CN110960395A - 一种外骨骼式上肢康复机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种外骨骼式上肢康复机器人，旨在解决现有技术中上肢康复机器人使用有安全风险，舒适性差，不方便同时施加其他治疗手段的问题。本发明提供一种外骨骼式上肢康复机器人，其包括依次连接的肩关节训练模块、肘关节训练模块、腕关节训练模块，功能全面，能够主动康复训练和被动康复训练，适合各类上肢运动功能障碍的患者使用。本发明基于人体生理学的结构设计，多个关节固定部均可自由调节，能够满足不同上肢长度的患者需求。在使用过程中本发明始终设置于人体下方，对周边环境无干涉，保证安全性的同时提升使用舒适度，本发明在使用过程中同时可以施加手法、电、磁等物理治疗进行辅助康复训练，实用性强。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种外骨骼式上肢康复机器人。
背景技术
康复机器人是辅助脑卒中等患者康复训练的重要设备，外骨骼式康复机器人仿照人的骨骼和关节结构设计，可以进行单关节训练和符合训练，应用广泛。但是目前的外骨骼式康复机器人结构较复杂，包裹人体整个上肢或在人体上肢外侧，使得使用者负担加重，舒适性差，且使用不方便，对使用环境要求高，安全性不足。例如：中国发明专利201610147488.X提供了一种可互换上肢康复机器人，其肩关节训练模块通过横梁悬挂于人体肩关节的上部，接近人的头部，使用中对人有压迫感且有头部磕碰的危险。同时，这种悬挂式设计导致机器人的体积和重量很大，不方便使用和移动。机器人包裹人体的整个上肢，在机器人运动时，对靠近的人有磕碰的危险，也不方便同时施加手法、电、磁等物理治疗。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有技术中上肢康复机器人使用有安全风险，舒适性差，不方便同时施加其他治疗手段的问题，本发明提供一种外骨骼式上肢康复机器人，包括依次连接的肩关节训练模块、肘关节训练模块、腕关节训练模块；所述肩关节训练模块，包括第一关节组件、第二关节组件，所述第一关节组件包括第一动力装置和支撑架，所述支撑架下端部与所述第一动力装置输出端固定，所述支撑架能够在所述第一动力装置的驱动下沿自身轴线旋转，所述第二关节组件包括第二动力装置和上臂机构，所述上臂机构设置有第一固定部，所述上臂机构可以通过所述第一固定部固定于人体上臂下方，所述上臂机构与所述支撑架上端部铰接，所述上臂机构在所述第二动力装置的驱动下能够绕其与所述支撑架的铰接部旋转；
所述肘关节训练模块，包括第三关节组件和第四关节组件，所述第三关节组件包括第三动力装置和第一连接件，所述第四关节组件包括第四动力装置，所述第三动力装置固设于所述上臂机构一端，所述第三动力装置输出轴与所述上臂机构运动轨迹相切，所述第三动力装置输出端通过所述第一连接件与所述第四动力装置连接，所述第一连接件为L形连接件，所述第三动力装置输出轴与所述第四动力装置输出轴正交，所述第四动力装置能够在所述第三动力装置的驱动下绕所述第三动力装置输出轴转动；所述第四动力装置输出端与所述腕关节训练模块连接，所述腕关节训练模块能够在所述第四动力装置的驱动下沿所述第四动力装置输出轴转动；
所述腕关节训练模块，包括第五关节组件和第六关节组件，所述第五关节组件包括第五动力装置和弧形轨道，所述弧形轨道上方设置有第二固定部，所述第二固定部用于固定人体前臂，所述第二固定部与所述第五动力装置连接，所述第五动力装置的输出端活动设置于所述弧形轨道，所述第二固定部能够在所述第五动力装置的驱动下带动人体前臂沿所述弧形轨道运动，所述第六关节组件包括第六动力装置和抓握手柄，所述抓握手柄在所述第六动力装置的驱动下绕大体为竖直方向的轴线可转动地安装于一个固定件，所述固定件滑动安装于所述第五动力装置。
在一些优选技术方案中，所述上臂机构包括第一连杆以及与所述第一连杆平行设置的第二连杆，所述第一固定部设置于所述第一连杆上，所述第一连杆设置于所述第二连杆上方相对于所述第二连杆可滑动安装；
