CN208464572U - 一种便携式肘部及手部外骨骼辅助训练机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种便携式肘部及手部外骨骼辅助训练机器人，包括手部固定装置，所述手部固定装置上连接有拇指康复系统和四指康复系统，所述拇指康复系统包括拇指中部电机、拇指直线电机和拇指机构，所述四指康复系统包括四指直线电机、食指、中指、无名指和小指机构，所述两块前臂支撑板通过前臂外套固定连接，所述前臂支撑板的左端转动连接有前臂转动板，所述前臂转动板通过支撑轴转动连接有上臂转动板，所述上臂转动板转动连接有上臂支撑板。本实用新型涉及外骨骼机器人技术领域，该便携式肘部及手部外骨骼辅助训练机器人，达到了满足不同患者的穿戴需求和运动范围、肘部和手部同步训练的目的，提高了安全性，使患者康复效果更显著。

Description

一种便携式肘部及手部外骨骼辅助训练机器人

技术领域

本实用新型涉及外骨骼机器人技术领域，具体为一种便携式肘部及手部外骨骼辅助训练机器人。

背景技术

外骨骼机器人是一种穿戴于人体外侧、帮助人体负重并且能够跟随人体运动的人机一体化智能系统。按照用途可分为康复外骨骼和助力外骨骼。康复外骨骼主要供失去行走能力的病残患者使用，用以代替或带动病人腿进行行走，使患者重新获得行走能力。助力外骨骼主要用于增强人体力量，使人能够轻松背负数倍于人体承受能力的重量而不觉得疲惫。医学理论与实践证明，对于意外伤害、手术后遗症、心脑血管疾病或神经系统疾病等引起的手部运动功能损伤的患者，一定强度的科学的康复训练治疗对于最大限度的恢复手部运动功能有着非常重要的意义。目前国内外对于患者肘部及手部运动功能受损的改善和康复治疗方法主要是通过修复或重塑受损神经，加强肌肉肌腱的强度锻炼，完成运动学习来重建或改善患者手部的运动功能，防止患者肌肉的废用性发生，促进脑神经代偿。传统的康复治疗中，治疗师手把手的对患者进行一对一式康复疗法，这种方法不仅劳动量大、费用昂贵，而且训练效率和强度难以保证，缺乏评价训练参数和康复效果关系的客观数据，难以对训练参数进行优化以获得最佳治疗方案。为了解决以上弊端，将机器人应用与康复领域的辅助康复疗法相结合的手部功能康复机器人技术的研究及运用应运而生。

肘部及手部外骨骼康复训练机器人正是从生物外骨骼得到思路的一种对人体手部机能进行强化的方式，是根据人体工程学的特点进行设计的，相当于患者的手部外骨骼，患者将其穿戴在手部来辅助患指的康复训练，通过建立患者数据库以及设备配套的传感器可以对患者康复情况进行客观量化有针对性的训练，使患者康复效果最大化。但现有的外骨骼康复训练装置不仅体积较大，不具有便携性，而且并非每个重要手指关节都在运动，大部分手部康复训练装置都忽略了这一点。

实用新型内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种便携式肘部及手部外骨骼辅助训练机器人，解决了行走机构不具有便携性、针对性差、单独对手部训练而忽略手部与肘部配合的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：一种便携式肘部及手部外骨骼辅助训练机器人，包括手部固定装置，所述手部固定装置上分别连接有拇指康复系统和四指康复系统，所述拇指康复系统包括拇指中部电机、拇指直线电机、和与拇指中部电机、拇指直线电机相连的拇指机构，所述四指康复系统包括四指直线电机和与四指直线电机相连的食指、中指、无名指和小指机构，所述拇指机构以及食指、中指、无名指和小指机构分别与手指各关节相连，且相连端设有压力传感器，所述食指、中指、无名指和小指机构包括四个并列设在手部固定装置的后面，且通过四指直线电机底座支撑四指直线电机连接的四指固定机构和曲柄机构，所述四指固定机构通过球铰与四指直线电机的输出轴相连，且曲柄机构通过螺钉贯穿手部固定装置前部调节孔与其相连，所述手部通过前臂支撑板与肘部连接，两块所述前臂支撑板通过前臂外套固定连接，所述前臂支撑板的左端转动连接有前臂转动板，所述前臂转动板通过支撑轴转动连接有上臂转动板，所述上臂转动板转动连接有上臂支撑板，所述两块上臂支撑板通过上臂外套固定连接，所述上臂外套内设置有上臂内套；

