CN213723334U - 一种利用绳索传动的欠驱动肩肘关节康复机械臂 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种利用绳索传动的欠驱动肩肘关节康复机械臂，包括连杆组件、肩关节组件及肘关节组件，肩关节组件包括驱动组件及与驱动组件外壳固连的肩关节绳盘，驱动组件的内部动力输出端与连杆组件连接，肘关节组件包括与连杆组件固定连接的肘关节主动绳盘及与连杆组件转动连接的肘关节被动绳盘，肘关节被动绳盘依次通过肘关节连杆、旋转组件连接到腕部组件；肩关节绳盘与肘关节被动绳盘之间通过第一绳索、第二绳索连接，肘关节主动绳盘与旋转组件上环形绳盘之间通过第三绳索、第四绳索连接。本申请提出的康复机械臂，实现采用一个驱动模块驱动机械臂上的肩关节屈伸、肘关节屈伸以及肘关节内外旋三种运动，结构简单、控制方便，产品成本低。

Description

一种利用绳索传动的欠驱动肩肘关节康复机械臂

技术领域

本实用新型涉及康复医疗设备领域，特别是涉及一种利用绳索传动的欠驱动肩肘关节康复机械臂。

背景技术

康复机器人作为一种医疗康复训练设备，能够帮助那些因疾病与意外事故而导致的肢体运动功能损伤的患者进行康复训练，替代传统康复训练中康复医师的工作，将康复医师从繁杂的重复劳动中解脱出来，能够显著地提高康复门诊的工作效率，或是进入普通病患的家中，实现在家就可以进行专业的康复训练治疗，此外康复机器人可以记录训练过程中的相关数据从而对患者的康复状态进行准确的评估，提高康复训练的效果。

肩、肘关节是人体上肢的两个重要关节，它们决定了人的手所能够达到的运动范围，对肩肘关节进行康复治疗对于恢复病人上肢的运动能力有着十分重要的意义。作为一大热门领域，上肢康复机器人的设计方案层出不穷，主要分为末端牵引式以及外骨骼式。相比于末端牵引式康复机器人，外骨骼式康复机器人拥有体积小、结构灵活以及能够针对性地锻炼单一关节等优点，是未来主要的发展趋势。

然而现有的外骨骼式康复机器人，多采用一个自由度对应一个驱动组件的控制模式，多个驱动组件带来的是额外的重量与体积，影响了病人的穿戴体验，同时也提高了机器人的控制难度，提升了产品的成本。

实用新型内容

为了克服现有技术的上述不足，本实用新型提出了一种利用绳索传动的欠驱动肩肘关节康复机械臂，解决现有肩肘关节康复机械臂存在的重量、体积大、使用不便、产品成本高的技术问题。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种利用绳索传动的欠驱动肩肘关节康复机械臂，包括分别设于连杆组件上下端的肩关节组件、肘关节组件，所述肩关节组件包括驱动组件及与所述驱动组件外壳固连的肩关节绳盘，所述驱动组件的内部动力输出端与连杆组件连接，所述肘关节组件包括与所述连杆组件固定连接的肘关节主动绳盘及与所述连杆组件转动连接的肘关节被动绳盘，所述肘关节被动绳盘依次通过肘关节连杆、旋转组件连接到腕部组件；所述肩关节绳盘与肘关节被动绳盘之间通过第一绳索、第二绳索连接，所述肘关节主动绳盘与旋转组件上环形绳盘之间通过第三绳索、第四绳索连接。

进一步的，所述连杆组件包括上下侧分别设有凸台的肩肘连杆，所述驱动组件动力输出端与肩肘连杆的上侧凸台连接且二者同轴设置；所述肘关节组件与肩肘连杆下侧凸台连接，且所述肘关节组件中的肘关节主动绳盘、肘关节被动绳盘与下侧凸台三者同轴设置。

进一步的，所述肩肘连杆的内表面中间设有用于张紧第一绳索、第二绳索的绳索张紧装置，所述第一绳索的一端固定在肩关节绳盘的左侧，另一端绕过绳索张紧装置后与肘关节被动绳盘的后侧连接；所述第二绳索的一端固定在肩关节绳盘的右侧，另一端绕过绳索张紧装置后与肘关节被动绳盘左侧连接。

