CN217040661U - 一种四自由度上肢外骨骼机械臂 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种四自由度上肢外骨骼机械臂，属于医疗器械技术领域，包括小臂组件、肘部组件、大臂组件、肩部组件和固定箱组件；小臂组件包括小臂连接板及其两端的小臂连接件和把手组件；肘部组件内设有与小臂连接件相连的肘关节展收驱动结构，驱动小臂组件完成肘关节展收；大臂组件包括大臂连接板及其两端的肩部连接件和肘关节旋转驱动结构，肘关节旋转驱动结构驱动肘部组件完成肘关节旋转；肩部组件内设有与肩部连接件相连的肩关节展收电机，驱动大臂组件完成肩关节展收；固定箱组件的上部与外部支架连接，下部设有与肩部组件相连的肩关节旋转驱动结构，驱动肩部组件完成肩关节旋转，进而实现四自由度驱动，满足各类基本康复训练动作要求。

Description

一种四自由度上肢外骨骼机械臂

技术领域

本实用新型属于医疗器械技术领域，具体涉及一种四自由度上肢外骨骼机械臂。

背景技术

上肢损伤,主要指肩关节、肘关节的部分或全部功能丧失，其造成原因主要包含中风、运动损伤、机械式外伤、脊髓炎等，对个人和家庭都有极大影响。由于上肢损伤对人类日常生活影响巨大，同时上肢损伤的康复性治疗，无论是前期、中期还是后期都十分关键。因此，及时、持久的辅助性康复治疗对上肢损伤患者而言是极其重要的。

现阶段而言，辅助性康复治疗大多采用单一的康复运动方式，依靠医生辅助患者进行重复的关节运动。这种机械、重复的训练方法需要大量的医务资源，同时效率也是极其低下，在价格方面，更是让许多患者无法承受，因此很多上肢损伤的患者得不到足够的辅助性康复治疗。上肢运动损伤不仅降低患者的生活质量，还增大患者的家庭负担，因此急需一种新型的辅助康复治疗的方法。研究发现，机械臂可以模仿人体上肢运动轨迹并主动带动人体上肢进行伴随运动，该方式对于上肢损伤患者的康复有明显积极作用。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型提出了一种四自由度上肢外骨骼机械臂，用于对上肢损伤患者的辅助性康复治疗。

本实用新型具体技术方案如下：

一种四自由度上肢外骨骼机械臂，其特征在于，包括小臂组件1、肘部组件2、大臂组件3、肩部组件4和固定箱组件5；所述小臂组件1包括小臂连接板12、位于小臂连接板12一端的小臂连接件13和另一端的把手组件11；所述肘部组件2内设有与小臂连接件13相连的肘关节展收驱动结构，以驱动小臂组件1完成肘关节展收；所述大臂组件3包括大臂连接板、位于大臂连接板一端的肩部连接件37和另一端外侧的肘关节旋转驱动结构，肘关节旋转驱动结构与肘部组件2相连，以驱动肘部组件2完成肘关节旋转；所述肩部组件4内设有与肩部连接件37相连的肩关节展收电机42，以驱动大臂组件3完成肩关节展收；所述固定箱组件5的上部与外部支架连接，以固定整个机械臂，固定箱组件5的下部设有与肩部组件4相连的肩关节旋转驱动结构，以驱动肩部组件4完成肩关节旋转。

进一步地，所述把手组件11通过长孔与小臂连接板12连接，通过调整长孔连接位置，控制把手组件11与肘部组件2的距离，以适配不同使用者的小臂长度。

进一步地，所述肘关节展收驱动结构包括肘部电机支架23、肘关节屈伸电机24、齿轮组25和齿轮箱26，肘关节屈伸电机24固定于肘部电机支架23上，齿轮组25装于齿轮箱26内部，肘关节屈伸电机24通过控制齿轮组25带动小臂连接件13展收，进而驱动小臂组件1完成肘关节展收。

