CN109846673A - 一种共融型双臂康复训练机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种共融型双臂康复训练机器人，包括支撑机构；协作机械臂，其第一端安装于支撑机构上；控制***，用以控制协作机械臂的动作；末端执行机构，包括连接部、手握部和限位开关，连接部安装于协作机械臂的第二端，手握部与连接部磁性连接且能够相互分离，限位开关与控制***电连接，当手握部与连接部分离时，控制***能够得到限位开关的感应信号并控制协作机械臂停止动作。本发明共融型双臂康复训练机器人能够帮助患者进行以大关节为主的运动康复训练，可帮助解决临床上神经移位术后康复的脑运动皮层的重新激活和运动感觉网络的功能重建等重大临床问题。

Description

一种共融型双臂康复训练机器人

技术领域

本发明涉及康复训练机器人技术领域，特别是涉及一种共融型双臂康复训练机器人。

背景技术

突破周围神经损伤后肢体功能恢复的疗效瓶颈是世界性难题。周围神经损伤可以造成一侧上肢完全瘫痪，现在治疗方法虽然得到很大发展，但许多患者依然遗留有严重残疾。所以康复治疗是周围神经损伤修复后上肢功能恢复的关键，个性化、针对性的康复治疗能有效地促进患者对肢体的控制。

现有技术中，主要将机械臂以外骨骼的方式与患者的上肢结合，实现上肢的恢复训练。但是，这种结构存在如下缺点：一方面，需要将大臂、小臂等多个结构安装于上肢上，安装和拆卸不便；另一方面，对机械臂的灵敏度要求较高，因而成本较高，否则容易对患者造成二次伤害。

因此，如何提供一种结构简单、使用方便、成本较低且安全性高的双臂康复训练机器人，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、使用方便、成本较低且安全性高的共融型双臂康复训练机器人，帮助周围神经损伤患者进行康复训练，有助于患者临床上神经移位术后康复的脑运动皮层的重新激活和运动感觉网络的功能重建。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明公开了一种共融型双臂康复训练机器人，包括：

支撑机构；

协作机械臂，所述协作机械臂的第一端安装于所述支撑机构上；

控制***，用以控制所述协作机械臂的动作；

末端执行机构，包括连接部、手握部和限位开关，所述连接部安装于所述协作机械臂的第二端，所述手握部与所述连接部磁性连接且能够相互分离，所述限位开关与所述控制***电连接，当所述手握部与所述连接部分离时，所述控制***能够得到所述限位开关的感应信号并控制所述协作机械臂停止动作。

优选地，所述手握部包括U形的手部固定板和用以连接所述手部固定板的两个相对部分的握手杆。

优选地，所述连接部和所述手握部通过铁块和电磁铁磁性连接，所述铁块固定于所述手握部上，所述铁块为圆台状，所述连接部包括固定板、法兰连接件和电磁铁盖板，所述电磁铁设置于所述法兰连接件内，所述法兰连接件的一端内壁为用以与所述铁块的侧面活动抵接的收口状结构，所述法兰连接件的另一端通过所述电磁铁盖板封口，所述电磁铁的两端分别通过所述收口状结构和所述电磁铁盖板限位，所述电磁铁盖板内嵌于所述固定板的一侧，所述固定板与所述法兰连接件固定连接，所述固定板固定于所述协作机械臂的所述第二端。

优选地，所述控制***包括固定于所述支撑机构上的动作捕捉机构、计算机、控制器和显示器，所述动作捕捉机构用以采集患者的手臂运动图像，所述动作捕捉机构的输出端与所述计算机的输入端电连接，所述计算机的输出端分别与所述显示器和所述控制器的输入端电连接，所述控制器的输出端与所述协作机械臂的输入端电连接，所述限位开关的输出端与所述计算机的输入端或所述控制器的输入端电连接。