进一步的，所述旋转组件包括与肘关节连杆下侧连接的固定支架，所述固定支架的上端面通过弧形导轨组件与环形绳盘连接。

进一步的，所述固定支架的侧端面及下端面上设有转向滑轮组；所述第三绳索的一端固定在肘关节主动绳盘的左侧，另一端绕过转向滑轮组中的一部分滑轮后与环形绳盘的右侧连接；所述第四绳索的一端固定在肘关节主动绳盘的右侧，另一端绕过转向滑轮组中的另一部分滑轮后与环形绳盘的左侧连接。

进一步的，还包括与环形绳盘内侧面连接的腕部支架，所述腕部支架的下端通过滑动组件与手柄连接，所述手柄通过固定组件锁紧固定。

进一步的，所述固定组件设于腕部支架的一侧，所述固定组件包括带螺杆的把手和固定螺母，所述把手的螺杆部分依次穿过腕部支架侧面定位孔及手柄上的腰孔后通过固定螺母锁紧。

进一步的，所述腕部支架外侧及肩肘连杆外表面上分别设有用于与患者手臂接触的前臂接触腔、上臂接触腔。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

本申请提出的一种利用绳索传动的欠驱动肩肘关节康复机械臂，通过驱动组件的输出动力带动连杆组件、肘关节组件、旋转组件及腕部组件的同步运动，由于肩关节绳盘与驱动组件外壳固定，因此在肩肘连杆旋转过程中，第一绳索与第二绳索在肩关节绳盘上的缠绕长度发生变化，从而带动肘关节被动绳盘以及与之固连的下级结构包括肘关节组件、旋转组件以及腕部组件相对肩肘连杆的旋转；由于肘关节主动绳盘与肩肘连杆相对固定，因此在肘关节连杆旋转过程中，第三绳索与第四绳索在肘关节主动绳盘上的缠绕长度发生变化，从而带动环形绳盘相对于旋转组件固定支架的转动，从而实现采用一个驱动模块驱动机械臂上的肩关节屈伸、肘关节屈伸以及肘关节内外旋三种运动，通过接触腔将机械臂与患者手臂固定，则能够实现患者肩关节以及肘关节的有效康复训练。

附图说明

图1为本实用新型实施例所述的一种利用绳索传动的欠驱动肩肘关节康复机械臂的立体结构示意图；

图2为本实用新型实施例所述的一种利用绳索传动的欠驱动肩肘关节康复机械臂中绳索传动部分的结构图；

图3为本实用新型实施例所述连杆组件的结构示意图；

图4为本实用新型实施例所述腕部组件的结构示意图。

图中：

1、肩关节组件；101、驱动组件；102、肩关节绳盘；2、连杆组件；201、肩肘连杆；202、绳索张紧装置；203、上臂接触腔；3、肘关节组件；301、肘关节被动绳盘；302、肘关节主动绳盘；303、肘关节连杆；4、旋转组件；401、固定支架；402、转向滑轮组；403、弧形导轨组件；404、环形绳盘；5、腕部组件；501、腕部支架；502、前臂接触腔；503、滑动组件； 504、固定组件；505、手柄；6、第一绳索；7、第二绳索；8、第三绳索；9、第四绳索。

具体实施方式

展示一下实例来具体说明本实用新型的某些实施例，且不应解释为限制本实用新型的范围。对本实用新型公开的内容可以同时从材料、方法和反应条件进行改进，所有这些改进，均应落入本实用新型的的精神和范围之内。

如图1-4所示，一种利用绳索传动的欠驱动肩肘关节康复机械臂，包括分别设于连杆组件2上下端的肩关节组件1、肘关节组件3，所述肩关节组件1包括驱动组件101及与所述驱动组件101外壳固连的肩关节绳盘102，所述驱动组件101的内部动力输出端与连杆组件2连接，所述肘关节组件3包括与所述连杆组件2固定连接的肘关节主动绳盘302及与所述连杆组件2转动连接的肘关节被动绳盘301，所述肘关节被动绳盘301依次通过肘关节连杆303、旋转组件4连接到腕部组件5，所述腕部组件5通过所述旋转组件4与所述肘关节组件3相连，使得所述腕部组件5能够相对所述肘关节组件3绕所述旋转组件4回转中心旋转；所述肩关节绳盘102与肘关节被动绳盘301之间通过第一绳索6、第二绳索7连接，所述肘关节主动绳盘302与旋转组件4上环形绳盘404之间通过第三绳索8、第四绳索9连接。

