CN116650283A - 一种臂腕混合式上肢康复机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及康复辅助训练机械领域，具体为一种臂腕混合式上肢康复机器人。平面运动模块通过运动平台底部的上连接耳与翻转运动模块的电动推杆连接，平面运动模块的一侧底部通过轴承座与翻转运动模块上配套的旋转轴、第五轴承、第八轴承铰接，电动推杆升降驱动平面运动模块绕旋转轴摆动，完成肘关节屈曲/伸展；外骨骼腕部模块通过腕关节基座安装于平面运动模块的末端执行器上，用于手掌握住的握柄安装于外骨骼腕部模块的内外旋构件上，通过外骨骼腕部模块使腕关节完成内旋/外旋、掌屈/背屈、挠偏/尺偏，末端执行器具有2自由度，通过与外骨骼腕部模块的配合同时对患者整个上肢进行康复训练，实现多样的康复动作，满足不同患者的康复需求。

Description

一种臂腕混合式上肢康复机器人

技术领域

本发明涉及康复辅助训练机械领域，具体为一种臂腕混合式上肢康复机器人。

背景技术

随着年龄的增长，肢体各方面机能开始明显下降，身体的灵活性不断降低。此外，许多疼痛和意外伤害会损伤人体关节和肌肉组织，很多患者需要借助手术进行治疗。医学研究表明，术后科学的康复训练有利于肢体损伤患者运动功能的恢复。然而，现阶段专业的护理人员十分缺乏。一方面，护理人员需要为多名术后患者进行康复训练，因此花在同一患者身上的时间十分有限。另一方面，护理人员很容易因为重复的康复操作产生疲劳，影响康复效果。康复机器人可以长时间准确地重复预设运动轨迹，并在辅助训练的过程中不需要医师和护理人员的过多参与。因此，使用机器人进行康复辅助训练可以有效地解决人工辅助训练过程中存在的诸多问题。

当前，康复机器人主要分为两类，即末端牵引式康复机器人和外骨骼式康复机器人。其中，由于外骨骼式康复机器人因其具有结构简单、灵活性高、易于控制等优点而备受青睐。然而，市面上多数末端牵引式上肢康复机器人仅能进行肩部及肘部的康复动作训练，无法结合人体腕部关节进行更加丰富高效的动作训练。并且，由于缺乏腕部组件，腕关节无法在上肢康复训练过程中进行合理的调整，这会导致人体腕关节出现不同程度的损伤。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种臂腕混合式上肢康复机器人，通过添加外骨骼腕部模块，使其能够进行更加丰富有效的康复训练，并且由于外骨骼腕部模块的添加，在进行康复训练过程中腕关节可以进行动态调节，避免了腕关节损伤情况的发生。

本发明的技术方案是：

一种臂腕混合式上肢康复机器人，由平面运动模块、翻转运动模块、外骨骼腕部模块三部分组成，平面运动模块通过运动平台底部的上连接耳与翻转运动模块的电动推杆连接，平面运动模块的一侧底部通过轴承座与翻转运动模块上配套的旋转轴、第五轴承、第八轴承铰接，电动推杆升降驱动平面运动模块绕旋转轴摆动，完成肘关节屈曲/伸展；外骨骼腕部模块通过腕关节基座安装于平面运动模块的末端执行器上，用于手掌握住的握柄安装于外骨骼腕部模块的内外旋构件上，通过外骨骼腕部模块使腕关节完成内旋/外旋、掌屈/背屈、挠偏/尺偏，末端执行器具有2自由度，且与外骨骼腕部模块配合。

所述的臂腕混合式上肢康复机器人，平面运动模块中，运动平台为方型框架结构，运动平台的右边框顶部安装第一滑杆，运动平台的左边框顶部相对平行安装第三滑杆、第一滚珠丝杠，第一连杆垂直于第一滑杆、第三滑杆、第一滚珠丝杠，第一连杆的一端套设于第一滑杆、且通过第三垫圈与第一滑杆呈滑动配合，第一连杆的另一端套设于第三滑杆、第一滚珠丝杠，且通过第一垫圈与第三滑杆呈滑动配合、通过第一丝杠连接件与第一滚珠丝杠呈螺纹传动连接，第一连杆上套设第一滑块、且通过第五垫圈与第一滑块呈滑动配合，第一滑块的顶部安装末端执行器；其中，第一连杆通过第一垫圈和第三垫圈实现与运动平台的连接，通过第一丝杠连接件实现与第一滚珠丝杠的连接，通过第五垫圈实现与末端执行器上第二滑块的连接。