优选地，所述支撑机构包括框架机构和外壳，所述框架机构包括上框架机构、底板、行走轮、铝型材框架、控制柜隔层板、控制器固定板和计算机固定板，所述行走轮设置于所述底板上，所述铝型材框架固定于所述底板上，所述控制柜隔层板为多个上下间隔分布的水平板且固定于所述铝型材框架上，所述控制柜隔层板用以支撑所述控制器，所述控制器的边缘固定于所述控制器固定板上，所述控制器固定板固定于所述铝型材框架上，所述计算机固定于所述计算机固定板上，所述计算机固定板固定于所述铝型材框架上，所述上框架机构固定于所述铝型材框架上，所述动作捕捉机构和所述显示器固定于所述上框架机构上，所述外壳罩设于所述铝型材框架外侧。

优选地，还包括座椅，所述座椅的高度能够调节。

优选地，所述协作机械臂通过C型固定板和机械臂固定板固定于所述铝型材框架上，所述C型固定板包括两个相对设置的水平板和连接两个所述水平板的竖直板，所述机械臂固定板为具有水平上沿和水平下沿的竖直固定板，所述竖直板固定于所述铝型材框架上，所述水平上沿和所述水平下沿分别固定于两个所述水平板上，所述协作机械臂固定于所述机械臂固定板上，位于下侧的所述水平板通过C型支架与所述铝型材框架相连。

优选地，所述上框架机构包括吸顶灯、弯曲支架管、铝管框架、交换机固定板、交换机、显示器固定板、弯曲管前连接板、弯曲管后连接板、弯管连接件和框架顶板，所述铝管框架通过所述弯管连接件固定在所述弯曲支架管上，所述弯曲支架管固定于弯曲管固定板上，所述弯曲管固定板固定于所述铝型材框架上，所述交换机固定板固定于所述铝管框架上，所述交换机固定于所述交换机固定板上，所述计算机通过所述交换机与外部网络电连接，所述框架顶板固定于所述铝管框架上，所述吸顶灯固定于所述框架顶板上，所述显示器固定于所述显示器固定板上，所述显示器固定板固定于所述弯曲管前连接板上，所述弯曲管前连接板固定于所述弯曲管后连接板中部，两个所述弯曲支架管通过所述弯曲管后连接板固定连接。

优选地，所述动作捕捉机构包括相机固定架和相机，所述相机固定架固定于所述铝管框架上，所述相机固定于所述相机固定架上。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明共融型双臂康复训练机器人能够帮助患者进行以大关节为主的运动康复训练，可帮助解决临床上神经移位术后康复的脑运动皮层的重新激活和运动感觉网络的功能重建等重大临床问题；由于末端执行机构的手握部与连接部磁性连接且能够相互分离，可对手臂拉动机械臂或被机械臂拉动时手臂所受的拉力进行控制，当该拉力大于某一阈值时手握部与连接部自动分离，同时协作机械臂停止动作，避免手臂受伤，从而提高安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明共融型双臂康复训练机器人的整体结构示意图；

图2为显示器固定方式的结构示意图；

图3为部分框架机构的结构示意图；

图4为图3另一个视角的结构示意图；

图5为末端执行机构的结构示意图；

图6为图5沿A-A方向的剖视图；

附图标记说明：1框架机构；2动作捕捉机构；3协作机械臂；4末端执行机构；5外壳；6显示器；7计算机；8控制器；9座椅；11上框架机构；12底板；13行走轮；14铝型材框架；15C型固定板；16机械臂固定板；17O型支架；18C型支架；19弯曲管固定板；141控制柜隔层板；142控制器固定板；143电器固定板；144计算机固定板；110吸顶灯；111弯曲支架管；112铝管框架；113交换机固定板；114交换机；115显示器固定板；116弯曲管前连接板；117弯曲管后连接板；118弯曲管连接件；119框架顶板；21相机；22相机固定架；41固定板；42法兰连接件；43铁块；44手部固定板；45握手杆；46限位开关；47电磁铁；48电磁铁盖板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种结构简单、使用方便、成本较低且安全性高的共融型双臂康复训练机器人，帮助周围神经损伤患者进行康复训练，有助于患者临床上神经移位术后康复的脑运动皮层的重新激活和运动感觉网络的功能重建。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-6所示，本实施例提供一种共融型双臂康复训练机器人，包括支撑机构、协作机械臂3、控制***和末端执行机构4。

