CN206660075U - 一种上肢外骨骼康复机器人的臂长调节装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于医疗康复训练设备相关领域，具体公开了一种上肢外骨骼康复机器人的臂长调节装置，其包括上部左支架、上部右支架、下支架和设置在上下支架之间的蜗轮蜗杆组件，蜗轮蜗杆组件包括蜗轮、蜗杆和丝杆，蜗杆轴向固定在上部左、右支架之间，丝杆安装在上部左支架和下支架之间，蜗轮同轴安装在丝杆上方，上部右支架的右端还设置有摇杆组件与蜗杆右端相连，上部右支架和下支架之间还设置有光杆，丝杆和光杆均穿过设置在上下支架之间的水平连接板和下移动架，水平连接板和下移动架的一侧还固定安装有上下移动组件。本实用新型的臂长调节装置能够实现上肢外骨骼康复机器人的肩肘部分的臂长调节功能，适应不同患者的上肢尺寸，且调节步骤简单易行。

Description

一种上肢外骨骼康复机器人的臂长调节装置

技术领域

本实用新型属于医疗康复训练设备相关领域，更具体地，涉及一种上肢外骨骼康复机器人的臂长调节装置，其能根据臂长进行调节，且调节步骤简单易行。

背景技术

上肢外骨骼康复机器人用来辅助偏瘫患者进行相应的上肢活动，以促上肢运动，帮助进行康复训练。通过机器人可以解放康复医师繁重的劳动，从而显著提高康复训练的效率和效果。

每个进行康复训练的偏瘫患者上肢长度具有差异性，如果康复机器人具有可靠和方便的上肢长度调节装置，那么对患者使用时的舒适性以及康复效果都会有显著的提高。因此，上肢长度不可调节和调节不方便的上肢康复机器人显然不满足高效率和取得良好训练效果的要求。

目前存在的上肢外骨骼康复机器人要么没有臂长调节装置，无法差异化适应患者的上肢长度；要么臂长调节步骤繁琐，费时费力，而且很难将臂长调节到最舒适的位置。基于以上技术缺陷，本领域亟需对现有的上肢外骨骼康复机器人作出进一步的改进和设计，使其具备臂长调节功能，并且调节步骤简单易行，以满足偏瘫患者的在舒适性和康复效果方面的要求。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种上肢康复机器人的臂长调节装置，本实用新型的调节装置采用蜗轮蜗杆和丝杆串联的方式，将转动转化为机构的直线运动，不仅结构紧凑，还利用蜗轮蜗杆的自锁特性，使得臂长调节稳定可靠，机构臂长不会在患者训练的过程中改变，可适应不同上肢长度的偏瘫患者进行康复训练，根据臂长进行调节，并且调 节完后能够自锁，从而可靠的保证长度不再发生变化。本实用新型还具备结构体积小、调节效率高、安全可靠、适用范围广等优点，具有很大的发展空间及应用前景。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种上肢外骨骼康复机器人的臂长调节装置，其特征在于：其包括上部左支架、上部右支架、下支架和设置在上下支架之间的蜗轮蜗杆组件，

所述上部左支架和上部右支架安装在竖直的连接板两侧，所述蜗轮蜗杆组件包括蜗轮、蜗杆和丝杆，所述蜗杆两端分别固定在所述上部左支架和上部右支架上，该蜗杆可绕轴线旋转，所述丝杆安装在所述上部左支架右侧的凸台和下支架之间，该丝杆可以绕轴线旋转，所述蜗轮同轴安装在丝杆上方，和该丝杆同步转动，所述上部右支架的右端还设置有摇杆组件与蜗杆右端相连，

所述上部右支架右侧的凸台和下支架之间还设置有光杆，所述丝杆和光杆均穿过设置在上下支架之间的水平连接板和下移动架，所述水平连接板和下移动架可随丝杆的转动上下移动，所述水平连接板和下移动架的一侧还固定安装有上下移动组件。