所述的臂腕混合式上肢康复机器人，运动平台的后边框顶部安装第二滑杆，运动平台的前边框顶部相对平行安装第四滑杆、第二滚珠丝杠，第二连杆垂直于第二滑杆、第四滑杆、第二滚珠丝杠，第二连杆的一端套设于第二滑杆、且通过第四垫圈与第二滑杆呈滑动配合，第二连杆的另一端套设于第四滑杆、第二滚珠丝杠，且通过第二垫圈与第四滑杆呈滑动配合、通过第二丝杠连接件与第二滚珠丝杠呈螺纹传动连接，第二连杆上套设第二滑块、且通过第六垫圈与第二滑块呈滑动配合，第二滑块、第一滑块上下设置并连接；其中，第二连杆通过第二垫圈和第四垫圈实现与运动平台的连接，通过第二丝杠连接件实现与第二滚珠丝杠的连接，通过第六垫圈实现与末端执行器上第一滑块的连接。

所述的臂腕混合式上肢康复机器人，运动平台的后边框外侧设置第一伺服电机，第一伺服电机通过螺栓与运动平台固连，并通过第一联轴器与第一滚珠丝杠的一端连接，第一滚珠丝杠的两端与运动平台分别通过第一轴承和第二轴承连接，通过第一伺服电机驱动第一滚珠丝杠转动，并进一步通过第二连杆带动末端执行器前后移动。

所述的臂腕混合式上肢康复机器人，运动平台的右边框外侧设置第二伺服电机，第二伺服电机通过螺栓与运动平台固连，并通过第二联轴器与第二滚珠丝杠的一端连接，第二滚珠丝杠的两端与运动平台分别通过第三轴承和第四轴承连接，通过第二伺服电机驱动第二滚珠丝杠转动，并进一步通过第一连杆带动末端执行器左右移动。

所述的臂腕混合式上肢康复机器人，翻转运动模块包括：机架、电动推杆、旋转轴、第五轴承、第六轴承、第七轴承、第八轴承、下连接耳，具体结构如下：

机架为长方体型框架结构，机架底部框架中间连杆上设有下连接耳，电动推杆的下端与下连接耳铰接，电动推杆的上端与运动平台底部的上连接耳铰接，电动推杆分别通过螺栓实现与机架和运动平台的连接；旋转轴通过第六轴承、第七轴承安装于机架顶部框架的左边框上，旋转轴的两端与运动平台一侧底部轴承座分别通过第五轴承、第八轴承连接；电动推杆的上端为伸缩端，通过电动推杆的上端带动运动平台，沿旋转轴摆动；机架与运动平台通过旋转轴连接，机架与第六轴承、第七轴承进行固连，运动平台与第五轴承、第八轴承进行固连，旋转轴与第五轴承、第六轴承、第七轴承、第八轴承进行固连。

所述的臂腕混合式上肢康复机器人，外骨骼腕部模块包括：腕关节基座、手臂支撑、步进电机、第九轴承、挠尺偏构件、第一法兰盘、握柄、内外旋构件、第二法兰盘、第十轴承、第一移动槽、立板、圆盘、限位螺杆，具体结构如下：

手臂支撑通过螺栓与腕关节基座的上表面连接，腕关节基座的下表面与末端执行器的上表面相对应，外骨骼腕部模块通过腕关节基座与平面运动模块的末端执行器连接；腕关节基座上表面一侧相对平行一体设置立板，挠尺偏构件为凹型板状结构，挠尺偏构件的两个相对侧板端部分别位于立板内侧，挠尺偏构件的一个侧板通过螺栓与腕关节基座的一个立板连接；

圆盘设置于一个立板的外侧且通过螺栓与所述立板连接，步进电机的输出轴通过第九轴承与圆盘中心孔连接；挠尺偏构件的另一个侧板内侧设置第一法兰盘，第一法兰盘与挠尺偏构件、另一个立板通过螺钉固连，第一法兰盘中心轴与步进电机的输出轴连接，通过步进电机带动第一法兰盘、挠尺偏构件，实现挠尺偏构件的转动；