所述第二连杆可转动的安装于所述支撑架，所述第二连杆能够在所述第二动力装置的驱动下带动所述第一连杆绕大体为水平方向的轴线转动。
在一些优选技术方案中，所述第二连杆两侧对称设置有第二连接件，所述第二连接件一端滑动设置于所述第二连杆，另一端与所述第一连杆连接，所述第二连接件能够带动所述第一连杆沿所述第二连杆长度方向滑动或锁定。
在一些优选技术方案中，所述第二连杆为多个，多个所述第二连杆沿所述支撑架竖直方向依次平行设置，且均与所述支撑架铰接，多个所述第二连杆均设置有轨道，所述轨道沿其长度方向设置，所述第二连接件上设置有结合部，所述第二连接件通过所述结合部滑动装设于所述轨道。
在一些优选技术方案中，所述第五关节组件包括圆弧导轨组件，所述圆弧导轨组件设置有第一装配部，所述第五动力装置设置有第二装配部，所述第五动力装置通过所述第二装配部装设于所述第一装配部，
所述弧形轨道设置于所述圆弧导轨组件上方，所述弧形轨道上设置有齿条，所述第五动力装置输出端设置有与所述齿条啮合的齿轮。
在一些优选技术方案中，所述第六关节组件还包括锥齿轮组，所述锥齿轮组包括相互啮合的太阳锥齿轮和行星锥齿轮，所述太阳锥齿轮固设于所述固定件，所述行星锥齿轮固设于所述第六动力装置输出端，所述第六动力装置通过驱动所述行星锥齿轮绕所述太阳锥齿轮转动，带动所述抓握手柄运动。
在一些优选技术方案中，所述肩关节训练模块还设置有减重机构，所述减重机构一端与所述支撑架连接，另一端与所述上臂机构连接，所述上臂机构相对于所述支撑架转动时，所述减重机构能够对所述上臂机构提供被动的拉力。
在一些优选技术方案中，所述减重机构包括弹性构件、牵引连接件，所述弹性构件固设于所述支撑架，所述牵引连接件一端与所述上臂机构连接，另一端与所述弹性构件连接，所述牵引连接件依据所述上臂机构相对于所述支撑架的位置处于张紧状态或松弛状态，当所述牵引连接件处于张紧状态时，所述弹性构件为所述上臂机构提供拉力。
在一些优选技术方案中，所述第六关节组件上设置有滑动槽，所述滑动槽长度方向与前臂长度方向一致，所述抓握手柄能够沿所述滑动槽长度方向滑动。
在一些优选技术方案中，所述第一固定部和所述第二固定部均设置有绑带。
本发明的有益效果:
本发明的外骨骼式上肢康复机器人，包括肩关节训练模块、肘关节训练模块、腕关节训练模块、减重机构，可在电机驱动下实现患者肩关节、肘关节、腕关节的康复运动训练，功能全面，能够主动康复训练和被动康复训练，适合各类上肢运动功能障碍的患者使用。
本发明的外骨骼式上肢康复机器人，上臂、前臂、手掌均设置有长度调整组件，能够满足不同上肢长度的患者的需求，增强患者使用本发明时的舒适体验度。
本发明的外骨骼式上肢康复机器人，肩关节训练模块通过虚拟中心点设计，使得患者的肩关节旋转中心与虚拟中心点重合，实现肩关节的内旋、外翻、屈曲、伸展操作，在使用中肩关节训练模块位于人体上臂的下方，对外界使用环境要求不高，不会干涉周边环境，可以施加手法、电、磁等物理治疗进行辅助康复训练，实用性强。且本发明对人体头部、躯体没有干涉，结构紧凑且符合人体的肩关节生理学结构，提升使用安全性的同时保证了舒适度。
本发明的外骨骼式上肢康复机器人，通过减重机构设计，能够抵消一部分上臂机构、肘关节训练模块、腕关节训练模块以及人体上肢的重力，从而减小对于电机功率的需求，消耗更少能量的同时增强本发明灵活度。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明一种实施例的上肢康复机器人整体结构示意图；
图2为本发明一种实施例中肩部训练模块第一关节组件的结构示意图；
图3为本发明一种实施例中肩部训练模块第二关节组件的结构示意图；
图4为本发明一种实施例中上臂机构的结构示意图；
图5为本发明一种实施例中肘关节训练模块的结构示意图；
图6为本发明一种实施例中腕关节训练模块的第五关节组件的结构示意图；
图7为本发明一种实施例中腕关节训练模块的第六关节组件的结构示意图；
图8为本发明一种实施例中减重机构的结构示意图。
附图标记列表：