进一步优选地，所述摇杆组件包括转动轮、永磁磁铁、手柄和外套，所述蜗杆右端穿过所述上部右支架与所述转动轮中心固定连接，所述手柄与该转动轮连接，该手柄带动上述转动轮转动，所述手柄外部设置有外套，所述外套的两端内部设置有第三轴承和第四轴承，所述第三轴承和第四轴承的内孔均与所述手柄配合。

进一步优选地，所述转动轮上设置有宽度略大于外套的槽，槽内固定安装有永磁磁铁，所述外套可随手柄折叠进入槽内，并被所述永磁磁铁吸住固定。手柄可折叠进入转动轮，使得调节装置尺寸紧凑，占空间小。靠永磁磁铁的吸引力固定手柄，具有收放方便，快捷的好处。

进一步优选地，所述光杆外侧套接有压缩弹簧，所述压缩弹簧上端固 定在所述上部右支架底部，所述压缩弹簧下端固定在所述水平连接板上以对其施加弹力。保证水平连接板不会上移触碰到转动的蜗杆，限制了臂长调节的最小值，使调节装置安全可靠。

进一步优选地，所述上部右支架的凸台上部安装有光杆夹头，所述光杆夹头夹紧光杆上部，所述光杆下部由所述下支架夹紧。

进一步优选地，所述水平连接板上有通孔，该通孔的直径大于丝杆的直径，所述丝杆穿过水平连接板，并且丝杆转动时不会与水平连接板干涉。

进一步优选地，所述上下移动组件为安装在所述水平连接板和下移动架之间的连杆滑块机构，所述水平连接板的一侧固定有连接套，左连杆和右连杆一端可转动地安装在该连接套上，上述左右连杆的另一端设置有卡块，所述左连杆和右连杆上均设置有条型槽，下移动左支板固定在下移动架上，且下移动左支板和下移动右支板之间通过螺栓固定，所述下移动右支板上固定有左滑座和右滑座，所述左滑座和右滑座上分别固定有第二子母钉，所述第二子母钉在所述条型槽内滑动。设置左右连杆滑块机构，使得臂长调节能顺利进行不至于卡死。

进一步优选地，所述水平连接板上安装有第二直线轴承，所述下移动架上安装有第一直线轴承，所述第一直线轴承和第二直线轴承套接在所述光杆上，可随光杆上下移动。通过设置左右连杆滑块机构、光杆和第一第二直线轴承，保证在臂长调节的过程中上连接组件和下连接组件间不发生沿丝杆轴线的扭转运动，防止机构变形。

进一步优选地，所述上部左支架和上部右支架上有轴承孔，分别安装第一轴承和第二轴承，所述蜗杆两端由第一轴承和第二轴承固定。

进一步优选地，上部左支架的凸台有内孔，内孔安装有第五轴承，下支架左侧内孔安装有第六轴承，所述丝杆顶部和底部分别有螺纹孔，该丝杆上部与第五轴承内孔配合，并由第六螺栓固定安装，该丝杆下部与第六轴承内孔配合，并由第七螺栓固定安装。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

(1)本实用新型可以实现上肢外骨骼康复机器人的肩肘部分的臂长调节功能，能适应不同患者的上肢尺寸，保证患肢进行有效训练的同时不致拉伤。

(2)本实用新型的调节装置采用蜗轮蜗杆和丝杆串联的方式，将转动转化为机构的直线运动，不仅结构紧凑，还利用蜗轮蜗杆的自锁特性，使得臂长调节稳定可靠，机构臂长不会在患者训练的过程中改变。本实用新型的调节效率取决于丝杆的外径和导程，丝杆的外径和导程越大，调节的速度越快，效率越高。可根据臂长来选择合适的丝杆的外径，以满足调节要求，同时将调节装置总体尺寸控制在合适的大小范围内。

(3)本实用新型采用与人接触的部分是手柄，手柄可折叠进入转动轮，使得调节装置尺寸紧凑，占空间小。且靠永磁磁铁的吸引力固定手柄，具有收放方便，快捷的好处。

(4)本实用新型在自适应组件和上部右支架间设置了压缩弹簧，保证水平连接板不会上移触碰到转动的蜗杆。因为下移动架等不会运动到高于水平连接板的位置，所以限制了臂长调节的最小值，使调节装置安全可靠。