内外旋构件为凹型板状结构，内外旋构件的两个相对侧板之间安装握柄，内外旋构件的两个相对侧板上分别开设有腰圆形第一移动槽，握柄两端的限位螺杆插装于第一移动槽，握柄通过限位螺杆与第一移动槽呈滑动配合，内外旋构件的底板为圆盘形，其内侧通过螺钉安装第二法兰盘，第二法兰盘的中心轴穿过所述内外旋构件的底板，且与挠尺偏构件底板中心孔处安装的第十轴承连接，第二法兰盘的中心轴与第十轴承配合后，实现内外旋构件与挠尺偏构件的相对转动。

所述的臂腕混合式上肢康复机器人，将手掌固定于握柄，通过内外旋构件的旋转实现腕关节内旋/外旋康复训练；将握柄垂直于挠尺偏构件，并通过挠尺偏构件的旋转实现腕关节挠偏/尺偏康复训练；将握柄平行于挠尺偏构件，并通过挠尺偏构件的旋转实现腕关节掌屈/背屈康复训练。

所述的臂腕混合式上肢康复机器人，为了保证康复训练的安全性，内外旋构件与腕关节基座上的立板处设计有限位槽，其中：内外旋构件的圆盘形底板上开设有弧形第一限位槽，挠尺偏构件底板与第一限位槽对应面设有第一限位杆，通过第一限位槽限定第一限位杆的摆动范围，进一步限定内外旋构件的摆动角度；腕关节基座上的一个立板上开设有弧形第二限位槽，所述立板与第二限位槽对应面设有第二限位杆，通过第二限位槽限定第二限位杆的摆动范围，进一步限定挠尺偏构件的摆动角度。

所述的臂腕混合式上肢康复机器人，为了配合不同患者的手掌大小，外骨骼腕部模块分别在内外旋构件处和腕关节基座处设计移动槽，其中：内外旋构件的两个相对侧板上分别开设有第一移动槽，握柄两端的限位螺杆与相应的第一移动槽呈滑动配合，握柄通过限位螺杆在第一移动槽内滑动来调整握柄的位置后，将握柄固定于内外旋构件；腕关节基座上的第二移动槽为两个相对设置，手臂支撑与腕关节基座连接的螺栓分别穿设于第二移动槽，通过螺栓固定于第二移动槽的不同位置来调整手臂支撑的位置。

本发明的设计思想是：

a现有技术的主要缺点：

缺点一：现有末端牵引式上肢康复机器人仅能针对人体上肢肩肘关节进行康复训练，上肢康复训练动作存在局限性。

缺点二：在进行上肢康复训练动作时，现有末端牵引式上肢康复机器人由于腕部固定无法自适应调节，训练过程中会对腕关节造成损伤。

b本发明的改进：

改进一：本发明提供了一种臂腕混合式上肢康复机器人，相较于传统末端牵引式上肢康复机器人添加了外骨骼腕部模块，通过末端牵引式手臂模块和外骨骼腕部模块的协调配合，能够满足患者更多种类的康复训练需求。

改进二：本发明提供了一种添加外骨骼腕部模块的末端牵引式上肢康复机器人，使其能够在进行上肢康复训练动作时对人体腕关节进行实时调节，防止人体腕关节受到伤害。

c腕关节损伤出现的原因：

由于传统末端牵引式上肢康复机器人主要通过让患者手掌握住末端执行器上直接安装的握柄来完成人机的连接，并且由于握柄固定于末端执行器上且没有被动自由度，所以当进行需要进行手臂抬举等康复训练动作时，手腕无法根据手臂抬举高度进行适当的角度调整，当手臂抬举过高时，腕关节会出现拉伤。

d本发明创新点之间的协同作用机理：

1.在末端牵引式上肢康复机器人末端执行器处添加外骨骼腕部模块，外骨骼腕部模块能够使腕关节完成最基础的内旋/外旋、掌屈/背屈、挠偏/尺偏。并且通过将末端牵引式上肢康复机器人与外骨骼腕部模块结合，可以同时进行针对肩肘关节和腕关节的复合上肢康复训练，提高康复训练效果。

2.通过添加外骨骼腕部模块，能够使上肢康复机器人在进行康复训练时对患者腕关节进行自适应调节，保证腕关节在康复训练过程中不会出现损伤。

3.为防止外骨骼腕部模块过重而对康复机器人造成影响，本发明对腕部模块进行了改进，使其仅具有2自由度但却能分别进行腕部3自由度的康复训练。

本发明的优点及有益效果是：

1、本发明能够通过末端牵引式手臂模块完成人体康复训练中肩部的内旋/外旋、屈曲/伸展、外展/内收，以及肘部的屈曲/伸展，通过外骨骼腕部模块完成人体康复训练中腕部的内旋/外旋、掌屈/背屈、挠偏/尺偏。通过两组模块的协调配合，使患者能够进行更加丰富有效的康复训练，提高康复训练效果。

