WO2020038012A1 - 个性化上肢康复训练机器人 - Google Patents

Abstract

一种个性化上肢康复训练机器人，包括底座支撑模块（4）、可拆卸设置于所述底座支撑模块（4）上的多体位座椅模块（3）、设置于所述底座支撑模块（4）上的肩关节自适应移动模块（2）及设置于所述肩关节自适应移动模块（2）上的七自由度上肢康复训练机械臂（1）；所述七自由度上肢康复训练机械臂（1）包括腕关节运动模块（11）、与所述腕关节运动模块（11）通过前臂尺寸调节模块（14）串联连接的肘关节运动模块（12）及通过上臂尺寸调节模块（15）与所述肘关节运动模块（12）的另一端串联连接的肩关节运动模块（13）。个性化上肢康复训练机器人能够让不同康复阶段的、不同症状的、不同体型的患者进行上肢康复训练，适用于因中枢神经、周围神经、脊髓、肌肉或骨骼疾病引起的上肢功能障碍或功能受限的患者。

Description

个性化上肢康复训练机器人 技术领域

本发明涉及训练型康复器械领域，特别涉及一种个性化上肢康复训练机器人。

背景技术

由于人类年龄的增长、交通事故的增多、体育运动性质关节损伤的逐渐增加、中风偏瘫发病率的增加，以及其他一些因素所导致的肢体损伤的患者都呈增加的趋势，这极大地影响着人类的身体健康和日常生活。医学理论和临床医学都证明，这类肢体损伤的患者除了进行早期药物治疗和手术治疗外，还有必要进行科学、准确、适当的肢体康复训练。

传统的肢体康复训练多是由护士或康复理疗师辅助患者去完成关节、肌肉及韧带的康复训练，以维持患者关节和肌肉的活动度，并促进患者关节运动功能的早日康复。但是传统的康复训练方法存在康复效果不能得到及时反馈、康复效果受到医师自身经验水平等因素影响、康复成本高等问题。

在专利号为CN102961235B的发明专利中，公开了一种上肢康复训练机器人，包括底座、支撑架、座椅、悬臂梁和上肢训练机构，可以实现4～6个自由度的转动。但是由于人体上肢具有7个自由度，所以该上肢康复训练机器人不能满足患者上肢所有自由度的康复训练；该上肢康复训练机器人的肩关节模块的中心不能保证在康复训练过程中与人体盂肱关节旋转中心相重合，关节位置偏差会带来牵扯感，导致对患者的二次伤害。

在专利号为CN201743884U的实用新型专利中，公开了一种上肢康复训练机器人，包括底座、人体工学座椅、康复机械臂和人机交互控制柜。该上肢康复训练机器人的肩关节模块的中心不能保证在康复训练过程中与人体盂肱关节旋转中心相重合，关节位置偏差会带来牵扯感，导致对患者的二次伤害。

在专利号为CN104873360B的发明专利中，公开了一种基于套索驱动的上肢康复外骨骼机器人，包括腕部外摆/内收关节、前屈/后伸关节、旋内/旋外 关节、肘部前屈/后伸关节、肩部前屈/后伸关节、外摆/内收关节、旋内/旋外关节、以及套索驱动装置，可以实现患者上肢7个自由度的转动，但是该基于套索驱动的上肢康复外骨骼机器人的肩关节模块的中心不能保证在康复训练过程中与人体盂肱关节旋转中心相重合，导致对患者的二次伤害。同时该上肢康复外骨骼机器人的前臂和上臂的尺寸调节是通过滑动槽口和锁紧螺母进行人工调节，效率低，而且不能记录每位患者的尺寸数据，不能实现快速的初始状态还原。

在专利号为CN102151215B的发明专利中，公开了一种上肢外骨骼式康复机械臂，由肩部C型外轨道支座、轨道滑块、肩头连接杆、上臂连接杆、前臂连接杆、手腕环形外轨道支座、手腕摆动连杆和手柄构成，可实现7个自由度的运动。但由于该发明没有设置驱动元件，因此无法独立对患者进行康复训练治疗。

在专利号为CN103948485A的发明专利中，公开了一种外骨骼式上肢康复机器人，该康复机器人由驱动部分、传动部分、执行部分构成，能模拟运动疗法进行康复训练。但是该康复机器人只能完成肘关节前屈/后伸和前臂旋内/旋外两种运动，不利于上肢其他关节的康复训练。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种新型的上肢康复训练机器人，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，研制一款能够让不同康复阶段的、不同症状的、不同体型的患者进行上肢康复训练的具有肩关节自适应移动模块的个性化上肢康复训练机器人，适用于因中枢神经、周围神经、脊髓、肌肉或骨骼疾病引起的上肢功能障碍或功能受限的患者。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种个性化上肢康复训练机器人，包括底座支撑模块、可拆卸设置于所述底座支撑模块上的多体位座椅模块、设置于所述底座支撑模块上的肩关节自适应移动模块及设置于所述肩关节自适应移动模块上的七自由度上肢康复训练机械臂；

所述七自由度上肢康复训练机械臂；包括腕关节运动模块、与所述腕关节运动模块通过前臂尺寸调节模块串联连接的肘关节运动模块及通过上臂尺寸调节模块与所述肘关节运动模块的另一端串联连接的肩关节运动模块。