Ⅰ-基座，II-肩关节训练模块，Ⅲ-肘关节训练机构，Ⅳ-腕关节训练机构，V-减重机构，200-第一输出轴，201-第一电机，202-第一减速器，203-第一同步带轮，204-同步带，205-第一角度传感器，206-第二同步带轮，207-连接法兰，208-第二电机，209-第二减速器，210-第二角度传感器，211-第一旋转轴，212-第二输出轴，213-支撑架，214-第一连杆，215-第二连杆，216-第一螺杆滑块，217-第一螺杆，218-滑动导轨，219-导轨滑块，220-第三连杆，221-上端通孔，222-中间通孔，223-下端通孔，224-第四连杆，225-第五连杆，226-第六连杆，227-第一杆臂，228-第一固定部，301-第三电机，302-第三减速器，303-第三角度传感器，304-第三输出轴，305-第一连接件，306-第四减速器，307-第四电机，308-第四角度传感器，309-第四输出轴，401-前臂连杆，402-第五电机，403-第五电机外壳，404-第五角度传感器，405-弧形轨道，406-齿条，407-齿轮，408-第二固定部，409-绷带孔，410-第六电机，411-第六减速器，412-第六角度传感器，413-锥齿轮组，414-滑动槽，415-抓握手柄，416-直线导轨，417-直线滑块，501-弹性构件，502-滑轮组，503-第二螺杆，504-第二螺杆滑块，505-牵引连接件。
具体实施方式
为使本发明的实施例、技术方案和优点更加明显，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
本发明的一种外骨骼式上肢康复机器人，包括依次连接的肩关节训练模块、肘关节训练模块、腕关节训练模块；
所述肩关节训练模块，包括第一关节组件、第二关节组件，所述第一关节组件包括第一动力装置和支撑架，所述支撑架下端部与所述第一动力装置输出端固定，所述支撑架能够在所述第一动力装置的驱动下沿自身轴线旋转，
所述第二关节组件包括第二动力装置和上臂机构，所述上臂机构设置有第一固定部，所述上臂机构可以通过所述第一固定部固定于人体上臂下方，所述上臂机构与所述支撑架上端部铰接，所述上臂机构在所述第二动力装置的驱动下能够绕其与所述支撑架的铰接部旋转；
所述肘关节训练模块，包括第三关节组件和第四关节组件，所述第三关节组件包括第三动力装置和第一连接件305，所述第四关节组件包括第四动力装置，所述第三动力装置固设于所述上臂机构一端，所述第三动力装置输出轴与所述上臂机构运动轨迹相切，所述第三动力装置输出端通过所述第一连接件与所述第四动力装置连接，所述第一连接件为L形连接件，所述第三动力装置输出轴与所述第四动力装置输出轴正交，所述第四动力装置能够在所述第三动力装置的驱动下绕所述第三动力装置输出轴转动；
所述第四动力装置输出端与所述腕关节训练模块连接，所述腕关节训练模块能够在所述第四动力装置的驱动下沿所述第四动力装置输出轴转动；
所述腕关节训练模块，包括第五关节组件和第六关节组件，所述第五关节组件包括第五动力装置和弧形轨道，所述弧形轨道上方设置有第二固定部，所述第二固定部用于固定人体前臂，所述第二固定部与所述第五动力装置连接，所述第五动力装置的输出端活动设置于所述弧形轨道，所述第二固定部能够在所述第五动力装置的驱动下带动人体前臂沿所述弧形轨道运动，
所述第六关节组件包括第六动力装置和抓握手柄，所述抓握手柄在所述第六动力装置的驱动下绕大体为竖直方向的轴线可转动地安装于一个固定件，所述固定件滑动安装于所述第五动力装置。
为了更清晰地对本发明的外骨骼式上肢康复机器人进行说明，下面结合附图对本方发明一种优选实施例进行展开详述。
作为本发明的一个优选实施例，本发明的外骨骼式上肢康复机器人如图1所示，本发明包括肩关节训练模块II、肘关节训练模块Ⅲ、腕关节训练模块Ⅳ，所述肩关节训练模块II、肘关节训练模块Ⅲ、腕关节训练模块Ⅳ顺序依次连接，肩关节训练模块II固定在基座上Ⅰ。