2、本发明通过增添外骨骼腕部模块，使上肢康复机器人在进行康复训练时对人体腕部进行动态调整，防止腕关节损伤。

3、本发明对外骨骼腕部模块进行了优化，使其能够凭借2个自由度就能完成腕关节三自由度的康复训练。

附图说明：

图1为本发明的臂腕混合式上肢康复机器人结构图。

图2为本发明的平面运动模块结构图。

图3为本发明的平面运动模块垫圈位置图。

图4为本发明的平面运动模块轴承位置图。其中，(a)图为第一轴承的位置，(b)图为第三轴承的位置，(c)为第二、四轴承的位置。

图5为本发明的翻转运动模块结构图。

图6为本发明的翻转运动模块轴承位置图。

图7为本发明外骨骼腕部模块结构图。

图8为采用本发明外骨骼腕部模块移动槽和限位槽位置示意图。

图9为采用本发明外骨骼腕部模块内外旋康复训练示意图。

图10为采用本发明外骨骼腕部模块挠尺偏康复训练示意图。

图11为采用本发明外骨骼腕部模块掌背屈康复训练示意图。

图中，附图标记名称如下：

1平面运动模块；101运动平台；102第一伺服电机；103第一联轴器；104第一轴承；105第一滚珠丝杠；106第一丝杠连接件；107第一垫圈；108第二轴承；109第二伺服电机；110第二联轴器；111第三轴承；112第二滚珠丝杠；113第二丝杠连接件；114第二垫圈；115第四轴承；116第一连杆；117第二连杆；118第三垫圈；119第四垫圈；120末端执行器；121第五垫圈；122第六垫圈；123上连接耳；124轴承座；125第一滑杆；126第二滑杆；127第三滑杆；128第四滑杆；129第一滑块；130第二滑块。

2翻转运动模块；201机架；202电动推杆；203旋转轴；204第五轴承；205第六轴承；206第七轴承；207第八轴承；208下连接耳。

3外骨骼腕部模块；301腕关节基座；302手臂支撑；303步进电机；304第九轴承；305挠尺偏构件；306第一法兰盘；307握柄；308内外旋构件；309第二法兰盘；310第十轴承；311第一移动槽；312立板；313圆盘；314限位螺杆；315第二移动槽；316第一限位槽；317第二限位槽；318第一限位杆；319第二限位杆。

具体实施方式：

如图1-图8所示，本发明提出一种臂腕混合式上肢康复机器人，由平面运动模块1、翻转运动模块2、外骨骼腕部模块3三部分组成，平面运动模块1的中部通过运动平台101底部的上连接耳123与翻转运动模块2的电动推杆202连接，平面运动模块1的一侧底部通过轴承座124与翻转运动模块2上配套的旋转轴203、第五轴承204、第八轴承207铰接，电动推杆202升降驱动平面运动模块1绕旋转轴203摆动；外骨骼腕部模块3通过腕关节基座301安装于平面运动模块1的末端执行器120上，用于手掌握住的握柄307安装于外骨骼腕部模块3的内外旋构件308上，通过外骨骼腕部模块3使腕关节完成最基础的内旋/外旋、掌屈/背屈、挠偏/尺偏，末端执行器120具有2自由度动作，通过外骨骼腕部模块的配合对患者腕关节进行自适应调节，使机器人进行腕部3自由度的康复训练。另外，通过与外骨骼腕部模块的配合同时对患者整个上肢进行康复训练，实现多样的康复动作，满足不同患者的康复需求。

1.平面运动模块

如图2-图4所示，平面运动模块1包括：运动平台101、第一伺服电机102、第一联轴器103、第一轴承104、第一滚珠丝杠105、第一丝杠连接件106、第一垫圈107、第二轴承108、第二伺服电机109、第二联轴器110、第三轴承111、第二滚珠丝杠112、第二丝杠连接件113、第二垫圈114、第四轴承115、第一连杆116、第二连杆117、第三垫圈118、第四垫圈119、末端执行器120、第五垫圈121、第六垫圈122、上连接耳123、轴承座124、第一滑杆125、第二滑杆126、第三滑杆127、第四滑杆128、第一滑块129、第二滑块130，具体结构如下：