优选的是，所述腕关节运动模块包括串联连接的背屈/掌屈运动机构和尺屈/桡屈运动机构，两运动机构的转动轴线相较于点Ow；

所述尺屈/桡屈运动机构包括尺屈/桡屈固定板、设置在所述尺屈/桡屈固定板上的第一连接盘、设置于所述第一连接盘上的第一减速器、与所述第一减速器动力连接的第一电机、与所述第一减速器的动力输出轴连接的尺屈/桡屈转动轴、与所述尺屈/桡屈转动轴连接的尺屈/桡屈动力输出板、连接于所述尺屈/桡屈动力输出板的第一六维力传感器、连接于所述第一六维力传感器另一端的连接过渡板及连接于所述连接过渡板上的手柄；设置在所述第一电机上的第一电机编码器和固定在所述尺屈/桡屈转动轴上的第一编码器组成闭环回路，检测尺屈/桡屈运动机构的关节角度；

所述背屈/掌屈运动机构包括背屈/掌屈固定板、设置在所述背屈/掌屈固定板上的第二连接盘、设置于所述第二连接盘上的第二减速器、与所述第二减速器动力连接的第二电机、与所述第二减速器的动力输出轴连接的背屈/掌屈转动轴及与所述背屈/掌屈转动轴连接的背屈/掌屈动力输出板；设置在所述第二电机上的第二电机编码器和固定在所述背屈/掌屈转动轴上的第二编码器组成闭环回路，检测所述背屈/掌屈运动机构的关节角度。

优选的是，所述肘关节运动模块包括串联连接的屈曲/超伸运动机构和前臂旋前/旋后运动机构，两运动机构的转动轴线相较于点Oe；

所述屈曲/超伸运动机构包括屈曲/超伸固定支撑盘、设置于所述屈曲/超伸固定支撑盘上的第三连接盘、设置于所述第三连接盘上的第三电机、与所述第三电机的动力输出轴连接的过渡轴、与所述过渡轴另一端连接的第三减速器、与所述第三减速的输出端连接的屈曲/超伸连接法兰盘、与所述屈曲/超伸连接法兰盘连接的屈曲/超伸动力输出板及设置于所述屈曲/超伸连接法兰盘和屈曲/超伸动力输出板之间的第一扭矩传感器；

屈曲/超伸动力输出板通过轴承和轴承端盖旋转支撑在屈曲/超伸连接法兰盘上。

优选的是，所述前臂旋前/旋后运动机构包括第一弧形轨道、通过第一轴承支撑设置在所述第一弧形轨道上的第一滑块、设置在所述第一滑块上的第四连接盘、设置于所述第四连接盘上的第四减速器、设置于所述第四减速器另一端的第四电机及与所述第四减速器的输出端驱动连接的第一驱动小齿轮，所述第四电机带动第一滑块、第四减速器、前臂尺寸调节模块绕着前臂旋前/旋后轴线转动；所述第四电机内置的编码器用于检测所述前臂旋前/旋后运动机构的关节角度；

所述屈曲/超伸运动机构还包括通过连接角接固定于所述第一弧形轨道上的屈曲/超伸辅助连接板、设置于所述屈曲/超伸辅助连接板另一端的屈曲/超伸辅助旋转轴及通过屈曲/超伸辅助套筒固定在屈曲/超伸辅助支撑板上的第三编码器，所述第三电机内置的编码器和第三编码器组成了闭合回路，检测所述屈曲/超伸运动机构的关节角度。

优选的是，所述肩关节运动模块包括依次串联连接的肩关节外摆/内收运动机构、前屈/后伸运动机构和外旋/内旋运动机构，三个运动机构的转动轴线相较于点Os；

所述外摆/内收运动机构包括外摆/内收支撑板、设置在所述外摆/内收支撑板上的外摆/内收固定支撑盘、设置在所述外摆/内收支撑板上的第五连接盘、设置在所述第五连接盘上的第五电机、与所述第五电机的动力输出轴连接的外摆/内收旋转轴、与所述外摆/内收旋转轴的另一端连接的第五减速器、与所述第五减速器的输出端连接的外摆/内收输出法兰、与所述外摆/内收输出法兰连接的外摆/内收动力输出板、设置于所述第五减速器和外摆/内收动力输出板之间的第二扭矩传感器及固接于所述外摆/内收动力输出板上的第四编码器；所述第五电机内置的编码器和所述第四编码器组成闭合回路，用于检测外摆/内收运动机构的关节角度；

所述外旋/内旋运动机构包括第二弧形轨道、通过轴承设置在所述第二弧形轨道上的第二滑块、设置在所述第二滑块上的第六连接盘、设置于所述第六连接盘上的第六减速器、设置于所述第六减速器另一端的第六电机及与所述第六减速器的输出端驱动连接的第二驱动小齿轮，所述第六电机带动所述第二滑块、第六减速器、前臂尺寸调节模块和腕关节运动模块绕着肩关节外 旋/内旋轴线转动；所述第六电机的内置编码器用于检测外旋/内旋运动机构的关节角度。

