组连接;
所述上臂微调模块用于调节上肢沿肱骨方向位置,提高人机交互的舒适性,所述上臂微调模块与肩部第三关节模组的输出端连接;
肘部关节模组设置在所述上臂微调模块上,且肘部关节模组的输出端与前臂调节机构连接,前臂调节机构用于调节外骨骼的前臂的长度,且前臂调节机构包括用于与人体前臂连接的前臂臂套;
所述腕部模块与前臂调节机构连接,所述腕部模块用于旋转前臂、承重前臂重要以及固定前臂作用。
进一步地,所述机架模块包括电气元件、升降机构、线缆导向机构、外骨骼换臂调节机构;所述机架模块用于承受上肢康复外骨骼和人体上肢的重量、电气元件封装、左右换臂、垂直升降等功能。
优选地,所述机架模块中的电气元件包括插板、电源、can模块、微型电脑和分线器;所述微型电脑用于作为上肢外骨骼控制系统给的主控单元,所述can模块用于接收上肢康复外骨骼can总线上的信号;所述升降机构包括立柱式升级台,用于调节上肢康复外骨骼离地面的垂直距离;所述线缆导向机构是坦克链,用于束线,并且整个上肢康复外骨骼系统里面的坦克链都是线缆导向作用,其他部分的坦克链统一使用坦克链描述。
进一步地,所述外骨骼换臂调节机构包括丝杆传动机构和皮带传动机构;所述丝杆传动机构包括丝杆、轴承座和导轨,而且所述皮带传动机构包括主皮带轮、副皮带轮、皮带和电机;所述皮带传动机构用于驱动副皮带轮,而副皮带轮与所述肩部第一关节度调节机构连接,并且通过所述丝杆传动机构导向完成上肢康复外骨骼的左右移动。
进一步地,所述肩部第一关节度调节模块包括旋转下盘、旋转上盘、丝杆传动滑块连接下座、丝杆传动滑块连接上座、插销座、插销孔和肩部第一关节模组连接件;所述丝杆传动滑块连接下座与滑块导轨机构的滑块部分相连接,当所述丝杆传动机构中的电机驱动时,此时可以通过皮带正反转使能上肢康复外骨骼左右滑动;插销座上的孔与插销孔通过外置插销同轴锁定位置,满足外骨骼与基座之间的度关系,固定在偏离度的位置,这是所述外骨骼能正常运行的条件,垂直平台朝前的偏离角度为18度,该18度位置是手动推动旋转上盘旋转,插销座会随着滑块进行旋转,直到插销孔对准插销座。丝杆传动滑块连接下座与丝杆连接,丝杆传动滑块连接上座与丝杆传动滑块连接下座连接,旋转下盘与旋转上盘连接;
进一步地,所述关节模块中每个关节模组均包括伺服电机、与伺服电机连接的电机-扭矩传感器连接件、与电机-扭矩传感器连接件连接的扭矩传感器-负载连接件和与扭矩传感器-负载连接件连接的扭矩传感器。
进一步地,所述肩部关节支撑件模块包括第一连杆和第二连杆,所述第一连杆用于作为肩部第一关节模组和第二关节模组的载体支撑件,所述第二连杆用于作为肩部第二关节模组和第三关节模组的载体支撑件,并且所述第一连杆和第二连杆内部都开过槽,如所述第一连杆开槽,槽的目的都是用于藏线缆;所述肩部第二关节模组的输出端与所述第二连杆连接时通过连接件连接。
所述第一连杆呈弯折,弯折角度为60度,并且所述第二连杆与所述第一连杆当位于同一平面时,此时两连杆之间的角度为120度。
进一步地,述上臂微调模块包括上臂长度调节机构、上臂丝杆传动机构和上臂臂套,
上臂长度调节机构包括支撑板和上臂长度导轨,上臂长度导轨通过上臂支撑件与肩部第三关节模组连接,支撑板滑动设置在上臂长度导轨上;
上臂丝杆传动机构设置在支撑板上,上臂丝杆传动机构包括丝杆和设置在丝杆上的螺母块,上臂臂套与螺母块连接。
进一步地,上臂微调模块还包括力传感器,力传感器设置在上臂臂套与螺母块之间。
进一步地,所述前臂调节机构包括前臂支撑件、前臂臂套、连接件、腕部模块连接件和中间连接件;所述臂套约束上肢前臂,并且通过所述中间连接件与所述连接件固连,同时,所述连接件固连在所述前臂臂套;所述前臂支撑件固连在肘部关节模组的输出端,从而引起前臂运动;所述腕部模块连接件与前臂支撑件通过滑块导轨分别连接,实现自由度滑动,这里在运动自由度被释放,这也是由于人体肘关节轴与外骨骼关节轴不对中时,产生错位,引起不舒适感觉,因此被释放。
