CN110420096B - 一种带有弹性直角转臂的上肢康复机器人 - Google Patents

一种带有弹性直角转臂的上肢康复机器人 Download PDF

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Abstract

本发明属于康复医疗器械领域，是一种带有弹性直角转臂的上肢康复机器人，由轮椅、收纳槽、升降气缸和机械臂组成。轮椅的两侧扶手上均设有收纳槽，收纳槽内靠近椅背的一侧安装有升降气缸，升降气缸的输出端安装有机械臂；机械臂包括基座、弹性直角转臂、上臂、肘关节和前臂；基座固定安装在升降气缸的输出端上，弹性直角转臂的一端与基座转动连接，弹性直角转臂的另一端与上臂的一端相连接，上臂的另一端与肘关节的一端相连接，肘关节的另一端与前臂的一端相连接；弹性直角转臂可为使用人肩部运动提供被动关节，并在使用时平衡使用者的手臂重力；本发明可以为使用人提供适度的上肢康复训练环境，通过机械臂为使用者上肢提供助力。

Description

一种带有弹性直角转臂的上肢康复机器人
技术领域
本发明涉及一种带有弹性直角转臂的上肢康复机器人，属于康复医疗器械领域。
背景技术
脑中风在老龄人口中是一种很常见的疾病，而中风患者出现偏瘫也是最常见的现象，多数患者也会丧失上肢的运动能力。据相关统计数据显示，全球每年会有1500多万人患有脑中风疾病，脑中风存活下来的人中也会有85％的人出现偏瘫，大约40％的患者会出现永久性的残疾。临床验证表明，患者尽早进行有益的康复训练不仅可以维持各关节的活动度、预防关节挛缩，而且可以显著提高患者最终的康复程度。目前，我国的康复治疗主要是理疗师辅助进行，因为这种治疗方式是理疗师和病人一对一进行的，所以这种方式的治疗需要花费大量时间，并且只有少数家庭能够承担起治疗费用，而最终的效果也主要依靠理疗师的经验。因此，需要设计一款能够帮助脑中风偏瘫患者进行康复治疗的上肢康复机器人进行康复训练。
目前国内所研究的上肢康复机器人存在的缺点在于：1.可实现多自由度运动的上肢康复机器人的可用工作空间较小，并且完成预定工作内容时机器人工作量较高；2.目前市场上的上肢康复机器人在使用过程中，使用者抬起手臂时其肩部所需力量较大，这种情况会给肩部力量较弱的使用者带来不便，容易造成二次损伤。
发明内容
本发明的目的是提供一种带有弹性直角转臂的上肢康复机器人，以解决上述问题。
一种带有弹性直角转臂的上肢康复机器人包括轮椅、收纳槽、升降气缸和机械臂；
轮椅的两侧扶手上均设有收纳槽，收纳槽内靠近椅背的一侧安装有升降气缸，升降气缸的输出端安装有机械臂；
机械臂包括基座、弹性直角转臂、上臂、肘关节和前臂；
基座固定安装在升降气缸的输出端上，弹性直角转臂的一端与基座转动连接，弹性直角转臂的另一端与上臂的一端相连接，上臂的另一端与肘关节的一端相连接，肘关节的另一端与前臂的一端相连接。
优选的：基座包括固定架、电机支架、第一伺服电机和联轴器；
固定架安装在升降气缸的输出端上，固定架的内侧壁上安装有电机支架，第一伺服电机安装在电机支架上，第一伺服电机的输出端通过联轴器与弹性直角转臂相连接。
优选的：弹性直角转臂包括直角架、滑轮、旋转臂和弹力绳；
直角架的一端通过联轴器与第一伺服电机的输出端相连接，直角架的另一端与旋转臂的右端铰接，旋转臂的左端与上臂的一端相连接，直角架侧壁的上下两端和旋转臂侧壁的左端均安装有滑轮，三个滑轮之间通过一个弹力绳相连接。
优选的：上臂包括上臂套筒、上臂滑套、电动推杆、连杆、第二伺服电机和第一齿轮；
上臂套筒的固定端与旋转臂的左端相连接，上臂套筒的底端安装有第二伺服电机，第二伺服电机的输出端上安装有第一齿轮，上臂套筒的外壁上开有滑槽，上臂滑套安装在滑槽内，上臂滑套的外壁上设有与第一齿轮相配合的齿牙，电动推杆固定安装在上臂滑套外壁的一侧，电动推杆的输出端通过连杆与肘关节相连接。
优选的：肘关节包括第一支架、第二支架、调节螺栓和伸缩杆；
第一支架的一端固定安装在上臂滑套上，第一支架的另一端与第二支架的右端铰接，第二支架的右端还设有连接部，连接部与连杆相连接，第二支架的左端设有滑套，伸缩杆安装在滑套内，调节螺栓穿过第二支架的外壁与伸缩杆相抵靠。
优选的：前臂包括前臂套筒、前臂滑套、腕关节连杆、手柄连杆、手柄、第三伺服电机和第二齿轮；
前臂套筒的固定端与伸缩杆相连接，前臂套筒的底端安装有第三伺服电机，第三伺服电机的输出端上安装有第二齿轮，前臂套筒的外壁上开有凹槽，前臂滑套安装在凹槽内，前臂滑套的外壁上设有与第二齿轮相配合的齿牙，腕关节连杆的一端与前臂滑套相连接，腕关节连杆的另一端与手柄连杆铰接，手柄安装在手柄连杆的自由端的内侧壁上。
