CN106924013A - 一种外骨骼式上肢康复训练机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种外骨骼式上肢康复训练机器人，包括基座部件，肩胛带部件，肩关节部件，上臂部件和前臂部件；本发明的肩胛带部件能够完全匹配人体盂肱关节的运动规律，满足人体上肢在三维空间内康复训练的自由度需求。自由度配置方式可将患者躯干与座椅进行一定程度的固定，并可将患者上肢与机械臂贴紧佩戴，减少训练过程中的躯干代偿，使患者上肢得到正确的训练动作。利用一种旋转轴偏移机构使机械部件远离病患头部，减轻病患的压迫感；还可通过控制所述的肩胛带部件、所述的肩关节部件、所述的上臂部件和所述的前臂部件运动，实现所述的外骨骼式上肢康复训练机器人左右上肢的训练模式初始佩带位的快速切换，避免现有机器人繁琐调节程序。

Description

一种外骨骼式上肢康复训练机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术、生物力学、康复医学及康复工程领域，尤其涉及一种外骨骼式上肢康复训练机器人。
背景技术
外骨骼式机器人可以用于辅助或扩展人体的运动能力和肢体康复训练，目前世界上已有多款用于脑卒中患者肢体康复训练的机器人。使用外骨骼式机器人进行肢体康复训练，具有恢复时间快，效果好，费用低等优势。
现有的外骨骼式上肢康复训练机器人在肩关节的运动实现上，大多没有配合肩胛带运动的机构，在训练过程中必定存在人机关节轴的失配。此种训练情形下，治疗师不会将患者上肢与机器人的机械臂贴紧佩戴，也不会将患者躯干固定，人机关节轴的失配依靠患者上肢或躯干的代偿运动弥补。这种代偿运动会导致某些关节未得到训练或者未达到治疗师设定的训练范围和强度，训练效果显然会受到一定程度的影响。然而若将患者上肢贴紧佩戴或将躯干固定后再进行训练，人机关节轴的失配极易造成患者上肢二次损伤。此外，现有的外骨骼式上肢康复训练机器人控制肩部运动的机械部件大多集中在患者头部两侧很近的位置，会使患者产生强烈的压迫感。大多数患者在训练过程中会偏头或侧身远离机械部件，会使患者偏离正确佩戴位或坐位，导致人机关节轴的进一步失配，影响训练效果，严重时也会造成患者上肢二次损伤。另外，现有外骨骼式上肢康复训练机器人在实现左右上肢训练模式切换上，步骤较复杂繁琐，耗时长。
发明内容
本发明的目的：提供一种外骨骼式上肢康复训练机器人，能用于辅助人体任意一侧上肢在三维空间内运动，进行康复训练。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种外骨骼式上肢康复训练机器人，包括基座部件、肩胛带部件、肩关节部件、上臂部件及前臂部件；所述的基座部件包含可锁定脚轮、基座底板及电动升降柱；所述的基座底板支撑整个外骨骼式上肢康复训练机器人，所述的可锁定脚轮安装于所述的基座底板底面，所述的升降柱设置在所述的基座底板上；所述的肩胛带部件与所述的电动升降柱固定连接，是一个直角坐标系运动部件，包括Z向运动组件、X向运动组件及Y向运动组件，所述的Z向运动组件、X向运动组件及Y向运动组件联合运动；所述的肩关节部件与所述的Y向滑板固定连接，所述的肩关节部件包括相互连接的肩关节内收外展组件和肩关节屈伸组件；所述的上臂部件与所述的肩关节部件连接，所述的上臂部件包括相互连接的肩关节内旋外旋组件和肘关节屈伸组件；所述的前臂部件与所述的上臂部件连接，所述的前臂部件包括相互连接的前臂旋前旋后组件和把手组件。
上述的外骨骼式上肢康复训练机器人，其中，所述的Z向运动组件包含Z向底板、Z向电机架、Z向联轴器、Z向旋转电机、Z向滚珠丝杠副、Z向直线导轨副及ZX向共用板；所述的Z向底板与所述的电动升降柱固定连接；所述的Z向电机架与所述的Z向底板固定连接；所述的Z向旋转电机与所述的Z向电机架固定连接；所述的ZX向共用板通过所述的Z向直线导轨副与所述的Z向底板滑动连接；所述的Z向底板和所述的ZX向共用板分别与所述的Z向滚珠丝杠副连接；所述的Z向旋转电机通过所述的Z向联轴器与所述的Z向滚珠丝杠副连接。