其中，协作机械臂3的第一端安装于支撑机构上；控制***用以控制协作机械臂3的动作；末端执行机构4包括连接部、手握部和限位开关46，连接部安装于协作机械臂3的第二端，手握部与连接部磁性连接且能够相互分离，限位开关46与控制***电连接，当手握部与连接部分离时，控制***能够得到限位开关46的感应信号并控制协作机械臂3停止动作。本实施例中，协作机械臂3为两个，本领域技术人员也可根据需要设置为其它数量。

使用时，患者的手握住末端执行机构4的手握部，通过控制***驱动协作机械臂3动作，并带动患者的手臂动作，即可进行被动恢复训练；患者的手臂自行带动写作机械臂动作，即可进行主动恢复训练。由于手握部与连接部磁性连接且能够相互分离，可对手臂拉动机械臂或被机械臂拉动时手臂所受的拉力进行控制，当该拉力大于某一阈值时手握部与连接部自动分离，同时协作机械臂3停止动作，避免手臂受伤，从而提高安全性。

为了方便抓握，本实施例的手握部包括U形的手部固定板44和用以连接手部固定板44的两个相对部分的握手杆45。

连接部与手握部的磁性连接方式可以是通过普通磁铁与磁性材料磁性连接，也可以是通过电磁铁47磁性材料磁性连接。本实施例中，连接部和手握部通过铁块43和电磁铁47磁性连接，可通过改变电磁铁47的线圈匝数、电流大小等方式调整电磁铁47与铁块43分离时的拉力大小，从而调整康复训练强度。

本实施例的铁块43固定于手握部上，铁块43为圆台状。连接部包括固定板41、法兰连接件42和电磁铁盖板48，电磁铁47设置于法兰连接件42内。法兰连接件42的一端内壁为用以与铁块43的侧面活动抵接的收口状结构，法兰连接件42的另一端通过电磁铁盖板48封口，电磁铁47的两端分别通过收口状结构和电磁铁盖板48限位。电磁铁盖板48内嵌于固定板41的一侧，固定板41与法兰连接件42固定连接，固定板41固定于协作机械臂3的第二端。

由于法兰连接件42的一端内壁为用以与铁块43的侧面活动抵接的收口状结构，当电磁铁47通电时便于将电磁铁47与铁块43对正。

为了能够对患者的康复情况及时记录和分析，也为了使该机器人能够进行镜像康复训练，本实施例的控制***包括固定于支撑机构上的动作捕捉机构2、计算机7、控制器8和显示器6，动作捕捉机构2用以采集患者的手臂运动图像。动作捕捉机构2的输出端与计算机7的输入端电连接，计算机7的输出端分别与显示器6和控制器8的输入端电连接，控制器8的输出端与协作机械臂3的输入端电连接，限位开关46的输出端与计算机7的输入端或控制器8的输入端电连接。

计算机7能够对动作捕捉机构2得到的图像信息进行储存以及分析计算，根据分析计算的结果控制协作机械臂3的下一步动作。例如，在进行主动康复训练时，通过对动作捕捉机构2得到的图像信息进行分析计算可以得到某一动作是否进行完毕，以便控制协作机械臂3进行下一步动作；在进行镜像训练时，健侧手臂做出某一动作后，动作捕捉机构2能够捕捉该动作的信息，通过计算机7的分析计算控制患侧手臂完成镜像动作，从而使患者能够自行控制训练过程。