本发明与现有产品相比具有以下效果：通过轮椅可以为使用者提供更舒适的康复训练环境，利用机械臂可以模拟上肢的各种活动，利用机械臂上的伺服电机可以为使用者提供助力，帮助使用者完成训练动作，利用弹性直角转臂可平衡使用者的手臂重力，降低使用者抬臂时所需肩部力量，增大可工作空间，降低了完成预定工作内容时机器人的工作量。
附图说明
图1是本发明所述的一种带有弹性直角转臂的上肢康复机器人的结构示意图；
图2是收纳槽内部结构示意图；
图3是机械臂的结构示意图：
图4是图3的侧视图；
图5是图3的俯视图；
图6是基座的结构示意图；
图7是弹性直角转臂的结构示意图；
图8是上臂的结构示意图；
图9是肘关节的结构示意图；
图10是前臂的结构示意图；
图11是上臂滑套的结构示意图；
图12是前臂滑套的结构示意图；
图13是上臂套筒的结构示意图。
图中：1-轮椅；2-收纳槽；3-升降气缸；4-机械臂；5-基座；6-弹性直角转臂、7-上臂；8-肘关节；9-前臂；51-固定架、52-电机支架、53-第一伺服电机、54-联轴器、61-直角架、62-滑轮、63-旋转臂、64-弹力绳、71-上臂套筒、72-上臂滑套、73-电动推杆、74-连杆、75-第二伺服电机、76-第一齿轮、81-第一支架、82-第二支架、83-连接部、84-调节螺栓、85-伸缩杆、91-前臂套筒、92-前臂滑套、93-腕关节连杆、94-手柄连杆、95-手柄、96-第三伺服电机、97-第二齿轮。
具体实施方式
下面根据附图详细阐述本发明优选的实施方式。
如图1至图13所示，本发明所述的一种带有弹性直角转臂的上肢康复机器人包括轮椅1、收纳槽2、升降气缸3和机械臂4；
轮椅1的两侧扶手上均设有收纳槽2，收纳槽2内靠近椅背的一侧安装有升降气缸3，升降气缸3的输出端安装有机械臂4；
机械臂4包括基座5、弹性直角转臂6、上臂7、肘关节8和前臂9；
基座5固定安装在升降气缸3的输出端上，弹性直角转臂6的一端与基座5转动连接，弹性直角转臂6的另一端与上臂7的一端相连接，上臂7的另一端与肘关节8的一端相连接，肘关节8的另一端与前臂9的一端相连接。
进一步：基座5包括固定架51、电机支架52、第一伺服电机53和联轴器54；
固定架51安装在升降气缸3的输出端上，固定架51的内侧壁上安装有电机支架52，第一伺服电机53安装在电机支架52上，第一伺服电机53的输出端通过联轴器54与弹性直角转臂6相连接。
进一步：弹性直角转臂6包括直角架61、滑轮62、旋转臂63和弹力绳64；
直角架61的一端通过联轴器54与第一伺服电机53的输出端相连接，直角架61的另一端与旋转臂63的右端铰接，旋转臂63的左端与上臂7的一端相连接，直角架61侧壁的上下两端和旋转臂63侧壁的左端均安装有滑轮62，三个滑轮62之间通过一个弹力绳64相连接。
进一步：上臂7包括上臂套筒71、上臂滑套72、电动推杆73、连杆74、第二伺服电机75和第一齿轮76；
上臂套筒71的固定端与旋转臂63的左端相连接，上臂套筒71的底端安装有第二伺服电机75，第二伺服电机75的输出端上安装有第一齿轮76，上臂套筒71的外壁上开有滑槽，上臂滑套72安装在滑槽内，上臂滑套72的外壁上设有与第一齿轮76相配合的齿牙，电动推杆73固定安装在上臂滑套72外壁的一侧，电动推杆73的输出端通过连杆74与肘关节8相连接。
进一步：肘关节8包括第一支架81、第二支架82、调节螺栓84和伸缩杆85；
第一支架81的一端固定安装在上臂滑套72上，第一支架81的另一端与第二支架82的右端铰接，第二支架82的右端还设有连接部83，连接部83与连杆74相连接，第二支架82的左端设有滑套，伸缩杆85安装在滑套内，调节螺栓84穿过第二支架82的外壁与伸缩杆85相抵靠。
进一步：前臂9包括前臂套筒91、前臂滑套92、腕关节连杆93、手柄连杆94、手柄95、第三伺服电机96和第二齿轮97；
前臂套筒91的固定端与伸缩杆85相连接，前臂套筒91的底端安装有第三伺服电机96，第三伺服电机96的输出端上安装有第二齿轮97，前臂套筒91的外壁上开有凹槽，前臂滑套92安装在凹槽内，前臂滑套92的外壁上设有与第二齿轮97相配合的齿牙，腕关节连杆93的一端与前臂滑套92相连接，腕关节连杆93的另一端与手柄连杆94铰接，手柄95安装在手柄连杆94的自由端的内侧壁上。
工作原理：
通过第一伺服电机51可以调整机械臂水平开合的角度，通过滑轮62和弹力绳64可以帮助使用者做抬臂运动，有平衡手臂重力的作用，通过第二伺服电机75可以帮助使用人完成转臂的动作，通过第三伺服电机96可以帮助使用人完成手腕的旋转动作，通过腕关节连杆93和手柄连杆94可以完成手掌的抬、放动作。
本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (1)