上述的外骨骼式上肢康复训练机器人，其中，所述的X向运动组件包含ZX向共用板、X向电机架、X向联轴器、X向旋转电机、X向滚珠丝杠副、X向直线导轨副、X向连接板及XY向共用板；所述的X向旋转电机安装在所述的X向电机架上，并通过所述的X向联轴器与所述的X向滚珠丝杠副同轴连接；所述的XY向共用板通过所述的X向直线导轨副安装在所述的ZX向共用板上，所述的X向连接板与所述的X向滚珠丝杠副连接。
上述的外骨骼式上肢康复训练机器人，其中，所述的Y向运动组件包含XY向共用板、Y向电机架、Y向联轴器、Y向旋转电机、Y向滚珠丝杠副、Y向直线导轨副及Y向滑板；所述的Y向旋转电机通过所述的Y向电机架安装在所述的XY向共用板上，所述的Y向滚珠丝杠副通过所述的Y向联轴器与所述的Y向旋转电机同轴连接；所述的Y向滑板通过所述的Y向直线导轨副设置在所述的XY向共用板上；所述的Y向滑板即为所述的肩胛带部件的输出端。
上述的外骨骼式上肢康复训练机器人，其中，所述的肩关节内收外展组件包含内收外展固定臂、内收外展第一旋转臂、内收外展第二旋转臂、内收外展第一Y型连杆、内收外展第二Y型连杆、内收外展旋转臂、内收外展减速机及内收外展旋转电机；所述的内收外展固定臂与所述的Y向滑板固定连接；所述的内收外展减速机固定安装于所述的内收外展固定臂；所述的内收外展减速机的输出端与所述的内收外展第一旋转臂固定连接；所述的内收外展旋转电机与所述的内收外展第一旋转臂固定连接；所述的内收外展旋转电机与所述的内收外展减速机通过直连方式连接传动；所述的内收外展第一旋转臂和内收外展第二旋转臂分别与所述的内收外展固定臂铰链连接，形成内收外展第一旋转轴和内收外展第二旋转轴；所述内收外展第一Y型连杆与所述的内收外展第一旋转臂和内收外展第二旋转臂分别铰链连接，形成内收外展第三旋转轴和内收外展第四旋转轴；所述的内收外展第二Y型连杆与所述的内收外展第一旋转臂和所述的内收外展第二旋转臂分别铰链连接，形成内收外展第五旋转轴和内收外展第六旋转轴；所述的内收外展旋转臂与所述的内收外展第一Y型连杆铰链连接，形成内收外展第七旋转轴；所述的内收外展旋转臂与所述的内收外展第二Y型连杆铰链连接，形成内收外展第八旋转轴；所述的内收外展第一旋转轴、内收外展第二旋转轴、内收外展第三旋转轴及内收外展第四旋转轴共同组成了内收外展第一平行四边形的四条转轴；所述的内收外展第三旋转轴、内收外展第四旋转轴、内收外展第五旋转轴及内收外展第六旋转轴共同组成了内收外展第二平行四边形的四条转轴；控制所述的内收外展旋转电机带动所述的内收外展减速机，驱动所述的内收外展第一平行四边形和内收外展第二平行四边形中的任意一边绕转轴转动，所述的内收外展旋转臂都将绕一个转轴旋转，该转轴即为驱动人体肩关节内收外展运动的肩内收外展转轴；所述的肩内收外展转轴与所述的肩屈伸转轴在空间内相交于一点；所述的相交点通过所述的肩胛带部件的复合运动，在整个康复训练过程中，与人体盂肱关节中心保持重合；所述的相交点为机器人盂肱关节中心。
上述的外骨骼式上肢康复训练机器人，其中，所述的肩关节屈伸组件包含肩屈伸旋转电机、肩屈伸减速机、肩屈伸同步带传动组、肩屈伸固定座及肩屈伸摆臂；所述的肩屈伸固定座与所述的内收外展旋转臂固定连接；所述的肩屈伸旋转电机与所述的肩屈伸固定座固定连接；所述的肩屈伸减速机与所述的肩屈伸固定座固定连接；所述的肩屈伸旋转电机与所述的肩屈伸减速机通过所述的肩屈伸同步带传动组传动；所述的肩屈伸摆臂与所述的肩屈伸减速机的输出端固定连接；控制所述的肩屈伸旋转电机运行，带动所述的肩屈伸减速机，驱动所述的肩屈伸摆臂绕一个转轴转动，所述的转轴为驱动人体肩关节屈伸运动的肩屈伸转轴。
上述的外骨骼式上肢康复训练机器人，其中，所述的肩关节内旋外旋组件包含内旋外旋第一旋转臂、内旋外旋第二旋转臂、内旋外旋第一Y型连杆、内旋外旋第二Y型连杆、内旋外旋固定臂、内旋外旋旋转臂、内旋外旋减速机、内旋外旋旋转电机、上臂臂托及内旋外旋驱动连杆；所述的内旋外旋第一旋转臂及内旋外旋第二旋转臂分别与所述的内旋外旋第二Y型连杆的一端两侧连接，所述的内旋外旋旋转电机通过所述的内旋外旋减速机设置在所述的内旋外旋第二Y型连杆上；所述的内旋外旋旋转臂的一端分别与所述的内旋外旋第一Y型连杆及内旋外旋第二Y型连杆的另一端连接，所述的上臂臂托安装在所述的内旋外旋旋转臂的另一端，并与所述的肩内收外展转轴适配套接；所述的内旋外旋驱动连杆连接在所述的内旋外旋第一Y型连杆与所述的内旋外旋第二Y型连杆之间；控制所述的内旋外旋旋转电机，带动所述的内旋外旋减速机，通过所述的内旋外旋驱动连杆驱动所述的肩关节内旋外旋组件，所述的内旋外旋旋转臂将绕一个转轴旋转，该转轴即为驱动人体肩关节内旋外旋运动的肩内旋外旋转轴；所述的内旋外旋固定臂与所述的肩屈伸摆臂滑动连接。
