CN203244559U - 一种三自由度混联上肢康复机器人 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种三自由度混联上肢康复机器人，属于医疗康复设备技术领域。本实用新型由一个并联机构和一个串联转动副叠加而成，所述并联机构是由动平台(7)通过支链AB(3)、支链CD(5)、支链EF(6)连接静平台（4）所组成，本实用新型实现绕X、Y、Z轴的姿态转动，可根据患者的病情来设置不同的驱动，有选择地实现腕部关节或者小臂的康复训练，进而达到不同的康复训练效果。本实用新型解决了现有的肢体康复机器人形式单一，占用空间大，支链长，重量大，需要较大的驱动力问题。
Description
技术领域
本发明属于医疗康复设备技术领域，可模拟再现腕关节和前臂的实际康复运动，能够实现脑卒中及类似病症患者腕关节和前臂的康复训练功能。
背景技术
脑卒中（也称脑中风）是严重威胁中老年人身体健康的疾病，随着我国逐渐进入老龄化社会，发病率有逐年上升的趋势。这种疾病引发了患者肢体运动功能的丧失及相关并发症。尤其是上肢运动功能的丧失，极大地影响了患者日常生活的能力。临床上对偏瘫患者的康复方法很大程度依赖于治疗医师对患者一对一的物理治疗，这样的方法是一种劳力集中的过程，不仅费时费力，也缺乏量化且客观的评价。机器人技术的发展及其与临床康复医学的结合为康复机器人研究提供了一个很好的契机，利用机器人及其相关技术对训练过程进行客观的监测与评价， 提高偏瘫康复训练的针对性及科学性，同时将治疗医师从繁重的体力劳动中解脱出来，为患者制定更好的康复方案，进一步提高康复的效率。
作为康复患者的一种治疗工具, 康复机器人应该提供多样的、有效的运动模式。从临床康复医学的经验出发，机器人的运动模式应适用于不同病情和不同恢复期的患者，并有助于恢复患者日常活动功能，这对保持患者对正确运动的感觉及增强患者自信心都具有相当重要的作用。当前的上肢康复机器人形式较为单一，都以串联居多，中国专利200710168725.1公开的一种穿戴式手功能机器人及控制系统，结构复杂，占用空间大，支链长，重量大，需要较大的驱动力来驱动。这样就导致机器人运动不够平稳，很难达到预期的康复效果，甚至会对病人的病情产生不良影响。
本发明提出的混联式空间三自由度康复机器人可以实现前臂的内旋/外旋，以及腕部的伸直/弯曲，上旋/下旋这三个动作。相比于传统的串联式康复机器人，该混联式康复机器人结构简单，相对刚度大，末端精度高，运行平稳，易于控制，更有助于病人达到前臂与腕关节的康复训练效果。
发明内容
本发明提供了一种基于混联机构的上肢康复机器人，能够有效的解决现有康复机械的不足，简单方便地达到预期的运动效果，很好地结合病人的实际情况，实现有效的前臂与腕关节的康复训练。
本发明是通过以下技术方案实现的：设计一种适用于前臂和腕关节康复训练的混联式三自由度康复机器人，它能实现绕X、Y、Z轴的姿态转动,可以帮助患者得到很好的腕关节和前臂训练。
一种三自由度混联上肢康复机器人由一个并联机构和一个串联转动副叠加而成，所述并联机构是由动平台通过支链AB、支链CD、支链EF连接静平台所组成，所述支链AB为两根连杆通过移动副一连接组成，支链AB的底端通过移动副一连接在静平台上，支链AB的顶端通过球副一连接在动平台上；支链EF为两根连杆通过移动副三连接组成，支链EF的底端通过转动副三连接在静平台上，支链EF的顶端通过球副三连接在动平台上，支链CD的底端通过转动副三联接在静平台上，支链CD的顶端通过球副二联接在动平台上；所述串联转动副为动平台上通过转动副串联转动平台；所述静平台、动平台和转动平台为圆环状，动平台和转动平台的轴线处于同一直线。球副一、球副二和球副三互呈120°分布（ACE呈正三角形）在动平台上，转动副一、转动副二和转动副三互呈120°分布（BDF呈正三角形）在静平台上，且转动副一、转动副二和转动副三轴线互呈60°夹角，转动平台通过R副联接在动平台上，回转轴线和动平台的轴线重合，电机垂直固定在动平台上，小齿轮内齿圈固定在电机输出轴上，外齿圈和固定在转动平台的大齿轮进行啮合，手柄固定在转动平台上面，跟支链CD相对布置。