运动平台101为方型框架结构，运动平台101的右边框顶部安装第一滑杆125，运动平台101的左边框顶部相对平行安装第三滑杆127、第一滚珠丝杠105，第一连杆116垂直于第一滑杆125、第三滑杆127、第一滚珠丝杠105，第一连杆116的一端套设于第一滑杆125、且通过第三垫圈118与第一滑杆125呈滑动配合，第一连杆116的另一端套设于第三滑杆127、第一滚珠丝杠105，且通过第一垫圈107与第三滑杆127呈滑动配合、通过第一丝杠连接件106与第一滚珠丝杠105呈螺纹传动连接，第一连杆116上套设第一滑块129、且通过第五垫圈121与第一滑块129呈滑动配合，第一滑块129的顶部安装平板状末端执行器120；其中，第一连杆116通过第一垫圈107和第三垫圈118实现与运动平台101的连接，通过第一丝杠连接件106实现与第一滚珠丝杠105的连接，通过第五垫圈121实现与末端执行器120上第二滑块130的连接。

运动平台101的后边框顶部安装第二滑杆126，运动平台101的前边框顶部相对平行安装第四滑杆128、第二滚珠丝杠112，第二连杆117垂直于第二滑杆126、第四滑杆128、第二滚珠丝杠112，第二连杆117的一端套设于第二滑杆126、且通过第四垫圈119与第二滑杆126呈滑动配合，第二连杆117的另一端套设于第四滑杆128、第二滚珠丝杠112，且通过第二垫圈114与第四滑杆128呈滑动配合、通过第二丝杠连接件113与第二滚珠丝杠112呈螺纹传动连接，第二连杆117上套设第二滑块130、且通过第六垫圈122与第二滑块130呈滑动配合，第二滑块130、第一滑块129上下设置并连接；其中，第二连杆117通过第二垫圈114和第四垫圈119实现与运动平台101的连接，通过第二丝杠连接件113实现与第二滚珠丝杠112的连接，通过第六垫圈122实现与末端执行器120上第一滑块129的连接。

运动平台101的后边框外侧设置第一伺服电机102，第一伺服电机102通过螺栓与运动平台101固连，并通过第一联轴器103与第一滚珠丝杠105的一端连接，第一滚珠丝杠105的两端与运动平台101分别通过第一轴承104和第二轴承108连接，通过第一伺服电机102驱动第一滚珠丝杠105转动，并进一步通过第二连杆117带动末端执行器120前后移动。

运动平台101的右边框外侧设置第二伺服电机109，第二伺服电机109通过螺栓与运动平台101固连，并通过第二联轴器110与第二滚珠丝杠112的一端连接，第二滚珠丝杠112的两端与运动平台101分别通过第三轴承111和第四轴承115连接，通过第二伺服电机109驱动第二滚珠丝杠112转动，并进一步通过第一连杆116带动末端执行器120左右移动。

平面运动模块1工作原理为：首先，患者将手固定于末端执行器120上，伺服电机通过联轴器驱动滚珠丝杠使连杆进行移动；其次，连杆带动末端执行器120进行移动；最后，患者手臂在末端执行器120的牵引下完成康复训练。

2.翻转运动模块

如图5-图6所示，翻转运动模块2包括：机架201、电动推杆202、旋转轴203、第五轴承204、第六轴承205、第七轴承206、第八轴承207、下连接耳208，具体结构如下：

机架201为长方体型框架结构，机架201底部框架中间连杆上设有下连接耳208，电动推杆202的下端与下连接耳208铰接，电动推杆202的上端与运动平台101底部的上连接耳123铰接，电动推杆202分别通过螺栓实现与机架201和运动平台101的连接；旋转轴203通过第六轴承205、第七轴承206安装于机架201顶部框架的左边框上，旋转轴203的两端与运动平台101一侧底部轴承座124分别通过第五轴承204、第八轴承207连接；电动推杆202的上端为伸缩端，通过电动推杆202的上端带动运动平台101，沿旋转轴203摆动。

机架201与运动平台101的连接主要是通过旋转轴203来完成的，机架201与第六轴承205、第七轴承206进行固连，运动平台101与第五轴承204、第八轴承207进行固连，旋转轴203与第五轴承204、第六轴承205、第七轴承206、第八轴承207进行固连。