支撑机构具有多种形式，只要能实现支撑功能即可。本实施例中，支撑机构包括框架机构1和外壳5，框架机构1包括上框架机构11、底板12、行走轮13、铝型材框架14、控制柜隔层板141、控制器固定板142、电器固定板143和计算机固定板144。其中，行走轮13设置于底板12上，行走轮13的数量为N个(N≥5)铝型材框架14固定于底板12上，铝型材框架14内部设置有用以提高其支撑强度的O型支架17。控制柜隔层板141为多个上下间隔分布的水平板且固定于铝型材框架14上，控制柜隔层板141用以支撑控制器8。控制器8的边缘固定于控制器固定板142上，控制器固定板142固定于铝型材框架14上。计算机7固定于计算机固定板144上，计算机固定板144固定于铝型材框架14上。上框架机构11固定于铝型材框架14上，动作捕捉机构2和显示器6固定于上框架机构11上。电器固定板143用以安装除控制器8外的其它电器，电器固定板143固定于铝型材框架14上与控制器固定板142相对的一侧。外壳5罩设于铝型材框架14的外侧，用于美观和防尘防水。

为了提高康复训练过程的安全性和舒适性，本实施例的共融型双臂康复训练机器人还包括座椅9，使患者能够以坐立的姿态进行训练。该座椅9优选为能够调节高度的座椅9，从而适应不同身高人群的需要。

本实施例中，协作机械臂3通过C型固定板15和机械臂固定板16固定于铝型材框架14上。具体的，C型固定板15包括两个相对设置的水平板和连接两个水平板的竖直板，机械臂固定板16为具有水平上沿和水平下沿的竖直固定板，竖直板固定于铝型材框架14上，水平上沿和水平下沿分别固定于两个水平板上，协作机械臂3固定于机械臂固定板16上，位于下侧的水平板通过C型支架18与铝型材框架14相连。

本实施例中，上框架机构11包括吸顶灯110、弯曲支架管111、铝管框架112、交换机固定板113、交换机114、显示器固定板115、弯曲管前连接板116、弯曲管后连接板117、弯曲管连接件118和框架顶板119。铝管框架112通过弯曲管连接件118固定在弯曲支架管111上，弯曲管连接件118的数量为M个(M≥4)，弯曲支架管111固定于弯曲管固定板19上，弯曲管固定板19固定于铝型材框架14上。交换机固定板113固定于铝管框架112上，交换机114固定于交换机固定板113上，计算机7通过交换机114与外部网络电连接。框架顶板119固定于铝管框架112上，吸顶灯110固定于框架顶板119上。显示器6固定于显示器固定板115上，显示器固定板115固定于弯曲管前连接板116上，弯曲管前连接板116固定于弯曲管后连接板117中部，两个弯曲支架管111通过弯曲管后连接板117固定连接。

本实施例中，动作捕捉机构2的数量为n个(n≥6)，动作捕捉机构2包括相机固定板22和相机21，相机固定板22固定于铝管框架112上，相机21固定于相机固定板22上。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种共融型双臂康复训练机器人，其特征在于，包括：

支撑机构；

协作机械臂，所述协作机械臂的第一端安装于所述支撑机构上；

控制***，用以控制所述协作机械臂的动作；

末端执行机构，包括连接部、手握部和限位开关，所述连接部安装于所述协作机械臂的第二端，所述手握部与所述连接部磁性连接且能够相互分离，所述限位开关与所述控制***电连接，当所述手握部与所述连接部分离时，所述控制***能够得到所述限位开关的感应信号并控制所述协作机械臂停止动作。