进一步地，所述肘部组件2还包括肘部连接件21、肘部下转槽22和肘部大齿轮27，肘部连接件21用于连接小臂连接件13、肘部下转槽22、肘部电机支架23和齿轮箱26，肘部大齿轮27紧固于肘部下转槽22，用于连接肘关节旋转驱动结构。

进一步地，所述大臂连接板包括相连的大臂下连接板32和大臂上连接板33，大臂上连接板33上固定有肩部连接件37，大臂下连接板32外侧固定有肘关节旋转驱动结构。

进一步地，所述大臂下连接板32的截面采用符合人体结构的半圆形，以实现肘关节的180°旋转。

进一步地，所述肘关节旋转驱动结构包括肘部上转槽31、大臂电机支架34、肘关节旋转电机35和大臂齿轮36，肘部上转槽31用于与肘部下转槽22连接，肘关节旋转电机35固定于大臂下连接板32外侧的大臂电机支架34上，大臂齿轮36用于与肘部大齿轮27啮合，肘关节旋转电机35通过控制大臂齿轮36带动肘部大齿轮27转动，以驱动肘部组件2完成肘关节旋转。

进一步地，所述肩关节旋转驱动结构包括肩关节旋转电机52、伞齿轮组53和肩部连接杆54，肩部连接杆54与肩部组件4连接，肩关节旋转电机52通过控制伞齿轮组53带动肩部连接杆54旋转，进而驱动肩部组件4完成肩关节旋转。

进一步地，所述肘关节屈伸电机24、肘关节旋转电机35、肩关节展收电机42和肩关节旋转电机52均为直流无刷电机。

进一步地，所述把手组件11为月牙形或方形。

进一步地，所述小臂连接件13整体呈U形，肘部连接件21与U形小臂连接件13的两端相连，以空出肘部展收时所需的空间。

进一步地，所述肩部连接件37为U形，肩关节展收电机42在U形肩部连接件37的内部同轴连接。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型针对人体上肢存在运动功能障碍等患者的康复训练的需求，并根据人体上肢的运动方式和特点，参照上肢康复运动的姿态设计了一种四自由度上肢外骨骼机械臂，机械臂中的五个组件依次连接组成支撑结构，各电机通过齿轮传动等方式驱动关节运动，并分别就近安装在对应组件上。本实用新型提出的机械臂在穿戴于人体后可以贴合使用者上肢，能够满足各类基本康复训练动作要求，操作简便，成本低廉，让更多患者得到辅助性康复治疗的机会。

附图说明

图1为本实用新型提出的四自由度上肢外骨骼机械臂的整体结构示意图；

图2为本实用新型提出的四自由度上肢外骨骼机械臂中小臂组件的结构示意图；

图3为本实用新型提出的四自由度上肢外骨骼机械臂中肘部组件的正面结构示意图；

图4为本实用新型提出的四自由度上肢外骨骼机械臂中肘部组件的背面结构示意图；

图5为本实用新型提出的四自由度上肢外骨骼机械臂中大臂组件的结构示意图；

图6为本实用新型提出的四自由度上肢外骨骼机械臂中肩部组件和固定箱组件的结构示意图；

附图标记如下：

1：小臂组件；2：肘部组件；3：大臂组件；4：肩部组件；5：固定箱组件；11：把手组件；12：小臂连接板；13：小臂连接件；21：肘部连接件；22：肘部下转槽；23：肘部电机支架；24：肘关节屈伸电机；25：齿轮组；26：齿轮箱；27：肘部大齿轮；31：肘部上转槽；32：大臂下连接板；33：大臂上连接板；34：大臂电机支架；35：肘关节旋转电机；36：大臂齿轮；37：肩部连接件；42：肩关节展收电机；52：肩关节旋转电机；53：伞齿轮组；54：肩部连接杆。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清晰，结合以下具体实施例，并参照附图，对本实用新型做进一步的说明。