翻转运动模块2的工作原理为：通过改变电动推杆202的伸长量，使运动平台101绕旋转轴203实现角度翻转，实现康复训练目的。

3.外骨骼腕部模块

如图7-图8所示，外骨骼腕部模块3包括：腕关节基座301、手臂支撑302、步进电机303、第九轴承304、挠尺偏构件305、第一法兰盘306、握柄307、内外旋构件308、第二法兰盘309、第十轴承310、第一移动槽311、立板312、圆盘313、限位螺杆314，具体结构如下：

手臂支撑302通过螺栓与腕关节基座301的上表面连接，腕关节基座301的下表面与末端执行器120的上表面相对应，外骨骼腕部模块3通过腕关节基座301与平面运动模块1的末端执行器120连接。腕关节基座301上表面一侧相对平行一体设置立板312，挠尺偏构件305为凹型板状结构，挠尺偏构件305的两个相对侧板端部分别位于立板312内侧，挠尺偏构件305的一个侧板通过螺栓与腕关节基座301的一个立板312连接。

圆盘313设置于一个立板312的外侧且通过螺栓与所述立板312连接，步进电机303的输出轴通过第九轴承304与圆盘313中心孔连接。挠尺偏构件305的另一个侧板内侧设置第一法兰盘306，第一法兰盘306与挠尺偏构件305、另一个立板312通过螺钉固连，第一法兰盘306中心轴与步进电机303的输出轴连接，通过步进电机303带动第一法兰盘306、挠尺偏构件305，实现挠尺偏构件305的转动。

内外旋构件308为凹型板状结构，内外旋构件308的两个相对侧板之间安装握柄307，内外旋构件308的两个相对侧板上分别开设有腰圆形第一移动槽311，握柄307两端的限位螺杆314插装于第一移动槽311，握柄307通过限位螺杆314与第一移动槽311呈滑动配合，内外旋构件308的底板为圆盘形，其内侧通过螺钉安装第二法兰盘309，第二法兰盘309的中心轴穿过所述内外旋构件308的底板，且与挠尺偏构件305底板中心孔处安装的第十轴承310连接，第二法兰盘309的中心轴与第十轴承310配合后，实现内外旋构件308与挠尺偏构件305的相对转动。

外骨骼腕部模块3的工作原理为：将手掌固定于握柄307，通过内外旋构件308的旋转实现腕关节内旋/外旋康复训练；将握柄307垂直于挠尺偏构件305，并通过挠尺偏构件305的旋转实现腕关节挠偏/尺偏康复训练；将握柄307平行于挠尺偏构件305，并通过挠尺偏构件305的旋转实现腕关节掌屈/背屈康复训练。

如图8所示，为了保证康复训练的安全性，内外旋构件308与腕关节基座301上的立板312处设计有限位槽，其中：内外旋构件308的圆盘形底板上开设有弧形第一限位槽316，挠尺偏构件305底板与第一限位槽316对应面设有第一限位杆318，通过第一限位槽316限定第一限位杆318的摆动范围，进一步限定内外旋构件308的摆动角度；腕关节基座301上的一个立板312上开设有弧形第二限位槽317，所述立板312与第二限位槽317对应面设有第二限位杆319，通过第二限位槽317限定第二限位杆319的摆动范围，进一步限定挠尺偏构件305的摆动角度。

为了配合不同患者的手掌大小，外骨骼腕部模块3分别在内外旋构件308处和腕关节基座301处设计移动槽，其中：内外旋构件308的两个相对侧板上分别开设有第一移动槽311，握柄307两端的限位螺杆314与相应的第一移动槽311呈滑动配合，握柄307通过限位螺杆314在第一移动槽311内滑动来调整握柄307的位置并通过螺母固定后，将握柄307固定于内外旋构件308；腕关节基座301上的第二移动槽315为两个相对设置，手臂支撑302与腕关节基座301连接的螺栓分别穿设于第二移动槽315，通过螺栓固定于第二移动槽315的不同位置来调整手臂支撑302的位置。

如图9所示，外骨骼腕部模块内外旋康复训练过程如下：脑卒中患者手掌紧握握柄307，并通过内外旋构件308的旋转来实现人体腕关节的内外旋康复训练。

如图10所示，外骨骼腕部模块挠尺偏康复训练过程如下：利用内外旋构件308使握柄307垂直于腕关节基座301，脑卒中患者手掌紧握握柄307，通过挠尺偏构件305的摆动来实现人体腕关节的挠尺偏康复训练。

如图11所示，外骨骼腕部模块掌背屈康复训练过程如下：利用内外旋构件308使握柄307平行于腕关节基座301，脑卒中患者手掌紧握握柄307，通过挠尺偏构件305的摆动来实现人体腕关节的掌背屈康复训练。

