CN116350475A - 一种气动人工肌肉驱动的上肢康复外骨骼结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种气动人工肌肉驱动的上肢外骨骼康复结构，其包括背部框架、肩关节外展模块、肩关节屈伸模块、肘关节屈伸模块、肩关节调节模块和肘关节调节模块。本发明采用绳驱与直驱结合的方式，部分关节处利用气动人工肌肉直驱能够实现更接近医师手动治疗的康复效果。拥有肩关节和肘关节两处的尺寸调整机构，可以适应大部分患者上肢的尺寸，相对于固定式外骨骼整体上结构更为紧凑，满足可穿戴的要求，在此基础上实现了更大的工作空间，满足更复杂的康复需求。兼具柔性驱动器的高适应性和刚性结构的运动精度。
Description
1、技术领域
本发明涉及肢体辅助康复技术领域，具体涉及一种气动人工肌肉驱动的上肢康复外骨骼结构。
2、背景技术
外骨骼指的是可穿戴式的机械结构，通过额外提供的能量或者被动式的机械结构，使穿戴者在穿戴过程中的活动省力甚至带动其进行运动。作为外骨骼的一种，上肢外骨骼与穿戴者的肩、上臂、前臂、手等部位进行固定，为上肢的运动提供助力或者带动上肢运动。在脑卒中等的疾病康复过程中，需要让上肢行动能力差的患者进行上肢的运动，此时可以通过有外部能量提供的上肢外骨骼主动式康复机器人对患者进行训练，有针对性地训练患者上肢的行动能力与其对自身的控制能力，促进疾病的康复。现有的康复外骨骼机器人的驱动方式主要有电机驱动、液压驱动以及气压驱动等方式，气压驱动相较于其他驱动方式在保证了安全性的同时具备一定的刚度与柔性，具备更大的优势。现有技术中US10420695B2公开了一种外骨骼装置，由气动人工肌肉驱动与上肢辅助和康复训练的功能包括上肢、肩关节机制和一个肘关节机制由利用一个处理单元,第一个角度传感单元,第二个角度传感单元,第一比例压力阀,压力敏感元件和气动肌肉的设备。外骨骼装置可以单独用作上肢外骨骼辅助设备或可以组合在一起形成一个上肢外骨骼康复训练系统来模拟上肢运动在日常生活中通过上肢框架帮助佩戴者的上肢的运动,完成每个上下手臂关节的康复训练和神经功能。
脑卒中是一种突然起病，以局灶性神经功能缺失为共同特征的急性脑血管疾病，具有高发病率、高致死率、高致残率的特点。由于发病过程中伴随的记性神经元损伤，脑卒中患者术后有73％～88％患有偏瘫后遗症，55％～75％患有运动功能障碍，这些症状将伴随病人终身并严重影响其日常活动。脑卒中的术后康复训练是患者术后恢复运动机能和脑功能的有效手段，有效地康复训练可以改善运动功能障碍，恢复患侧肢体的运动功能，加速脑卒中病人的康复进程。因此促进脑卒中患者受损功能的恢复，一直是脑卒中康复的核心内容。
目前临床上的康复治疗主要采用医师手动治疗的方法，以肘关节康复治疗为例大致步骤如下：1)使患者处于站立位或坐位；2)托住患侧腕部缓慢进行肘关节屈曲运动；3)屈曲至最大限度时保持5秒；4)托住患侧腕部缓慢进行肘关节伸展运动回到原位置。
针对医师手动治疗存在的诸如频度低、时效性差、工作量大等问题，学者们提出采用外骨骼机器人对脑卒中康复过程进行辅助。此类机器人需要满足以下要求：1)在康复效果上机器人应尽量与医师手动治疗效果接近；2)在康复过程中机器人要避免机械性损伤，防止对患者造成二次伤害；3)在康复模式上机器人要有多种选择以适应不同康复阶段、不同患者的需求。
现有技术中多使用六个气动肌肉实现了四个关节的转动，其中两个自由度由一对拮抗式的气动肌肉牵引完成关节的转动。该方案和本发明所提出的技术方案最相似的地方在于，两者都将各个关节的运动进行单独控制，都采用气动人工肌肉作为驱动器。