所述食指包括MP弧形臂，所述四指固定机构包括连接在四指直线电机的输出轴上的PIP关节外骨骼，所述PIP关节外骨骼包括直线臂和PIP弧形臂，所述曲柄机构包括手部固定装置前部的MP关节外骨骼，所述MP关节外骨骼包括MP弧形臂与伸缩臂，所述MP关节外骨骼的伸缩臂包括连接在MP弧形臂上的连接杆，且连接杆螺纹连接丝杆，所述丝杆通过圆柱销连接可折叠连架杆，且可折叠连架杆连接有与PIP弧形臂相套接的推杆，所述推杆上连接有 DIP关节外骨骼。

优选的，所述MP弧形臂与PIP关节外骨骼直线臂通过圆柱销连接，所述 MP关节外骨骼伸缩臂与PIP弧形臂通过圆柱销连接。

优选的，所述MP弧形臂和PIP弧形臂设有双弧形轨道槽，双弧形轨道槽中分别设有限位销；设在PIP关节外骨骼直线臂上的圆柱销和设在DIP关节外骨骼上的圆柱销与轨道槽内的轴承相接。

优选的，所述PIP弧形臂内弧根部与DIP关节外骨骼端部分别通过魔术贴与手指各关节相连，在PIP弧形臂内弧根部与DIP关节外骨骼端部分别设有第一压力传感器和第二压力传感器。

优选的，所述拇指康复系统包括设在手部固定装置侧部，并通过三个拇指直线电机底座支撑拇指直线电机连接的拇指固定机构，所述拇指固定机构包括拇指中部电机连接的拇指IP关节外骨骼、通过圆锥滚子轴承连接在手部固定装置上的拇指MP关节外骨骼，拇指IP关节外骨骼与手指连接处设有拇指压力传感器。

优选的，所述上臂支撑板的底端设置有弧形滑块，所述弧形滑块设置在弧形槽内，且弧形槽内设置有弧形滑块限位块。

优选的，所述前臂外套内测均设置有方向与前臂外套平行的直线导轨，所述两个直线导轨上均设置有可前后滑动的直线导轨副，两个所述直线导轨副分别与两个前臂内套相连接。

(三)有益效果

本实用新型提供了一种便携式肘部及手部外骨骼辅助训练机器人。具备以下有益效果：

(1)、该便携式肘部及手部外骨骼辅助训练机器人，通过固定于手背及手腕上的手部固定装置，手部固定装置上分别连接有拇指康复系统和四指康复系统，拇指康复系统包括拇指中部电机、拇指直线电机、和与拇指中部电机、拇指直线电机相连的拇指机构；四指康复系统包括四指直线电机、和与四指直线电机相连的食指、中指、无名指和小指机构；拇指机构以及食指、中指、无名指和小指机构分别与手指各关节相连，相连端设有压力传感器，通过拇指中部电机、拇指直线电机和四指直线电机带动拇指康复系统与四指康复系统运动，从而带动手指做外骨骼康复训练。根据人体手部结构尺寸进行设计，无论在手部固定装置还是在四指运动关节处都设计了尺寸调节装置，达到了满足不同患者的穿戴需求和运动范围的目的。

(2)、该便携式肘部及手部外骨骼辅助训练机器人，通过拇指固定机构包括拇指中部电机(11)连接的拇指IP关节外骨骼(4)、通过圆锥滚子轴承连接在手部固定装置(1)上的拇指MP关节外骨骼(12)，拇指IP关节外骨骼(4)与手指连接处设有拇指压力传感器(13)，在外骨骼运动机构中采用传感器技术，达到了实时客观的反馈外骨骼系统的运动信息，的目的，建立患者数据库，实现对患者康复情况进行客观量化有针对性的训练，使患者康复效果更显著。

(3)、该便携式肘部及手部外骨骼辅助训练机器人，通过前臂支撑板通过前臂外套固定连接，前臂支撑板的左端转动连接有前臂转动板，前臂转动板通过支撑轴转动连接有上臂转动板，上臂转动板转动连接有上臂支撑板，上臂外套内设置有上臂内套，达到了模拟人体肘关节运动特性的目的，设计了两个被动自由度，在运动过程中实现肘关节外骨骼相对人体肘关节的自适应调整，提高了安全性。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型肘部的结构示意图；