所述肩关节训练模块II包括第一关节组件、第二关节组件，所述第一关节组件主要包括第一动力装置、支撑架213，所述第一动力装置包括第一电机201、第一减速器202，所述支撑架213下端部与所述第一动力装置输出端固定，所述支撑架213能够在所述第一动力装置的驱动下沿自身轴线旋转。具体地，参阅图2，所述第一关节组件还包括第一传动装置以及第一角度传感器205，所述第一传动装置包括同步带204、第一同步带轮203、第二同步带轮206，第一减速器202安装在第一电机201输出轴上，第一同步带轮203安装在第一减速器202输出端，第二同步带轮206安装在第一关节组件的输出轴200上，第一角度传感器205安装在第一关节组件的第一输出轴200上，用于检测第一关节组件输出轴的旋转角度。支撑架213垂直于地面，通过连接法兰207固定在第一关节的输出轴200上，所述连接法兰207能够在第一电机201的驱动下带动所述支撑架213沿自身轴线旋转，第二关节组件固定在支撑架213上，能够伴随所述支撑架213同步转动。从而实现肩关节的内收、外展运动训练。可以理解的是，本领域技术人员也可根据实际情况灵活设置所述第一传动装置的具体结构，本发明优选传动带传动，其结构简单，成本低维护方便，传动平稳，噪音小，增强本发明的稳定性。
所述第二关节组件主要包括第二动力装置和上臂机构，所述上臂机构设置有第一固定部228，所述第一固定部228设置有绑带，所述上臂机构可以通过所述第一固定部228固定于人体上臂下方，所述上臂机构与所述支撑架213上端部铰接，所述上臂机构在所述第二动力装置的驱动下能够绕其与所述支撑架的铰接部旋转。优选地，参阅图3和图4，所述第二动力装置包括第二电机208、第二减速器209，所述第二电机208输出轴垂直于安装面，通过锥齿轮组件进行传动，将第二电机的竖直转动转化为水平转动，即所述第二电机208能够驱动所述第二输出轴212转动，所述第二关节组件还包括第二角度传感器210，所述第二减速器209安装在第二电机208输出轴上，用于检测第二关节组件输出轴的旋转角度。
进一步地，上臂机构包括第一杆臂227以及与所述第一杆臂227平行设置的第二杆臂，所述第一固定部228设置于所述第一杆臂227上，所述第一杆臂227设置于所述第二杆臂上方相对于所述第二杆臂可滑动安装；所述第二杆臂可转动的安装于所述支撑架213，所述第二杆臂能够在所述第二动力装置的驱动下带动所述第一杆臂227绕大体为水平方向的轴线转动。
所述第二杆臂两侧对称设置有第二连接件，所述第二连接件一端滑动设置于所述第二杆臂，另一端与所述第一杆臂227连接，所述第二连接件能够带动所述第一杆臂227沿所述第二杆臂长度方向滑动或锁定。
所述第二杆臂为多个，多个所述第二杆臂沿所述支撑架213竖直方向依次平行设置，且均与所述支撑架213铰接，多个所述第二杆臂均设置有轨道，所述轨道沿其长度方向设置，所述第二连接件上设置有结合部，所述第二连接件通过所述结合部滑动装设于所述轨道。
具体地，在一些优选实施例中，所述上臂机构如图4所示，所述第二杆臂包括两个沿所述支撑架213竖直方向依次平行设置的第一连杆214和第二连杆215，且均与所述支撑架213铰接；所述第二连接件包括第三连杆220、第四连杆224、第五连杆225、第六连杆226，所述第三连杆220和第四连杆224并列平行设置，所述第五连杆225、第六连杆226相对于第一杆臂227轴线镜像对称设置。
所述第一连杆214和第二连杆215均设置有轨道，所述轨道沿其长度方向设置。参阅图4，所述第一连杆214的轨道为第一螺杆217，所述第二连杆215的轨道为滑动导轨218。具体地，第一连杆214的一端安装在支撑架213的旋转轴一211上，第二连杆215的一端安装在支撑架213的旋转轴二212上，第一连杆214上安装有第一螺杆217和第一螺杆滑块216，第一螺杆滑块216安装在螺杆217上，第二连杆上安装有滑动导轨218和导轨滑块219，导轨滑块219可以在滑动导轨218上滑动和锁定，使用者通过手动转动第一螺杆217，可调节第一螺杆滑块216在第一螺杆217上的位置。使得第一螺杆滑块216在第一螺杆217运动或锁定。第一螺杆滑块216和导轨滑块219上各有两个安装孔，分别为安装孔一和安装孔二，两个安装孔之间的距离相等。第三连杆220上有三个通孔，成一条直线分布，顺序称作上端通孔221，中间通孔222，下端通孔223，第四连杆224、第五连杆225、第六连杆226与第三连杆220的结构相同，中间通孔222与下端通孔223之间的距离与支撑架213旋转轴一211和旋转轴二212之间的距离相等。