本发明所不同的是采用绳驱与直驱结合的方式，部分关节处利用气动人工肌肉直驱能够实现更接近医师手动治疗的康复效果。拥有肩关节和肘关节两处的尺寸调整机构，可以适应大部分患者上肢的尺寸，外骨骼整体上结构更为紧凑，满足可穿戴的要求，在此基础上实现了更大的工作空间，满足更复杂的康复需求。兼具柔性驱动器的高适应性和刚性结构的运动精度。
A pneumatic artificial muscle(PAM)气动人造肌肉(US 11624378 B1)。气动人造肌肉(PAM)是线性致动器，在可变直径体积中使用气压来提供线性力或运动。他们使用封闭或嵌入薄膜(膀胱)的高抗拉力纤维编织(编织)。当加压时，膀胱与径向膨胀反应并提供线性位移和力。
现有技术的缺点包括：1)驱动方式上，采用电机、液压驱动的外骨骼机器人由于驱动器本身的特性，在系统失稳时容易对患者造成伤害，气压驱动的外骨骼机器人则由于本身柔顺驱动特性能够一定程度上避免这一情况；2)穿戴方式上，固定式的外骨骼机器人体积通常较大，且需要固定在一个地点，在实际使用时这个地点通常是医院、康复中心等常见的康复治疗地点，而可穿戴式的外骨骼机器人则能够随患者意愿改变使用场景，实现在任意时间、任意地点的康复，结构更加紧凑，同时保证大的工作空间，满足更复杂的康复需求；3)传动方式上，都采用一种传动方式，如都采用鲍登线传动或都采用绳驱，未能针对不同关节的不同康复需求选择合适的传动方式。
3、发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题中的至少一个，本发明采用绳驱与直驱结合的方式，部分关节处利用气动人工肌肉直驱能够实现更接近医师手动治疗的康复效果。
本发明提出一种气动人工肌肉驱动的上肢康复外骨骼机器人系统，其特征在于该系统包括背部框架、肩关节外展模块、肩关节屈伸模块、肘关节屈伸模块、肩关节调节模块和肘关节调节模块。肩关节外展模块为线驱动机构，肩关节屈伸模块和肘关节屈伸模块为铰链四杆机构，肩关节调节模块和肘关节调节模块为螺旋机构。
本发明技术方案如下：
一种气动人工肌肉驱动的上肢外骨骼康复结构，其特征在于：包括背部框架、肩关节外展模块、肩关节屈伸模块、肘关节屈伸模块、肩关节调节模块和肘关节调节模块，所述的背部框架适配于患者的后背，所述的肩关节外展模块为线驱动机构，所述的肩关节屈伸模块为摆动导杆机构，所述的肘关节屈伸模块为摆动导杆机构，所述的肩关节调节模块为螺杆调节机构，所述的肘关节调节模块为螺杆调节机构，远端连杆肩关节上端杆Y型杆、肘关节上端杆、肘关节下端杆依次顺序设置，肩关节上端杆够在远端连杆壁之间滑动,Y型杆和肘关节上端杆，肘关节上端杆和肘关节下端杆之间分别形成转动连接。
作为改进，背部框架包括髋关节护具，髋关节护具贴合患者腰部，髋关节右固定板髋关节左固定板通过螺钉与髋关节护具相连，背部支撑板髋关节右固定板髋关节左固定板通过螺钉相连，背部支撑板过L型连接板与肩关节外展模块的U型板行连接。
作为改进，肩关节外展模块包括肩部外展PAM、U型板近端连杆远端连杆榫卯连接块构成的榫卯机构臂，肩部外展PAM分别与线驱固定件和背部连接块，钢丝绳绕过定滑轮，两端分别与线驱固定件和吊环螺栓连，近端连杆过一对深沟球轴承与U型板行转动连接；近端连杆远端连杆榫卯连接块通过螺钉连接形成榫卯结构，远端连杆设置有榫卯连接块，榫卯连接块两侧设置有方形槽口，近端连杆凸出部分插入远端连杆方形槽口形成榫卯结构，榫卯连接块与近端连杆凸出部分通过螺钉进行相连，保证结构稳定。