实施结果表明，相对于传统末端牵引式上肢康复机器人，本发明添加了外骨骼腕部模块，通过外骨骼腕部模块的配合可以使机器人完成更加多样的康复训练动作，并且避免了康复训练过程中腕关节损伤情况的发生。

Claims (10)

1.一种臂腕混合式上肢康复机器人，其特征在于，由平面运动模块、翻转运动模块、外骨骼腕部模块三部分组成，平面运动模块通过运动平台底部的上连接耳与翻转运动模块的电动推杆连接，平面运动模块的一侧底部通过轴承座与翻转运动模块上配套的旋转轴、第五轴承、第八轴承铰接，电动推杆升降驱动平面运动模块绕旋转轴摆动，完成肘关节屈曲/伸展；外骨骼腕部模块通过腕关节基座安装于平面运动模块的末端执行器上，用于手掌握住的握柄安装于外骨骼腕部模块的内外旋构件上，通过外骨骼腕部模块使腕关节完成内旋/外旋、掌屈/背屈、挠偏/尺偏，末端执行器具有2自由度，且与外骨骼腕部模块配合。

2.按照权利要求1所述的臂腕混合式上肢康复机器人，其特征在于，平面运动模块中，运动平台为方型框架结构，运动平台的右边框顶部安装第一滑杆，运动平台的左边框顶部相对平行安装第三滑杆、第一滚珠丝杠，第一连杆垂直于第一滑杆、第三滑杆、第一滚珠丝杠，第一连杆的一端套设于第一滑杆、且通过第三垫圈与第一滑杆呈滑动配合，第一连杆的另一端套设于第三滑杆、第一滚珠丝杠，且通过第一垫圈与第三滑杆呈滑动配合、通过第一丝杠连接件与第一滚珠丝杠呈螺纹传动连接，第一连杆上套设第一滑块、且通过第五垫圈与第一滑块呈滑动配合，第一滑块的顶部安装末端执行器；其中，第一连杆通过第一垫圈和第三垫圈实现与运动平台的连接，通过第一丝杠连接件实现与第一滚珠丝杠的连接，通过第五垫圈实现与末端执行器上第二滑块的连接。

3.按照权利要求2所述的臂腕混合式上肢康复机器人，其特征在于，运动平台的后边框顶部安装第二滑杆，运动平台的前边框顶部相对平行安装第四滑杆、第二滚珠丝杠，第二连杆垂直于第二滑杆、第四滑杆、第二滚珠丝杠，第二连杆的一端套设于第二滑杆、且通过第四垫圈与第二滑杆呈滑动配合，第二连杆的另一端套设于第四滑杆、第二滚珠丝杠，且通过第二垫圈与第四滑杆呈滑动配合、通过第二丝杠连接件与第二滚珠丝杠呈螺纹传动连接，第二连杆上套设第二滑块、且通过第六垫圈与第二滑块呈滑动配合，第二滑块、第一滑块上下设置并连接；其中，第二连杆通过第二垫圈和第四垫圈实现与运动平台的连接，通过第二丝杠连接件实现与第二滚珠丝杠的连接，通过第六垫圈实现与末端执行器上第一滑块的连接。

4.按照权利要求2所述的臂腕混合式上肢康复机器人，其特征在于，运动平台的后边框外侧设置第一伺服电机，第一伺服电机通过螺栓与运动平台固连，并通过第一联轴器与第一滚珠丝杠的一端连接，第一滚珠丝杠的两端与运动平台分别通过第一轴承和第二轴承连接，通过第一伺服电机驱动第一滚珠丝杠转动，并进一步通过第二连杆带动末端执行器前后移动。

5.按照权利要求2所述的臂腕混合式上肢康复机器人，其特征在于，运动平台的右边框外侧设置第二伺服电机，第二伺服电机通过螺栓与运动平台固连，并通过第二联轴器与第二滚珠丝杠的一端连接，第二滚珠丝杠的两端与运动平台分别通过第三轴承和第四轴承连接，通过第二伺服电机驱动第二滚珠丝杠转动，并进一步通过第一连杆带动末端执行器左右移动。

6.按照权利要求1所述的臂腕混合式上肢康复机器人，其特征在于，翻转运动模块包括：机架、电动推杆、旋转轴、第五轴承、第六轴承、第七轴承、第八轴承、下连接耳，具体结构如下：