下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面的理解本实用新型，但不以任何方式限制本实用新型。

实施例1

本实用新型提出了一种四自由度上肢外骨骼机械臂，整体结构如图1所示，包括小臂组件1、肘部组件2、大臂组件3、肩部组件4和固定箱组件5；

如图2所示，所述小臂组件1包括小臂连接板12、位于小臂连接板12一端的小臂连接件13和另一端的月牙形的把手组件11，小臂组件1穿戴于使用者小臂处，使用者可通过把手组件11与机械臂稳固；小臂连接板12的中间位置设有孔洞，用于增设绑带，使小臂组件1与使用者的小臂更加贴合；把手组件11通过长孔与小臂连接板12连接，通过调整长孔连接位置，控制把手组件11与肘部组件2的距离，以适配不同使用者的小臂长度。

如图3和图4所示，所述肘部组件2包括肘部连接件21、肘部下转槽22、肘部大齿轮27和与小臂连接件13相连的肘关节展收驱动结构，肘部组件2穿戴于使用者肘部；肘关节展收驱动结构包括肘部电机支架23、肘关节屈伸电机24、齿轮组25和齿轮箱26，肘关节屈伸电机24固定于肘部电机支架23上，齿轮组25装于齿轮箱26内部，肘关节屈伸电机24通过控制齿轮组25带动小臂连接件13展收，进而驱动小臂组件1完成肘关节展收；肘部连接件21用于连接小臂连接件13、肘部下转槽22、肘部电机支架23和齿轮箱26，肘部大齿轮27紧固于肘部下转槽22，用于连接肘关节旋转驱动结构；其中，肘部连接件21与肘部下转槽22通过法兰结构进行连接，稳固性强。

如图5所示，所述大臂组件3包括相连的大臂下连接板32、大臂上连接板33、固定于大臂上连接板33一端的肩部连接件37和固定于大臂下连接板32外侧的肘关节旋转驱动结构，大臂组件3穿戴于使用者大臂处；肘关节旋转驱动结构包括肘部上转槽31、大臂电机支架34、肘关节旋转电机35和大臂齿轮36，肘部上转槽31用于与肘部下转槽22进行双槽结构连接，以增强稳定性，肘关节旋转电机35固定于大臂下连接板32外侧的大臂电机支架34上，与人体大臂轴线平行，大臂齿轮36用于与肘部大齿轮27啮合，肘关节旋转电机35通过控制大臂齿轮36带动肘部大齿轮27转动，以驱动肘部组件2完成肘关节旋转；大臂下连接板32和肘部上转槽31的截面均采用符合人体结构的半圆形，以实现肘关节的180°旋转；大臂下连接板32和大臂上连接板33的中间位置设有孔洞，用于增设绑带，使大臂组件3与使用者的大臂更加贴合。

如图6所示，所述肩部组件4穿戴于使用者肩部，内设有与肩部连接件37相连的肩关节展收电机42，以驱动大臂组件3完成肩关节展收；所述固定箱组件5选用坚固耐用的合金材料，其上部与外部支架连接，作为整个机械臂的基座，以固定整个机械臂，下部设有与肩部组件4相连的肩关节旋转驱动结构，肩关节旋转驱动结构包括肩关节旋转电机52、伞齿轮组53和肩部连接杆54，肩部连接杆54与肩部组件4连接，肩关节旋转电机52通过控制伞齿轮组53带动肩部连接杆54旋转，进而驱动肩部组件4完成肩关节旋转。

进一步地，所述肘关节屈伸电机24、肘关节旋转电机35、肩关节展收电机42和肩关节旋转电机52均为直流无刷电机，通过接受外部控制电路发出的控制信号，驱动机械臂各组件发生运动，带动使用者上肢进行康复治疗运动。

进一步地，所述小臂连接件13整体呈U形，肘部连接件21与U形小臂连接件13的两端相连，以空出肘部展收时所需的空间。

进一步地，所述肩部连接件37为U形，肩关节展收电机42在U形肩部连接件37的内部同轴连接。

Claims (10)