作为改进，肩关节屈伸模块为摆动导杆机构，肩部屈伸PAM的一端与肩关节上端杆肩部PAM上连接轴一对深沟球轴承构成一个转动副，肩关节上端杆壁之间通过一对深沟球轴承转动设置有肩部PAM上连接轴肩部屈伸PAM与肩部PAM上连接轴接；肩部屈伸PAM的另一端与Y型杆、肩部PAM下连接轴和一对深沟球轴承构成另一个转动副，Y型杆内壁之间通过一对深沟球轴承转动设置有肩部PAM下连接轴，肩部屈伸PAM另一端与肩部PAM下连接轴连接；肩部屈伸PAM收缩放松时驱动肩关节上端杆Y型杆形成的关节产生相对旋转。
作为改进，肘关节屈伸模块为摆动导杆机构，肘关节屈伸PAM的一端与肘关节上端杆、肘部PAM上连接轴和一对深沟球轴承构成一个转动副，肘关节上端杆内壁之间通过一对深沟球球轴承转动设置有肘部PAM上连接轴，肘关节屈伸PAM与肘部PAM上连接轴连接；肘关节屈伸PAM的另一端与肘关节下端杆、肘部PAM下连接轴和一对深沟球轴承构成另一个转动副，肘关节下端杆内壁之间通过一对深沟球球轴承转动设置有肘部PAM下连接轴，肘关节屈伸PAM与肘部PAM下连接轴连接；肘关节屈伸PAM收缩放松时驱动肩肘关节上端杆与肘关节下端杆形成的关节产生相对旋转。
作为改进，肩关节调节模块中的螺杆定位块与远端连杆连，后螺纹固定环杆定位块形成转动副，肩部螺杆螺纹固定环形成螺旋副，手轮与肩部螺杆紧定螺钉相连，摇动手轮肩关节上端杆相对远端连杆行前后移动，以此来调节尺寸适应不同患者的需求。
作为改进，肘关节调节模块中的左滑块和右滑块与Y型杆通过螺钉相连，左滑块和右滑块可以在肘关节上端杆的直槽口中滑动，螺杆固定板与肘关节上端杆固定连接，螺杆固定板上设置有螺杆锁止环，肘部螺杆与螺杆锁止环形成转动副并与右滑块通过螺纹相连，转动肘部螺杆，肘关节上端杆与Y型杆产生相对上下移动，以此来调节尺寸适应不同患者的需求。
作为改进，肩关节外展模块和肩关节屈伸模块的转动中心轴线重合于一点。
作为改进，还包括C型环和小C型环，小C型环通过螺钉连接分别通过螺钉与肘关节上端杆和肘关节下端杆连接，松紧绑带穿过C型环、小C型环的孔位，在康复运动过程中为患者提供支撑。
作为改进，U型板近端连杆间的关节转动处、肩关节上端杆Y型杆之间的关节转动处、肘关节上端杆与肘关节下端杆之间的关节转动处都配有增量式编码器，每个编码器与编码器固定板通过螺钉相连，多个六角铜柱一端与编码器固定板通过螺钉相连，另一端通过螺纹分别固定在肘关节上端杆、Y型杆和U型板上，刚性联轴器一端与关节输出轴，另一端通过编码器连接轴码器相连，关节输出轴螺纹分别与近端连杆肩关节上端杆肘关节下端杆相连,近端连杆对U型板动时，肘关节下端杆相对肘关节上端杆转动时，刚性联轴器通过关节输出轴编码器连接轴，从而编码器产生计数脉冲,而Y型杆相对肩关节上端杆动时，编码器连接轴肩关节上端杆定，编码器通过固定在Y型杆上相对编码器连接轴转动，从而编码器产生计数脉冲。
作为改进，背部框架中的髋关节右固定板、髋关节左固定板、背部支撑板、U型板、背部连接块、L型连接板的材料为航空铝合金、碳纤维、工程塑料之一。
作为改进，外骨骼康复结构适用于左右双臂。
其中，肩关节屈伸模块其由肩部屈伸PAM11和连杆结构构成。连杆结构包括肩关节上端杆8、Y型杆10、肩部PAM上连接轴9、肩部PAM下连接轴13。肩关节上端杆8、肩部PAM上连接轴9和一对深沟球轴承构成一个转动副。Y型杆10、肩部PAM下连接轴13和一对深沟球轴承构成另一个转动副。
其中，肘关节屈伸模块其由肘关节屈伸PAM17和连杆结构构成。连杆结构包括肘关节上端杆14、肘关节下端杆16、肘部PAM上连接轴15、肘部PAM下连接轴19。肘关节上端杆14、肘部PAM上连接轴15和一对深沟球轴承构成一个转动副。肘关节下端杆16、肘部PAM下连接轴19和一对深沟球轴承构成另一个转动副。