(5)本实用新型通过设置左右连杆滑块机构、光杆和第一第二直线轴承，保证在臂长调节的过程中各个部件不发生沿丝杆轴线的扭转运动，防止机构变形。且由于设置了左连杆滑块机构和右连杆滑块机构，使得臂长调节能顺利进行不至于卡死。

(6)本实用新型弥补了上肢外骨骼康复机器人中不具有臂长调节装置，或臂长调节不安全，不方便，不可靠的缺陷，加之本实用新型具有结构紧凑，体积小的特点，而且可以作为专门的臂长调节模块适用于所有机械臂长度调节，极大解决了上肢外骨骼康复机器人机构体积庞大和生产困难的缺点。本实用新型结构体积小，调节效率高，安全可靠，适用范围广，具 有很大的发展空间及应用前景。

附图说明

图1为本实用新型的臂长调节装置的整体结构示意图；

图2为本实用新型中压缩弹簧的安装示意图；

图3为本实用新型进行尺寸调节时自适应移动组件的示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1上部左支架，2第一轴承，3蜗轮，4蜗杆，5连接套，6第八螺栓，7水平连接板，8丝杆，9左连杆，10右连杆，11右滑动座，12左滑动座，13第二子母螺钉，14卡块，15下移动架右支板，16下移动架左支板，17连接板，18上部右支架，19光杆夹头，20第六螺栓，21第五轴承，22压缩弹簧，23永磁磁铁，24转动轮，25第四轴承，26第五螺栓，27外套，28第三螺栓，29手柄，30第一子母钉，31第二直线轴承，32光杆，33第一直线轴承，34下移动架，35第七螺栓，36下支架。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1为本实用新型的臂长调节装置的整体结构示意图。如图1所示，其包括上部左支架1、上部右支架18、下支架36和设置在上下支架之间的蜗轮蜗杆组件，

上部左支架1和上部右支架18安装在竖直的连接板17两侧，蜗轮蜗杆组件包括蜗轮3、蜗杆4和丝杆8，蜗杆4两端分别固定在上部左支架1和上部右支架18上，该蜗杆4可绕轴线旋转，丝杆8安装在上部左支架1右侧的凸台和下支架36之间，该丝杆8可以绕轴线旋转，蜗轮3同轴安装在 丝杆8上方，和该丝杆8同步转动，上部右支架18的右端还设置有摇杆组件与蜗杆4右端相连，

上部右支架18右侧的凸台和下支架36之间还设置有光杆32，丝杆8和光杆32均穿过设置在上下支架之间的水平连接板7和下移动架34，水平连接板7和下移动架34可随丝杆的转动上下移动，水平连接板7和下移动架34的一侧还固定安装有上下移动组件。

在本实用新型的一个具体实施例中，摇杆组件包括转动轮24、永磁磁铁23、手柄29和外套27，蜗杆4右端穿过上部右支架18与转动轮24中心固定连接，手柄29与该转动轮24连接，该手柄29带动上述转动轮24转动，手柄29外部设置有外套27，外套27的两端内部设置有第三轴承和第四轴承，所述第三轴承和第四轴承的内孔均与所述手柄29配合。

在本实用新型的一个具体实施例中，转动轮24上设置有宽度略大于外套27的槽，槽内固定安装有永磁磁铁23，外套27可随手柄29折叠进入槽内，并被永磁磁铁23吸住固定。

在本实用新型的另一个具体实施例中，光杆32外侧套接有压缩弹簧22，压缩弹簧22上端固定在所述上部右支架18底部，压缩弹簧22下端固定在水平连接板7上以对其施加弹力。