进一步地,所述腕部模块包括腕部电机、托架、握把、固定架、小齿轮、挡圈和大齿轮;所述托架用于放置上肢腕部;所述握把用于患者手部定位;所述小齿轮则是通过所述腕部电机驱动,又因为所述小齿轮转动带动大齿轮转动,而所述大齿轮与托架固连在一起,因此当所述腕部电机驱动时,可以驱动所述托架和握把一起转动,从而引导前臂完成旋转运动。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
本发明能代替康复治疗师的工作,辅助患者进行肘部与前臂的精确康复训练,可以有效辅助患者生活中无法自行完成的工作,增加患者在康复过程中对生活的自信心,有利于提高康复疗效;重点考虑了肩关节中心不对中引起的不舒适性问题以及前臂调节机构可以自适应调节肘部不对中情况,有利于提高患者的舒适感以及康复的安全性。
附图说明
图1是本发明实施例中的上肢康复外骨骼整体示意图。
图2是本发明实施例中的机架模块示意图。
图3是本发明实施例中的肩部第一关节18度调节模块示意图。
图4是本发明实施例中的关节模组模块示意图。
图5是本发明实施例中的肩部关节支撑件模块示意图。
图6是本发明实施例中的上臂模块示意图。
图7是本发明实施例中的上臂和前臂机构示意图。
图8是本发明实施例中的腕部模块示意图。
图9是本发明实施例中的上臂微调机构力传感器示意图。
具体实施方式
为使本发明目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合附图并举实施例,对本发明的具体实施进行详细说明,但不限于此。
请参阅图1-图9,本发明提供的一种考虑肩部舒适性的上肢康复外骨骼,包括机架模块、肩部第一关节18度调节模块、关节模组模块、腕部模块、上臂微调模块、上肢调节模块和肩部关节支撑件模块;
所述机架模块包括升降机构和设置在升降机构上的外骨骼换臂调节机构,所述升降机构用于调节肢康复外骨骼离地面的垂直距离;
所述肩部第一关节18度调节模块设置在外骨骼换臂调节机构上,所述肩部第一关节18度调节模块用于上肢康复外骨骼第一关节轴线偏移,可满足左右上肢范围调节;
所述关节模组模块用于驱动上肢康复外骨骼肩部三个关节和肘关节并且通过关节力矩传感器获取人机交互力,包括肩部第一关节模组25、肩部第二关节模组30、肩部第三关节模组42和肘部关节模组48,肩部第一关节模组25设置在所述肩部第一关节18度调节模块上,肩部第一关节模组25通过第一连杆26与肩部第二关节模组30连接,肩部第二关节模组30通过第二连杆28与肩部第三关节模组42连接;
所述上臂微调模块用于调节上肢沿肱骨方向位置,所述上臂微调模块与肩部第三关节模组42的输出端连接;
肘部关节模组48设置在所述上臂微调模块上,且肘部关节模组48的输出端与前臂调节机构连接,前臂调节机构用于调节外骨骼的前臂的长度,且前臂调节机构包括用于与人体前臂连接的前臂臂套43;
所述腕部模块与前臂调节机构连接,所述腕部模块用于旋转前臂、承重前臂重要以及固定前臂作用。
所述机架模块用于承受上肢康复外骨骼和人体上肢的重量、电气元件封装、左右换臂、垂直升降等功能。在本发明的其中一些实施例中,如图1和图2所示,在本发明的其中一些实施例中,所述机架模块中的电气元件包括插板1、电源4、can模块14、微型电脑6和分线器2;所述微型电脑6用于作为上肢外骨骼控制系统给的主控单元,所述can模块14用于接收上肢康复外骨骼can总线上的信号;所述升降机构包括立柱式升级台8,包括立柱以及直线推杆,通过直线推杆实现升降,用于调节上肢康复外骨骼离地面的垂直距离;所述线缆导向机构包括坦克链7,用于束线,并且整个上肢康复外骨骼系统里面的坦克链都是线缆导向作用,其他部分的坦克链统一使用坦克链7描述。
所述外骨骼换臂调节机构通过底板设置在立柱式升级台8上,包括丝杆传动机构和皮带传动机构;所述丝杆传动机构包括丝杆15、轴承座17和滑块导轨模块16,所述皮带传动机构包括主皮带轮12、副皮带轮9、皮带11和电机13,电机13的输出端与主皮带轮12连接,主皮带轮12通过皮带11与副皮带轮9传动连接,所述皮带传动机构用于驱动副皮带轮9,而副皮带轮9与丝杆15的右端支撑座固连,并且通过所述丝杆传动机构导向完成上肢康复外骨骼的左右移动。丝杆15与副皮带轮9固定连接,且丝杆15通过轴承座17设置在底板上,滑块设置在丝杆15上,滑块导轨模块16位于底板上,给滑块提供滑轨。这样的连接方式可以节省体积及满足所需扭矩,能够使丝杆转动,从而使滑块导轨模块16上的滑块左右移动,进而带动上肢康复外骨骼左右滑动。