优选的是，所述前臂尺寸调节模块包括与所述第一滑块连接的前臂尺寸调节固定支撑座、固定于所述前臂尺寸调节固定支撑座上表面的第一直线导轨、滑动设置在所述第一直线导轨上的第三滑块、与所述第三滑块连接的第一推杆及固接于所述第三滑块上表面的前臂尺寸调节滑动板，所述前臂尺寸调节模块用于自动调节点Ow和Oe之间的距离，以适应不同患者前臂的长度尺寸；

所述上臂尺寸调节模块包括与所述第二弧形轨道连接的上臂尺寸调节固定支撑板、固接于所述臂尺寸调节固定支撑板侧面的第二直线导轨、滑动设置在所述第二直线导轨上的第四滑块、与所述第四滑块连接的第二推杆及固接于所述第四滑块侧面的前臂尺寸调节滑动板，所述上臂尺寸调节模块用于自动调节点Os和Oe之间的距离，以适应不同患者上臂的长度尺寸。

优选的是，所述上肢康复训练机械臂包括一套或两套，根据患者的康复训练要求进行上肢康复训练机械臂的数量与左右分布的配置；

所述肩关节自适应移动模块通过底部设置的可上下伸缩的主动升降立柱支撑设置在底座支撑模块上，其顶端通过第一被动旋转关节连接有一第一转板，所述第一转板的两端均通过第二被动旋转关节连接有一第二转板，所述上肢康复训练机械臂上的外摆/内收支撑板上设置的第一快速拆卸机构再通过第三被动旋转关节与所述第二转板连接；通过主动升降立柱实现上肢康复训练机械臂在竖直平面内的上下移动，通过第一被动旋转关节、第二被动旋转关节、第三被动旋转关节实现上肢康复训练机械臂在水平面内的水平移动。

优选的是，所述的底座支撑模块包括U型底部支撑板和固接于其底部的万向轮组，所述U型底部支撑板内侧设计有用于与所述多体位座椅模块进行快速定位与固定的第二快速拆装机构。

优选的是，所述尺屈/桡屈运动机构上设置有尺屈/桡屈限位环，用于限制所述尺屈/桡屈运动机构的运动范围；所述前臂尺寸调节滑动板内设有限位槽口，用于限制所述背屈/掌屈运动机构的运动范围；

所述屈曲/超伸运动机构上设置有屈曲限位块和超伸限位块，用于限制所 述屈曲/超伸运动机构的运动范围；所述前臂旋前/旋后运动机构通过光电对管进行安全限位；

所述外摆/内收固定支撑盘上设置有外摆限位块和内收限位块，用于限制所述外摆/内收运动机构的运动范围；所述外旋/内旋运动机构通过两个外旋/内旋限位块限制所述外旋/内旋运动机构的运动范围。

优选的是，所述肩关节运动模块上设置有第二六维力传感器，所述第一六维力传感器和第二六维力传感器一方面用于检测患者与七自由度上肢康复训练机械臂之间的人机接触力，另一方面用于识别患者的运动意图。

本发明的有益效果是：

(1)个性化康复训练参数定制。本发明能够自动进行前臂和上臂的尺寸调节，并能够针对不同患者实现准确、快速的初始位置还原，便于快速、准确的进行后续康复训练。

(2)多自由度路径规划。本发明能够辅助患者进行患侧上肢肩关节、肘关节以及腕关节，七个自由度的、更全面的、以及个性化的上肢康复训练；本发明能够在被动康复训练模式下提供个性化轨迹规划的功能，完成患者个性化的路径规划，由上肢康复训练机器人实现既定康复轨迹的准确还原。

(3)肩关节耦合运动。本发明能够保证患者的盂肱关节旋转中心在进行上肢康复训练过程中与上肢康复训练机械臂的肩关节运动模块的旋转中心相重合，消除关节位置偏差所带来的牵扯感，防止对患者的二次伤害。

(4)友好人机交互。本发明在手柄处安装有痛点记录按钮，前期主要用于理疗师为患者进行路径规划中随时记录关节的痛点；后期一方面可以用于训练过程中的急停按钮，另一方面同样可以用于痛点记录，便于理疗师及时对康复路径进行修改完善。

附图说明

图1是本发明的个性化上肢康复训练机器人的整体结构示意图；

图2是本发明的七自由度上肢康复训练机械臂的整体结构示意图；

图3是本发明的七自由度上肢康复训练机械臂中的腕关节运动模块的结构示意图；

图4是本发明的七自由度上肢康复训练机械臂中的肘关节运动模块和前臂尺寸调节模块的整体结构示意图；

图5是本发明的七自由度上肢康复训练机械臂中的肩关节运动模块和上臂尺寸调节模块的结构示意图；

图6是本发明的肩关节自适应移动模块和底座支撑模块的结构示意图；

图7是本发明的前臂尺寸调节滑动板的结构示意图。

附图标记说明：

七自由度上肢康复训练机械臂(1)、肩关节自适应移动模块(2)、多体位座椅模块(3)、底座支撑模块(4)、腕关节运动模块(11)、背屈/掌屈运动机构(11A)、尺屈/桡屈运动机构(11B)、肘关节运动模块(12)、肩关节运动模块(13)、前臂尺寸调节模块(14)、上臂尺寸调节模块(15)；

