CN109730890B - 一种上肢外骨骼运动补偿把手滑块机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种上肢外骨骼运动补偿把手滑块机构，包括基板（7），所述的基板（7）上套设有固定滑块（10）和活动滑块（9），所述的固定滑块（10）和活动滑块（9）相对的一侧均设置有弹簧放置孔，固定滑块（10）和活动滑块（9）之间设置有弹簧（12）且弹簧（12）置于弹簧放置孔内，活动滑块（9）的一端设置有螺纹孔，螺纹孔连通弹簧放置孔，螺纹孔螺纹连接有调节螺栓（4），活动滑块（9）的顶部设置有圆台，圆台上设置有六维力传感器（2），六维力传感器（2）上设置把手（1）。本发明的优点是该机构可以简单、快速的无极调节外骨骼手部尺寸，具有广泛适应性，使外骨骼穿戴、使用更加简单、自然。

Description

一种上肢外骨骼运动补偿把手滑块机构

技术领域

本发明涉及康复医疗设备领域，特别是一种上肢外骨骼运动补偿把手滑块机构。

背景技术

上肢外骨骼机器人是一种集人机工程学、仿生学于一体的机械装置，集成了传感、控制、信息耦合、移动计算等机器人技术,可以为人类肢体提供支撑、保护、助力、康复训练等作用，主要用于康复医疗等领域。无论是对于脑卒中造成的偏瘫还是骨科损伤的术后康复，上肢外骨骼机器人都能便利有效的进行病患上肢的康复训练，节省人力成本。

人体的各关节都非常复杂，关节运动过程中转动中心并非一个恒定点。外骨骼机器人通常都用转动副机构作为运动关节，虽然基本上实现了外骨骼对人类肢体的仿生运动，但在细节上还没做到完全的仿生。上肢外骨骼带动手臂运动的过程中，人体手臂关节转动中心在发生微小变化，外骨骼关节转动中心却不变，这会导致人机运动不同步，对人体手臂产生额外内应力，使穿戴者感到不适。而且，由于上肢是通过绑缚固定在外骨骼上，人机耦合不紧，也会导致产生运动错位。这就需要外骨骼能够补偿这些运动产生的错位，避免产生内应力，使康复训练更加舒适，防止二次伤害。外骨骼把手还需要安装在滑块上，能够简单、快速地调节到关节间的距离，以适应不同手部尺寸的人。在智能康复的时代，要求外骨骼把手模块能够实现对手部力、力矩的测量，用以控制外骨骼以及进行康复评估。

目前，已有的上肢外骨骼机器人的末端把手都是一个刚性把手，没有运动补偿功能，无法适应关节转动中心的微变动，产生额外内力，使人感到不适，还可能进一步造成更大的关节错位，降低康复训练效果。有些上肢外骨骼的把手模块甚至不能调节距离关节的长度，以至于不能适应更多人群使用。传统的外骨骼把手也没有考虑引入多维力传感器，实现更加智能的康复训练。公开号为CN 107320910 A的专利介绍了一种上肢柔顺康复外骨骼，它的前臂把手无法调节尺寸，不具普适性，也没有运动补偿机构，无法实现对关节错位的运动补偿。公开号为CN 207139797 U的专利介绍了一种外骨骼手臂及外骨骼上肢机构，它的外骨骼手臂把手加入了力传感器，可以利用反馈信号进行运动控制，但是它是刚性固定在外骨骼上，不能调节尺寸，也不具有运动补偿功能。公开号为CN 105520819 A的专利介绍了一种外骨骼式肩胛带与上肢协同康复机器人，它的外骨骼手部把手可以根据不同的手部尺寸，调节到腕关节的距离，但它没有安装力传感器，也没有运动补偿机构。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种上肢外骨骼运动补偿把手滑块机构。

