CN107928990B - 一种用于上肢的康复性训练机器人 - Google Patents

一种用于上肢的康复性训练机器人 Download PDF

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Abstract

本发明涉及康复性医疗器材领域，具体的说是一种用于上肢的康复性训练机器人。包括前臂夹持机构、基座以及用于将前臂夹持机构连接在基座上并控制前臂夹持机构运动的连接驱动机构；所述前臂夹持机构包括第一连接臂、转动设置在第一连接臂一端的摩擦半圆环以及连接在摩擦半圆环上的形变半圆环，沿摩擦半圆环外缘的中部设有与第一连接臂的一端配合滑动的滑槽，在第一连接臂上转动设有与摩擦半圆环的外缘通过摩擦方式传动配合的摩擦轮，本发明具有多自由度，尤其能提供前臂旋转功能，并可针对不同患者进行关节距离调节，适用于上肢的康复性训练。

Description

一种用于上肢的康复性训练机器人
技术领域
本发明涉及康复性医疗器材领域，具体的说是一种用于上肢的康复性训练机器人。
背景技术
近年来因患脑血管疾病或神经***疾病而致中老年患者偏瘫的人数不断增多，并且在年龄上呈现年轻化趋势；同时，由于一些事故而造成神经损伤或者肢体损伤的人数也越来越多，尤其是上肢运动功能的丧失，极大地影响了患者日常生活的能力，对于这些偏瘫和肢体受损伤的患者，进行康复训练是十分重要和关键的医疗手段。
相关技术的康复训练过程中，治疗师习惯于人力进行康复运动，靠感性辅助患者训练，在使用机器人进行起始点设置时常常会无法准确对应，而不得不经常试错，浪费时间。随着现代中枢神经康复机理研究的进展，国内外研究人员基于机器人技术在运动功能康复方面开展了大量研究，其研究目标是发展具有康复治疗和评价功能的机器人。康复机器人技术是一种新的运动神经康复治疗技术，将机器人技术应用于康复领域，既可提供有效的康复训练，又不增加临床医疗人员的负担和卫生保健的成本；另外，机器人可以记录详实的治疗数据及图形，能提供客观、准确的治疗和评价参数，有助于机器人辅助治疗偏瘫的进行，能够有效改善康复效果和提高康复效率。
目前，国内外上肢康复训练机器人在用于上肢运动功能障碍患者进行治疗和康复训练时存在诸多缺点和不足，主要有：支持活动的关节单一或较少、尤其是未把前臂旋转集成于***和装置中；个体适应性差，不能根据不同患者进行装置的调整或调整不方便。
发明内容
本发明旨在提供一种具有多自由度，尤其能提供前臂旋转功能，并可针对不同患者进行高度调节的用于上肢的康复性训练机器人。
为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案为：一种用于上肢的康复性训练机器人，包括前臂夹持机构、基座以及用于将前臂夹持机构连接在基座上并控制前臂夹持机构运动的连接驱动机构；所述前臂夹持机构包括第一连接臂、转动设置在第一连接臂一端的摩擦半圆环以及连接在摩擦半圆环上的形变半圆环，沿摩擦半圆环外缘的中部设有与第一连接臂的一端配合滑动的滑槽，在第一连接臂上转动设有与摩擦半圆环的外缘通过摩擦方式传动配合的摩擦轮，摩擦轮与设置在第一连接臂上的第一伺服电机的输出轴通过皮带传动连接，形变半圆环的一端通过第一连接杆与摩擦半圆环的一端固定连接，形变半圆环的另一端固定设有第二连接杆，摩擦半圆环的另一端固定设有第三连接杆，且第一连接杆、第二连接杆和第三连接杆相互平行设置，在第三连接杆上固定设有第二伺服电机，第二伺服电机的输出轴上设有丝杠，丝杠配合安装在固定于第二连接杆上的螺母内，在形变半圆环相背于摩擦半圆环的一侧固定设有第四连接杆，第四连接杆上固定设有手柄；所述连接驱动机构包括垂直并滑动设置于第一连接臂上的第二连接臂、铰接连接在第二连接臂上的第三连接臂、转动设置在第三连接臂上的第四连接臂、铰接连接在第四连接臂上的第五连接臂以及固定在第五连接臂上的转轴，在所述基座上设有与转轴配合的轴套，在所述第二连接臂和第三连接臂之间的铰接点位置设有用于驱动第二连接臂和第三连接臂沿竖直方向相对转动的第三伺服电机，在第四连接臂和第五连接臂之间设有用于驱动第四连接臂和第五连接臂沿水平方向相对转动的第四伺服电机。
优选的，所述滑槽为横截面呈倒T形的卡槽，所述第一连接臂的一端固定设有可滑动卡设在卡槽内的滑块。
优选的，所述第一连接臂远离摩擦半圆环的一端固定设有滑套，第二连接臂滑动套设在滑套内，在滑套上开设有螺纹孔，螺纹孔内配合安装有用于将滑套与第二连接臂固定的螺钉。