在本发明的其中一些实施例中,如图3所示,所述肩部第一关节18度调节模块包括旋转下盘24、旋转上盘19、丝杆传动滑块连接下座23、丝杆传动滑块连接上座22、插销座21、插销孔20和肩部第一关节模组连接件18;所述丝杆传动滑块连接下座23与丝杆传动机构的滑块相连接,当所述丝杆传动机构中的电机13驱动时,此时可以通过皮带正反转带动滑块左右移动,进而能使上肢康复外骨骼左右滑动;丝杆传动滑块连接上座22与丝杆传动滑块连接下座23连接,旋转下盘24与旋转上盘19连接,肩部第一关节模组连接件18设置在旋转上盘19上。旋转下盘24与丝杆传动滑块连接上座22之间通过轴承配合,以满足旋转下盘24上的插销座21旋转与插销孔20通过销钉固定。
插销座21上的孔与插销孔20通过外置插销同轴锁定位置,满足外骨骼与基座之间的18度关系,固定在偏离人体矢状面18度的位置,以矢状面为基准,当进行左侧上肢训练时,此时右偏离矢状面18度,进行右侧上肢训练时,左偏离矢状面18度,这是所述外骨骼能正常运行的条件,垂直平台朝前的偏离角度为18度,该18度位置是手动推动旋转上盘19旋转,插销座21会随着旋转下盘24进行旋转,直到插销孔20对准插销座21。插销孔20开设在丝杆传动滑块连接上座22上,在本发明的其中一些实施例中,插销孔20的个数都有两个,分别位于左侧和右侧上肢训练时偏离人体矢状面18度的位置。
在本发明的其中一些实施例中,如图1、图3、图4、图5、图6和图7所示,所述关节模组模块包括肩部第一关节模组25、肩部第二关节模组30、肩部第三关节模组42和肘部关节模组48;所述关节模组共同特点是包括伺服电机、与伺服电机连接的电机-扭矩传感器连接件、与电机-扭矩传感器连接件连接的扭矩传感器-负载连接件、设置在扭矩传感器-负载连接件上的扭矩传感器,由于肩部三个关节模组和肘关节模组结构连接方式是相同的,因此,这里就没有对这四个关节模组一一解释,可统一使用图4的模组结构形式表示。如图4和图5所示,包括了依次连接的大扭矩驱控一体式伺服电机24、电机-扭矩传感器连接件23和扭矩传感器-负载连接件22;大扭矩伺服电机内置有温度传感器和高精度编码器,可以用于获取实时温度和旋转角度;所述扭矩传感器29是用于获取偏瘫患者主动训练过程中的人机交互力。
如图6所示,肩部支撑件包括第一连杆26和第二连杆28,所述第一连杆26用于作为肩部第一关节模组25和肩部第二关节模组30的载体支撑件,所述第二连杆28用于作为肩部第二关节模组30和第三关节模组42的载体支撑件,并且所述第一连杆26和第二连杆28内部都开有槽,如所述第一连杆26上的开槽27,槽的目的都是用于藏线缆;所述肩部第二关节模组42的输出端与所述第二连杆28连接时通过上臂支撑件31连接;在本发明的其中一些实施例中,所述第一连杆26呈弯折状,弯折角度为60度,并且所述第二连杆28与所述第一连杆26当位于同一平面时,此时两连杆之间的角度为120度。
具体而言,如图7所示,所述上臂微调模块包括上臂长度调节机构、上臂丝杆传动机构、上臂臂套35;上臂长度调节机构用于调节康复外骨骼上臂的长度,上臂长度调节机构包括支撑板39和上臂长度导轨32,上臂长度导轨32的底座与上臂支撑件31固定连接,上臂长度导轨32上设置有滑块,支撑板39与该滑块固定连接以滑动设置在上臂长度导轨32上,所述上臂支撑件31与所述肩部第三关节模组42输出端固连,通过所述肩部第三关节模组42驱动上臂支撑件31,从而产生运动。
所述上臂丝杆传动机构包括设置在支撑板39上的伺服电机37、丝杆36、螺母块34、轴承座33、电机固定座38、滑块导轨40;所述上臂臂套35与所述上臂丝杆传动机构中的螺母块34之间安装有一个单轴力传感器59,即所述单向力传感器59一端是连接上臂臂套35,另一端连接螺母块34,该单轴力传感器59用于获取人体上肢肩关节与上肢康复外骨骼之间摩擦力,并且该摩擦力作为控制所述上臂丝杆传动机构的直线运动;这里需要说明的是,这里的伺服电机37内置有高精度编码器,用于获取上臂微调距离;