机架为长方体型框架结构，机架底部框架中间连杆上设有下连接耳，电动推杆的下端与下连接耳铰接，电动推杆的上端与运动平台底部的上连接耳铰接，电动推杆分别通过螺栓实现与机架和运动平台的连接；旋转轴通过第六轴承、第七轴承安装于机架顶部框架的左边框上，旋转轴的两端与运动平台一侧底部轴承座分别通过第五轴承、第八轴承连接；电动推杆的上端为伸缩端，通过电动推杆的上端带动运动平台，沿旋转轴摆动；机架与运动平台通过旋转轴连接，机架与第六轴承、第七轴承进行固连，运动平台与第五轴承、第八轴承进行固连，旋转轴与第五轴承、第六轴承、第七轴承、第八轴承进行固连。

7.按照权利要求1所述的臂腕混合式上肢康复机器人，其特征在于，外骨骼腕部模块包括：腕关节基座、手臂支撑、步进电机、第九轴承、挠尺偏构件、第一法兰盘、握柄、内外旋构件、第二法兰盘、第十轴承、第一移动槽、立板、圆盘、限位螺杆，具体结构如下：

手臂支撑通过螺栓与腕关节基座的上表面连接，腕关节基座的下表面与末端执行器的上表面相对应，外骨骼腕部模块通过腕关节基座与平面运动模块的末端执行器连接；腕关节基座上表面一侧相对平行一体设置立板，挠尺偏构件为凹型板状结构，挠尺偏构件的两个相对侧板端部分别位于立板内侧，挠尺偏构件的一个侧板通过螺栓与腕关节基座的一个立板连接；

圆盘设置于一个立板的外侧且通过螺栓与所述立板连接，步进电机的输出轴通过第九轴承与圆盘中心孔连接；挠尺偏构件的另一个侧板内侧设置第一法兰盘，第一法兰盘与挠尺偏构件、另一个立板通过螺钉固连，第一法兰盘中心轴与步进电机的输出轴连接，通过步进电机带动第一法兰盘、挠尺偏构件，实现挠尺偏构件的转动；

内外旋构件为凹型板状结构，内外旋构件的两个相对侧板之间安装握柄，内外旋构件的两个相对侧板上分别开设有腰圆形第一移动槽，握柄两端的限位螺杆插装于第一移动槽，握柄通过限位螺杆与第一移动槽呈滑动配合，内外旋构件的底板为圆盘形，其内侧通过螺钉安装第二法兰盘，第二法兰盘的中心轴穿过所述内外旋构件的底板，且与挠尺偏构件底板中心孔处安装的第十轴承连接，第二法兰盘的中心轴与第十轴承配合后，实现内外旋构件与挠尺偏构件的相对转动。

8.按照权利要求7所述的臂腕混合式上肢康复机器人，其特征在于，将手掌固定于握柄，通过内外旋构件的旋转实现腕关节内旋/外旋康复训练；将握柄垂直于挠尺偏构件，并通过挠尺偏构件的旋转实现腕关节挠偏/尺偏康复训练；将握柄平行于挠尺偏构件，并通过挠尺偏构件的旋转实现腕关节掌屈/背屈康复训练。

9.按照权利要求7所述的臂腕混合式上肢康复机器人，其特征在于，为了保证康复训练的安全性，内外旋构件与腕关节基座上的立板处设计有限位槽，其中：内外旋构件的圆盘形底板上开设有弧形第一限位槽，挠尺偏构件底板与第一限位槽对应面设有第一限位杆，通过第一限位槽限定第一限位杆的摆动范围，进一步限定内外旋构件的摆动角度；腕关节基座上的一个立板上开设有弧形第二限位槽，所述立板与第二限位槽对应面设有第二限位杆，通过第二限位槽限定第二限位杆的摆动范围，进一步限定挠尺偏构件的摆动角度。

10.按照权利要求7所述的臂腕混合式上肢康复机器人，其特征在于，为了配合不同患者的手掌大小，外骨骼腕部模块分别在内外旋构件处和腕关节基座处设计移动槽，其中：内外旋构件的两个相对侧板上分别开设有第一移动槽，握柄两端的限位螺杆与相应的第一移动槽呈滑动配合，握柄通过限位螺杆在第一移动槽内滑动来调整握柄的位置后，将握柄固定于内外旋构件；腕关节基座上的第二移动槽为两个相对设置，手臂支撑与腕关节基座连接的螺栓分别穿设于第二移动槽，通过螺栓固定于第二移动槽的不同位置来调整手臂支撑的位置。