1.一种四自由度上肢外骨骼机械臂，其特征在于，包括小臂组件(1)、肘部组件(2)、大臂组件(3)、肩部组件(4)和固定箱组件(5)；所述小臂组件(1)包括小臂连接板(12)、位于小臂连接板(12)一端的小臂连接件(13)和另一端的把手组件(11)；所述肘部组件(2)内设有与小臂连接件(13)相连的肘关节展收驱动结构，以驱动小臂组件(1)完成肘关节展收；所述大臂组件(3)包括大臂连接板、位于大臂连接板一端的肩部连接件(37)和另一端外侧的肘关节旋转驱动结构，肘关节旋转驱动结构与肘部组件(2)相连，以驱动肘部组件(2)完成肘关节旋转；所述肩部组件(4)内设有与肩部连接件(37)相连的肩关节展收电机(42)，以驱动大臂组件(3)完成肩关节展收；所述固定箱组件(5)的上部与外部支架连接，以固定整个机械臂，固定箱组件(5)的下部设有与肩部组件(4)相连的肩关节旋转驱动结构，以驱动肩部组件(4)完成肩关节旋转。

2.根据权利要求1所述四自由度上肢外骨骼机械臂，其特征在于，所述把手组件(11)通过长孔与小臂连接板(12)连接，通过调整长孔连接位置，控制把手组件(11)与肘部组件(2)的距离。

3.根据权利要求1所述四自由度上肢外骨骼机械臂，其特征在于，所述肘关节展收驱动结构包括肘部电机支架(23)、肘关节屈伸电机(24)、齿轮组(25)和齿轮箱(26)，肘关节屈伸电机(24)固定于肘部电机支架(23)上，齿轮组(25)装于齿轮箱(26)内部，肘关节屈伸电机(24)通过控制齿轮组(25)带动小臂连接件(13)展收，进而驱动小臂组件(1)完成肘关节展收。

4.根据权利要求3所述四自由度上肢外骨骼机械臂，其特征在于，所述肘部组件(2)还包括肘部连接件(21)、肘部下转槽(22)和肘部大齿轮(27)，肘部连接件(21)用于连接小臂连接件(13)、肘部下转槽(22)、肘部电机支架(23)和齿轮箱(26)，肘部大齿轮(27)紧固于肘部下转槽(22)，用于连接肘关节旋转驱动结构。

5.根据权利要求1所述四自由度上肢外骨骼机械臂，其特征在于，所述大臂连接板包括相连的大臂下连接板(32)和大臂上连接板(33)，大臂上连接板(33)上固定有肩部连接件(37)，大臂下连接板(32)外侧固定有肘关节旋转驱动结构。

6.根据权利要求5所述四自由度上肢外骨骼机械臂，其特征在于，所述肘关节旋转驱动结构包括肘部上转槽(31)、大臂电机支架(34)、肘关节旋转电机(35)和大臂齿轮(36)，肘部上转槽(31)用于与肘部下转槽(22)连接，肘关节旋转电机(35)固定于大臂下连接板(32)外侧的大臂电机支架(34)上，大臂齿轮(36)用于与肘部大齿轮(27)啮合，肘关节旋转电机(35)通过控制大臂齿轮(36)带动肘部大齿轮(27)转动，以驱动肘部组件(2)完成肘关节旋转。

7.根据权利要求1所述四自由度上肢外骨骼机械臂，其特征在于，所述肩关节旋转驱动结构包括肩关节旋转电机(52)、伞齿轮组(53)和肩部连接杆(54)，肩部连接杆(54)与肩部组件(4)连接，肩关节旋转电机(52)通过控制伞齿轮组(53)带动肩部连接杆(54)旋转，进而驱动肩部组件(4)完成肩关节旋转。

8.根据权利要求1所述四自由度上肢外骨骼机械臂，其特征在于，所述小臂连接件(13)整体呈U形，肘部连接件(21)与U形小臂连接件(13)的两端相连，以空出肘部展收时所需的空间。

9.根据权利要求1所述四自由度上肢外骨骼机械臂，其特征在于，所述肩部连接件(37)为U形，肩关节展收电机(42)在U形肩部连接件(37)的内部同轴连接。

10.根据权利要求1所述四自由度上肢外骨骼机械臂，其特征在于，所述把手组件(11)为月牙形或方形。

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