其中，肩关节调节模块中螺杆定位块与远端连杆7相连，后螺纹固定环32与螺杆定位块34形成转动副，肩部螺杆31与前螺纹固定环30形成螺旋副，手轮33与肩部螺杆31通过紧定螺钉相连。摇动手轮肩关节上端杆8会相对远端连杆7进行前后移动，以此来调节尺寸适应不同患者的需求。
其中，肘关节调节模块中的左滑块39和右滑块40与Y型杆10相连，左滑块39和右滑块40可以在肘关节上端杆14的直槽口中滑动。螺杆固定板38与肘关节上端杆14固定连接，螺杆固定板38上设置有螺杆锁止环37，肘部螺杆36与螺杆锁止环37形成转动副并与右滑块40通过螺纹相连。转动肘部螺杆36，肘关节上端杆14与Y型杆10产生相对上下移动，以此来调节尺寸适应不同患者的需求。
进一步，背部框架中的髋关节右固定板、髋关节左固定板、背部支撑板、U型板、背部连接块、L型连接板的材料为7075铝合金。
进一步，C型环、小C型环的材料为尼龙。
本发明采用绳驱与直驱结合的方式，部分关节处利用气动人工肌肉直驱能够实现更接近医师手动治疗的康复效果。拥有肩关节和肘关节两处的尺寸调整机构，可以适应大部分患者上肢的尺寸，相对于固定式外骨骼整体上结构更为紧凑，满足可穿戴的要求，在此基础上实现了更大的工作空间，满足更复杂的康复需求。兼具柔性驱动器的高适应性和刚性结构的运动精度。
4、附图说明
附图1是本发明一种气动人工肌肉驱动的上肢康复外骨骼机器人的整体结构示意图一；
附图2本发明一种气动人工肌肉驱动的上肢康复外骨骼机器人的整体结构示意图二；
附图3是肩关节调节模块的结构图；
附图4是肘关节调节模块的结构图；
附图5是编码器驱动结构示意图。
附图中，1髋关节护具，2髋关节右固定板，3背部支撑板，4U型板，5近端连杆，6吊环螺栓，7远端连杆，8肩关节上端杆，9肩部PAM上连接轴，10Y型杆，11肩部屈伸PAM，12C型环，13肩部PAM下连接轴，14肘关节上端杆，15肘部PAM上连接轴，16肘关节下端杆，17肘关节屈伸PAM，18小C型环，19肘部PAM上连接轴，20髋关节左固定板，21背部连接块，22肩部外展PAM，23六角铜柱，24编码器，25编码器固定板，26刚性联轴器，27定滑轮，28L型连接板，29线驱固定件，30前螺纹固定环，31肩部螺杆，32后螺纹固定环，33手轮，34螺杆定位块，35榫卯连接块，36肘部螺杆，37螺杆锁止环，38螺杆固定板，39右滑块，40左滑块,41编码器连接轴，42关节输出轴。
5、具体实施例
为了更清楚地说明本发明的目的、技术方案与优点，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。
一种气动人工肌肉驱动的上肢外骨骼康复结构，其特征在于：包括背部框架、肩关节外展模块、肩关节屈伸模块、肘关节屈伸模块、肩关节调节模块和肘关节调节模块，所述的背部框架适配于患者的后背，所述的肩关节外展模块为线驱动机构，所述的肩关节屈伸模块为摆动导杆机构，所述的肘关节屈伸模块为摆动导杆机构，所述的肩关节调节模块为螺杆调节机构，所述的肘关节调节模块为螺杆调节机构，远端连杆7、肩关节上端杆8、Y型杆10、肘关节上端杆14、肘关节下端杆16依次顺序设置，肩关节上端杆8能够在远端连杆7内壁之间滑动,Y型杆10和肘关节上端杆14，肘关节上端杆14和肘关节下端杆16之间分别形成转动连接。
作为改进，背部框架包括髋关节护具，髋关节护具贴合患者腰部，髋关节右固定板2和髋关节左固定板20通过螺钉与髋关节护具相连，背部支撑板3与髋关节右固定板2和髋关节左固定板20通过螺钉相连，背部支撑板3通过L型连接板28与肩关节外展模块的U型板4进行连接。