在本发明的其中一些实施例中,如图7所示,所述前臂调节机构包括前臂支撑件46、前臂臂套43、中间连接件44、腕部模块连接件45和连接件47;所述臂套43用于约束前臂,并且通过所述中间连接件44与所述连接件47固连,连接件47固定在前臂支撑件46上,同时,所述连接件44固连在所述前臂臂套43;所述前臂支撑件46固连在肘部关节模组48的输出端,从而产生前臂运动;所述腕部模块连接件45与前臂支撑件46通过滑块导轨连接,实现自由度滑动,这里运动自由度被释放。这也是由于人体肘关节轴与外骨骼关节轴不对中时,产生错位,引起不舒适感觉,因此被释放。
如图8所示,在本发明的其中一些实施例中,所述腕部模块包括固定架53以及位于固定架53上的腕部电机55、托架54、握把52、传动机构;传动机构包括小齿轮49、挡圈50和大齿轮51,所述托架54通过螺钉固连在固定架53上用于放置上肢腕部;所述握把52用于患者手部定位;所述小齿轮49则是通过所述腕部电机55驱动,又因为所述小齿轮49转动带动大齿轮51转动,而所述大齿轮51与托架54固连在一起,因此当所述腕部电机55驱动时,可以带动所述托架54和握把52一起转动,从而引导前臂完成旋转运动。
具体而言,如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8和图9所示,所述机架模块包括电气元件、升降机构、线缆导向机构、外骨骼换臂调节机构;所述关节模组模块包括肩部第一、二、三关节和肘部四个关节模组;所述上肢调节模块包括上臂长度调节机构和前臂调节机构;不限于左、右方向,健侧与患侧不限于左、右之分。
治疗师辅助患者完成机康复机器人的穿戴,康复机器人带动患者的手臂进行运动。根据康复机器人的预先程序设定,康复机器人可以根据特定的轨迹带动患者完成特定轨迹的训练动作,或者给予患者手臂的辅助力辅助患者完成康复训练动作。
通过本发明前述实施例提供额上肢康复外骨骼,在解决上肢与机器人关节轴匹配度不高的问题上主要分为两部分:一部分是肘关节轴不对中;另一部分是肩关节三个关节轴交点与人体肩关节没有共点。肘关节轴不对中时会产生沿前臂方向的作用力,此时通过腕部模块连接件44和前臂支撑件46相对滑动释放该力,将多余的力转化成位移变化;而肩关节属于三维空间变化,当肩关节三个关节轴的中心没有与人体肩关节中心共点时,此时也会产生多余的力,其中影响较大的是沿肱骨方向的力,该力会转化成皮肤之间的摩擦力,引起不舒适性,通过力传感器59去获取该力的变化,并且将该力转化为伺服电机37的控制信号源,当有变化时,基于力学原理驱动丝杆36变化上臂臂套35的位置,从而将多余的力转化为位移变化,以此抵消多余的力。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其他实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种考虑肩部舒适性的上肢康复外骨骼,其特征在于,包括机架模块、肩部第一关节18度调节模块、关节模组模块、腕部模块、上臂微调模块、上肢调节模块和肩部关节支撑件模块;
所述机架模块包括升降机构和设置在升降机构上的外骨骼换臂调节机构,所述升降机构用于调节肢康复外骨骼离地面的垂直距离,其中,所述外骨骼换臂调节机构包括丝杆传动机构和皮带传动机构,所述丝杆传动机构包括丝杆(15)和滑块导轨模块(16),丝杆(15)上设置有滑块,所述皮带传动机构包括主皮带轮(12)、副皮带轮(9)、皮带(11)和电机(13),主皮带轮(12)设置在电机(13)的输出轴上,主皮带轮(12)通过皮带(11)与副皮带轮(9)传动连接,副皮带轮(9)与丝杆(15)连接, 通过所述丝杆传动机构导向完成上肢康复外骨骼的左右移动;