第一电机编码器(1101)、第一电机(1102)、第一减速器(1103)、第一连接盘(1104)、尺屈/桡屈转动轴(1105)、第一轴承(1106)、第一编码器(1107)、尺屈/桡屈固定板(1108)、尺屈/桡屈限位环(1109)、盖板(1110)、尺屈/桡屈动力输出板(1111)第一六维力传感器(1112)、痛点记录按钮(1113)、第一连接角接(1114)、手柄(1115)、手柄连接过渡板(1116)、背屈/掌屈动力输出板(1118)、尺屈/桡屈转动轴(1119)、锁紧螺母(1120)；

第二编码器(1121)、背屈/掌屈固定板(1122)、第二连接盘(1123)、第二减速器(1124)、第二电机(1125)、第二电机编码器(1126)；

第三电机(1201)、第三连接盘(1202)、过渡轴(1203)、屈曲/超伸固定支撑盘(1205)、屈曲限位块(1206)、第三减速器(1207)、屈曲/超伸连接法兰盘(1208)、屈曲/超伸旋转轴(1209)、屈曲/超伸辅助支撑板(1210)、第二连接角接(1211)、屈曲/超伸动力输出板(1212)、第三编码器(1213)、屈曲/超伸辅助连接板(1214)、第三连接角接(1215)屈曲/超伸辅助套筒(1216)；

第四电机(1217)、第四减速器(1218)、第一滑块(1219)、第一驱动小齿轮(1220)、光电对管(1221)、屈曲/超伸辅助旋转轴(1222)、第一弧形轨道(1223)、第一扭矩传感器(1224)、超伸限位块(1225)、第二轴承端盖(1226)、第二轴承(1227)；

第五电机(1301)、外摆/内收旋转轴(1302)、第五连接盘(1303)、外摆/内收支撑板(1304)、外摆/内收固定支撑盘(1305)、外摆限位块(1306)、第五减速器(1307)连接、第三轴承端盖(1308)、第三轴承(1309)、外摆/内收连接法兰盘(1310)、第二扭矩传感器(1311)、外摆/内收动力输出板(1312)、第四编码器(1313)、第四连接角接(1314)；

第六电机(1318)、第二六维力传感器(1319)、第六减速器(1320)、第六连接盘(1321)、第二滑块(1322)、第二驱动小齿轮(1323)、第二弧形轨道(1324)、外旋/内旋限位块(1327)、内收限位块(1328)、编码器读数头(1329)、第六连接角接(1330)、第一快速拆卸机构(1331)；

前臂尺寸调节固定支撑座(1401)、第一直线导轨(1402)、第三滑块(1403)、前臂尺寸调节滑动板(1404)、第一推杆(1405)、限位槽口(1406)；

上臂尺寸调节固定支撑板(1501)、第二直线导轨(1502)、第二推杆(1503)、第四滑块(1504)、上臂尺寸调节滑动板(1505)；

第一被动旋转关节(201)、第二被动旋转关节(202)、第三被动旋转关节(203)、主动升降立柱(204)、主动升降立柱(206)、锁紧旋钮(207)、锁紧旋钮(208)、锁紧旋钮(209)、锁紧旋钮(210)、锁紧旋钮(211)、锁紧旋钮(212)、第一转板(220)、第二转板(221)、U型底部支撑板(401)、万向轮组(402)、第二快速拆卸机构(403)。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1所示，本实施例的一种个性化上肢康复训练机器人，包括底座支撑模块4、可拆卸设置于所述底座支撑模块上的多体位座椅模块3、设置于所述底座支撑模块4上的肩关节自适应移动模块2及设置于所述肩关节自适应移动模块2上的一套或两套七自由度上肢康复训练机械臂1；

如图2所示，七自由度上肢康复训练机械臂1采用典型的串联机器人的 结构形式，包括腕关节运动模块11、肘关节运动模块12、肩关节运动模块13、前臂尺寸调节模块14和上臂尺寸调节模块15等模块，腕关节运动模块11和肘关节运动模块12之间通过前臂尺寸调节模块14串联连接，肘关节运动模块12和肩关节运动模块13之间通过上臂尺寸调节模块15串联连接；所述的七自由度上肢康复训练机械臂1近端设计有快速拆卸机构1331，康复理疗师可以根据患者的康复训练要求进行七自由度上肢康复训练机械臂1数量与左右分布的配置。