作为改进，肩关节外展模块包括肩部外展PAM22、U型板4和近端连杆5、远端连杆7和榫卯连接块35构成的榫卯机构臂，肩部外展PAM22分别与线驱固定件29和背部连接块21相连，钢丝绳绕过定滑轮27，两端分别与线驱固定件29和吊环螺栓6相连，近端连杆5通过一对深沟球轴承与U型板4进行转动连接；近端连杆5、远端连杆7、榫卯连接块35通过螺钉连接形成榫卯结构，远端连杆7上设置有榫卯连接块35，榫卯连接块35两侧设置有方形槽口，近端连杆5的凸出部分插入远端连杆7的方形槽口形成榫卯结构，榫卯连接块35与近端连杆5的凸出部分通过螺钉进行相连，保证结构稳定。
作为改进，肩关节屈伸模块为摆动导杆机构，肩部屈伸PAM11的一端与肩关节上端杆8、肩部PAM上连接轴9和一对深沟球轴承构成一个转动副，肩关节上端杆8内壁之间通过一对深沟球轴承转动设置有肩部PAM上连接轴9，肩部屈伸PAM11与肩部PAM上连接轴9连接；肩部屈伸PAM11的另一端与Y型杆10、肩部PAM下连接轴13和一对深沟球轴承构成另一个转动副，Y型杆10内壁之间通过一对深沟球轴承转动设置有肩部PAM下连接轴13，肩部屈伸PAM11另一端与肩部PAM下连接轴13连接；肩部屈伸PAM11收缩放松时驱动肩关节上端杆8与Y型杆10形成的关节产生相对旋转。
作为改进，肘关节屈伸模块为摆动导杆机构，肘关节屈伸PAM17的一端与肘关节上端杆14、肘部PAM上连接轴15和一对深沟球轴承构成一个转动副，肘关节上端杆14内壁之间通过一对深沟球球轴承转动设置有肘部PAM上连接轴15，肘关节屈伸PAM17与肘部PAM上连接轴15连接；肘关节屈伸PAM17的另一端与肘关节下端杆16、肘部PAM下连接轴19和一对深沟球轴承构成另一个转动副，肘关节下端杆16内壁之间通过一对深沟球球轴承转动设置有肘部PAM下连接轴19，肘关节屈伸PAM17与肘部PAM下连接轴19连接；肘关节屈伸PAM17收缩放松时驱动肩肘关节上端杆14与肘关节下端杆16形成的关节产生相对旋转。
作为改进，肩关节调节模块中的螺杆定位块与远端连杆7相连，后螺纹固定环32与螺杆定位块34形成转动副，肩部螺杆31与前螺纹固定环30形成螺旋副，手轮33与肩部螺杆31通过紧定螺钉相连，摇动手轮肩关节上端杆8会相对远端连杆7进行前后移动，以此来调节尺寸适应不同患者的需求。
作为改进，肘关节调节模块中的左滑块39和右滑块(40)与Y型杆10通过螺钉相连，左滑块39和右滑块40可以在肘关节上端杆14的直槽口中滑动，螺杆固定板38与肘关节上端杆14固定连接，螺杆固定板38上设置有螺杆锁止环37，肘部螺杆36与螺杆锁止环37形成转动副并与右滑块40通过螺纹相连，转动肘部螺杆36，肘关节上端杆14与Y型杆10产生相对上下移动，以此来调节尺寸适应不同患者的需求。
作为改进，肩关节外展模块和肩关节屈伸模块的转动中心轴线重合于一点。
作为改进，还包括C型环和小C型环，小C型环通过螺钉连接分别通过螺钉与肘关节上端杆和肘关节下端杆连接，松紧绑带穿过C型环、小C型环的孔位，在康复运动过程中为患者提供支撑。
作为改进，U型板4与近端连杆5之间的关节转动处、肩关节上端杆8与Y型杆10之间的关节转动处、肘关节上端杆14与肘关节下端杆16之间的关节转动处都配有增量式编码器24，每个编码器与编码器固定板25通过螺钉相连，多个六角铜柱23一端与编码器固定板25通过螺钉相连，另一端通过螺纹分别固定在肘关节上端杆14、Y型杆10和U型板4之上，刚性联轴器26一端与关节输出轴42连接，另一端通过编码器连接轴41与编码器相连，关节输出轴42通过螺纹分别与近端连杆5、肩关节上端杆8和肘关节下端杆16相连,近端连杆5相对U型板4转动时，肘关节下端杆16相对肘关节上端杆14转动时，刚性联轴器26通过关节输出轴42带动编码器连接轴41转动，从而编码器24产生计数脉冲,而Y型杆10相对肩关节上端杆8转动时，编码器连接轴41相对肩关节上端杆8固定，编码器24通过固定在Y型杆10上相对编码器连接轴41产生转动，从而编码器24产生计数脉冲。