所述肩部第一关节18度调节模块设置在外骨骼换臂调节机构上,所述肩部第一关节18度调节模块用于上肢康复外骨骼第一关节轴线偏移,可满足左右上肢范围调节,所述肩部第一关节18度调节模块包括旋转下盘(24)、旋转上盘(19)、丝杆传动滑块连接下座(23)、丝杆传动滑块连接上座(22)、插销座(21)、插销孔(20)和肩部第一关节模组连接件(18);所述丝杆传动滑块连接下座(23)与丝杆传动机构的滑块相连接,以驱使上肢康复外骨骼左右滑动;插销座(21)上的孔与插销孔(20)通过外置插销同轴锁定位置,满足外骨骼与基座之间的18度关系,固定在偏离18度的位置,该18度位置是手动推动旋转上盘(19)旋转,插销座(21)会随着旋转下盘(24)进行旋转,直到插销孔(20)对准插销座(21),丝杆传动滑块连接下座(23)与丝杆(15)连接,丝杆传动滑块连接上座(22)与丝杆传动滑块连接下座(23)连接,旋转下盘(24)与旋转上盘(19)连接;
肩部关节支撑件模块包括第一连杆(26)和第二连杆(28);
所述关节模组模块用于驱动上肢康复外骨骼肩部三个关节和肘关节并且通过关节力矩传感器获取人机交互力,包括肩部第一关节模组(25)、肩部第二关节模组(30)、肩部第三关节模组(42)和肘部关节模组(48),肩部第一关节模组(25)设置在所述肩部第一关节18度调节模块上,肩部第一关节模组(25)通过第一连杆(26)与肩部第二关节模组(30)连接,肩部第二关节模组(30)通过第二连杆(28)与肩部第三关节模组(42)连接;
所述上臂微调模块用于调节上肢沿肱骨方向位置,所述上臂微调模块与肩部第三关节模组(42)的输出端连接;
肘部关节模组(48)设置在所述上臂微调模块上,且肘部关节模组(48)的输出端与前臂调节机构连接,前臂调节机构用于调节外骨骼的前臂的长度,且前臂调节机构包括用于与人体前臂连接的前臂臂套(43);
所述腕部模块与前臂调节机构连接。
2.根据权利要求1所述的一种考虑肩部舒适性的上肢康复外骨骼,其特征在于:所述关节模块中每个关节模组均包括伺服电机、与伺服电机连接的电机-扭矩传感器连接件、与电机-扭矩传感器连接件连接的扭矩传感器-负载连接件和与扭矩传感器-负载连接件连接的扭矩传感器。
3.根据权利要求1所述的一种考虑肩部舒适性的上肢康复外骨骼,其特征在于:所述第一连杆(26)呈弯折状,弯折角度为60度,并且所述第二连杆(28)与所述第一连杆(26)位于同一平面时,此时两连杆之间的角度为120度。
4.根据权利要求1所述的一种考虑肩部舒适性的上肢康复外骨骼,其特征在于:所述上臂微调模块包括上臂长度调节机构、上臂丝杆传动机构和上臂臂套(35),
上臂长度调节机构包括支撑板(39)和上臂长度导轨(32),上臂长度导轨(32)通过上臂支撑件(31)与肩部第三关节模组(42)连接,支撑板(39)滑动设置在上臂长度导轨(32)上;
上臂丝杆传动机构设置在支撑板(39)上,上臂丝杆传动机构包括丝杆(36)和设置在丝杆(36)上的螺母块(34),上臂臂套(35)与螺母块(34)连接。
5.根据权利要求4所述的一种考虑肩部舒适性的上肢康复外骨骼,其特征在于,上臂微调模块还包括力传感器(59),力传感器(59)设置在上臂臂套(35)与螺母块(34)之间。
6.根据权利要求1所述的一种考虑肩部舒适性的上肢康复外骨骼,其特征在于:所述前臂调节机构还包括前臂支撑件(46)和腕部模块连接件(45);
前臂支撑件(46)与肘部关节模组(48)的输出端连接,前臂臂套(43)设置在前臂支撑件(46)上;腕部模块连接件(45)滑动设置在前臂支撑件(46)上,腕部模块连接件(45)与腕部模块连接。
7.根据权利要求1-6任一所述的一种考虑肩部舒适性的上肢康复外骨骼,其特征在于:所述腕部模块包括固定架(53)、腕部电机(55)、传动机构、托架(54)、握把(52),
腕部电机(55)固定在固定架(53)上,腕部电机(55)通过传动机构与托架(54)连接,托架(54)用于放置上肢腕部,握把(52)设置在托架(54)上,用于患者手部定位。
8.根据权利要求7所述的一种考虑肩部舒适性的上肢康复外骨骼,其特征在于:所述传动机构包括小齿轮(49)和大齿轮(51),小齿轮(49)与腕部电机(55)的输出端连接,大齿轮(51)与小齿轮(49)啮合连接,且大齿轮(51)与托架(54)固定连接。