如图3所示，腕关节运动模块11包括背屈/掌屈运动机构11A和尺屈/桡屈运动机构11B，两运动机构采用串联连接的方式，通过第一连接角接1114进行固定连接，其转动轴线相较于点Ow；尺屈/桡屈运动机构11B的第一电机1102的动力输出轴与第一减速器1103的动力输入轴相配合，组成驱动部件，驱动部件通过第一连接盘1104固定在尺屈/桡屈固定板1108上，尺屈/桡屈转动轴1105的两端分别连接着第一减速器1103的动力输出轴和尺屈/桡屈动力输出板1111；背屈/掌屈运动机构11A的第二电机1125的动力输出轴与减速器1124的动力输入轴相配合，组成驱动部件，驱动部件通过第二连接盘1123固定在背屈/掌屈固定板1122上，尺屈/桡屈转动轴1119的两端分别连接着第二减速器1124的动力输出轴和背屈/掌屈动力输出板1118；第一六维力传感器1112的一端与尺屈/桡屈动力输出板1111相连，另一端与手柄连接过渡板1116相连，手柄1115通过锁紧螺母1120固定在手柄连接过渡板1116上；第一电机编码器1101和固定在尺屈/桡屈转动轴1105上的第一编码器1107组成闭环回路，检测尺屈/桡屈运动机构11B的关节角度；第二电机编码器1126和固定在背屈/掌屈转动轴1119上的编码器1121组成闭环回路，检测背屈/掌屈运动机构11A的关节角度。

如图4所示，肘关节运动模块12包括屈曲/超伸运动机构12A和前臂旋前/旋后运动机构12B，两运动机构采用串联连接的连接方式，通过第二连接角接1211和第三连接角接1215固定连接，其转动轴线相较于点Oe；第三电机1201通过第三连接盘1202固定支撑在屈曲/超伸固定支撑盘1205上，第三电机1201的动力输出轴与过渡轴1203固连；屈曲/超伸旋转轴1209一端与过渡轴1203相连，另一端与固定在屈曲/超伸固定支撑盘1205上的第三减 速器1207连接；第三减速器1207的动力通过屈曲/超伸连接法兰盘1208和第一扭矩传感器1224传递到屈曲/超伸动力输出板1212上，屈曲/超伸动力输出板1212通过第二轴承1227和第二轴承端盖1226旋转支撑在屈曲/超伸连接法兰盘1208上；第三编码器1213通过屈曲/超伸辅助套筒1216固定在屈曲/超伸辅助支撑板1210上，屈曲/超伸辅助连接板1214的一端与第三连接角接1215连接，另一端与屈曲/超伸辅助旋转轴1222相连；第四电机1217和第四减速器1218固定支撑在第一滑块1219上，第一滑块1219通过轴承支撑在第一弧形轨道1223上，第四电机1217的动力通过第一驱动小齿轮1220传递到第一弧形轨道1223上，带动第一滑块1219、第四电机1217、第四减速器1218，以及前臂尺寸调节模块14绕着旋前/旋后轴线转动；第三电机1201内置的编码器和第三编码器1213组成了闭合回路，检测屈曲/超伸运动机构12A的关节角度；第四电机1217内置的编码器用于检测前臂旋前/旋后运动机构12B的关节角度。

如图5所示，肩关节运动模块13包括肩关节外摆/内收运动机构13A、前屈/后伸运动机构13B和外旋/内旋运动机构13C，三个运动机构通过连接角接1314和连接块1325串联连接，其转动轴线相较于点Os；外摆/内收运动机构13A和前屈/后伸运动机构13B内部结构一样，以外摆/内收运动机构13A举例说明，第五电机1301通过第五连接盘1303和外摆/内收支撑板1304固定在外摆/内收固定支撑盘1305上，外摆/内收旋转轴1302一端与第五电机1301的动力输出轴相连，另一端与固定在外摆/内收固定支撑盘1305上的第五减速器1307连接；第五减速器1307的动力通过外摆/内收连接法兰盘1310和第二扭矩传感器1311传递到外摆/内收动力输出板1312上，外摆/内收动力输出板1312通过第三轴承1309和第三轴承端盖1308旋转支撑在外摆/内收连接法兰盘1310上；第四编码器1313固定在外摆/内收动力输出板1312上，编码器读数头1329通过第六连接角接1330定位支撑在外摆/内收支撑板1304上；第六电机1318和第六减速器1320通过第六连接盘1321固定支撑在第二滑块1322上，第二滑块1322通过轴承支撑在第二弧形轨道1324上，第六电机1318的动力通过第二驱动小齿轮1323传递到第二弧形轨道1324上，带动第二滑块1322、第六电机1318、第六减速器1320，以及前臂尺寸 调节模块14和腕关节运动模块11绕着肩关节外旋/内旋轴线转动；第五电机1301内置的编码器和第四编码器1313组成闭合回路，检测外摆/内收运动机构13A的关节角度；第六电机1318的内置编码器用于检测外旋/内旋运动机构13C的关节角度。

如图4所示，前臂尺寸调节模块14包括前臂尺寸调节固定支撑座1401、第一直线导轨1402、第三滑块1403、前臂尺寸调节滑动板1404和第一推杆1405等，第一直线导轨1402固定安装在前臂尺寸调节固定支撑座1401上，第三滑块1403可以沿第一直线导轨1402移动，前臂尺寸调节滑动板1404与第三滑块1403上端面固定连接，整个前臂尺寸调节模块14通过前臂尺寸调节固定支撑座1401与前臂旋前/旋后运动机构12B固定连接；前臂尺寸调节模块14可以自动调节点Ow和Oe之间的距离，以适应不同患者前臂的长度尺寸，并且可以将该患者的前臂尺寸数据进行存储，实现患者下次康复训练前准确、快速的初始位置还原。