在本实用新型的另一个具体实施例中，如图2所示，上部右支架18的凸台上部安装有光杆夹头19，光杆夹头19夹紧光杆32上部，光杆32下部由下支架36夹紧。

在本实用新型的另一个具体实施例中，水平连接板7上有通孔，该通孔的直径大于丝杆8的直径，丝杆8穿过水平连接板7，并且丝杆8转动时不会与水平连接板7干涉。

在本实用新型的另一个具体实施例中，如图3所示，上下移动组件为安装在所述水平连接板7和下移动架34之间的连杆滑块机构，水平连接板7的一侧固定有连接套5，左连杆9和右连杆10一端可转动地安装在该连接套 5上，上述左右连杆的另一端设置有卡块14，左连杆9和右连杆10上均设置有条型槽，下移动左支板16固定在下移动架34上，且下移动左支板16和下移动右支板15之间通过螺栓固定，下移动右支板15上固定有左滑座12和右滑座11，左滑座12和右滑座11上分别固定有第二子母钉13，第二子母钉13在条型槽内滑动。

在本实用新型的另一个具体实施例中，水平连接板7上安装有第二直线轴承31，下移动架34上安装有第一直线轴承33，第一直线轴承33和第二直线轴承31套接在所述光杆32上，可随光杆32上下移动。

在本实用新型的另一个具体实施例中，上部左支架1和上部右支架18上有轴承孔，分别安装第一轴承2和第二轴承，蜗杆4两端由第一轴承2和第二轴承固定。

在本实用新型的另一个具体实施例中，上部左支架1的凸台有内孔，内孔安装有第五轴承21，下支架36左侧内孔安装有第六轴承，丝杆8顶部和底部分别有螺纹孔，该丝杆8上部与第五轴承21内孔配合，并由第六螺栓固定安装，该丝杆8下部与第六轴承内孔配合，并由第七螺栓固定安装。

为了进一步具体解释本实用新型，以下给出了一个实施例。

实施例

图1所示的是本实用新型的整体结构示意图。上连接组件包括上部左支架1、上部右支架18和连接板17，上部左支架1与上部右支架18分别安装在连接板17的左右两侧，上连接组件构成上肢外骨骼康复机器人的肩关节。所述上部右支架18上安装光杆夹头19，光杆夹头19在螺钉的作用下内孔可变形缩小从而夹紧光杆32的上端。臂长调节组件包括蜗轮蜗杆组件和摇杆组件。上述蜗轮蜗杆组件包括蜗轮3、蜗杆4和丝杆8。所述蜗杆4转动安装在上部左支架1和上部右支架18之间，由第一轴承2和第二轴承轴向定位。所述丝杆8转动安装在上部左支架1和下支架36上，由第五轴承21、第六轴承、第六螺栓20和第七螺栓35轴向定位。所述蜗轮3安 装在丝杆8上，由套筒37(如图2所示)和丝杆8固定，随丝杆8同步转动。所述摇杆组件通过第三螺栓28与蜗杆4固定连接在一起。因此摇杆组件旋转时，蜗杆4会跟着转动，进而与蜗杆啮合的蜗轮3转动，进而与蜗轮3固定连接的丝杆8转动，进而与丝杆8螺纹连接的下移动架34沿丝杆8的轴线向上或者向下移动调节臂长。上述下连接组件包括下支架36、光杆32、自适应移动组件和下移动组件。丝杆8和光杆32的底部由下支架36固定，下支架36由第七螺栓35和第六轴承固定在丝杆8底部。上述下移动组件包括下移动架34、下移动架左支板16、下移动架右支板15和第一直线轴承33。下移动架34凸台内孔为螺纹孔，正好与丝杆8构成螺纹连接，丝杆8旋转则下移动架34上下移动。第一直线轴承33固定安装在下移动架34上，光杆32穿过第一直线轴承33内孔，这样保证下移动架34不会摆动。下移动架右支板15固定安装在下移动架上，下移动架左支板16固定安装在下移动架右支板15上。下移动架左支板16和下移动架右支板15构成上肢外骨骼机器人的肘关节，因此下移动架34上下移动时就能够调节上肢外骨骼康复机器人的肩关节和肘关节之间的距离。