上述的外骨骼式上肢康复训练机器人，其中，所述的肘关节屈伸组件包含肘屈伸基架、肘屈伸旋转电机、肘屈伸减速机及肘屈伸摆臂；所述的肘屈伸基架与所述的内旋外旋旋转臂固定连接；所述的肘屈伸旋转电机与所述的肘屈伸基架固定连接；所述的肘屈伸减速机与所述的肘屈伸基架固定连接；所述的肘屈伸旋转电机与所述的肘屈伸减速机以直连的方式连接传动；控制所述的肘屈伸旋转电机带动所述的肘屈伸减速机，驱动肘屈伸摆臂绕一转轴转动，该转轴即为驱动人体肘关节的屈伸运动的肘屈伸转轴。
上述的外骨骼式上肢康复训练机器人，其中，所述的前臂旋前旋后组件包含旋前旋后第一旋转臂、旋前旋后第二旋转臂、旋前旋后第一Y型连杆、旋前旋后第二Y型连杆、旋前旋后固定臂、旋前旋后旋转臂、旋前旋后减速机、旋前旋后旋转电机及旋前旋后驱动连杆；所述的旋前旋后第一旋转臂及旋前旋后第二旋转臂的一端分别与所述的旋前旋后第一Y型连杆及旋前旋后第二Y型连杆连接，旋前旋后驱动连杆连接在所述的旋前旋后第一Y型连杆与旋前旋后第二Y型连杆之间；所述的前旋后旋转电机通过所述的旋前旋后减速机设置在所述的旋前旋后第二Y型连杆上，所述的旋前旋后固定臂连接在所述的旋前旋后第一旋转臂及旋前旋后第二旋转臂的另一端；所述的旋前旋后旋转臂设置在所述的旋前旋后第一Y型连杆上；控制所述的旋前旋后旋转电机，带动所述的旋前旋后减速机，通过所述的旋前旋后驱动连杆驱动所述的前臂旋前旋后组件，所述的旋前旋后旋转臂将绕一个转轴旋转，该转轴即为驱动人体前臂旋前旋后运动的前臂旋前旋后转轴；所述的旋前旋后固定臂与所述的肘屈伸摆臂滑动连接。
上述的外骨骼式上肢康复训练机器人，其中，所述的把手组件包含把手基架、把手摆臂及把手杆；所述的把手基架与所述的旋前旋后旋转臂固定连接；所述的把手摆臂分为两个，且分别与所述的把手基架铰链连接，形成一个转轴，所述的转轴为匹配人体腕关节的腕关节转轴，所述的把手杆与两个所述的把手摆臂固定连接。
本发明可以辅助人体完成肩关节屈伸、肩关节内收外展、肩关节内旋外旋、肘关节屈伸和前臂旋前旋后的康复训练。本发明设计的肩胛带部件能够完全匹配人体盂肱关节的运动规律，满足人体上肢在三维空间内康复训练的自由度需求。本发明的自由度配置方式，可以将患者躯干与座椅进行一定程度的固定，并可将患者上肢与机械臂贴紧佩戴，减少训练过程中的躯干代偿，使患者上肢得到正确的训练动作。本发明利用一种旋转轴偏移机构，使机械部件远离病患头部，减轻病患的压迫感；本发明还可通过控制所述的肩胛带部件、所述的肩关节部件、所述的上臂部件和所述的前臂部件运动，实现所述的外骨骼式上肢康复训练机器人左右上肢的训练模式初始佩带位的快速切换，避免现有机器人繁琐调节程序。
附图说明
图1是本发明一种外骨骼式上肢康复训练机器人的结构示意图。
图2是本发明一种外骨骼式上肢康复训练机器人的基座部件的结构示意图。
图3是本发明一种外骨骼式上肢康复训练机器人的肩胛带部件的结构示意图。
图4是本发明一种外骨骼式上肢康复训练机器人的肩关节部件的结构示意图。
图5是本发明一种外骨骼式上肢康复训练机器人的上臂部件一个角度的结构示意图。
图6是本发明一种外骨骼式上肢康复训练机器人的上臂部件另一个角度的结构示意图。
图7是本发明一种外骨骼式上肢康复训练机器人的前臂部件一个角度的结构示意图。
图8是本发明一种外骨骼式上肢康复训练机器人的前臂部件另一个角度的结构示意图。
图9是本发明一种外骨骼式上肢康复训练机器人的使用示意图。
图10是本发明一种外骨骼式上肢康复训练机器人的右臂训练图。
图11是本发明一种外骨骼式上肢康复训练机器人的左臂训练图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明的实施例。
