CN110559158A - 可穿戴式上肢康复机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可穿戴式上肢康复机器人，包括U型固定架、基座、第一电机、平衡架、第二电机、固定架、滑轮、滑轮固定架、钢丝绳、第一连接杆、第三电机、第二连接杆、第一弧形固定架、第三连接架、第二弧形固定架、第四电机、主动带轮、电机支架、皮带、从动带轮、带轮固定架、固定杆；U型固定架固定在基座下端；第一电机固定在基座上，带动平衡架旋转；第二电机固定在平衡架上端，通过滚轮、钢丝绳带动固定杆转动；第四电机固定在固定杆前端，通过主动带轮、从动带轮带动第一连接杆转动；第三电机固定在上端第一连杆前端，带动第二连接杆转动；第一弧形固定架与第二弧形固定架通过第三连接架相连；本发明机器人可直接穿戴于患者身上。

Description

可穿戴式上肢康复机器人
技术领域
本发明属于医疗康复训练机器人技术领域，具体是一种可穿戴式上肢康复机器人。
背景技术
康复训练机器人是近年出现的一种新型机器人，它是一种人-机合作机器人。它在适合人的运动特点，满足人的运动要求的同时，综合了人体运动的灵活性和机器人的高强度工作能力，帮助患者完成各种运动功能的恢复性训练。这种康复机器人能够承受的工作强度高，且性能稳定。通过千万次的标准化重复动作及客观地对运动参数与训练效果的测定和评定，促进神经功能的重塑，康复训练机器人可以有效帮助恢复患者患肢的运动及运动控制能力。
目前的康复训练机器人大多需要固定在固定基座之上占地空间加大，普遍采用采用齿轮传动，交错斜齿轮或锥齿轮可减少机构之间的相互干涉，但如果传动比过大，则两齿轮会因尺寸相差太大而不便安装，结构较为复杂，且成本高昂，不适合于患者在家中独立使用，因而较难以普及。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可穿戴式上肢康复机器人，以实现直接穿戴于患者身上，实现上肢康复机器人的便携性。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种可穿戴式上肢康复机器人，包括U型固定架、基座、第一步进电机、平衡架、第二步进电机、固定架、滑轮、滑轮固定架、钢丝绳、第一连接杆、第三步进电机、第二连接杆、第一弧形固定架、第三连接架、第二弧形固定架、第四步进电机、主动带轮、电机支架、皮带、从动带轮、带轮固定架、固定杆；
所述U型固定架固定在基座下端；所述第一步进电机固定在基座上；所述第一步进电机输出轴与平衡架一端相连，所述平衡架另一端与固定架相连；所述第二步进电机固定在固定架上端，且输出轴穿过固定架与滚轮相连；所述滚轮通过滑轮固定架与平衡架相连；所述滚轮上绕有钢丝绳，钢丝绳与固定杆前端相连；所述固定杆后端与固定架下端转动连接；所述第四步进电机通过电机支架固定在固定杆前端；所述第四步进电机输出轴与主动带轮相连；所述带轮固定架固定在固定杆前端；所述从动带轮套在带轮固定架上，可相对带轮固定架转动；所述皮带连接主动带轮和从动带轮上；所述带轮固定架前端上下均固定有第一连接杆；所述第三步进电机固定在上端第一连杆前端，输出轴与上端的第二连接杆后端相连；所述下端的第一连接杆与下端的第二连接杆转动连接；两个第二连接杆的前端分别与第一弧形固定架上下端固定；所述第一弧形固定架中部与第三连接架后端相连，所述第三连接架前端与第二弧形固定架中部相连；所述第一弧形固定架、第二弧形固定架均朝向人体肩部弯曲。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：