如图1所示，上述摇杆组件包括转动轮24、永磁磁铁23、手柄29和外套27。上述转动轮24中心有沉头孔，通过第三螺栓28与蜗杆4固定连接在一起。转动轮24上有沟槽，当手柄29沿第一子母钉30轴线转动90°时，手柄29上安装的外套27能进入该沟槽，从而减小摇杆组件所占空间的体积。上述永磁磁铁23通过第四螺栓固定连接在转动轮上。上述手柄29左侧有通孔，第一子母钉30穿过该通孔与转动轮24连接在一起，因此手柄29能以第一子母钉30为轴转动。手柄29的材料为磁性材料，可以被永磁磁铁23吸引，因此向上转动90°时会被永磁磁铁23吸住。上述外套27由第三轴承、第四轴承25和第五螺栓26转动安装在手柄29上。因此，需要调节臂长时，首先克服永磁磁铁23对手柄29的吸引力使外套27和手柄29沿第一子母钉30轴线转动至水平，然后手持外套27沿转动轮24圆周转 动转动轮24，使得蜗轮蜗杆组件运动，进而使得下移动组件上下运动，从而调节臂长。臂长调节完毕后，将手柄29沿第一子母钉30轴线转动90°，使得永磁磁铁23吸引住手柄29即可。

如图2所示，压缩弹簧22套接在光杆32的外侧，所述压缩弹簧22上端固定在上部右支架18底部，下端固定在水平连接板7上以对水平连接板7施加弹力。水平连接板7上安装有第二直线轴承31，光杆32穿过第二直线轴承31内孔。因此水平连接板7只能沿着光杆32上下移动。压缩弹簧22的作用是用来保证在臂长调节过程中，水平连接板7不会向上移动到与蜗轮3干涉的位置。

如图3所示，自适应移动组件包括第二直线轴承31、水平连接板7和自适应调节组件。第二直线轴承31固定安装在水平连接板7上，光杆32穿过第二直线轴承31内部。水平连接板7上端与压缩弹簧22固定。自适应调节组件包括连接套5、左连杆滑块机构和右连杆滑块机构。左连杆滑块机构包括左连杆9和左滑动座12。右连杆滑块机构包括右连杆10和右滑动座11。上述连接套5固定在水平连接板7上。连接套5中间有孔，第八螺栓6穿过左连杆9和右连杆10的端部，使得左连杆9和右连杆10转动安装在连接套5上。左滑动座12和右滑动座11安装在下移动架右支板15上。下面以左连杆滑块机构为例说明(右连杆滑块机构运动与其对称)，左连杆9有条型槽，第二子母钉13穿过条型槽固定在左滑动座12上，当下移动架右支板15上下移动时，第二子母钉13在该条型槽内滑动，并且左连杆9绕第八螺栓6轴线转动。左连杆9端部固定有卡块14，卡块14能限制臂长调节范围。当下移动架右支板15向下运动到第二子母钉13与卡块14接触时，臂长调节此时达到极限位置，并且下移动架右支板15无法再向下运动。同时左连杆9、左滑动座12、连接套5和第八螺栓6起到限制水平连接板7绕光杆32转动的作用。当臂长调节到最短时，下移动架34向上移动至第一直线轴承33与第二直线轴承31接触，此时压缩弹簧22将对水 平连接板7产生弹力，随着弹力的增大，起到阻止下移动架34向上移动的作用。在此过程中，由于压缩弹簧22的弹力，水平连接板7不会与蜗轮3干涉，保证调节过程安全可靠。

本实用新型只是将上肢外骨骼康复机器人的肩关节和肘关节简化为上连接组件和下连接组件。因此将上连接组件固定在肩关节处，将下连接组件固定在肘关节处也能构成臂长调节机构。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种上肢外骨骼康复机器人的臂长调节装置，其特征在于：其包括上部左支架(1)、上部右支架(18)、下支架(36)和设置在上下支架之间的蜗轮蜗杆组件，

所述上部左支架(1)和上部右支架(18)安装在竖直的连接板(17)两侧，所述蜗轮蜗杆组件包括蜗轮(3)、蜗杆(4)和丝杆(8)，所述蜗杆(4)两端分别固定在所述上部左支架(1)和上部右支架(18)上，该蜗杆(4)可绕轴线旋转，所述丝杆(8)安装在所述上部左支架(1)右侧的凸台和下支架(36)之间，该丝杆(8)可以绕轴线旋转，所述蜗轮(3)同轴安装在丝杆(8)上方，和该丝杆(8)同步转动，所述上部右支架(18)的右端还设置有摇杆组件与蜗杆(4)右端相连，