驱动组件101驱动连杆组件2相对于肩关节组件1转动，进而通过第一绳索6、第二绳索7驱动所述肘关节组件3相对所述连杆组件2转动，并进一步通过第三绳索8、第四绳索9带动腕部组件5相对于肘关节组件3绕回转中心转动，达到一个驱动实现三个自由度运动的效果。

所述肘关节连杆303嵌套于所述的连杆组件2下端，且呈L型、上端为盘状结构，肘关节连杆303上端的盘状结构与所述肘关节被动绳盘301固定连接。

在本实施例中，所述连杆组件2包括上下侧分别设有凸台的肩肘连杆201，所述驱动组件101动力输出端与肩肘连杆201的上侧凸台连接且二者同轴设置；所述肘关节组件3与肩肘连杆201下侧凸台连接，且所述肘关节组件3中的肘关节主动绳盘302、肘关节被动绳盘 301与下侧凸台三者同轴设置。

在本实施例中，所述肩肘连杆201的内表面中间设有用于张紧第一绳索6、第二绳索7 的绳索张紧装置202，所述肩关节绳盘102、肘关节被动绳盘301均设有两道绳槽，所述第一绳索6的一端固定在肩关节绳盘102第一绳槽的左侧，另一端绕过绳索张紧装置202后与肘关节被动绳盘301第一绳槽的右侧连接；所述第二绳索7的一端固定在肩关节绳盘102第二绳槽的右侧，另一端绕过绳索张紧装置202后与肘关节被动绳盘301第二绳槽左侧连接。第一绳索6、第二绳索7通过绳索张紧装置202调整绳索的张紧状态。

在本实施例中，所述旋转组件4包括与肘关节连杆303下侧连接的固定支架401，所述固定支架401呈C型，所述固定支架401的上端面通过弧形导轨组件403与环形绳盘404连接，进一步的，所述固定支架的上端面内侧与弧形导轨组件403中的滑块部分连接，所述弧形导轨组件403中的导轨部分与环形绳盘404连接；所述固定支架401的侧端面及下端面上设有转向滑轮组402；肘关节主动绳盘302、环形绳盘404均设有两道绳槽，所述第三绳索8的一端固定在肘关节主动绳盘302第一绳槽的左侧，另一端绕过转向滑轮组402中的一部分滑轮后与环形绳盘404第一绳槽的右侧连接；所述第四绳索9的一端固定在肘关节主动绳盘302第二绳槽的右侧，另一端绕过转向滑轮组402中的另一部分滑轮后与环形绳盘404第二绳槽的左侧连接。转向滑轮组402起到导向作用，用来改变第三绳索8、第四绳索9的方向。

在本实施例中，还包括与环形绳盘404内侧面连接的腕部支架501，所述腕部支架501 的下端与滑动组件503的轨道部分连接，所述滑动组件503的滑块部分与手柄505连接，所述手柄505通过固定组件504锁紧。手柄505可以通过滑动组件503相对腕部支架501上下滑动，以适应不同病患的手臂长度。

在本实施例中，所述固定组件504设于腕部支架501的一侧，所述固定组件504包括带螺杆的把手和固定螺母，所述把手的螺杆部分依次穿过腕部支架501侧面定位孔及手柄505 上的腰孔后通过固定螺母锁紧。当手柄505调整到合适位置时，通过固定螺母锁紧固定，保证使用过程中的稳定性；当需要调整手柄505位置时，松开固定螺母，上下移动手柄505直至到达合适位置为止。

在本实施例中，所述腕部支架501外侧及肩肘连杆201外表面上分别设有用于与患者手臂接触的前臂接触腔502、上臂接触腔203。前臂接触腔502、上臂接触腔203用于方便固定病人的上臂，使得患者肩关节、肘关节能够进行更好的康复训练。