作为改进，背部框架中的髋关节右固定板、髋关节左固定板、背部支撑板、U型板、背部连接块、L型连接板的材料为航空铝合金、碳纤维、工程塑料之一。
作为改进，外骨骼康复结构适用于左右双臂。
附图1-5所示的是一种气动人工肌肉驱动的上肢康复外骨骼机器人，其包括背部框架、肩关节外展模块、肩关节屈伸模块、肘关节屈伸模块、肩关节调节模块和肘关节调节模块。
所述的肩关节外展模块为线驱动机构，其由肩部外展PAM22和近端连杆5、远端连杆7构成的榫卯机构臂构成。肩部外展PAM22分别与线驱固定件29和背部连接块21通过螺纹相连，钢丝绳绕过定滑轮27，两端分别与线驱固定件29和吊环螺栓6相连。近端连杆5通过一对深沟球轴承与U型板4进行连接。近端连杆5、远端连杆7、榫卯连接块35通过螺钉连接形成卯榫结构。肩部外展PAM22收缩的时候，近端连杆5与U型板4产生相对转动，完成肩关节外展动作。
肩关节屈伸模块为铰链四杆机构，其由肩部屈伸PAM11和连杆结构构成。连杆结构包括肩关节上端杆8、Y型杆10、肩部PAM上连接轴9、肩部PAM下连接轴13。肩部屈伸PAM11收缩的时候，Y型杆10与肩关节上端杆8产生相对转动，完成肩关节屈伸动作。
肘关节屈伸模块为铰链四杆机构，其由肘关节屈伸PAM17和连杆结构构成。连杆结构包括肘关节上端杆14、肘关节下端杆16、肘部PAM上连接轴15、肘部PAM下连接轴19。肘关节屈伸PAM收缩的时候，肘关节下端杆16与肘关节上端杆14产生相对转动，完成肩关节屈伸动作。
附图3所示的是肩关节调节模块，肩关节调节模块为螺旋机构，螺杆定位块与远端连杆7通过螺钉相连，后螺纹固定环32与螺杆定位块34形成转动副，肩部螺杆31与前螺纹固定环30形成螺旋副，手轮33与肩部螺杆31通过紧定螺钉相连。摇动手轮肩关节上端杆8会相对远端连杆7进行前后移动，以此来调节尺寸适应不同患者的需求。
附图4所示的是肘关节调节模块，肘关节调节模块为螺旋机构，左滑块39和右滑块40与肘关节上端杆14都通过螺钉相连，可以在肘关节上端杆14的直槽口中滑动。螺杆固定板38与螺杆锁止环37形成转动副，肘部螺杆36与螺杆锁止环37紧配合并与右滑块40通过螺纹相连。转动螺杆，肘关节上端杆14会相对Y型杆10进行上下移动，以此来调节尺寸适应不同患者的需求。
工作时首先利用肩关节调节模块和肘关节调节模块将外骨骼尺寸调整到适应患者肩部和肘部的尺寸，再使用肩关节外展模块、肩关节屈伸模块、肘关节屈伸模块进行复合运动，完成指定的康复动作，帮助患者进行康复。
Claims (12)
1.一种气动人工肌肉驱动的上肢外骨骼康复结构，其特征在于：包括背部框架、肩关节外展模块、肩关节屈伸模块、肘关节屈伸模块、肩关节调节模块和肘关节调节模块，
所述的背部框架适配于患者的后背，
所述的肩关节外展模块为线驱动机构，
所述的肩关节屈伸模块为摆动导杆机构，
所述的肘关节屈伸模块为摆动导杆机构，
所述的肩关节调节模块为螺杆调节机构，
所述的肘关节调节模块为螺杆调节机构，
远端连杆(7)、肩关节上端杆(8)、Y型杆(10)、肘关节上端杆(14)、肘关节下端杆(16)依次顺序设置，肩关节上端杆(8)能够在远端连杆(7)内壁之间滑动,Y型杆(10)和肘关节上端杆(14)，肘关节上端杆(14)和肘关节下端杆(16)之间分别形成转动连接。