CN202211685782.8A 2022-12-27 2022-12-27 一种考虑交互舒适性的上肢康复外骨骼 Active CN116059077B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211685782.8A CN116059077B (zh) 2022-12-27 2022-12-27 一种考虑交互舒适性的上肢康复外骨骼

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211685782.8A CN116059077B (zh) 2022-12-27 2022-12-27 一种考虑交互舒适性的上肢康复外骨骼

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116059077A CN116059077A (zh) 2023-05-05
CN116059077B true CN116059077B (zh) 2024-06-07

Family

ID=86183118

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211685782.8A Active CN116059077B (zh) 2022-12-27 2022-12-27 一种考虑交互舒适性的上肢康复外骨骼

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116059077B (zh)

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101869526A (zh) * 2010-06-07 2010-10-27 付风生 一种上肢康复训练机器人
CN107854813A (zh) * 2017-11-30 2018-03-30 湖南妙手机器人有限公司 一种上肢康复机器人
CN108144264A (zh) * 2018-02-09 2018-06-12 武汉沃森拓客科技有限公司 康复训练机械臂以及康复机器人
CN109464263A (zh) * 2018-11-22 2019-03-15 上海电气集团股份有限公司 康复机器人
CN110859731A (zh) * 2019-10-25 2020-03-06 西北工业大学 六自由度外骨骼式上肢康复机器人
CN111588591A (zh) * 2020-05-25 2020-08-28 燕山大学 一种八自由度上肢康复训练臂及装置
CN111759662A (zh) * 2020-07-03 2020-10-13 浙江工业大学 手臂辅助装置
CN112494271A (zh) * 2020-11-18 2021-03-16 燕山大学 上肢康复训练装置
CN213465894U (zh) * 2020-06-01 2021-06-18 深圳华鹊景医疗科技有限公司 一种外骨骼机械臂及上肢康复训练装置
WO2021243918A1 (zh) * 2020-06-01 2021-12-09 深圳华鹊景医疗科技有限公司 上肢功能评估装置与方法及上肢康复训练系统与方法
CN115192390A (zh) * 2022-08-11 2022-10-18 上海理工大学 一种卧床/离床多用途肢体康复训练机器人

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101869526A (zh) * 2010-06-07 2010-10-27 付风生 一种上肢康复训练机器人
CN107854813A (zh) * 2017-11-30 2018-03-30 湖南妙手机器人有限公司 一种上肢康复机器人
CN108144264A (zh) * 2018-02-09 2018-06-12 武汉沃森拓客科技有限公司 康复训练机械臂以及康复机器人
CN109464263A (zh) * 2018-11-22 2019-03-15 上海电气集团股份有限公司 康复机器人
CN110859731A (zh) * 2019-10-25 2020-03-06 西北工业大学 六自由度外骨骼式上肢康复机器人