1.一种带有弹性直角转臂的上肢康复机器人，包括轮椅(1)、收纳槽(2)、升降气缸(3)和机械臂(4)，轮椅(1)的两侧扶手上均设有收纳槽(2)，收纳槽(2)内靠近椅背的一侧安装有升降气缸(3)，升降气缸(3)的输出端安装有机械臂(4)，机械臂(4)包括基座(5)、弹性直角转臂(6)、上臂(7)、肘关节(8)和前臂(9)，基座(5)固定安装在升降气缸(3)的输出端上，弹性直角转臂(6)的一端与基座(5)转动连接，弹性直角转臂(6)的另一端与上臂(7)的一端相连接，上臂(7)的另一端与肘关节(8)的一端相连接，肘关节(8)的另一端与前臂(9)的一端相连接，所述基座(5)包括固定架(51)、电机支架(52)、第一伺服电机(53)和联轴器(54)；所述固定架(51)安装在升降气缸(3)的输出端上，固定架(51)的内侧壁上安装有电机支架(52)，第一伺服电机(53)安装在电机支架(52)上，第一伺服电机(53)的输出端通过联轴器(54)与弹性直角转臂(6)相连接；所述上臂(7)包括上臂套筒(71)、上臂滑套(72)、电动推杆(73)、连杆(74)、第二伺服电机(75)和第一齿轮(76)；所述上臂套筒(71)的固定端与旋转臂(63)的左端相连接，上臂套筒(71)的底端安装有第二伺服电机(75)，第二伺服电机(75)的输出端上安装有第一齿轮(76)，上臂套筒(71)的外壁上开有滑槽，上臂滑套(72)安装在滑槽内，上臂滑套(72)的外壁上设有与第一齿轮(76)相配合的齿牙，电动推杆(73)固定安装在上臂滑套(72)外壁的一侧，电动推杆(73)的输出端通过连杆(74)与肘关节(8)相连接；所述肘关节(8)包括第一支架(81)、第二支架(82)、调节螺栓(84)和伸缩杆(85)；所述第一支架(81)的一端固定安装在上臂滑套(72)上，第一支架(81)的另一端与第二支架(82)的右端铰接，第二支架(82)的右端还设有连接部(83)，连接部(83)与连杆(74)相连接，第二支架(82)的左端设有滑套，伸缩杆(85)安装在滑套内，调节螺栓(84)穿过第二支架(82)的外壁与伸缩杆(85)相抵靠；所述前臂(9)包括前臂套筒(91)、前臂滑套(92)、腕关节连杆(93)、手柄连杆(94)、手柄(95)、第三伺服电机(96)和第二齿轮(97)；所述前臂套筒(91)的固定端与伸缩杆(85)相连接，前臂套筒(91)的底端安装有第三伺服电机(96)，第三伺服电机(96)的输出端上安装有第二齿轮(97)，前臂套筒(91)的外壁上开有凹槽，前臂滑套(92)安装在凹槽内，前臂滑套(92)的外壁上设有与第二齿轮(97)相配合的齿牙，腕关节连杆(93)的一端与前臂滑套(92)相连接，腕关节连杆(93)的另一端与手柄连杆(94)铰接，手柄(95)安装在手柄连杆(94)的自由端的内侧壁上，其特征在于：所述弹性直角转臂(6)包括直角架(61)、滑轮(62)、旋转臂(63)和弹力绳(64)；所述直角架(61)的一端通过联轴器(54)与第一伺服电机(53)的输出端相连接，直角架(61)的另一端与旋转臂(63)的右端铰接，旋转臂(63)的左端与上臂(7)的一端相连接，直角架(61)侧壁的上下两端和旋转臂(63)侧壁的左端均安装有滑轮(62)，三个滑轮(62)之间通过一个弹力绳(64)相连接。
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