本发明的有益效果是：该混联三自由度机器人占用空间小，结构简单，相对刚度大，末端精度高，易于控制，成本低廉，可以很好地实现绕X、Y、Z轴的姿态转动，而且便于驱动，运动效果好，可根据患者的病情来设置不同的驱动，达到不同的康复训练效果。
附图说明
图1 一种三自由度混联上肢康复机器人机构示意图。
图2 一种三自由度混联上肢康复机器人机构俯视图。
图3 一种三自由度混联上肢康复机器人机构左视图。
图中，1、手柄；2、转动平台；3、支链AB；4、静平台；5、支链CD；6、支链EF；7、动平台；8、大齿轮；9、小齿轮；10、电机。
具体实施方式
动平台7通过三个支链即由支链AB3、支链CD(5)、支链EF(6)和静平台(4)连接。其中支链AB(3)由转动副一、移动副一、球副一组成，支链EF(6)由转动副三、移动副三、球副三组成，其中转动副一、移动副三分别联接在静平台(4)上，中间放置移动副一、移动副三，球副一、球副三分别联接在动平台(7)上，而支链CD(5)则由转动副二、球副二组成，转动副二联接在静平台(4)上，球副二联接在动平台(7)上，且球副一、球副二和球副三互呈120°分布（ACE呈正三角形）在动平台(7)上，转动副一、转动副二和转动副三互呈120°分布（BDF呈正三角形）在静平台(4)上，且转动副一、转动副二和转动副三轴线互呈60°夹角，转动平台(2)通过转动副联接在动平台(7)上，回转轴线和动平台(7)的轴线重合，电机(10)垂直固定在动平台(7)上，小齿轮(9)内齿圈固定在电机输出轴上，外齿圈和固定在转动平台(2)的大齿轮(8)进行啮合，手柄(1)固定在转动平台(2)上面，跟支链CD（5）相对布置。手臂伸入时，手握着固结于转动平台(2)上面的手柄(1)，通过驱动移动副一、移动副二的配合，动平台(7)可以实现绕X、Y轴的转动，进而实现腕部关节绕着X、Y轴二维转动，通过电机(10)驱动转动平台(2)相对于动平台(7)的转动可以实现转动平台(2)绕Z轴的转动，从而实现小臂的转动。
本发明采用混联式机构，相对刚度大，末端精度高，占用空间小，结构简单，病人不需要克服过多机构的负重，而且易于控制，可以根据病人的腕关节和小臂的不同情况来调节驱动，进而实现手部腕关节或者是小臂的的运动控制，以实现预期的康复效果；还需要说明的是，本发明也可应用于脚踝关节的康复训练中，实现脚踝关节的绕X、Y轴的二维转动，配合病人达到相应的康复治疗效果。
Claims (3)
1.一种三自由度混联上肢康复机器人，其特征是：由一个并联机构和一个串联转动副叠加而成，所述并联机构是由动平台(7)通过支链AB(3)、支链CD(5)、支链EF(6)连接静平台(4)所组成，所述支链AB(3)为两根连杆通过移动副一连接组成，支链AB(3)的底端通过转动副一连接在静平台(4)上，支链AB(3)的顶端通过球副一连接在动平台(7)上；支链EF(6) 为两根连杆通过移动副三连接组成，支链EF(6)的底端通过移动副三连接在静平台(4)上，支链EF(6)的顶端通过球副三连接在动平台(7)上，支链CD(5)的底端通过转动副二联接在静平台(4)上，支链CD(5)的顶端通过球副二联接在动平台(7)上；所述串联转动副为动平台(7)上通过转动副串联转动平台(2)；所述静平台（4）、动平台(7)和转动平台(2)为圆环状，动平台(7)和转动平台(2)的轴线处于同一直线；所述转动平台(2)上设有手柄(1)。
2.根据权利要求1所述的一种三自由度混联上肢康复机器人，其特征是：所述支链AB(3)、支链CD(5)和支链EF(6)的顶端连接在动平台(7)上的球副一、球副二和球副三沿圆周互呈120°均匀分布，所述支链AB(3)、支链CD(5)和支链EF(6)的底端连接在静平台(4)上的转动副一、转动副二和转动副三沿圆周互呈120°均匀分布，且转动副一、转动副二和转动副三的轴线互呈60°夹角。
3.根据权利要求1所述的一种三自由度混联上肢康复机器人，其特征是：还包括电机(10)和小齿轮(9)，所述转动平台(2)外圆设有外齿，电机(10)垂直固定在动平台(7)上，小齿轮(9)的内齿圈固定在电机(10)的输出轴上，小齿轮(9)的外齿圈和转动平台(2)的外齿啮合。
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