第三连杆220、第四连杆224、第五连杆225、第六连杆226的上端通孔、中间通孔、下端通孔分别于第一杆臂227、第一螺杆滑块216、导轨滑块一219上的安装孔连接，并且第三连杆220和第四连杆224安装在第一杆臂227的同一侧，第五连杆225和第六连杆226安装在第一杆臂227的另一侧，并且第三连杆220、第四连杆224平行，第五连杆225与第六连杆226平行，第一杆臂227与第一连杆214、第二连杆215平行，从而第三连杆220、第五连杆225、导轨滑块219、第一螺杆滑块216构成平行四边形，通过转动第一螺杆217，可以根据用户的上臂长度调节第一螺杆滑块216在第一螺杆217上的位置，并调节第一螺杆滑块216到支撑架213的距离与导轨滑块一219到支撑架213的距离相等，从而第一连杆214、第二连杆215、第四连杆224、支撑架213构成平行四边形，第一杆臂227、第三连杆220、第四连杆224、第一连杆214构成一个平行四边形。通过该设计，第一连杆214与支撑架213上端部铰接，第一杆臂227的延长线和支撑架213的延长线交于空间中一点，称作虚拟中心点，该虚拟中心点与用户的肩关节旋转中心重合，第二电机208通过上臂机构带动第一杆臂227绕着虚拟中心点旋转，从而实现肩关节的屈曲、伸展运动训练，第一电机201通过支撑架213、上臂机构带动第一杆臂227绕着虚拟中心点旋转，从而实现肩关节的内收、外展运动训练。第一杆臂227上安装有第一固定部228，所述第一固定部228设置有绷带，可以通过绷带固定患者的上臂。本领域技术人员也可根据实际情况灵活设置上臂机构的结构形式，只要能够保证上臂机构能够与支撑架213铰接，并能够对患者上臂进行支撑即可，上臂机构中的各部件之间不应存在干涉。
接着参阅图5，肘关节训练模块Ⅲ包括第三关节组件、第四关节组件，所述第三关节组件包括第三动力装置、第一连接件305，所述第三动力装置包括第三电机301，第三减速器302，所述第三减速器302安装在第三电机301的输出轴上，所述第三关节组件还包括第三角度传感器303，第三角度传感器303安装在第三关节组件的输出轴上，检测第三关节组件输出轴的旋转角度，所述第三关节组件的输出轴为为如图所示的第三输出轴304。
所述第四关节组件包括第四动力装置，所述第四动力装置包括第四电机307，第四减速器306；所述第四减速器306安装在第四电机307的输出轴上，所述第四关节组件还包括第四角度传感器308和前臂连杆401，第四角度传感器308和前臂连杆401均安装在第四关节组件的输出轴上，第四角度传感器308用于检测第四关节组件输出轴的旋转角度，前臂连杆401能够在所述第四电机的驱动下绕第四关节组件输出轴轴向旋转，所述第四关节组件的输出轴为如图所示的第四输出轴309。所述第三电机301固设于所述上臂机构的第一杆臂227一端，所述第三输出轴304与所述上臂机构运动轨迹相切，即所述上臂机构相对于虚拟中心点转动时，所述第三输出轴304与其运动轨迹的线速度方向平行。所述第三动力装置输出端通过所述第一连接件305与所述第四动力装置输出端第四输出轴309连接，所述第一连接件305为L形连接件，第一连接件305一端与第三输出轴304连接，另一端与第四输出轴307连接，所述第三动力装置输出轴与所述第四动力装置输出轴正交，所述第四动力装置能够在所述第三动力装置的驱动下绕所述第三动力装置输出轴周向转动。可以理解的是，本领域技术人员也可根据实际情况灵活设置第三动力装置、第四动力装置的位置关系、连接关系，以及第一连接件的结构，只要能够保证第三关节组件和第四关节组件的输出轴相互垂直即可。