请参见附图1、附图9至附图11所示，一种外骨骼式上肢康复训练机器人，包括基座部件1000、肩胛带部件2000、肩关节部件3000、上臂部件4000及前臂部件5000；所述的基座部件1000包含可锁定脚轮1001、基座底板1002及电动升降柱1003；所述的基座底板1002用于支撑整个外骨骼式上肢康复训练机器人，所述的可锁定脚轮1002安装于所述的基座底板1002底面，用于外骨骼式上肢康复训练机器人的移动和安放；所述的升降柱1003设置在所述的基座底板1002上，用于调节外骨骼式上肢康复训练机器人高度，以适配不同身高的患者。
所述的肩胛带部件2000与所述的电动升降柱1003固定连接，是一个直角坐标系运动部件，包括Z向运动组件、X向运动组件及Y向运动组件，通过所述的Z向运动组件、X向运动组件及Y向运动组件的联合运动，可以实现所述的肩胛带部件2000输出端的空间运动，用于匹配患者肩胛带的运动。
所述的肩关节部件3000与所述的Y向滑板2306固定连接，用于实现人体肩关节内收外展和肩关节屈伸动作。所述的肩关节部件3000包括相互连接的肩关节内收外展组件和肩关节屈伸组件。
所述的上臂部件4000与所述的肩关节部件3000连接，所述的上臂部件4000包括相互连接的肩关节内旋外旋组件和肘关节屈伸组件。
所述的前臂部件5000与所述的上臂部件4000连接，所述的前臂部件5000包括相互连接的前臂旋前旋后组件和把手组件。
所述的Z向运动组件包含Z向底板2101、Z向电机架2102、Z向联轴器2103、Z向旋转电机2104、Z向滚珠丝杠副2105、Z向直线导轨副2106及ZX向共用板2107；所述的Z向底板2101与所述的电动升降柱1003固定连接；所述的Z向电机架2102与所述的Z向底板2101固定连接；所述的Z向旋转电机2104与所述的Z向电机架2102固定连接；所述的ZX向共用板2107通过所述的Z向直线导轨副2106与所述的Z向底板2101滑动连接；所述的Z向底板2101和所述的ZX向共用板2107分别与所述的Z向滚珠丝杠副2105连接；所述的Z向旋转电机2104通过所述的Z向联轴器2103与所述的Z向滚珠丝杠副2105连接；控制所述的Z向旋转电机2104运行，带动所述的Z向滚珠丝杠副2105，驱动所述的ZX向共用板2107相对所述的Z向底板2101往复移动，可以实现所述的肩胛带部件2000输出端在Z方向2000A的运动功能。
所述的X向运动组件包含ZX向共用板2107、X向电机架2201、X向联轴器2202、X向旋转电机2203、X向滚珠丝杠副2204、X向直线导轨副2205、X向连接板2206及XY向共用板2207；所述的X向旋转电机2203安装在所述的X向电机架2201上，并通过所述的X向联轴器2202与所述的X向滚珠丝杠副2204同轴连接；所述的XY向共用板2207通过所述的X向直线导轨副2205安装在所述的ZX向共用板2107上，所述的X向连接板2206与所述的X向滚珠丝杠副2204连接；所述的X向运动组件与所述的Z向运动组件运动原理一致；控制所述的X向旋转电机2203运行，带动所述的X向滚珠丝杠副2204，驱动所述的XY向共用板2207相对所述的ZX向共用板2107往复移动，可以实现所述的肩胛带部件2000输出端在X方向2000B的运动功能。
所述的Y向运动组件包含XY向共用板2207、Y向电机架2301、Y向联轴器2302、Y向旋转电机2303、Y向滚珠丝杠副2304、Y向直线导轨副2305及Y向滑板2306；所述的Y向旋转电机2303通过所述的Y向电机架2301安装在所述的XY向共用板2207上，所述的Y向滚珠丝杠副2304通过所述的Y向联轴器2302与所述的Y向旋转电机2303同轴连接；所述的Y向滑板2306通过所述的Y向直线导轨副2305设置在所述的XY向共用板2207上；所述的Y向运动组件与所述的Z向运动组件及所述的X向运动组件运动原理均一致；控制所述的Y向旋转电机2303运行，带动所述的Y向滚珠丝杠副2304，驱动所述的Y向滑板2306相对所述的XY向共用板2207往复移动，可以实现所述的肩胛带部件2000输出端在Y方向的运动功能；所述的Y向滑板2306即为所述的肩胛带部件2000的输出端。