图3为本实用新型食指的结构示意图。

图中：1手部固定装置、2四指直线电机、3拇指直线电机、4拇指IP关节外骨骼、5食指、501MP弧形臂、502连接杆、503丝杠、504可折叠连架杆、 505DIP关节外骨骼、506第二压力传感器、507PIP弧形臂、508第一压力传感器、509推杆、510PIP关节外骨骼、511圆柱销、512MP关节外骨骼、6中指、7无名指、8小指、9钢丝绳管、10直线导轨副、11拇指中部电机、12MP 关节外骨骼、13拇指压力传感器、14上臂支撑板、15上臂外套、16上臂内套、17弧形滑块、18上臂转动板、19前臂转动板、20前臂支撑板、21前臂外套、22支撑轴。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-3，本实用新型提供一种技术方案：一种便携式肘部及手部外骨骼辅助训练机器人，包括手部固定装置1，手部固定装置1上分别连接有拇指康复系统和四指康复系统，拇指康复系统包括拇指中部电机11、拇指直线电机3、和与拇指中部电机11、拇指直线电机3相连的拇指机构，四指康复系统包括四指直线电机2和与四指直线电机2相连的食指5、中指6、无名指 7和小指8机构，拇指机构以及食指5、中指6、无名指7和小指8机构分别与手指各关节相连，且相连端设有压力传感器，食指5、中指6、无名指7和小指8机构包括四个并列设在手部固定装置1的后面，且通过四指直线电机底座支撑四指直线电机2连接的四指固定机构和曲柄机构，四指固定机构通过球铰与四指直线电机2的输出轴相连，且曲柄机构通过螺钉贯穿手部固定装置1前部调节孔与其相连，手部通过前臂支撑板20与肘部连接，两块前臂支撑板20通过前臂外套21固定连接，前臂支撑板20的左端转动连接有前臂转动板19，前臂转动板19通过支撑轴22转动连接有上臂转动板18，上臂转动板18转动连接有上臂支撑板14，两块上臂支撑板14通过上臂外套15固定连接，上臂外套15内设置有上臂内套16；

食指5包括MP弧形臂501，四指固定机构包括连接在四指直线电机2的输出轴上的PIP关节外骨骼510，PIP关节外骨骼510包括直线臂和PIP弧形臂507，曲柄机构包括手部固定装置1前部的MP关节外骨骼512，MP关节外骨骼512包括MP弧形臂501与伸缩臂，MP关节外骨骼512的伸缩臂包括连接在MP弧形臂501上的连接杆502，且连接杆502螺纹连接丝杆503，丝杆503 通过圆柱销连接可折叠连架杆504，且可折叠连架杆504连接有与PIP弧形臂 507相套接的推杆509，推杆509上连接有DIP关节外骨骼505。

使用时，患者的患侧手穿戴好便携式肘部及手部外骨骼辅助训练机器人，外骨骼机器人做抓握动作时，以食指为例，四指直线电机2的动力输出端杆伸出，通过球铰连接作用在PIP关节外骨骼510上，推动其沿MP关节外骨骼 512上的弧形槽运动，即带动患指近指端关节弯曲，在连接杆502、丝杠503、可折叠连架杆504和推杆509的带动下，DIP关节外骨骼505沿PIP关节外骨骼510的弧形槽内运动，即带动患指远指端关节弯曲，进而控制患指弯曲。肘部通过弧形滑块17和钢丝绳带动上臂支撑板14、上臂外套15、上臂内套 16、上臂转动板18、前臂转动板19、前臂支撑板20、前臂外套21、支撑轴 22弯曲，从而实现肘部运动及肘部与手部同步运动。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种便携式肘部及手部外骨骼辅助训练机器人，包括手部固定装置(1)，其特征在于：所述手部固定装置(1)上分别连接有拇指康复系统和四指康复系统，所述拇指康复系统包括拇指中部电机(11)、拇指直线电机(3)、和与拇指中部电机(11)、拇指直线电机(3)相连的拇指机构，所述四指康复系统包括四指直线电机(2)和与四指直线电机(2)相连的食指(5)、中指(6)、无名指(7)和小指(8)机构，所述拇指机构以及食指(5)、中指(6)、无名指(7)和小指(8)机构分别与手指各关节相连，且相连端设有压力传感器，所述食指(5)、中指(6)、无名指(7)和小指(8)机构包括四个并列设在手部固定装置(1)的后面，且通过四指直线电机底座支撑四指直线电机(2)连接的四指固定机构和曲柄机构，所述四指固定机构通过球铰与四指直线电机(2)的输出轴相连，且曲柄机构通过螺钉贯穿手部固定装置(1)前部调节孔与其相连，所述手部通过前臂支撑板(20)与肘部连接，两块所述前臂支撑板(20)通过前臂外套(21)固定连接，所述前臂支撑板(20)的左端转动连接有前臂转动板(19)，所述前臂转动板(19)通过支撑轴(22)转动连接有上臂转动板(18)，所述上臂转动板(18)转动连接有上臂支撑板(14)，所述两块上臂支撑板(14)通过上臂外套(15)固定连接，所述上臂外套(15)内设置有上臂内套(16)；