如图5所示，上臂尺寸调节模块15包括上臂尺寸调节固定支撑板1501、第二直线导轨1502、第四滑块1504、上臂尺寸调节滑动板1505和第二推杆1503等，第二直线导轨1502固定安装在上臂尺寸调节固定支撑板1501上，第四滑块1504可以沿第二直线导轨1502移动，前臂尺寸调节滑动板1505与第四滑块1504上端面固定连接，整个上臂尺寸调节模块15通过上臂尺寸调节固定支撑板1501与外旋/内旋运动机构13C固定连接；上臂尺寸调节模块15可以自动调节点Os和Oe之间的距离，以适应不同患者上臂的长度尺寸，并且可以将该患者的上臂尺寸数据进行存储，实现患者下次康复训练前准确、快速的初始位置还原。

所述肩关节自适应移动模块2通过底部设置的可上下伸缩的主动升降立柱206支撑设置在底座支撑模块2上，其顶端通过第一被动旋转关节连接有一第一转板220，所述第一转板220的两端均通过第二被动旋转关节202连接有一第二转板221，所述上肢康复训练机械臂上的外摆/内收支撑板上设置的第一快速拆卸机构(1331)再通过第三被动旋转关节203与所述第二转板221连接；通过主动升降立柱(206)实现上肢康复训练机械臂(1)在竖直平面内的上下移动，通过第一被动旋转关节201、第二被动旋转关节202、第 三被动旋转关节203实现上肢康复训练机械臂在水平面内的水平移动。

如图6所示，在一种实施例中，肩关节自适应移动模块2在水平方向设有两套被动臂结构，实现上肢康复训练机械臂1在水平面内的水平移动，包括第一被被动旋转关节201、第二被动旋转关节(202、204)、第三被动旋转关节(203、205)，其中被动旋转关节201包含两个转动副，属于复合被动旋转关节；竖直方向设有主动升降立柱206，实现上肢康复训练机械臂1在竖直平面内的上下移动；五个被动旋转关节201、202、203、204、205上分别设有锁紧旋钮207、208、209、210、211、212，康复训练时可以通过锁定其中某一个或者某几个锁紧旋钮，实现对某一侧肢体的康复训练；举例说明，将锁紧旋钮210、211和212锁紧，可以实现患者右侧上肢的康复训练；将锁紧旋钮207、208、209、210、211和212锁紧，可以实现患者左右侧上肢的腕关节和肘关节的康复训练。

如图6所示，底座支撑模块4包括U型底部支撑板401和万向轮组402，U型底部支撑板401与万向轮组402固定连接；所述的U型底部支撑板401内侧设计有能够实现与多体位座椅模块3快速定位与固定的第二快速拆卸机构403。

所述第二快速拆装机构403为设置在所述多体位座椅模块3底部的底板两侧的安装凸条，所述U型底部支撑板401两内侧的供所述安装凸条配合插入的两安装槽。

如图3、4、5和7所示，尺屈/桡屈运动机构11B上安装有尺屈/桡屈限位环1109，用于限制尺屈/桡屈运动机构11B的运动范围；前臂尺寸调节滑动板1404内设有限位槽口1406，用于限制背屈/掌屈运动机构11A的运动范围；屈曲/超伸运动机构12A上安装有屈曲限位块1206和超伸限位块1225，用于限制屈曲/超伸运动机构12A的运动范围；前臂旋前/旋后运动机构12B通过光电对管1221进行安全限位；肩关节外摆/内收运动机构13A和前屈/后伸运动机构13B的限位形似相同，以外摆/内收运动机构13A举例说明，在外摆/内收固定支撑盘1305上安装有外摆限位块1306和内收限位块1328，用于限制外摆/内收运动机构13A的运动范围；外旋/内旋运动机构13C通过两个外旋/内旋限位块1327限制外旋/内旋运动机构13C的运动范围。

如图3、5所示，腕关节运动模块11上设有第一六维力传感器1112，肩关节运动模块13上安装有第二六维力传感器1319，一方面用于检测患者与七自由度上肢康复训练机械臂1之间的人机接触力，另一方面用于识别患者的运动意图。

如图3所示，腕关节运动模块11的手柄1115上端设有痛点记录按钮1113，前期主要用于理疗师为患者进行路径规划中随时记录关节的痛点；后期一方面可以用于训练过程中的急停按钮，另一方面同样可以用于痛点记录，便于理疗师及时对康复路径进行修改完善。

本发明的工作过程是：

(1)首次进行康复训练：首先，康复理疗师利用系统登录部分给患者建立个人康复数据库；接着，患者坐在多体位座椅模块3上，进行坐姿的调整，并将患者的姿态数据存储到系统控制与存储部分中；然后患者穿戴上肢康复训练机械臂1，康复理疗师通过分别调节前臂尺寸调节模块14和上臂尺寸调节模块15使患者的腕关节、肘关节和肩关节旋转轴线与上肢康复训练机器人1的腕关节、肘关节和肩关节运动模块的旋转轴线相重合，同样利用系统控制与存储部分存储到患者的个人康复数据库中；紧接着，将运动模式调整为主动训练模式，由康复理疗师带着患者患肢进行单个关节的运动，患者感觉到疼痛的时候按下疼痛记录按钮1113，系统控制与存储部分记录当前关节的角度数值，并由康复理疗师进行患者的被动康复训练路径规划；最后，将运动模式调整为被动训练模式，由上肢康复训练机器人按照理疗师设定好的路径，带动患者的患肢进行康复训练，结束时由系统控制与存储部分进行本次康复训练的效果评估，并储存康复结果等数据。