所述的肩关节内收外展组件包含内收外展固定臂3101、内收外展第一旋转臂3102、内收外展第二旋转臂3103、内收外展第一Y型连杆3104、内收外展第二Y型连杆3105、内收外展旋转臂3106、内收外展减速机3107及内收外展旋转电机3108；所述的内收外展固定臂3101与所述的Y向滑板2306固定连接；所述的内收外展减速机3107固定安装于所述的内收外展固定臂3101；所述的内收外展减速机3107的输出端与所述的内收外展第一旋转臂3102固定连接；所述的内收外展旋转电机3108与所述的内收外展第一旋转臂3102固定连接；所述的内收外展旋转电机3108与所述的内收外展减速机3107通过直连方式连接传动；所述的内收外展第一旋转臂3102和内收外展第二旋转臂3103分别与所述的内收外展固定臂3101铰链连接，形成内收外展第一旋转轴3000A和内收外展第二旋转轴3000B；所述内收外展第一Y型连杆3104与所述的内收外展第一旋转臂3102和内收外展第二旋转臂3103分别铰链连接，形成内收外展第三旋转轴3000C和内收外展第四旋转轴3000D；所述的内收外展第二Y型连杆3105与所述的内收外展第一旋转臂3102和所述的内收外展第二旋转臂3103分别铰链连接，形成内收外展第五旋转轴3000E和内收外展第六旋转轴3000F；所述的内收外展旋转臂3106与所述的内收外展第一Y型连杆3104铰链连接，形成内收外展第七旋转轴3000G；所述的内收外展旋转臂3106与所述的内收外展第二Y型连杆3105铰链连接，形成内收外展第八旋转轴3000H；所述的内收外展第一旋转轴3000A、内收外展第二旋转轴3000B、内收外展第三旋转轴3000C及内收外展第四旋转轴3000D共同组成了内收外展第一平行四边形的四条转轴；所述的内收外展第三旋转轴3000C、内收外展第四旋转轴3000D、内收外展第五旋转轴3000E及内收外展第六旋转轴3000F共同组成了内收外展第二平行四边形的四条转轴；控制所述的内收外展旋转电机3108带动所述的内收外展减速机3107，驱动所述的内收外展第一平行四边形和内收外展第二平行四边形中的任意一边绕转轴转动，所述的内收外展旋转臂3106都将绕一个转轴旋转，该转轴即为驱动人体肩关节内收外展运动的肩内收外展转轴3000I。
所述的肩关节屈伸组件包含肩屈伸旋转电机3201、肩屈伸减速机3202、肩屈伸同步带传动组3203、肩屈伸固定座3204及肩屈伸摆臂3205；所述的肩屈伸固定座3204与所述的内收外展旋转臂3106固定连接；所述的肩屈伸旋转电机3201与所述的肩屈伸固定座3204固定连接；所述的肩屈伸减速机3202与所述的肩屈伸固定座3204固定连接；所述的肩屈伸旋转电机3201与所述的肩屈伸减速机3202通过所述的肩屈伸同步带传动组3203传动；所述的肩屈伸摆臂3205与所述的肩屈伸减速机3202的输出端固定连接；控制所述的肩屈伸旋转电机3201运行，带动所述的肩屈伸减速机3202，驱动所述的肩屈伸摆臂3205绕一个转轴转动，所述的转轴为驱动人体肩关节屈伸运动的肩屈伸转轴3000J。
所述的肩内收外展转轴3000I与所述的肩屈伸转轴3000J在空间内相交于一点；所述的相交点通过所述的肩胛带部件2000的复合运动，可在整个康复训练过程中，与人体盂肱关节中心保持重合；所述的相交点为机器人盂肱关节中心3000P。
所述的肩关节内旋外旋组件包含内旋外旋第一旋转臂4101、内旋外旋第二旋转臂4102、内旋外旋第一Y型连杆4103、内旋外旋第二Y型连杆4104、内旋外旋固定臂4105、内旋外旋旋转臂4106、内旋外旋减速机4107、内旋外旋旋转电机4108、上臂臂托4109及内旋外旋驱动连杆4110；所述的内旋外旋第一旋转臂4101及内旋外旋第二旋转臂4102分别与所述的内旋外旋第二Y型连杆4104的一端两侧连接，所述的内旋外旋旋转电机4108通过所述的内旋外旋减速机4107设置在所述的内旋外旋第二Y型连杆4104上；所述的内旋外旋旋转臂4106的一端分别与所述的内旋外旋第一Y型连杆4103及内旋外旋第二Y型连杆4104的另一端连接，所述的上臂臂托4109安装在所述的内旋外旋旋转臂4106的另一端，并与所述的肩内收外展转轴3000I适配套接；所述的内旋外旋驱动连杆4110连接在所述的内旋外旋第一Y型连杆4103与所述的内旋外旋第二Y型连杆4104之间。所述的肩关节内旋外旋组件与所述的肩关节内收外展组件结构原理一致；控制所述的内旋外旋旋转电机4108，带动所述的内旋外旋减速机4107，通过所述的内旋外旋驱动连杆4110驱动所述的肩关节内旋外旋组件，所述的内旋外旋旋转臂将绕一个转轴旋转，该转轴即为驱动人体肩关节内旋外旋运动的肩内旋外旋转轴4000A。