本发明的目的是提供一种用于上肢外骨骼机器人实现运动补偿的把手滑块机构，人体关节本身转动中心改变、穿戴过程中未完全关节对心以及绑缚未绑紧会造成人机关节错位，关节错位进而会导致人机运动不同步，该机构可以补偿运动，避免运动不同步带来的内应力，防止运动不适，增加康复安全性，同时，该机构可以简单、快速地根据手部尺寸调节把手到腕关节距离，适应不同人群，且安装有多维力传感器，反馈信号进行控制和评估，实现智能康复；一种上肢外骨骼运动补偿把手滑块机构，包括基板，所述的基板上套设有固定滑块和活动滑块，所述的固定滑块和活动滑块相对的一侧均设置有弹簧放置孔，固定滑块和活动滑块之间设置有弹簧且弹簧置于弹簧放置孔内，活动滑块的一端设置有螺纹孔，螺纹孔连通弹簧放置孔，螺纹孔螺纹连接有调节螺栓，活动滑块的顶部设置有圆台，圆台上设置有六维力传感器，六维力传感器上设置把手。

具体地，所述的活动滑块的弹簧放置孔内设置有用于顶住弹簧端面的垫片，垫片抵接在调节螺栓上。

具体地，所述的固定滑块和活动滑块的两侧设置有圆弧滑槽壳，圆弧滑槽壳固定在固定滑块上，固定滑块和活动滑块的两侧均为圆弧形，活动滑块可在圆弧滑槽壳内滑动。

具体地，所述固定滑块的顶部固定有滑块盖板用于遮挡活动滑块和固定滑块间的间隙。

具体地，所述的固定滑块上设置有紧固螺孔，紧固螺孔螺纹连接有紧固旋钮用于将固定滑块压紧在基板上实现紧固的目的。

具体地，所述的把手为橡胶把手。

具体地，所述的基板的一端设置有安装孔，作为机构的旋转中心。

本发明具有以下优点：该上肢外骨骼运动补偿把手滑块机构可以简单、快速的无极调节外骨骼手部尺寸，具有广泛适应性，使外骨骼穿戴、使用更加简单、自然。并配有多维力传感器反馈力、力矩信息，进而控制运动及评估交互力，实现智能康复。

该上肢外骨骼运动补偿把手滑块机构可以补偿由各种原因引起的人体手臂与外骨骼之间的运动偏差，包括穿戴时对心不齐、绑缚不紧以及人体关节运动时本身就会引起转动中心变化。人机运动偏差的补偿，可以使使用者更加舒适，运动更为自然，避免受额外内力以及二次伤害。

附图说明

图1 为上肢外骨骼把手模块结构图；

图2 为上肢外骨骼把手滑块机构***图；

图3 为运动补偿原理图A；

图4 为运动补偿原理图B；

图中：1-把手，2-六维力传感器，3-滑块盖板，4-调节螺栓，5-圆弧滑槽壳，6-紧固旋钮，7-基板，8-安装孔，9-活动滑块，10-固定滑块，11-垫片，12-弹簧，13-手臂，14-人体腕关节中心。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1～4所示，一种上肢外骨骼运动补偿把手滑块机构，包括基板7，所述的基板7上套设有固定滑块10和活动滑块9，所述的固定滑块10和活动滑块9相对的一侧均设置有弹簧放置孔，固定滑块10和活动滑块9之间设置有弹簧12且弹簧12置于弹簧放置孔内，活动滑块9的一端设置有螺纹孔，螺纹孔连通弹簧放置孔，螺纹孔螺纹连接有调节螺栓4，调节螺栓4旋转可以调节弹簧12的初始预紧力，活动滑块9的顶部设置有圆台，圆台上设置有六维力传感器2，六维力传感器2上设置把手1，六维力传感器2可以测量手部作用于外骨骼的力及力矩，用以控制外骨骼运动及人机交互评估，实现智能康复；人体手部抓握把手1，手臂13与外骨骼手部基板7平齐，根据人手尺寸调节把手1到外骨骼腕关节转动中心的距离，使人体腕关节中心14与外骨骼腕关节中心对齐，如图4，当外骨骼带动手部运动时，由于人体关节本身转动中心改变，以及由于绑缚不紧造成的人机错动，使人体腕关节中心14和外骨骼腕关节中心相对偏移，人机运动发生偏差，此时活动滑块9可以压缩弹簧12沿向固定滑块10的方向滑动，去补偿人机运动偏差，避免人体手部被压或者被拉，造成人体不适甚至二次伤害