2.根据权利要求1所述的共融型双臂康复训练机器人，其特征在于，所述手握部包括U形的手部固定板和用以连接所述手部固定板的两个相对部分的握手杆。

3.根据权利要求2所述的共融型双臂康复训练机器人，其特征在于，所述连接部和所述手握部通过铁块和电磁铁磁性连接，所述铁块固定于所述手握部上，所述铁块为圆台状，所述连接部包括固定板、法兰连接件和电磁铁盖板，所述电磁铁设置于所述法兰连接件内，所述法兰连接件的一端内壁为用以与所述铁块的侧面活动抵接的收口状结构，所述法兰连接件的另一端通过所述电磁铁盖板封口，所述电磁铁的两端分别通过所述收口状结构和所述电磁铁盖板限位，所述电磁铁盖板内嵌于所述固定板的一侧，所述固定板与所述法兰连接件固定连接，所述固定板固定于所述协作机械臂的所述第二端。

4.根据权利要求1所述的共融型双臂康复训练机器人，其特征在于，所述控制***包括固定于所述支撑机构上的动作捕捉机构、计算机、控制器和显示器，所述动作捕捉机构用以采集患者的手臂运动图像，所述动作捕捉机构的输出端与所述计算机的输入端电连接，所述计算机的输出端分别与所述显示器和所述控制器的输入端电连接，所述控制器的输出端与所述协作机械臂的输入端电连接，所述限位开关的输出端与所述计算机的输入端或所述控制器的输入端电连接。

5.根据权利要求4所述的共融型双臂康复训练机器人，其特征在于，所述支撑机构包括框架机构和外壳，所述框架机构包括上框架机构、底板、行走轮、铝型材框架、控制柜隔层板、控制器固定板和计算机固定板，所述行走轮设置于所述底板上，所述铝型材框架固定于所述底板上，所述控制柜隔层板为多个上下间隔分布的水平板且固定于所述铝型材框架上，所述控制柜隔层板用以支撑所述控制器，所述控制器的边缘固定于所述控制器固定板上，所述控制器固定板固定于所述铝型材框架上，所述计算机固定于所述计算机固定板上，所述计算机固定板固定于所述铝型材框架上，所述上框架机构固定于所述铝型材框架上，所述动作捕捉机构和所述显示器固定于所述上框架机构上，所述外壳罩设于所述铝型材框架外侧。

6.根据权利要求5所述的共融型双臂康复训练机器人，其特征在于，还包括座椅，所述座椅的高度能够调节。

7.根据权利要求5所述的共融型双臂康复训练机器人，其特征在于，所述协作机械臂通过C型固定板和机械臂固定板固定于所述铝型材框架上，所述C型固定板包括两个相对设置的水平板和连接两个所述水平板的竖直板，所述机械臂固定板为具有水平上沿和水平下沿的竖直固定板，所述竖直板固定于所述铝型材框架上，所述水平上沿和所述水平下沿分别固定于两个所述水平板上，所述协作机械臂固定于所述机械臂固定板上，位于下侧的所述水平板通过C型支架与所述铝型材框架相连。

8.根据权利要求5所述的共融型双臂康复训练机器人，其特征在于，所述上框架机构包括吸顶灯、弯曲支架管、铝管框架、交换机固定板、交换机、显示器固定板、弯曲管前连接板、弯曲管后连接板、弯管连接件和框架顶板，所述铝管框架通过所述弯管连接件固定在所述弯曲支架管上，所述弯曲支架管固定于弯曲管固定板上，所述弯曲管固定板固定于所述铝型材框架上，所述交换机固定板固定于所述铝管框架上，所述交换机固定于所述交换机固定板上，所述计算机通过所述交换机与外部网络电连接，所述框架顶板固定于所述铝管框架上，所述吸顶灯固定于所述框架顶板上，所述显示器固定于所述显示器固定板上，所述显示器固定板固定于所述弯曲管前连接板上，所述弯曲管前连接板固定于所述弯曲管后连接板中部，两个所述弯曲支架管通过所述弯曲管后连接板固定连接。

9.根据权利要求8所述的共融型双臂康复训练机器人，其特征在于，所述动作捕捉机构包括相机固定架和相机，所述相机固定架固定于所述铝管框架上，所述相机固定于所述相机固定架上。