所述的内旋外旋固定臂4105与所述的肩屈伸摆臂3205滑动连接，通过调节滑动的尺寸，改变所述的肘屈伸转轴4000B与所述的机器人盂肱关节中心3000P的间距，用于适配不同上臂臂长的患者。
所述的肘关节屈伸组件包含肘屈伸基架4201、肘屈伸旋转电机4202、肘屈伸减速机4203及肘屈伸摆臂4204；所述的肘屈伸基架4201与所述的内旋外旋旋转臂4106固定连接；所述的肘屈伸旋转电机4202与所述的肘屈伸基架4201固定连接；所述的肘屈伸减速机4203与所述的肘屈伸基架4201固定连接；所述的肘屈伸旋转电机4202与所述的肘屈伸减速机4203以直连的方式连接传动；控制所述的肘屈伸旋转电机4202带动所述的肘屈伸减速机4203，驱动肘屈伸摆臂4204绕一转轴转动，该转轴即为驱动人体肘关节的屈伸运动的肘屈伸转轴4000B。
所述的前臂旋前旋后组件包含旋前旋后第一旋转臂5101、旋前旋后第二旋转臂5102、旋前旋后第一Y型连杆5103、旋前旋后第二Y型连杆5104、旋前旋后固定臂5105、旋前旋后旋转臂5106、旋前旋后减速机5107、旋前旋后旋转电机5108及旋前旋后驱动连杆5109；所述的旋前旋后第一旋转臂5101及旋前旋后第二旋转臂5102的一端分别与所述的旋前旋后第一Y型连杆5103及旋前旋后第二Y型连杆5104连接，旋前旋后驱动连杆5109连接在所述的旋前旋后第一Y型连杆5103与旋前旋后第二Y型连杆5104之间；所述的前旋后旋转电机5108通过所述的旋前旋后减速机5107设置在所述的旋前旋后第二Y型连杆5104上，所述的旋前旋后固定臂5105连接在所述的旋前旋后第一旋转臂5101及旋前旋后第二旋转臂5102的另一端；所述的旋前旋后旋转臂5106设置在所述的旋前旋后第一Y型连杆5103上。所述的前臂旋前旋后组件与所述的肩关节内收外展组件及肩关节内旋外旋组件结构原理一致；控制所述的旋前旋后旋转电机5108，带动所述的旋前旋后减速机5107，通过所述的旋前旋后驱动连杆5109驱动所述的前臂旋前旋后组件，所述的旋前旋后旋转臂将绕一个转轴旋转，该转轴即为驱动人体前臂旋前旋后运动的前臂旋前旋后转轴5000A。
所述的旋前旋后固定臂5105与所述的肘屈伸摆臂4204滑动连接，通过调节滑动的尺寸，改变所述的腕关节转轴5000B与所述的机肘屈伸转轴4000B的间距，用于适配不同前臂臂长的患者。
所述的把手组件包含把手基架5201、把手摆臂5202及把手杆5203；所述的把手基架5201与所述的旋前旋后旋转臂5106固定连接；所述的把手摆臂5202分为两个，分别与所述的把手基架5201铰链连接，形成一个转轴，该转轴为匹配人体腕关节的腕关节转轴5000B，可手动调至合适位置后锁定；所述的把手杆5203与两个所述的把手摆臂5202固定连接。
综上所述，本发明可以辅助人体完成肩关节屈伸、肩关节内收外展、肩关节内旋外旋、肘关节屈伸和前臂旋前旋后的康复训练。本发明设计的肩胛带部件能够完全匹配人体盂肱关节的运动规律，满足人体上肢在三维空间内康复训练的自由度需求。本发明的自由度配置方式，可以将患者躯干与座椅进行一定程度的固定，并可将患者上肢与机械臂贴紧佩戴，减少训练过程中的躯干代偿，使患者上肢得到正确的训练动作。本发明利用一种旋转轴偏移机构，使机械部件远离病患头部，减轻病患的压迫感；本发明还可通过控制所述的肩胛带部件、所述的肩关节部件、所述的上臂部件和所述的前臂部件运动，实现所述的外骨骼式上肢康复训练机器人左右上肢的训练模式初始佩带位的快速切换，避免现有机器人繁琐调节程序。