进一步地，腕关节训练模块Ⅳ与第四关节组件的输出轴309固定，所述腕关节训练模块Ⅳ能够在所述第四动力装置的驱动下沿所述第四动力装置输出轴转动。所述腕关节训练模块Ⅳ包括第二固定部，所述第二固定部用于固定人体前臂。在第三电机301和第四电机307的带动下，可实现前臂两自由度运动和任意姿态，完成肘关节的屈曲、伸展动作训练，也可以带动上臂的内旋、外翻运动训练。具体地，当第三电机301工作时，第四电机307在所述第三电机301的驱动下能够沿所述第三输出轴轴向转动，带动前臂进行内旋、外翻运动；当第四电机401工作时，第四电机401能够带动腕关节训练模块Ⅳ转动，进而带动人体前臂相对于第四输出轴309转动，完成肘关节的屈曲、伸展动作训练。本发明第三电机能够与第四电机同时工作，分别实现前臂在水平面以及垂直平面运动的自由度，实现肘关节的屈曲、伸展、内旋、外翻运动训练。
所述腕关节训练模块Ⅳ包括第五关节组件、第六关节组件，所述第五关节组件包括第五动力装置、弧形轨道405、前臂连杆401，所述弧形轨道405上方设置有第二固定部408，所述第二固定部408设置有绑带，所述第二固定部408用于固定人体前臂，所述第二固定部408与所述第五动力装置连接，所述第五动力装置的输出端活动设置于所述弧形轨道405，所述第二固定部408能够在所述第五动力装置的驱动下带动人体前臂沿所述弧形轨道405运动。
所述第六关节组件包括第六动力装置和抓握手柄415，所述抓握手柄415在所述第六动力装置的驱动下绕大体为竖直方向的轴线可转动地安装于一个固定件，所述固定件滑动安装于所述第五动力装置。
具体地，所述第四关节组件、所述第五关节组件与所述第六关节组件依次连接，前臂连杆401一端固定在第四输出轴309上，另一端与第五关节组件连接，所述第五动力装置包括第五电机402、第五减速器、第五电机外壳403，所述第五减速器固设于第五电机402的输出轴，第五电机402安装在第五电机外壳403上，第五电机外壳403上安装有第二固定部408，第二固定部408上设置有绷带孔409，可以通过绷带固定患者的前臂，所述第五电机外壳403上设置有直线导轨416，所述直线导轨416长度方向与前臂长度方向一致，第六关节组件可转动地设置于一固定件上，所述固定件上设置有能够与所述直线导轨416配合的直线滑块417，所述第六关节组件能够通过所述固定件上的直线滑块417与所述第五关节组件滑动连接，所述直线滑块417能够手动控制，通过控制所述直线滑块417相对于所述直线导轨416上的位置可以使得第六关节组件相对于第五关节组件滑动或手动锁定，以调整用户手腕的位置。
优选地，所述第五关节组件包括圆弧导轨组件，所述圆弧导轨组件设置有第一装配部，所述第五动力装置设置有第二装配部，所述第五动力装置通过所述第二装配部装设于所述第一装配部，参阅图6，所述第五电机402通过第五电机外壳403上的第二装配部与圆弧导轨组件的第一装配部固定，所述第一装配部用于防止第五电机在工作过程中脱离圆弧导轨组件。所述弧形轨道405设置于所述圆弧导轨组件上方，所述弧形轨道405上表面设置有齿条406，所述第五动力装置输出端设置有与所述齿条406啮合的齿轮407。在第五电机402带动下所述齿轮407可以沿着弧形轨道405运动，从而起到训练腕关节内旋、外翻运动的作用。进一步地，第五电机402轴上安装有第五角度传感器404，用于检测第五电机402的旋转角度。通过齿轮和弧形轨道上的齿条配合实现电机扭矩的放大和传递，同时圆弧型的导轨结构适合实现腕部的旋转训练，同时结构设计简洁，使得腕关节康复训练装置能够在较小空间内运转，方便使用。
进一步地，所述第六关节组件还包括第六角度传感器412、锥齿轮组413，所述第六关节组件通过所述锥齿轮组413可转动的安装于所述固定件。所述第六动力装置包括第六电机410、第六减速器411，第六减速器411安装在第六电机410的输出轴上，所述锥齿轮组413包括相互啮合且垂直安装的太阳锥齿轮和行星锥齿轮，所述固定件包括与所述抓握手柄415平行设置的轴，所述太阳锥齿轮穿设于所述轴，所述行星锥齿轮固设于所述第六动力装置输出端，所述第六电机410通过驱动所述行星锥齿轮绕所述太阳锥齿轮转动，能够带动所述抓握手柄绕所述轴的轴向转动。从而起到训练腕关节桡偏、尺偏的作用，锥齿轮组二413输出轴上安装有第六角度传感器412，用于检测锥齿轮组二413输出轴的旋转角度。通过上述结构的设计，实现运动过程中的定位，尽可能减小摩擦力，使得运动更加省力的同时消除机构间隙，使得运动更加平滑。