CN111588591A (zh) * 2020-05-25 2020-08-28 燕山大学 一种八自由度上肢康复训练臂及装置
CN213465894U (zh) * 2020-06-01 2021-06-18 深圳华鹊景医疗科技有限公司 一种外骨骼机械臂及上肢康复训练装置
WO2021243918A1 (zh) * 2020-06-01 2021-12-09 深圳华鹊景医疗科技有限公司 上肢功能评估装置与方法及上肢康复训练系统与方法
CN111759662A (zh) * 2020-07-03 2020-10-13 浙江工业大学 手臂辅助装置
CN112494271A (zh) * 2020-11-18 2021-03-16 燕山大学 上肢康复训练装置
CN115192390A (zh) * 2022-08-11 2022-10-18 上海理工大学 一种卧床/离床多用途肢体康复训练机器人

Also Published As

Publication number Publication date
CN116059077A (zh) 2023-05-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106038175B (zh) 一种用于上肢康复训练的关节复合运动机械臂
CN111110509A (zh) 一种可互换且避奇异的七自由度上肢外骨骼康复机器人
CN111588590B (zh) 一种六自由度上肢康复训练臂及机器人
CN105662782B (zh) 一种外骨骼式上肢康复训练机器人
CN108814905B (zh) 一种上肢康复平台
CN111345970B (zh) 一种七自由度上肢外骨骼康复机器人
US20200000671A1 (en) Upper limb exoskeleton rehabilitation device with man-machine motion matching and side-to-side interchanging
EP3398579A1 (en) Physical therapy support robot and operation method therefor
CN107224385B (zh) 主被动式双臂上肢康复机器人
CN109009875A (zh) 个性化上肢康复训练机器人
CN109350446B (zh) 基于肌电信号的主被动结合上肢康复训练机器人系统
CN102309393A (zh) 外骨骼式上肢康复机器人
CN107595548B (zh) 用于人体康复训练中自动固定装置及康复训练方法
CN107736983A (zh) 一种柔性肩关节康复外骨骼机构
Bian et al. Mechanical design of EFW Exo II: A hybrid exoskeleton for elbow-forearm-wrist rehabilitation
CN107361999B (zh) 一种行走式肩关节康复训练机构
CN116059077B (zh) 一种考虑交互舒适性的上肢康复外骨骼
CN209301637U (zh) 个性化上肢康复训练机器人
CN212490676U (zh) 一种六自由度上肢康复训练臂及机器人
CN212490675U (zh) 一种八自由度上肢康复训练臂及装置
Lacuata et al. Design and Fabrication of a Modular, Lightweight, and Portable Upper Limb Exoskeleton for Shoulder and Elbow
CN104546379B (zh) 四肢康复训练器
CN117898909A (zh) 一种上肢偏瘫康复外骨骼机器人及上肢康复训练方法
CN113633522B (zh) 外骨骼式上肢康复训练机器人
CN116459117A (zh) 一种混联混驱的七自由度上肢康复机器人

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant