CN217960664U - 康复机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种康复机器人，涉及机器人技术领域，包括机械臂和可拆卸的肢体固定部件，机械臂包括三个动力关节及五个无动力关节；机械臂末端设有旋转部件，其中，旋转部件的中心轴垂直于地面或平行于地面，三个动力关节旋转时，旋转部件的中心轴的指向保持不变，由此通过机械臂末端设置的旋转部件，解除了康复机器人末端位置和姿态控制的耦合，使得机械臂末端旋转轴方向保持不变且自由转动，从而实现机械臂末端仅通过无动力关节就能够满足康复训练末端位置和姿态的同时控制。

Description

康复机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及一种康复机器人。

背景技术

人体肢体末端位置和姿态共有6个自由度，因此康复机器人需要6个或以上自由度，才能够实现末端任意位姿的控制。对于多自由度旋转关节机械臂，多自由度旋转关节机械臂末端在三维空间中的位置需要至少3个动力关节才可以实现完全控制。

然而实际上，对于康复机器人的应用场合，人体末端与机械臂末端固定连接，构成一个闭链，除了肢体末端绕轴向旋转，即横滚自由度之外，其他两个自由度姿态完全决定于当前的位置，但是由于传统康复机器人的机械臂末端位置和末端姿态控制是耦合的，即机械臂改变末端位置的同时，也改变了末端的姿态，而想要调整末端的期望姿态，就需要额外的动力关节去补偿，这就导致了不论实际训练需要几个姿态的控制，传统康复机器人的设计都必须要至少增加3个动力关节，才能满足末端姿态控制，给设计增加了复杂度并增加了成本。

实用新型内容

本实用新型提供一种康复机器人，用以解决现有技术中机械臂末端位置和末端姿态控制是耦合的，进而导致康复机器人的动力关节的数量需要多于3个才能实现末端位置和姿态的同时控制的缺陷，实现了解除机械臂末端位置和末端姿态控制的耦合的要求。

本实用新型提供一种康复机器人，包括机械臂和可拆卸的肢体固定部件，所述机械臂包括三个动力关节及五个无动力关节；

所述机械臂末端设有旋转部件，其中，所述旋转部件的中心轴垂直于地面或平行于地面，所述三个动力关节旋转时，所述旋转部件的中心轴的指向保持不变。

进一步地，所述三个动力关节与五个无动力关节之间通过连杆进行连接，所述三个动力关节与五个无动力关节之间构成两个平行四边形结构；

其中，所述两个平行四边形结构用于使所述旋转部件的中心轴的指向保持不变。

进一步地，所述可拆卸的肢体固定部件安装于机械臂末端，所述可拆卸的肢体固定部件由连接机构和绑带构成；

其中，所述连接机构安装于机械臂末端，所述绑带用于将人体肢体固定在所述连接机构上。

进一步地，所述动力关节内部包括电机、减速器、传感器，所述无动力关节内部包括轴承支架；

其中，所述电机用于带动减速器，以实现所述动力关节进行旋转运动。

进一步地，所述无动力关节内部包括轴承支架；

其中，所述轴承支架与所述动力关节的外壳连接，使得所述动力关节旋转时，所述无动力关节随之旋转。

本实用新型提出的康复机器人，包括机械臂和可拆卸的肢体固定部件，通过机械臂包括位于机械臂前端的三个动力关节及位于机械臂末端的五个无动力关节；机械臂末端设有旋转部件，其中，旋转部件的中心轴垂直于地面或平行于地面，三个动力关节旋转时，旋转部件的中心轴的指向保持不变，实现了通过机械臂末端设置的旋转部件，解除康复机器人末端位置和姿态控制的耦合，使得机械臂末端旋转轴方向保持不变且自由转动，从而实现机械臂末端仅通过无动力关节就能够满足康复训练末端位置和姿态的同时控制。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的康复机器人的结构示意图；

图2是本实用新型提供的机械臂的结构示意图；

图3是本实用新型提供的康复机器人的场景应用示意图；

图4是本实用新型提供的可拆卸的肢体固定部件的场景应用示意图。

附图标记：

101：第一动力关节、102：第二动力关节、103：第三动力关节、104：第一连杆、105：第二连杆、106：第三连杆、107：第四连杆、108：第一无动力关节、109：第二无动力关节、110：第三无动力关节、111：第五无动力关节、112：第四无动力关节、113：旋转部件、201：连接机构、202：绑带。

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“中”、“外”、“内”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

请参阅图1-4所示，本实用新型为一种康复机器人，包括机械臂和可拆卸的肢体固定部件，机械臂包括位于机械臂前端的三个动力关节及位于机械臂末端的五个无动力关节。

具体地，动力关节内部包括电机、减速器、传感器等，电机用于带动减速器，以实现动力关节沿着动力关节的中心轴进行旋转运动，无动力关节内部包括轴承支架，轴承支架与动力关节的外壳之间连接，因此在动力关节旋转时，无动力关节会随之旋转，减速器则用于在对电机进行减速和扭矩放大，传感器用于检测关节运动状态。

进一步地，参考图2，机械臂由关节和连杆构成，关节包括三个动力关节和五个无动力关节，三个动力关节与五个无动力关节之间通过连杆进行连接，具体地，三个动力关节包括：第一动力关节101、与第一动力关节101连接的第二动力关节102、第三动力关节103，五个无动力关节包括：与第二动力关节102连接的第一无动力关节108、与第一无动力关节101连接的第二无动力关节109、与第三动力关节103连接的第三无动力关节110、与第二无动力关节109连接的第四无动力关节112、与第四无动力关节112连接的第五无动力关节111，其中，关节用于实现机械臂的自由旋转，连杆用于将各个关节之间连接起来，以实现动力关节旋转时带动无动力关节随之旋转。

进一步地，本实用新型中，第一连杆104和第三连杆106平行且长度相等，第二连杆105和第四连杆107平行且长度相等，由此第二动力关节102、第三动力关节103、第一无动力关节108和第二无动力关节109之间构成一个平行四边形，同时第三动力关节103、第三无动力关节110、第四无动力关节112和第五无动力关节111之间构成一个平行四边形，机械臂末端的旋转部件113可绕垂直于地面或者平行于地面的中心轴旋转，因此本实施新型中，由于三个动力关节与五个无动力关节之间构成的两个平行四边形结构，使得当动力关节旋转时，保证旋转部件的中心轴的指向保持不变。

参考图1，可拆卸的肢体固定部件安装于机械臂末端，具体地，可拆卸的肢体固定部件由连接机构201和绑带202构成，连接机构201安装于机械臂末端，并且与机械臂末端的旋转部件113连接，绑带202用于将人体肢体固定在连接机构201上，由此当机械臂的动力关节旋转时，人体肢体由于连接机构201和绑带202的协同控制可以绕机械臂末端旋转，由于机械臂末端的关节为第三无动力关节110和第五无动力关节111，使得人体肢体绕机械臂末端旋转时，人体肢体的指向不会随着机械臂运动而变化，例如当机械臂进行前后或者上下等方向上进行移动时，人体肢体仅只是随着机械臂进行前后或者上下等方向上进行移动，而人体肢体指向是一直固定不变的，从而保证人体肢体在使用康复机器人时，不会发生扭伤等意外，进而很大程度的保障了康复机器人使用的安全性。同时人体肢体在三维空间中的位置可以得到控制，换句话说，本实用新型中，通过机械臂末端设置的旋转部件，解除了康复机器人末端位置和姿态控制的耦合，使得机械臂末端旋转轴方向保持不变且自由转动，从而实现机械臂末端仅通过无动力关节就能够满足康复训练末端位置和姿态的同时控制。

此外，在一应用场景中，康复机器人的肢体固定部件可以绕机械臂末端旋转轴旋转，且此种情况下康复机器人有4个自由度，并且肢体固定部件在与人体肢体固定之后，4个自由度完全受控，其中，此4个自由度为目前康复机器人拥有的常规的4个自由度，在此不再赘述。

此外，在另一应用场景中，当人体肢体需要在俯仰方向上进行康复训练时，本实用新型中，可拆卸的肢体固定部件还包括俯仰机构，参考图4，俯仰机构使得人体肢体可以绕从右向左方向上的中心轴进行俯仰康复运动。

其中，俯仰机构具有俯仰自由度，且俯仰自由度包括无动力俯仰自由度和/或有动力俯仰自由度，在机械臂末端的旋转轴垂直于地面情况下，当俯仰机构的俯仰自由度为有动力俯仰自由度时，则康复机器人有5个自由度，并且康复机器人在与人体肢体固定之后，所有自由度完全受控。当俯仰机构的俯仰自由度为无动力俯仰自由度时，则康复机器人有5个自由度，并且康复机器人在与人体肢体固定之后，无动力俯仰自由度不受控，可以由人体肢体自由驱动，其他4个自由度完全受控。

本实用新型中，俯仰机构可以通过机械臂末端的旋转部件113实现在俯仰自由度方向上进行运动，此外，还可以通过俯仰机构上具备旋转功能的部件实现在俯仰自由度方向上进行运动，本实用新型对此不进行限制。

此外，在另一应用场景中，当人体肢体需要在横滚方向上进行康复训练时，本实用新型中，可拆卸的肢体固定部件还包括横滚机构，参考图4，横滚机构使得人体肢体可以绕从里向外方向上的中心轴进行俯仰康复运动。

横滚机构具有无动力横滚自由度和/或有动力横滚自由度。如图4所示，在机械臂末端的旋转轴垂直于地面情况下，当横滚机构的俯仰自由度为有动力横滚自由度时，则康复机器人有5个自由度，并且康复机器人在与人体肢体固定之后，所有自由度完全受控。当横滚机构的俯仰自由度为无动力横滚自由度时，则康复机器人有5个自由度，并且康复机器人在与人体肢体固定之后，无动力横滚自由度不受控，可以由人体肢体自由驱动，其他4个自由度完全受控。

本实用新型中，横滚机构可以通过机械臂末端的旋转部件113实现在横滚自由度方向上进行运动，此外，还可以通过横滚机构上具备旋转功能的部件实现在横滚自由度方向上进行运动，本实用新型对此不进行限制。

此外，在另一应用场景中，当人体肢体需要在横滚方向和俯仰方向上进行康复训练时，可拆卸的肢体固定部件还可同时装置横滚机构和俯仰机构，此时康复机器人有6个自由度，以实现人体肢体同时在横滚自由度方向和俯仰自由度方向上的康复训练。

此外，在横滚方向和俯仰方向上的康复训练时，可以根据实际需要选择不同的自由度组合，例如：无动力俯仰自由度和无动力横滚自由度、有动力俯仰自由度和无动力横滚自由度、只有无动力俯仰自由度、只有有动力俯仰自由度等组合，对此不进行限制。

同理，在使用康复机器人进行其他方向上的康复训练时，可以根据实际需要在6个自由度中选择不同的自由度进行组合，在此不再赘述，由此满足用户实现末端任意位姿的控制。

另外，如果横滚机构的自由度为无动力自由度，在与人体肢体固定之后，横滚自由度不受控，可以由用户自由驱动，其他5个自由度完全受控；如果横滚机构的自由度为有动力自由度，在与人体肢体固定之后，6个自由度完全受控，俯仰机构同理，在此不再赘述。

本实用新型中，参考图2，当肢体固定部件与人体肢体固定之后，机械臂与人体肢体组成一个闭链，而人体肢体的姿态是由机械臂末端位置和人体相对与机械臂的位置共同决定。机械臂与肢体固定部件之间的旋转轴可以自由转动，且在运动过程中固定指向，使得机械臂与肢体固定部件姿态完全解耦，人机械臂移动到任意位置，人体肢体的姿态都是唯一的，不需要动力关节去调整机械臂末端姿态。换句话说，本实用新型中的康复机器人解除了康复机器人末端位置和姿态控制的耦合，使得末端旋转轴方向保持不变且自由转动，且通过机械臂末端设置的旋转部件能够实现最少使用3个动力关节，其他都是被动关节。

本实用新型提出的康复机器人，包括机械臂和可拆卸的肢体固定部件，通过机械臂包括三个动力关节及五个无动力关节；机械臂末端设有旋转部件，其中，旋转部件的中心轴垂直于地面或平行于地面，三个动力关节旋转时，旋转部件的中心轴的指向保持不变，实现了通过机械臂末端设置的旋转部件，解除康复机器人末端位置和姿态控制的耦合，使得机械臂末端旋转轴方向保持不变且自由转动，从而实现机械臂末端仅通过无动力关节就能够满足康复训练末端位置和姿态的同时控制。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受说明书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (5)

1.一种康复机器人，包括机械臂和可拆卸的肢体固定部件，其特征在于：所述机械臂包括三个动力关节及五个无动力关节；

所述机械臂末端设有旋转部件，其中，所述旋转部件的中心轴垂直于地面或平行于地面，所述三个动力关节旋转时，所述旋转部件的中心轴的指向保持不变。

2.根据权利要求1所述的康复机器人，其特征在于，所述三个动力关节与五个无动力关节之间通过连杆进行连接，所述三个动力关节与五个无动力关节之间构成两个平行四边形结构；

其中，所述两个平行四边形结构用于使所述旋转部件的中心轴的指向保持不变。

3.根据权利要求1所述的康复机器人，其特征在于，所述可拆卸的肢体固定部件安装于机械臂末端，所述可拆卸的肢体固定部件由连接机构和绑带构成；

其中，所述连接机构安装于机械臂末端，所述绑带用于将人体肢体固定在所述连接机构上。

4.根据权利要求1至2任一项所述的康复机器人，其特征在于，所述动力关节内部包括电机、减速器、传感器；

其中，所述电机用于带动减速器，以实现所述动力关节进行旋转运动。

5.根据权利要求1至2任一项所述的康复机器人，其特征在于，所述无动力关节内部包括轴承支架；

其中，所述轴承支架与所述动力关节的外壳连接，使得所述动力关节旋转时，所述无动力关节随之旋转。

Images