所述食指(5)包括MP弧形臂(501)，所述四指固定机构包括连接在四指直线电机(2)的输出轴上的PIP关节外骨骼(510)，所述PIP关节外骨骼(510)包括直线臂和PIP弧形臂(507)，所述曲柄机构包括手部固定装置(1)前部的MP关节外骨骼(512)，所述MP关节外骨骼(512)包括MP弧形臂(501)与伸缩臂，所述MP关节外骨骼(512)的伸缩臂包括连接在MP弧形臂(501)上的连接杆(502)，且连接杆(502)螺纹连接丝杆(503)，所述丝杆(503)通过圆柱销连接可折叠连架杆(504)，且可折叠连架杆(504) 连接有与PIP弧形臂(507)相套接的推杆(509)，所述推杆(509)上连接有DIP关节外骨骼(505)。

2.根据权利要求1所述的一种便携式肘部及手部外骨骼辅助训练机器人，其特征在于：所述MP弧形臂(501)与PIP关节外骨骼(510)直线臂通过圆柱销(511)连接，所述MP关节外骨骼(512)伸缩臂与PIP弧形臂(507)通过圆柱销(511)连接。

3.根据权利要求1所述的一种便携式肘部及手部外骨骼辅助训练机器人，其特征在于：所述MP弧形臂(501)和PIP弧形臂(507)设有双弧形轨道槽，双弧形轨道槽中分别设有限位销；设在PIP关节外骨骼(510)直线臂上的圆柱销(511)和设在DIP关节外骨骼(505)上的圆柱销(511)与轨道槽内的轴承相接。

4.根据权利要求1所述的一种便携式肘部及手部外骨骼辅助训练机器人，其特征在于：所述PIP弧形臂(507)内弧根部与DIP关节外骨骼(505)端部分别通过魔术贴与手指各关节相连，在PIP弧形臂(507)内弧根部与DIP关节外骨骼(505)端部分别设有第一压力传感器(508)和第二压力传感器(506)。

5.根据权利要求1所述的一种便携式肘部及手部外骨骼辅助训练机器人，其特征在于：所述拇指康复系统包括设在手部固定装置(1)侧部，并通过三个拇指直线电机底座支撑拇指直线电机(3)连接的拇指固定机构，所述拇指固定机构包括拇指中部电机(11)连接的拇指IP关节外骨骼(4)、通过圆锥滚子轴承连接在手部固定装置(1)上的拇指MP关节外骨骼(12)，拇指IP关节外骨骼(4)与手指连接处设有拇指压力传感器(13)。

6.根据权利要求1所述的一种便携式肘部及手部外骨骼辅助训练机器人，其特征在于：所述上臂支撑板(14)的底端设置有弧形滑块(17)，所述弧形滑块(17)设置在弧形槽内，且弧形槽内设置有弧形滑块限位块。

7.根据权利要求1所述的一种便携式肘部及手部外骨骼辅助训练机器人，其特征在于：所述前臂外套(21)内测均设置有方向与前臂外套(21)平行的直线导轨，两个所述直线导轨上均设置有可前后滑动的直线导轨副，所述两个直线导轨副分别与两个前臂内套相连接。