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用附属在其他相关产品的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种外骨骼式上肢康复训练机器人，其特征在于：包括基座部件、肩胛带部件、肩关节部件、上臂部件及前臂部件；所述的基座部件包含可锁定脚轮、基座底板及电动升降柱；所述的基座底板支撑整个外骨骼式上肢康复训练机器人，所述的可锁定脚轮安装于所述的基座底板底面，所述的升降柱设置在所述的基座底板上；所述的肩胛带部件与所述的电动升降柱固定连接，是一个直角坐标系运动部件，包括Z向运动组件、X向运动组件及Y向运动组件，所述的Z向运动组件、X向运动组件及Y向运动组件联合运动；所述的肩关节部件与所述的Y向滑板固定连接，所述的肩关节部件包括相互连接的肩关节内收外展组件和肩关节屈伸组件；所述的上臂部件与所述的肩关节部件连接，所述的上臂部件包括相互连接的肩关节内旋外旋组件和肘关节屈伸组件；所述的前臂部件与所述的上臂部件连接，所述的前臂部件包括相互连接的前臂旋前旋后组件和把手组件。
2.根据权利要求1所述的外骨骼式上肢康复训练机器人，其特征在于：所述的Z向运动组件包含Z向底板、Z向电机架、Z向联轴器、Z向旋转电机、Z向滚珠丝杠副、Z向直线导轨副及ZX向共用板；所述的Z向底板与所述的电动升降柱固定连接；所述的Z向电机架与所述的Z向底板固定连接；所述的Z向旋转电机与所述的Z向电机架固定连接；所述的ZX向共用板通过所述的Z向直线导轨副与所述的Z向底板滑动连接；所述的Z向底板和所述的ZX向共用板分别与所述的Z向滚珠丝杠副连接；所述的Z向旋转电机通过所述的Z向联轴器与所述的Z向滚珠丝杠副连接。
3.根据权利要求2所述的外骨骼式上肢康复训练机器人，其特征在于：所述的X向运动组件包含ZX向共用板、X向电机架、X向联轴器、X向旋转电机、X向滚珠丝杠副、X向直线导轨副、X向连接板及XY向共用板；所述的X向旋转电机安装在所述的X向电机架上，并通过所述的X向联轴器与所述的X向滚珠丝杠副同轴连接；所述的XY向共用板通过所述的X向直线导轨副安装在所述的ZX向共用板上，所述的X向连接板与所述的X向滚珠丝杠副连接。
4.根据权利要求3所述的外骨骼式上肢康复训练机器人，其特征在于：所述的Y向运动组件包含XY向共用板、Y向电机架、Y向联轴器、Y向旋转电机、Y向滚珠丝杠副、Y向直线导轨副及Y向滑板；所述的Y向旋转电机通过所述的Y向电机架安装在所述的XY向共用板上，所述的Y向滚珠丝杠副通过所述的Y向联轴器与所述的Y向旋转电机同轴连接；所述的Y向滑板通过所述的Y向直线导轨副设置在所述的XY向共用板上；所述的Y向滑板即为所述的肩胛带部件的输出端。
5.根据权利要求4所述的外骨骼式上肢康复训练机器人，其特征在于：所述的肩关节内收外展组件包含内收外展固定臂、内收外展第一旋转臂、内收外展第二旋转臂、内收外展第一Y型连杆、内收外展第二Y型连杆、内收外展旋转臂、内收外展减速机及内收外展旋转电机；所述的内收外展固定臂与所述的Y向滑板固定连接；所述的内收外展减速机固定安装于所述的内收外展固定臂；所述的内收外展减速机的输出端与所述的内收外展第一旋转臂固定连接；所述的内收外展旋转电机与所述的内收外展第一旋转臂固定连接；所述的内收外展旋转电机与所述的内收外展减速机通过直连方式连接传动；所述的内收外展第一旋转臂和内收外展第二旋转臂分别与所述的内收外展固定臂铰链连接，形成内收外展第一旋转轴和内收外展第二旋转轴；所述内收外展第一Y型连杆与所述的内收外展第一旋转臂和内收外展第二旋转臂分别铰链连接，形成内收外展第三旋转轴和内收外展第四旋转轴；所述的内收外展第二Y型连杆与所述的内收外展第一旋转臂和所述的内收外展第二旋转臂分别铰链连接，形成内收外展第五旋转轴和内收外展第六旋转轴；所述的内收外展旋转臂与所述的内收外展第一Y型连杆铰链连接，形成内收外展第七旋转轴；所述的内收外展旋转臂与所述的内收外展第二Y型连杆铰链连接，形成内收外展第八旋转轴；所述的内收外展第一旋转轴、内收外展第二旋转轴、内收外展第三旋转轴及内收外展第四旋转轴共同组成了内收外展第一平行四边形的四条转轴；所述的内收外展第三旋转轴、内收外展第四旋转轴、内收外展第五旋转轴及内收外展第六旋转轴共同组成了内收外展第二平行四边形的四条转轴；控制所述的内收外展旋转电机带动所述的内收外展减速机，驱动所述的内收外展第一平行四边形和内收外展第二平行四边形中的任意一边绕转轴转动，所述的内收外展旋转臂都将绕一个转轴旋转，该转轴即为驱动人体肩关节内收外展运动的肩内收外展转轴；所述的肩内收外展转轴与所述的肩屈伸转轴在空间内相交于一点；所述的相交点通过所述的肩胛带部件的复合运动，在整个康复训练过程中，与人体盂肱关节中心保持重合；所述的相交点为机器人盂肱关节中心。