优选的，所述第四连接臂和第五连接臂均沿水平方向设置。
优选的，所述转轴和轴套均沿竖直方向设置，在基座内部设有用于控制转轴升降的推拉机构。
优选的，所述推拉机构为气缸。
优选的，在所述基座的底部间隔设有多个脚轮。
优选的，所述形变半圆环采用橡胶材料制作。
有益效果
本发明的用于上肢的康复性训练机器人仿人上肢设计，实现了人机完美匹配，提高了康复训练时的舒适性，包含多个连接臂，从而在多个连接臂之间形成多个自由度，把人体上肢肩关节、肘关节、腕关节等关节运动运动的实现集成到了一个上肢康复训练机器人上，尤其是能够通过前臂夹持机构将患者前臂固定，并实现带动患者前臂的旋转运动，从而提高了康复训练的有效性。
本发明能够根据不同患者上肢的尺寸，通过调整第一连接臂和第二连接臂之间的相对位置，方便地调整上肢康复训练机器人两个关节间的位置距离，增强了康复训练机器人对不同患者个体的适应性。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为图1中A部分的局部放大示意图；
图3为本发明的前臂夹持机构部分一个视角的局部放大示意图；
图4为本发明的钱币夹持机构部分另一个视角的局部放大示意图；
图中标记：1、脚轮，2、基座，3、轴套，4、转轴，5、第五连接臂，6、第四伺服电机，7、第四连接臂，8、第三连接臂，9、第三伺服电机，10、第二连接臂，11、第一伺服电机，12、第二伺服电机，13、手柄，14、第四连接杆，15、形变半圆环，16、摩擦半圆环，17、第一连接臂，18、滑套，19、第二连接杆，20、螺母，21、第一连接杆，22、摩擦轮，23、皮带，24、螺钉，25、滑块，26、滑槽，27、第三连接杆。
具体实施方式
如图1至图4所示，本发明的一种用于上肢的康复性训练机器人，包括前臂夹持机构、基座2以及用于将前臂夹持机构连接在基座2上并控制前臂夹持机构运动的连接驱动机构。通过前臂夹持机构将患者的前臂夹持固定，通过连接驱动机构和前臂夹持机构的配合带动患者的上肢进行多自由度的旋转、收缩、伸长等康复性训练。在基座2的底部间隔设有多个加仑1，便于本发明的移动运输。
前臂夹持机构包括第一连接臂17、转动设置在第一连接臂17一端的摩擦半圆环16以及连接在摩擦半圆环16上的形变半圆环15，沿摩擦半圆环16外缘的中部设有与第一连接臂17的一端配合滑动的滑槽26，滑槽26为横截面呈倒T形的卡槽，在第一连接臂17的对应端部设有可在卡槽内自由滑动又不会从卡槽内脱出的滑块25。使得摩擦半圆环16可以以垂直于第一连接臂17的转动中心线进行转动。
摩擦半圆环16的驱动力来自于转动设置在第一连接臂17上的摩擦轮22，摩擦轮22的外缘与摩擦半圆环16的外缘通过摩擦方式传动配合，而摩擦轮22与设置在第一连接臂17上的第一伺服电机11的输出轴通过皮带23传动连接，由第一伺服电机11输出轴的转动通过皮带23带动摩擦轮22转动，然后再由摩擦轮22驱动摩擦半圆环16转动。
形变半圆环15采用橡胶材料制作并平行于摩擦半圆环16设置，通过形变半圆环15产生形变以将患者的前臂夹持固定。形变半圆环15的一端通过第一连接杆21与摩擦半圆环16的一端固定连接，形变半圆环15的另一端固定设有第二连接杆19，摩擦半圆环16的另一端固定设有第三连接杆27，且第一连接杆21、第二连接杆19和第三连接杆27相互平行设置，第二连接杆19远离形变半圆环15的一端与第三连接杆27远离摩擦半圆环16的一端部分重合。在第三连接杆27上固定设有第二伺服电机12，第二伺服电机12的输出轴上设有丝杠，丝杠配合安装在固定于第二连接杆19上的螺母20内。通过第二伺服电机12的正反向转动驱动形变半圆环15产生形变，并使第二连接杆19朝向或相背于第三连接杆27运动，以达到夹持前臂的效果。在形变半圆环15相背于摩擦半圆环16的一侧固定设有第四连接杆14，第四连接杆14上固定设有手柄13，以供患者手部握持，从而在第一伺服电机11的带动下使前臂转动，达到前臂康复性治疗的效果。
连接驱动机构包括垂直并滑动设置于第一连接臂17上的第二连接臂10、铰接连接在第二连接臂10上的第三连接臂8、转动设置在第三连接臂8上的第四连接臂7、铰接连接在第四连接臂7上的第五连接臂5以及固定在第五连接臂5上的转轴4，在基座2上设有与转轴4配合的轴套3，在第二连接臂10和第三连接臂8之间的铰接点位置设有用于驱动第二连接臂10和第三连接臂8沿竖直方向相对转动的第三伺服电机9，在第四连接臂7和第五连接臂5之间设有用于驱动第四连接臂7和第五连接臂5沿水平方向相对转动的第四伺服电机6。