进一步地，所述的活动滑块9的弹簧放置孔内设置有用于顶住弹簧12端面的垫片11，垫片11抵接在调节螺栓4上。

进一步地，所述的固定滑块10和活动滑块9的两侧设置有圆弧滑槽壳5，圆弧滑槽壳5固定在固定滑块10上，固定滑块10和活动滑块9的两侧均为圆弧形，活动滑块9可在圆弧滑槽壳5内滑动，圆弧滑槽壳5提供活动滑块9相对于固定滑块10运动的滑道。

进一步地，所述固定滑块10的顶部固定有滑块盖板3用于遮挡活动滑块9和固定滑块10间的间隙。

进一步地，所述的固定滑块10上设置有紧固螺孔，紧固螺孔螺纹连接有紧固旋钮6用于将固定滑块10压紧在基板7上实现紧固的目的，固定滑块10可以在外骨骼手部基板7上滑动，调节把手1到腕关节的距离，然后用紧固旋钮6锁死，实现简单、快速的尺寸无极调节，适应不同人群。

进一步地，所述的把手1为橡胶把手。

进一步地，所述的基板7的一端设置有安装孔8，作为机构的旋转中心。

本发明的工作过程如下：安装于上肢外骨骼机器人手臂基板7上，人体穿戴外骨骼并抓握把手1，拧松固定滑块10上的紧固旋钮6，让固定滑块10在基板7上滑动，调节把手1到外骨骼腕关节中心距离与人手适配，拧紧紧固旋钮6，再拧动调节螺栓4，调节弹簧12预紧力，然后进行人机耦合康复训练。训练过程中，人机运动偏差可以由该机构去补偿，使运动自然、舒适。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述所述技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术对以上实施例所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属于本技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种上肢外骨骼运动补偿把手滑块机构，其特征在于：包括基板（7），所述的基板（7）上套设有固定滑块（10）和活动滑块（9），所述的固定滑块（10）和活动滑块（9）相对的一侧均设置有弹簧放置孔，固定滑块（10）和活动滑块（9）之间设置有弹簧（12）且弹簧（12）置于弹簧放置孔内，活动滑块（9）的一端设置有螺纹孔，螺纹孔连通弹簧放置孔，螺纹孔螺纹连接有调节螺栓（4），活动滑块（9）的顶部设置有圆台，圆台上设置有六维力传感器（2），六维力传感器（2）上设置把手（1），所述的固定滑块（10）和活动滑块（9）的两侧设置有圆弧滑槽壳（5），圆弧滑槽壳（5）固定在固定滑块（10）上，固定滑块（10）和活动滑块（9）的两侧均为圆弧形，活动滑块（9）可在圆弧滑槽壳（5）内滑动。

2.根据权利要求1所述的一种上肢外骨骼运动补偿把手滑块机构，其特征在于：所述的活动滑块（9）的弹簧放置孔内设置有用于顶住弹簧（12）端面的垫片（11），垫片（11）抵接在调节螺栓（4）上。

3.根据权利要求1所述的一种上肢外骨骼运动补偿把手滑块机构，其特征在于：所述固定滑块（10）的顶部固定有滑块盖板（3）用于遮挡活动滑块（9）和固定滑块（10）间的间隙。

4.根据权利要求1所述的一种上肢外骨骼运动补偿把手滑块机构，其特征在于：所述的固定滑块（10）上设置有紧固螺孔，紧固螺孔螺纹连接有紧固旋钮（6）用于将固定滑块（10）压紧在基板（7）上实现紧固的目的。

5.根据权利要求1所述的一种上肢外骨骼运动补偿把手滑块机构，其特征在于：所述的把手（1）为橡胶把手。

6.根据权利要求1所述的一种上肢外骨骼运动补偿把手滑块机构，其特征在于：所述的基板（7）的一端设置有安装孔（8），作为机构的旋转中心。

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