6.根据权利要求1所述的外骨骼式上肢康复训练机器人，其特征在于：所述的肩关节屈伸组件包含肩屈伸旋转电机、肩屈伸减速机、肩屈伸同步带传动组、肩屈伸固定座及肩屈伸摆臂；所述的肩屈伸固定座与所述的内收外展旋转臂固定连接；所述的肩屈伸旋转电机与所述的肩屈伸固定座固定连接；所述的肩屈伸减速机与所述的肩屈伸固定座固定连接；所述的肩屈伸旋转电机与所述的肩屈伸减速机通过所述的肩屈伸同步带传动组传动；所述的肩屈伸摆臂与所述的肩屈伸减速机的输出端固定连接；控制所述的肩屈伸旋转电机运行，带动所述的肩屈伸减速机，驱动所述的肩屈伸摆臂绕一个转轴转动，所述的转轴为驱动人体肩关节屈伸运动的肩屈伸转轴。
7.根据权利要求5或6所述的外骨骼式上肢康复训练机器人，其特征在于：所述的肩关节内旋外旋组件包含内旋外旋第一旋转臂、内旋外旋第二旋转臂、内旋外旋第一Y型连杆、内旋外旋第二Y型连杆、内旋外旋固定臂、内旋外旋旋转臂、内旋外旋减速机、内旋外旋旋转电机、上臂臂托及内旋外旋驱动连杆；所述的内旋外旋第一旋转臂及内旋外旋第二旋转臂分别与所述的内旋外旋第二Y型连杆的一端两侧连接，所述的内旋外旋旋转电机通过所述的内旋外旋减速机设置在所述的内旋外旋第二Y型连杆上；所述的内旋外旋旋转臂的一端分别与所述的内旋外旋第一Y型连杆及内旋外旋第二Y型连杆的另一端连接，所述的上臂臂托安装在所述的内旋外旋旋转臂的另一端，并与所述的肩内收外展转轴适配套接；所述的内旋外旋驱动连杆连接在所述的内旋外旋第一Y型连杆与所述的内旋外旋第二Y型连杆之间；控制所述的内旋外旋旋转电机，带动所述的内旋外旋减速机，通过所述的内旋外旋驱动连杆驱动所述的肩关节内旋外旋组件，所述的内旋外旋旋转臂将绕一个转轴旋转，该转轴即为驱动人体肩关节内旋外旋运动的肩内旋外旋转轴；所述的内旋外旋固定臂与所述的肩屈伸摆臂滑动连接。
8.根据权利要求7所述的外骨骼式上肢康复训练机器人，其特征在于：所述的肘关节屈伸组件包含肘屈伸基架、肘屈伸旋转电机、肘屈伸减速机及肘屈伸摆臂；所述的肘屈伸基架与所述的内旋外旋旋转臂固定连接；所述的肘屈伸旋转电机与所述的肘屈伸基架固定连接；所述的肘屈伸减速机与所述的肘屈伸基架固定连接；所述的肘屈伸旋转电机与所述的肘屈伸减速机以直连的方式连接传动；控制所述的肘屈伸旋转电机带动所述的肘屈伸减速机，驱动肘屈伸摆臂绕一转轴转动，该转轴即为驱动人体肘关节的屈伸运动的肘屈伸转轴。
9.根据权利要求8所述的外骨骼式上肢康复训练机器人，其特征在于：所述的前臂旋前旋后组件包含旋前旋后第一旋转臂、旋前旋后第二旋转臂、旋前旋后第一Y型连杆、旋前旋后第二Y型连杆、旋前旋后固定臂、旋前旋后旋转臂、旋前旋后减速机、旋前旋后旋转电机及旋前旋后驱动连杆；所述的旋前旋后第一旋转臂及旋前旋后第二旋转臂的一端分别与所述的旋前旋后第一Y型连杆及旋前旋后第二Y型连杆连接，旋前旋后驱动连杆连接在所述的旋前旋后第一Y型连杆与旋前旋后第二Y型连杆之间；所述的前旋后旋转电机通过所述的旋前旋后减速机设置在所述的旋前旋后第二Y型连杆上，所述的旋前旋后固定臂连接在所述的旋前旋后第一旋转臂及旋前旋后第二旋转臂的另一端；所述的旋前旋后旋转臂设置在所述的旋前旋后第一Y型连杆上；控制所述的旋前旋后旋转电机，带动所述的旋前旋后减速机，通过所述的旋前旋后驱动连杆驱动所述的前臂旋前旋后组件，所述的旋前旋后旋转臂将绕一个转轴旋转，该转轴即为驱动人体前臂旋前旋后运动的前臂旋前旋后转轴；所述的旋前旋后固定臂与所述的肘屈伸摆臂滑动连接。
10.根据权利要求9所述的外骨骼式上肢康复训练机器人，其特征在于：所述的把手组件包含把手基架、把手摆臂及把手杆；所述的把手基架与所述的旋前旋后旋转臂固定连接；所述的把手摆臂分为两个，且分别与所述的把手基架铰链连接，形成一个转轴，所述的转轴为匹配人体腕关节的腕关节转轴，所述的把手杆与两个所述的把手摆臂固定连接。
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