本实施例中的第一连接臂17远离摩擦半圆环16的一端固定设有滑套18，第二连接臂10滑动套设在滑套18内，在滑套18上开设有螺纹孔，螺纹孔内配合安装有用于将滑套18与第二连接臂10固定的螺钉24，可通过滑套18在第二连接臂10上的滑动调节来适应不同臂长患者的康复性治疗。第四连接臂7和第五连接臂5均沿水平方向设置。
为了进一步提高本发明对于不同患者的适应性，本实施例中的转轴4和轴套3均沿竖直方向设置，在基座2内部设有用于控制转轴4升降的推拉机构，推拉机构可为气缸、油缸或电动推杆等机构，可根据患者身高自由调节。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种用于上肢的康复性训练机器人，其特征在于：包括前臂夹持机构、基座（2）以及用于将前臂夹持机构连接在基座（2）上并控制前臂夹持机构运动的连接驱动机构；
所述前臂夹持机构包括第一连接臂（17）、转动设置在第一连接臂（17）一端的摩擦半圆环（16）以及连接在摩擦半圆环（16）上的形变半圆环（15），沿摩擦半圆环（16）外缘的中部设有与第一连接臂（17）的一端配合滑动的滑槽（26），在第一连接臂（17）上转动设有与摩擦半圆环（16）的外缘通过摩擦方式传动配合的摩擦轮（22），摩擦轮（22）与设置在第一连接臂（17）上的第一伺服电机（11）的输出轴通过皮带（23）传动连接，形变半圆环（15）的一端通过第一连接杆（21）与摩擦半圆环（16）的一端固定连接，形变半圆环（15）的另一端固定设有第二连接杆（19），摩擦半圆环（16）的另一端固定设有第三连接杆（27），且第一连接杆（21）、第二连接杆（19）和第三连接杆（27）相互平行设置，第二连接杆（19）远离形变半圆环（15）的一端与第三连接杆（27）远离摩擦半圆环（16）的一端部分重合，在第三连接杆（27）上固定设有第二伺服电机（12），第二伺服电机（12）的输出轴上设有丝杠，丝杠配合安装在固定于第二连接杆（19）上的螺母（20）内，通过第二伺服电机（12）的正反向转动驱动形变半圆环（15）产生形变，并使第二连接杆（19）朝向或相背于第三连接杆（27）运动，以达到夹持前臂的效果；在形变半圆环（15）相背于摩擦半圆环（16）的一侧固定设有第四连接杆（14），第四连接杆（14）上固定设有手柄（13）；
所述连接驱动机构包括垂直并滑动设置于第一连接臂（17）上的第二连接臂（10）、铰接连接在第二连接臂（10）上的第三连接臂（8）、转动设置在第三连接臂（8）上的第四连接臂（7）、铰接连接在第四连接臂（7）上的第五连接臂（5）以及固定在第五连接臂（5）上的转轴（4），在所述基座（2）上设有与转轴（4）配合的轴套（3），在所述第二连接臂（10）和第三连接臂（8）之间的铰接点位置设有用于驱动第二连接臂（10）和第三连接臂（8）沿竖直方向相对转动的第三伺服电机（9），在第四连接臂（7）和第五连接臂（5）之间设有用于驱动第四连接臂（7）和第五连接臂（5）沿水平方向相对转动的第四伺服电机（6）。
2.根据权利要求1所述的一种用于上肢的康复性训练机器人，其特征在于：所述滑槽（26）为横截面呈倒T形的卡槽，所述第一连接臂（17）的一端固定设有可滑动卡设在卡槽内的滑块（25）。
3.根据权利要求1所述的一种用于上肢的康复性训练机器人，其特征在于：所述第一连接臂（17）远离摩擦半圆环（16）的一端固定设有滑套（18），第二连接臂（10）滑动套设在滑套（18）内，在滑套（18）上开设有螺纹孔，螺纹孔内配合安装有用于将滑套（18）与第二连接臂（10）固定的螺钉（24）。
4.根据权利要求1所述的一种用于上肢的康复性训练机器人，其特征在于：所述第四连接臂（7）和第五连接臂（5）均沿水平方向设置。
5.根据权利要求1所述的一种用于上肢的康复性训练机器人，其特征在于：所述转轴（4）和轴套（3）均沿竖直方向设置，在基座（2）内部设有用于控制转轴（4）升降的推拉机构。
6.根据权利要求5所述的一种用于上肢的康复性训练机器人，其特征在于：所述推拉机构为气缸。
7.根据权利要求1所述的一种用于上肢的康复性训练机器人，其特征在于：在所述基座（2）的底部间隔设有多个脚轮（1）。
8.根据权利要求1所述的一种用于上肢的康复性训练机器人，其特征在于：所述形变半圆环（15）采用橡胶材料制作。
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