所述上部右支架(18)右侧的凸台和下支架(36)之间还设置有光杆(32)，所述丝杆(8)和光杆(32)均穿过设置在上下支架之间的水平连接板(7)和下移动架(34)，所述水平连接板(7)和下移动架(34)可随丝杆(8)的转动上下移动，所述水平连接板(7)和下移动架(34)的一侧还固定安装有上下移动组件。

2.如权利要求1所述的臂长调节装置，其特征在于，所述摇杆组件包括转动轮(24)、永磁磁铁(23)、手柄(29)和外套(27)，所述蜗杆(4)右端穿过所述上部右支架(18)与所述转动轮(24)中心固定连接，所述手柄(29)与该转动轮(24)连接，该手柄(29)带动上述转动轮(24)转动，所述手柄(29)外部设置有外套(27)，所述外套(27)的两端内部设置有第三轴承和第四轴承，所述第三轴承和第四轴承的内孔均与所述手柄(29)配合。

3.如权利要求2所述的臂长调节装置，其特征在于，所述转动轮(24)上设置有宽度略大于外套(27)的槽，槽内固定安装有永磁磁铁(23)，所 述外套(27)可随手柄(29)折叠进入槽内，并被所述永磁磁铁(23)吸住固定。

4.如权利要求3所述的臂长调节装置，其特征在于，所述光杆(32)外侧套接有压缩弹簧(22)，所述压缩弹簧(22)上端固定在所述上部右支架(18)底部，所述压缩弹簧(22)下端固定在所述水平连接板(7)上以对其施加弹力。

5.如权利要求4所述的臂长调节装置，其特征在于，所述上部右支架(18)的凸台上部安装有光杆夹头(19)，所述光杆夹头(19)夹紧光杆(32)上部，所述光杆(32)下部由所述下支架(36)夹紧。

6.如权利要求5所述的臂长调节装置，其特征在于，所述水平连接板(7)上有通孔，该通孔的直径大于丝杆(8)的直径，所述丝杆(8)穿过水平连接板(7)，并且丝杆(8)转动时不会与水平连接板(7)干涉。

7.如权利要求6所述的臂长调节装置，其特征在于，所述上下移动组件包括安装在所述水平连接板(7)和下移动架(34)之间的连杆滑块机构，所述水平连接板(7)的一侧固定有连接套(5)，左连杆(9)和右连杆(10)的一端均可转动地安装在该连接套(5)上，上述左连杆(9)和右连杆(10)的另一端均设置有卡块(14)，且所述左连杆(9)和右连杆(10)上均设置有条型槽，下移动左支板(16)固定在下移动架(34)上，且下移动左支板(16)和下移动右支板(15)之间通过螺栓固定，所述下移动右支板(15)上固定有左滑座(12)和右滑座(11)，所述左滑座(12)和右滑座(11)上分别固定有第二子母钉(13)，所述第二子母钉(13)在所述条型槽内滑动。

8.如权利要求7所述的臂长调节装置，其特征在于，所述水平连接板(7)上安装有第二直线轴承(31)，所述下移动架(34)上安装有第一直线轴承(33)，所述第一直线轴承(33)和第二直线轴承(31)套接在所述光杆(32)上，随该光杆(32)上下移动。

9.如权利要求8所述的臂长调节装置，其特征在于，所述上部左支架 (1)和上部右支架(18)上有轴承孔，分别对应安装第一轴承(2)和第二轴承，所述蜗杆(4)两端分别由上述第一轴承(2)和第二轴承固定。

10.如权利要求9所述的臂长调节装置，其特征在于，所述上部左支架(1)的凸台上设有内孔，该内孔安装有第五轴承(21)，所述下支架(36)左侧内孔安装有第六轴承，所述丝杆(8)顶部和底部分别有螺纹孔，该丝杆(8)上部与上述第五轴承(21)内孔配合，并由第六螺栓固定安装，该丝杆(8)下部与上述第六轴承内孔配合，并由第七螺栓固定安装。