所述抓握手柄415垂直于所述前臂连杆401设置，所述第六关节组件上设置有滑动槽414，所述滑动槽长度方向与前臂长度方向一致，所述抓握手柄415能够沿所述滑动槽长度方向滑动和锁定，用以调整用户手掌的位置，增强用户使用本发明的舒适度。
所述肩关节训练模块II还设置有减重机构V，所述减重机构V，一端与所述支撑架213连接，另一端与所述上臂机构连接，所述上臂机构相对于所述支撑架213转动时，所述减重机构V能够对所述上臂机构提供被动的拉力。
具体地，所述减重机构包括弹性构件501、牵引连接件505，所述弹性构件501固设于所述支撑架213，所述牵引连接件505一端与所述上臂机构连接，另一端与所述弹性构件501连接，所述牵引连接件505依据所述上臂机构相对于所述支撑架213的位置处于张紧状态或松弛状态，当所述牵引连接件505处于张紧状态时，所述弹性构件501为所述上臂机构提供拉力。在本发明的一些优选实施例中，所述弹性构件501为弹簧，牵引连接件505为钢丝绳。本发明减重机构还包括滑轮组502、第二螺杆503、第二螺杆滑块504，牵引连接件505一端固定在第一杆臂上，钢丝绳另一端绕过滑轮组502与弹性构件501一端连接，弹性构件501另一端与第二螺杆滑块504连接，第二螺杆滑块504与所述第二螺杆503配合，通过旋转第二螺杆503能够调整第二螺杆滑块504在第二螺杆503上的位置，进而调整弹性构件的预紧力。当上臂机构绕着第一旋转轴211和第二旋转轴212旋转时，弹性构件被拉紧处于张紧状态，能够抵消一部分上臂机构、肘关节训练模块Ⅲ、腕关节训练模块Ⅳ以及人体上肢的重力。通过减重机构的设计，能够减轻使用者负重感，提升本发明使用体验，利于康复训练。
至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。例如：本发明还包括控制电路，在训练时，由动力装置实现对各上肢关节的转动训练。可通过控制电机带动上肢各关节运动，实现被动康复训练，也可由患者主动施力，动力装置施加一定的助力或阻力，进行主动康复训练。
上述本申请实施例中的技术方案中，至少具有如下的技术效果及优点：
本发明的外骨骼式上肢康复机器人，包括肩关节训练模块、肘关节训练模块、腕关节训练模块、减重机构，可在电机驱动下实现患者肩关节、肘关节、腕关节的康复运动训练，功能全面，能够主动康复训练和被动康复训练，适合各类上肢运动功能障碍的患者使用。
本发明的外骨骼式上肢康复机器人，上臂、前臂、手掌均设置有长度调整组件，能够满足不同上肢长度的患者的需求，增强患者使用本发明时的舒适体验度。
本发明的外骨骼式上肢康复机器人，肩关节训练模块通过虚拟中心点设计，使得患者的肩关节旋转中心与虚拟中心点重合，实现肩关节的内旋、外翻、屈曲、伸展操作，在使用中肩关节训练模块位于人体上臂的下方，对外界使用环境要求不高，不会干涉周边环境，可以施加手法、电、磁等物理治疗进行辅助康复训练，实用性强。且本发明对人体头部、躯体没有干涉，结构紧凑且符合人体的肩关节生理学结构，提升使用安全性的同时保证了舒适度。
本发明的外骨骼式上肢康复机器人，通过减重机构设计，能够抵消一部分上臂机构、肘关节训练模块、腕关节训练模块以及人体上肢的重力，从而减小对于电机功率的需求，消耗更少能量的同时增强本发明灵活度。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种外骨骼式上肢康复机器人，其特征在于，包括依次连接的肩关节训练模块、肘关节训练模块、腕关节训练模块；
所述肩关节训练模块，包括第一关节组件、第二关节组件，
所述第一关节组件包括第一动力装置和支撑架，所述支撑架下端部与所述第一动力装置输出端固定，所述支撑架能够在所述第一动力装置的驱动下沿自身轴线旋转，
所述第二关节组件包括第二动力装置和上臂机构，所述上臂机构设置有第一固定部，所述上臂机构可以通过所述第一固定部固定于人体上臂下方，所述上臂机构与所述支撑架上端部铰接，所述上臂机构在所述第二动力装置的驱动下能够绕其与所述支撑架的铰接部旋转；
所述肘关节训练模块，包括第三关节组件和第四关节组件，