(2)非第一次进行康复训练：患者使用系统登录部分进行系统登录，康复训练机器人自动还原到患者上次康复时的状态，主要包括上肢康复训练机械臂1的状态和多体位座椅模块3的状态；患者穿戴上肢康复训练机械臂1，继续进行康复训练，结束时由系统控制与存储部分进行本次康复训练的效果评估，同样储存康复结果等数据。

本发明适用于因中枢神经、周围神经、脊髓、肌肉或骨骼疾病引起的上肢功能障碍或功能受限的患者，能够让不同康复阶段的、不同症状的、不同 体型的患者进行上肢康复训练。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (10)

1. 一种个性化上肢康复训练机器人，其特征在于，包括底座支撑模块、可拆卸设置于所述底座支撑模块上的多体位座椅模块、设置于所述底座支撑模块上的肩关节自适应移动模块及设置于所述肩关节自适应移动模块上的七自由度上肢康复训练机械臂；

   所述七自由度上肢康复训练机械臂；包括腕关节运动模块、与所述腕关节运动模块通过前臂尺寸调节模块串联连接的肘关节运动模块及通过上臂尺寸调节模块与所述肘关节运动模块的另一端串联连接的肩关节运动模块。
2. 根据权利要求1所述的个性化上肢康复训练机器人，其特征在于，所述腕关节运动模块包括串联连接的背屈/掌屈运动机构和尺屈/桡屈运动机构，两运动机构的转动轴线相较于点Ow；

   所述尺屈/桡屈运动机构包括尺屈/桡屈固定板、设置在所述尺屈/桡屈固定板上的第一连接盘、设置于所述第一连接盘上的第一减速器、与所述第一减速器动力连接的第一电机、与所述第一减速器的动力输出轴连接的尺屈/桡屈转动轴、与所述尺屈/桡屈转动轴连接的尺屈/桡屈动力输出板、连接于所述尺屈/桡屈动力输出板的第一六维力传感器、连接于所述第一六维力传感器另一端的连接过渡板及连接于所述连接过渡板上的手柄；设置在所述第一电机上的第一电机编码器和固定在所述尺屈/桡屈转动轴上的第一编码器组成闭环回路，检测尺屈/桡屈运动机构的关节角度；

   所述背屈/掌屈运动机构包括背屈/掌屈固定板、设置在所述背屈/掌屈固定板上的第二连接盘、设置于所述第二连接盘上的第二减速器、与所述第二减速器动力连接的第二电机、与所述第二减速器的动力输出轴连接的背屈/掌屈转动轴及与所述背屈/掌屈转动轴连接的背屈/掌屈动力输出板；设置在所述第二电机上的第二电机编码器和固定在所述背屈/掌屈转动轴上的第二编码器组成闭环回路，检测所述背屈/掌屈运动机构的关节角度。
3. 根据权利要求2所述的个性化上肢康复训练机器人，其特征在于，所述肘关节运动模块包括串联连接的屈曲/超伸运动机构和前臂旋前/旋后运动机构，两运动机构的转动轴线相较于点Oe；

   所述屈曲/超伸运动机构包括屈曲/超伸固定支撑盘、设置于所述屈曲/超伸固定支撑盘上的第三连接盘、设置于所述第三连接盘上的第三电机、与所述第三电机的动力输出轴连接的过渡轴、与所述过渡轴另一端连接的第三减速器、与所述第三减速的输出端连接的屈曲/超伸连接法兰盘、与所述屈曲/超伸连接法兰盘连接的屈曲/超伸动力输出板及设置于所述屈曲/超伸连接法兰盘和屈曲/超伸动力输出板之间的第一扭矩传感器；

   屈曲/超伸动力输出板通过轴承和轴承端盖旋转支撑在屈曲/超伸连接法兰盘上。
4. 根据权利要求3所述的个性化上肢康复训练机器人，其特征在于，所述前臂旋前/旋后运动机构包括第一弧形轨道、通过第一轴承支撑设置在所述第一弧形轨道上的第一滑块、设置在所述第一滑块上的第四连接盘、设置于所述第四连接盘上的第四减速器、设置于所述第四减速器另一端的第四电机及与所述第四减速器的输出端驱动连接的第一驱动小齿轮，所述第四电机带动第一滑块、第四减速器、前臂尺寸调节模块绕着前臂旋前/旋后轴线转动；所述第四电机内置的编码器用于检测所述前臂旋前/旋后运动机构的关节角度；