(1)本发明可穿戴式上肢康复机器人，在保证基本功能及舒适度后，力求结构轻便，可直接穿戴在患者身上，实现了上肢康复机器人的便携性，在满足驱动要求的前提下尽量选择驱动力矩小的步进电机，以降低步进电机的质量；此外，将单片机、步进电机驱动器与上肢康复机器人分开，进一步减轻康复机器人的质量。
(2)本发明整个机器人是依据人体结构来选择合适的支点的，因此，可以保证患者不会因机器人的支撑点施加的力过大而造成损伤；
(3)本发明对于患者进行康复训练的场地没有要求，不必拘泥于固定场所、可实现落臂和抬臂运动、上臂的内旋和外旋运动和肘关节的屈伸运动。
附图说明
图1是本发明可穿戴式上肢康复机器人前视示意图。
图2是本发明可穿戴式上肢康复机器人后视示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
结合图1、图2，本发明的一种可穿戴式上肢康复机器人，包括U型固定架1、基座2、第一步进电机3、平衡架5、第二步进电机6、固定架7、滑轮8、滑轮固定架9、钢丝绳10、第一连接杆11、第三步进电机12、第二连接杆13、第一弧形固定架14、第三连接架15、第二弧形固定架16、第四步进电机17、主动带轮18、电机支架19、皮带20、从动带轮21、带轮固定架22、固定杆24；
所述U型固定架1固定在基座2下端，用于与人体肩部相连；所述第一步进电机3固定在基座2上；所述第一步进电机3输出轴与平衡架5一端相连，所述平衡架5另一端与固定架7中间相连；所述第二步进电机6固定在固定架7上端，且输出轴穿过固定架7与滚轮8相连；所述滚轮8通过滑轮固定架9与平衡架5相连；所述滚轮8上绕有钢丝绳10，钢丝绳10与固定杆24前端相连；所述固定杆24后端与固定架7下端转动连接；所述第四步进电机17通过电机支架19固定在固定杆24前端；所述第四步进电机17输出轴与主动带轮18相连；所述带轮固定架22呈环形，固定在在固定杆24前端；所述从动带轮21套在带轮固定架22上，可相对带轮固定架22转动；所述皮带20连接主动带轮18和从动带轮21上；所述带轮固定架22前端上下均固定有第一连接杆11；所述第三步进电机12固定在上端第一连杆11前端，输出轴与上端的第二连接杆13后端相连；所述下端的第一连接杆11与下端的第二连接杆13转动连接；两个第二连接杆13的前端分别与第一弧形固定架14上下端固定；所述第一弧形固定架14中部与第三连接架15后端相连，所述第三连接架15前端与第二弧形固定架16中部相连；所述第一弧形固定架14、第二弧形固定架16均朝向人体肩部弯曲。
进一步的，所述固定架7沿盖度方向上设有多个调节孔71，所述平衡架5通过紧固件与固定架7相连，通过调节孔71可调节U型固定架1的高度，便于调整机器人与人体肩部的安装位置。
作为一种实施方式，所述平衡架5通过圆轴辊子轴承与圆柱滚子轴承4相连，第一步进电机3输出轴与圆柱滚子轴承4过盈配合。
进一步的，所述第二弧形固定架16上设有手持部161，便于穿戴后，手部抓持手持部161。
进一步的，所述滑轮固定架9外圆上设有一圈滚珠，所述从动带轮21与带轮固定架22之间通过滚珠支撑，以提高从动带轮21的滑动性能。
进一步的，所述机器人的各平衡架、固定架、固定杆、连接架、连接杆等固定或连接部件均采用尼龙、树脂、铝合金等密度较小的材料，在满足驱动要求的前提下，选择驱动力矩较小的步进电机，降低步进电机重量，使该可穿戴式上肢康复机器人力结构轻便，可直接穿戴于患者身上，实现上肢康复机器人的便携性。
进一步的，所述第一步进电机3、第二步进电机6、第三步进电机12、第四步进电机17分别通过减速器输出，以增大输出力矩。