所述第三关节组件包括第三动力装置和第一连接件，所述第四关节组件包括第四动力装置，所述第三动力装置固设于所述上臂机构一端，所述第三动力装置输出轴与所述上臂机构运动轨迹相切，所述第三动力装置输出端通过所述第一连接件与所述第四动力装置连接，所述第一连接件为L形连接件，所述第三动力装置输出轴与所述第四动力装置输出轴正交，所述第四动力装置能够在所述第三动力装置的驱动下绕所述第三动力装置输出轴转动；
所述第四动力装置输出端与所述腕关节训练模块连接，所述腕关节训练模块能够在所述第四动力装置的驱动下沿所述第四动力装置输出轴转动；
所述腕关节训练模块，包括第五关节组件和第六关节组件，
所述第五关节组件包括第五动力装置和弧形轨道，所述弧形轨道上方设置有第二固定部，所述第二固定部用于固定人体前臂，所述第二固定部与所述第五动力装置连接，所述第五动力装置的输出端活动设置于所述弧形轨道，所述第二固定部能够在所述第五动力装置的驱动下带动人体前臂沿所述弧形轨道运动，
所述第六关节组件包括第六动力装置和抓握手柄，所述抓握手柄在所述第六动力装置的驱动下绕大体为竖直方向的轴线可转动地安装于一个固定件，所述固定件滑动安装于所述第五动力装置。
2.根据权利要求1所述的外骨骼式上肢康复机器人，其特征在于，所述上臂机构包括第一杆臂以及与所述第一杆臂平行设置的第二杆臂，所述第一固定部设置于所述第一杆臂上，所述第一杆臂设置于所述第二杆臂上方相对于所述第二杆臂可滑动安装；
所述第二杆臂可转动的安装于所述支撑架，所述第二杆臂能够在所述第二动力装置的驱动下带动所述第一杆臂绕大体为水平方向的轴线转动。
3.根据权利要求2所述的外骨骼式上肢康复机器人，其特征在于，所述第二杆臂两侧对称设置有第二连接件，所述第二连接件一端滑动设置于所述第二杆臂，另一端与所述第一杆臂连接，所述第二连接件能够带动所述第一杆臂沿所述第二杆臂长度方向滑动或锁定。
4.根据权利要求3所述的外骨骼式上肢康复机器人，其特征在于，所述第二杆臂为多个，多个所述第二杆臂沿所述支撑架竖直方向依次平行设置，且均与所述支撑架铰接，多个所述第二杆臂均设置有轨道，所述轨道沿其长度方向设置，所述第二连接件上设置有结合部，所述第二连接件通过所述结合部滑动装设于所述轨道。
5.根据权利要求1所述的外骨骼式上肢康复机器人，其特征在于，所述第五关节组件包括圆弧轨道组件，所述圆弧轨道组件设置有第一装配部，所述第五动力装置设置有第二装配部，所述第五动力装置通过所述第二装配部装设于所述第一装配部，
所述弧形轨道设置于所述圆弧导轨组件上方，所述弧形轨道上设置有齿条，所述第五动力装置输出端设置有与所述齿条啮合的齿轮。
6.根据权利要求1所述的外骨骼式上肢康复机器人，其特征在于，所述第六关节组件还包括锥齿轮组，所述锥齿轮组包括相互啮合的太阳锥齿轮和行星锥齿轮，所述太阳锥齿轮固设于所述固定件，所述行星锥齿轮固设于所述第六动力装置输出端，所述第六动力装置通过驱动所述行星锥齿轮绕所述太阳锥齿轮转动，带动所述抓握手柄运动。
7.根据权利要求1所述的外骨骼式上肢康复机器人，其特征在于，所述肩关节训练模块还设置有减重机构，所述减重机构一端与所述支撑架连接，另一端与所述上臂机构连接，所述上臂机构相对于所述支撑架转动时，所述减重机构能够对所述上臂机构提供被动的拉力。
8.根据权利要求7所述的外骨骼式上肢康复机器人，其特征在于，所述减重机构包括弹性构件、牵引连接件，所述弹性构件固设于所述支撑架，所述牵引连接件一端与所述上臂机构连接，另一端与所述弹性构件连接，所述牵引连接件依据所述上臂机构相对于所述支撑架的位置处于张紧状态或松弛状态，当所述牵引连接件处于张紧状态时，所述弹性构件为所述上臂机构提供拉力。
9.根据权利要求1所述的外骨骼式上肢康复机器人，其特征在于，所述第六关节组件上设置有滑动槽，所述滑动槽长度方向与前臂长度方向一致，所述抓握手柄能够沿所述滑动槽长度方向滑动。
10.根据权利要求1-9所述的外骨骼式上肢康复机器人，其特征在于，所述第一固定部和所述第二固定部均设置有绑带。
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