2.根据权利要求1所述的上肢外骨骼康复结构，其中，背部框架包括髋关节护具，髋关节护具贴合患者腰部，髋关节右固定板(2)和髋关节左固定板(20)通过螺钉与髋关节护具相连，背部支撑板(3)与髋关节右固定板(2)和髋关节左固定板(20)通过螺钉相连，背部支撑板(3)通过L型连接板(28)与肩关节外展模块的U型板(4)进行连接。
3.根据权利要求2所述的上肢外骨骼康复结构，其中，肩关节外展模块包括肩部外展PAM(22)、U型板4和近端连杆(5)、远端连杆(7)和榫卯连接块(35)构成的榫卯机构臂，肩部外展PAM(22)分别与线驱固定件(29)和背部连接块(21)相连，钢丝绳绕过定滑轮(27)，两端分别与线驱固定件(29)和吊环螺栓(6)相连，近端连杆(5)通过一对深沟球轴承与U型板(4)进行转动连接；近端连杆(5)、远端连杆(7)、榫卯连接块(35)通过螺钉连接形成榫卯结构，远端连杆(7)上设置有榫卯连接块(35)，榫卯连接块(35)两侧设置有方形槽口，近端连杆(5)的凸出部分插入远端连杆(7)的方形槽口形成榫卯结构，榫卯连接块(35)与近端连杆(5)的凸出部分通过螺钉进行相连，保证结构稳定。
4.根据权利要求3所述的上肢外骨骼康复结构，其中，肩关节屈伸模块为摆动导杆机构，肩部屈伸PAM(11)的一端与肩关节上端杆(8)、肩部PAM上连接轴(9)和一对深沟球轴承构成一个转动副，肩关节上端杆(8)内壁之间通过一对深沟球轴承转动设置有肩部PAM上连接轴(9)，肩部屈伸PAM(11)与肩部PAM上连接轴(9)连接；肩部屈伸PAM(11)的另一端与Y型杆(10)、肩部PAM下连接轴(13)和一对深沟球轴承构成另一个转动副，Y型杆(10)内壁之间通过一对深沟球轴承转动设置有肩部PAM下连接轴(13)，肩部屈伸PAM(11)另一端与肩部PAM下连接轴(13)连接；肩部屈伸PAM(11)收缩放松时驱动肩关节上端杆(8)与Y型杆(10)形成的关节产生相对旋转。
5.根据权利要求4所述的上肢外骨骼康复结构，其中，肘关节屈伸模块为摆动导杆机构，肘关节屈伸PAM(17)的一端与肘关节上端杆(14)、肘部PAM上连接轴(15)和一对深沟球轴承构成一个转动副，肘关节上端杆(14)内壁之间通过一对深沟球球轴承转动设置有肘部PAM上连接轴(15)，肘关节屈伸PAM(17)与肘部PAM上连接轴(15)连接；肘关节屈伸PAM(17)的另一端与肘关节下端杆(16)、肘部PAM下连接轴(19)和一对深沟球轴承构成另一个转动副，肘关节下端杆(16)内壁之间通过一对深沟球球轴承转动设置有肘部PAM下连接轴(19)，肘关节屈伸PAM(17)与肘部PAM下连接轴(19)连接；肘关节屈伸PAM(17)收缩放松时驱动肩肘关节上端杆(14)与肘关节下端杆(16)形成的关节产生相对旋转。
6.根据权利要求5所述的上肢外骨骼康复结构，其中，肩关节调节模块中的螺杆定位块与远端连杆(7)相连，后螺纹固定环(32)与螺杆定位块(34)形成转动副，肩部螺杆(31)与前螺纹固定环(30)形成螺旋副，手轮(33)与肩部螺杆(31)通过紧定螺钉相连，摇动手轮肩关节上端杆(8)会相对远端连杆(7)进行前后移动，以此来调节尺寸适应不同患者的需求。
7.根据权利要求6所述的上肢外骨骼康复结构，其中，肘关节调节模块中的左滑块(39)和右滑块(40)与Y型杆(10)通过螺钉相连，左滑块(39)和右滑块(40)可以在肘关节上端杆(14)的直槽口中滑动，螺杆固定板(38)与肘关节上端杆(14)固定连接，螺杆固定板(38)上设置有螺杆锁止环(37)，肘部螺杆(36)与螺杆锁止环(37)形成转动副并与右滑块(40)通过螺纹相连，转动肘部螺杆(36)，肘关节上端杆(14)与Y型杆(10)产生相对上下移动，以此来调节尺寸适应不同患者的需求。
8.根据权利要求1-7中任一所述的上肢外骨骼康复结构，其中，肩关节外展模块和肩关节屈伸模块的转动中心轴线重合于一点。