   所述屈曲/超伸运动机构还包括通过连接角接固定于所述第一弧形轨道上的屈曲/超伸辅助连接板、设置于所述屈曲/超伸辅助连接板另一端的屈曲/超伸辅助旋转轴及通过屈曲/超伸辅助套筒固定在屈曲/超伸辅助支撑板上的第三编码器，所述第三电机内置的编码器和第三编码器组成了闭合回路，检测所述屈曲/超伸运动机构的关节角度。
5. 根据权利要求4所述的个性化上肢康复训练机器人，其特征在于，所述肩关节运动模块包括依次串联连接的肩关节外摆/内收运动机构、前屈/后伸运动机构和外旋/内旋运动机构，三个运动机构的转动轴线相较于点Os；

   所述外摆/内收运动机构包括外摆/内收支撑板、设置在所述外摆/内收支撑板上的外摆/内收固定支撑盘、设置在所述外摆/内收支撑板上的第五连接盘、设置在所述第五连接盘上的第五电机、与所述第五电机的动力输出轴连接的外摆/内收旋转轴、与所述外摆/内收旋转轴的另一端连接的第五减速器、与所述第五减速器的输出端连接的外摆/内收输出法兰、与所述外摆/内收输 出法兰连接的外摆/内收动力输出板、设置于所述第五减速器和外摆/内收动力输出板之间的第二扭矩传感器及固接于所述外摆/内收动力输出板上的第四编码器；所述第五电机内置的编码器和所述第四编码器组成闭合回路，用于检测外摆/内收运动机构的关节角度；

   所述外旋/内旋运动机构包括第二弧形轨道、通过轴承设置在所述第二弧形轨道上的第二滑块、设置在所述第二滑块上的第六连接盘、设置于所述第六连接盘上的第六减速器、设置于所述第六减速器另一端的第六电机及与所述第六减速器的输出端驱动连接的第二驱动小齿轮，所述第六电机带动所述第二滑块、第六减速器、前臂尺寸调节模块和腕关节运动模块绕着肩关节外旋/内旋轴线转动；所述第六电机的内置编码器用于检测外旋/内旋运动机构的关节角度。
6. 根据权利要求5所述的个性化上肢康复训练机器人，其特征在于，所述前臂尺寸调节模块包括与所述第一滑块连接的前臂尺寸调节固定支撑座、固定于所述前臂尺寸调节固定支撑座上表面的第一直线导轨、滑动设置在所述第一直线导轨上的第三滑块、与所述第三滑块连接的第一推杆及固接于所述第三滑块上表面的前臂尺寸调节滑动板，所述前臂尺寸调节模块用于自动调节点Ow和Oe之间的距离，以适应不同患者前臂的长度尺寸；

   所述上臂尺寸调节模块包括与所述第二弧形轨道连接的上臂尺寸调节固定支撑板、固接于所述臂尺寸调节固定支撑板侧面的第二直线导轨、滑动设置在所述第二直线导轨上的第四滑块、与所述第四滑块连接的第二推杆及固接于所述第四滑块侧面的前臂尺寸调节滑动板，所述上臂尺寸调节模块用于自动调节点Os和Oe之间的距离，以适应不同患者上臂的长度尺寸。
7. 根据权利要求1所述的个性化上肢康复训练机器人，其特征在于，所述上肢康复训练机械臂包括一套或两套，根据患者的康复训练要求进行上肢康复训练机械臂的数量与左右分布的配置；

   所述肩关节自适应移动模块通过底部设置的可上下伸缩的主动升降立柱支撑设置在底座支撑模块上，其顶端通过第一被动旋转关节连接有一第一转板，所述第一转板的两端均通过第二被动旋转关节连接有一第二转板，所述上肢康复训练机械臂上的外摆/内收支撑板上设置的第一快速拆卸机构再通 过第三被动旋转关节与所述第二转板连接；通过主动升降立柱实现上肢康复训练机械臂在竖直平面内的上下移动，通过第一被动旋转关节、第二被动旋转关节、第三被动旋转关节实现上肢康复训练机械臂在水平面内的水平移动。
8. 根据权利要求1所述的个性化上肢康复训练机器人，其特征在于，所述的底座支撑模块包括U型底部支撑板和固接于其底部的万向轮组，所述U型底部支撑板内侧设计有用于与所述多体位座椅模块进行快速定位与固定的第二快速拆装机构。
9. 根据权利要求6所述的个性化上肢康复训练机器人，其特征在于，所述尺屈/桡屈运动机构上设置有尺屈/桡屈限位环，用于限制所述尺屈/桡屈运动机构的运动范围；所述前臂尺寸调节滑动板内设有限位槽口，用于限制所述背屈/掌屈运动机构的运动范围；

   所述屈曲/超伸运动机构上设置有屈曲限位块和超伸限位块，用于限制所述屈曲/超伸运动机构的运动范围；所述前臂旋前/旋后运动机构通过光电对管进行安全限位；

   所述外摆/内收固定支撑盘上设置有外摆限位块和内收限位块，用于限制所述外摆/内收运动机构的运动范围；所述外旋/内旋运动机构通过两个外旋/内旋限位块限制所述外旋/内旋运动机构的运动范围。
10. 根据权利要求6所述的个性化上肢康复训练机器人，其特征在于，所述肩关节运动模块上设置有第二六维力传感器，所述第一六维力传感器和第二六维力传感器一方面用于检测患者与七自由度上肢康复训练机械臂之间的人机接触力，另一方面用于识别患者的运动意图。

Images