当设备正常工作时，驱动组件101中的动力部分相对于外壳部分产生相对旋转，带动与之固连的下级结构包括连杆组件2、肘关节组件3、旋转组件4以及腕部组件5同步运动，由于肩关节绳盘102与驱动组件101外壳固定，因此在肩肘连杆201旋转过程中，第一绳索6与第二绳索7在肩关节绳盘102上的缠绕长度发生变化，从而带动肘关节被动绳盘301以及与之固连的下级结构包括肘关节连杆303、旋转组件4以及腕部组件5相对肩肘连杆201的旋转。由于肘关节主动绳盘302与肩肘连杆201相对固定，因此在肘关节连杆303旋转过程中，第三绳索8与第四绳索9在肘关节主动绳盘302上的缠绕长度发生变化，从而带动环形绳盘404相对于旋转组件4固定支架401转动，从而实现采用一个驱动模块驱动机械臂上的肩关节屈伸、肘关节屈伸以及肘关节内外旋三种运动，通过接触腔将机械臂与患者手臂固定，则能够实现患者肩关节以及肘关节的有效康复训练。同时具备产品结构紧凑，体积小，成本低的优点。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种利用绳索传动的欠驱动肩肘关节康复机械臂，包括分别设于连杆组件(2)上下端的肩关节组件(1)、肘关节组件(3)，所述肩关节组件(1)包括驱动组件(101)及与所述驱动组件(101)外壳固连的肩关节绳盘(102)，所述驱动组件(101)的内部动力输出端与连杆组件(2)连接，其特征在于，所述肘关节组件(3)包括与所述连杆组件(2)固定连接的肘关节主动绳盘(302)及与所述连杆组件(2)转动连接的肘关节被动绳盘(301)，所述肘关节被动绳盘(301)依次通过肘关节连杆(303)、旋转组件(4)连接到腕部组件(5)；所述肩关节绳盘(102)与肘关节被动绳盘(301)之间通过第一绳索(6)、第二绳索(7)连接，所述肘关节主动绳盘(302)与旋转组件(4)上环形绳盘(404)之间通过第三绳索(8)、第四绳索(9)连接。

2.根据权利要求1所述的一种利用绳索传动的欠驱动肩肘关节康复机械臂，其特征在于，所述连杆组件(2)包括上下侧分别设有凸台的肩肘连杆(201)，所述驱动组件(101)动力输出端与肩肘连杆(201)的上侧凸台连接且二者同轴设置；所述肘关节组件(3)与肩肘连杆(201)下侧凸台连接，且所述肘关节组件(3)中的肘关节主动绳盘(302)、肘关节被动绳盘(301)与下侧凸台三者同轴设置。

3.根据权利要求2所述的一种利用绳索传动的欠驱动肩肘关节康复机械臂，其特征在于，所述肩肘连杆(201)的内表面中间设有用于张紧第一绳索(6)、第二绳索(7)的绳索张紧装置(202)，所述第一绳索(6)的一端固定在肩关节绳盘(102)的左侧，另一端绕过绳索张紧装置(202)后与肘关节被动绳盘(301)的右侧连接；所述第二绳索(7)的一端固定在肩关节绳盘(102)的右侧，另一端绕过绳索张紧装置(202)后与肘关节被动绳盘(301)左侧连接。

4.根据权利要求1所述的一种利用绳索传动的欠驱动肩肘关节康复机械臂，其特征在于，所述旋转组件(4)包括与肘关节连杆(303)下侧连接的固定支架(401)，所述固定支架(401)的上端面通过弧形导轨组件(403)与环形绳盘(404)连接。

5.根据权利要求4所述的一种利用绳索传动的欠驱动肩肘关节康复机械臂，其特征在于，所述固定支架(401)的侧端面及下端面上设有转向滑轮组(402)；所述第三绳索(8)的一端固定在肘关节主动绳盘(302)的左侧，另一端绕过转向滑轮组(402)中的一部分滑轮后与环形绳盘(404)的右侧连接；所述第四绳索(9)的一端固定在肘关节主动绳盘(302)的右侧，另一端绕过转向滑轮组(402)中的另一部分滑轮后与环形绳盘(404)的左侧连接。

6.根据权利要求2所述的一种利用绳索传动的欠驱动肩肘关节康复机械臂，其特征在于，还包括与环形绳盘(404)内侧面连接的腕部支架(501)，所述腕部支架(501)的下端通过滑动组件(503)与手柄(505)连接，所述手柄(505)通过固定组件(504)锁紧固定。

7.根据权利要求6所述的一种利用绳索传动的欠驱动肩肘关节康复机械臂，其特征在于，所述固定组件(504)设于腕部支架(501)的一侧，所述固定组件(504)包括带螺杆的把手和固定螺母，所述把手的螺杆部分依次穿过腕部支架(501)侧面定位孔及手柄(505)上的腰孔后通过固定螺母锁紧。

8.根据权利要求6所述的一种利用绳索传动的欠驱动肩肘关节康复机械臂，其特征在于，所述腕部支架(501)外侧及肩肘连杆(201)外表面上分别设有用于与患者手臂接触的前臂接触腔(502)、上臂接触腔(203)。

Images