9.根据权利要求1-7中任一所述的上肢外骨骼康复结构，其中，还包括C型环和小C型环，小C型环通过螺钉连接分别通过螺钉与肘关节上端杆和肘关节下端杆连接，松紧绑带穿过C型环、小C型环的孔位，在康复运动过程中为患者提供支撑。
10.根据权利要求1-7中任一所述的上肢外骨骼康复结构，其中，U型板(4)与近端连杆(5)之间的关节转动处、肩关节上端杆(8)与Y型杆(10)之间的关节转动处、肘关节上端杆(14)与肘关节下端杆(16)之间的关节转动处都配有增量式编码器(24)，每个编码器与编码器固定板(25)通过螺钉相连，多个六角铜柱(23)一端与编码器固定板(25)通过螺钉相连，另一端通过螺纹分别固定在肘关节上端杆(14)、Y型杆(10)和U型板(4)之上,刚性联轴器(26)一端与关节输出轴(42)连接，另一端通过编码器连接轴(41)与编码器相连，关节输出轴(42)通过螺纹分别与近端连杆(5)、肩关节上端杆(8)和肘关节下端杆(16)相连,近端连杆(5)相对U型板(4)转动时，肘关节下端杆(16)相对肘关节上端杆(14)转动时，刚性联轴器(26)通过关节输出轴(42)带动编码器连接轴(41)转动，从而编码器(24)产生计数脉冲,而Y型杆(10)相对肩关节上端杆(8)转动时，编码器连接轴(41)相对肩关节上端杆(8)固定，编码器(24)通过固定在Y型杆(10)上相对编码器连接轴(41)产生转动，从而编码器(24)产生计数脉冲。
11.根据权利要求1-7中任一所述的上肢外骨骼康复结构，其中，背部框架中的髋关节右固定板、髋关节左固定板、背部支撑板、U型板、背部连接块、L型连接板的材料为航空铝合金、碳纤维、工程塑料之一。
12.根据权利要求9所述的上肢外骨骼康复结构，其中，外骨骼康复结构适用于左右双臂。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310543437.9A CN116350475A (zh) | 2023-05-15 | 2023-05-15 | 一种气动人工肌肉驱动的上肢康复外骨骼结构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310543437.9A CN116350475A (zh) | 2023-05-15 | 2023-05-15 | 一种气动人工肌肉驱动的上肢康复外骨骼结构 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116350475A true CN116350475A (zh) | 2023-06-30 |
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ID=86922991
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310543437.9A Pending CN116350475A (zh) | 2023-05-15 | 2023-05-15 | 一种气动人工肌肉驱动的上肢康复外骨骼结构 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN116350475A (zh) |
-
2023
- 2023-05-15 CN CN202310543437.9A patent/CN116350475A/zh active Pending
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