工作时，U型固定架1固定于患者肩部，患者胳膊穿过皮带轮固定架22，握住第二弧形固定架16的手持部161，根据患者受损情况设定上肢康复机器人的运动轨迹，然后启动控制器，由控制器驱动各个电机相互配合运动。第一步进电机3驱动平衡架5转动，协助患者进行肩关节的水平运动，第二步进电机6驱动滑轮8转动，滑轮8的转动通过钢丝绳10拉动固定杆24绕固定架7下端转动，实现患者的落臂和抬臂运动。第四步进电机17转动通过主动轮18、皮带20、从动轮21的组合驱动从动轮21转动，从动轮21带动第一弧形固定架14、第二弧形固定架16一起转动，实现患者上臂的内旋和外旋运动。第三步进电机12驱动上部第二连接杆13绕上部的第一连接杆11转动，下部的第二连接杆随动，带动第一弧形固定架14、第二弧形固定架16一起摆动，实现患者肘关节的屈伸运动。

Claims (7)

1.一种可穿戴式上肢康复机器人，其特征在于，包括U型固定架(1)、基座(2)、第一步进电机(3)、圆柱滚子轴承(4)、平衡架(5)、第二步进电机(6)、固定架(7)、滑轮(8)、滑轮固定架(9)、钢丝绳(10)、第一连接杆(11)、第三步进电机(12)、第二连接杆(13)、第一弧形固定架(14)、第三连接架(15)、第二弧形固定架(16)、第四步进电机(17)、主动带轮(18)、电机支架(19)、皮带(20)、从动带轮(21)、带轮固定架(22)、固定杆(24)；
所述U型固定架(1)固定在基座(2)下端；所述第一步进电机(3)固定在基座(2)上；所述第一步进电机(3)输出轴与平衡架(5)一端相连，所述平衡架(5)另一端与固定架(7)相连；所述第二步进电机(6)固定在固定架上端，且输出轴穿过固定架(7)与滚轮(8)相连；所述滚轮(8)通过滑轮固定架(9)与平衡架(5)相连；所述滚轮(8)上绕有钢丝绳(10)，钢丝绳(10)与固定杆(24)前端相连；所述固定杆(24)后端与固定架(7)下端转动连接；所述第四步进电机(17)通过电机支架(19)固定在固定杆(24)前端；所述第四步进电机(17)输出轴与主动带轮(18)相连；所述带轮固定架(22)固定在固定杆(24)前端；所述从动带轮(21)套在带轮固定架(22)上，可相对带轮固定架(22)转动；所述皮带(20)连接主动带轮(18)和从动带轮(21)上；所述带轮固定架(22)前端上下均固定有第一连接杆(11)；所述第三步进电机(12)固定在上端第一连杆(11)前端，输出轴与上端的第二连接杆(13)后端相连；所述下端的第一连接杆(11)与下端的第二连接杆(13)转动连接；两个第二连接杆(13)的前端分别与第一弧形固定架(14)上下端固定；所述第一弧形固定架(14)中部与第三连接架(15)后端相连，所述第三连接架(15)前端与第二弧形固定架(16)中部相连；所述第一弧形固定架(14)、第二弧形固定架(16)均朝向人体肩部弯曲。
2.根据权利要求1所述的可穿戴式上肢康复机器人，其特征在于，所述固定架(7)沿盖度方向上设有多个调节孔(71)，所述平衡架(5)通过紧固件与固定架(7)相连。
3.根据权利要求1所述的可穿戴式上肢康复机器人，其特征在于，所述平衡架(5)通过圆轴辊子轴承与圆柱滚子轴承4相连，第一步进电机3输出轴与圆柱滚子轴承(4)过盈配合。
4.根据权利要求1所述的可穿戴式上肢康复机器人，其特征在于，所述第二弧形固定架(16)上设有手持部(161)。
5.根据权利要求1所述的可穿戴式上肢康复机器人，其特征在于，所述滑轮固定架(9)外圆上设有一圈滚珠，所述从动带轮(21)与带轮固定架(22)之间通过滚珠支撑。
6.根据权利要求1所述的可穿戴式上肢康复机器人，其特征在于，所述机器人的固定或连接部件均采用密度较小的材料。
7.根据权利要求1所述的可穿戴式上肢康复机器人，其特征在于，所述步进电机分别通过减速器输出。
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