CN114699283A - 一种桌面式三自由度腕关节康复训练机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种桌面式三自由度腕关节康复训练机器人，包括：高度调节组件、固定设置于高度调节组件上的前臂托具与绕远程中心连杆组件、固定设置于绕远程中心连杆组件上的屈伸组件及活动设置于所述屈伸组件上的收展组件；其中，所述绕远程中心连杆组件包括换位杆及活动设置于换位杆上的平三角杆与凸三角杆，且平三角杆与凸三角杆一端活动设置有连接杆及与连接杆相对设置的另一端活动设置有驱动杆，连接杆与驱动杆活动连接于换位杆上。根据本发明，克服了平行四边形机构容易与手臂发生干涉的困难，结构更加简单，方便加工制造；增加一个前臂旋转轴向的主动自由度，提高训练器的柔性，能适应不同腕部尺寸的患者；生产和维护成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及医疗康复机械的技术领域，特别涉及一种桌面式三自由度腕关节康复训练机器人。
背景技术
因为残疾而无法独立生活的脑卒中患者中，上肢受损者占绝大多数，腕关节又是上肢关节中最容易受到损伤的关节之一，腕关节功能障碍成为脑卒中后遗症中最常见的功能障碍之一，需要大量的持续训练才能逐渐恢复肌力。近年来，随着机器人技术在康复领域的不断应用，越来越多的康复训练机器人被运用到上肢功能障碍康复过程中，但是仍然存在着若干不足：体积较大，结构复杂，使用不便；成本较高，价格昂贵，病人难以承受治疗费用；主体驱动刚度较大，柔性不足等。
目前造成腕关节康复训练机器人体积较大的主要原因：在实现前臂的旋转运动时，一种方案是采用圆环包罗手臂的方法，即人的前臂直接从圆环或者近似圆环中穿过，实现前臂的旋转，圆环通过轴承或者传动部件实现相对转动，从而保证前臂的回转中心与圆环轴心保持一致，这样做会导致机器人的径向尺寸较大，使用不方便等弊端。另一种方案采用绕远程中心平行四边形机构，可以减小机器人的体积，但是当平行四边形机构夹角变小时，机构容易与手臂发生干涉，导致前臂旋转的范围减小，不能使前臂充分旋转，降低康复训练效果。
发明内容
针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种桌面式三自由度腕关节康复训练机器人，克服了平行四边形机构容易与手臂发生干涉的困难，结构更加简单，方便加工制造；增加一个前臂旋转轴向的主动自由度，提高训练器的柔性，能适应不同腕部尺寸的患者；生产和维护成本较低。为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，提供了一种桌面式三自由度腕关节康复训练机器人，包括：
高度调节组件、固定设置于高度调节组件上的前臂托具与绕远程中心连杆组件、固定设置于绕远程中心连杆组件上的屈伸组件及活动设置于所述屈伸组件上的收展组件；
其中，所述绕远程中心连杆组件包括换位杆及活动设置于换位杆上的平三角杆与凸三角杆，且平三角杆与凸三角杆一端活动设置有连接杆及与连接杆相对设置的另一端活动设置有驱动杆，连接杆与驱动杆活动连接于换位杆上，且驱动杆的一端固接有驱动电机，连接杆与驱动杆还固定连接于屈伸组件上；
换位杆一端上固接有延长连接杆，所述延长连接杆转动设置于高度调节组件上，延长连接杆的两侧分别设置有第一固定座，延长连接杆通过换位固定杆固定设置于第一固定座上。
优选的，所述高度调节组件包括上底板、与上底板相对设置的下底板、设置于上底板与下底板之间且成对设置的外叉与内叉及设置于下底板上的高度调节机构。
优选的，所述高度调节机构包括固定于下底板上的螺母固定座、穿过所述螺母固定座的调节螺栓、固定于调节螺栓远离螺母固定座一端上的下滑块及与下滑块相对设置活动设置于上底板上的上滑块，其中下滑块与两个内叉活动连接，上滑块与两个外叉活动连接，下滑块活动设置于下底板上。
优选的，调节螺栓一端上套接有固定螺母，所述固定螺母固定于螺母固定座上，调节螺栓另一端上套接有第一推力轴承与第二推力轴承。
优选的，所述屈伸组件包括与平三角杆与凸三角杆连接的连接块、与连接块固接的屈伸固定臂及活动设置于屈伸固定臂上的屈伸运动臂，屈伸运动臂与屈伸固定臂固定的两端处分别设置有第二驱动电机于第一电机。
优选的，屈伸固定臂一相对的拐角处分别一体式固接有止挡块，所述止挡块与屈伸运动臂的靠近屈伸固定臂处端相处匹配。
优选的，收展组件包括多个连接于屈伸运动臂上的收展连接杆与收展驱动杆、与收展驱动杆及收展连接杆连接的收展摆杆及与收展摆杆活动连接的固定槽，收展驱动杆靠近屈伸运动臂的一端上固接于第三驱动电机。
优选的，收展摆杆一端面上固接有导轨，所述导轨上活动连接有滑块，所述滑块上固接有固定槽，滑块带动固定槽沿导轨的长度方向上移动。
优选的，前臂托具通过销轴固定于上底板上，且上底板上固接有两个第一转换座，前臂托具上固接有两个第二转换座，两个第一转换座与两个第二转换座一一相对应。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：
(1)采用绕远程中心连杆机构，通过使连杆机构的绝对瞬心轴与前臂旋转中心轴近似重合，实现前臂的旋转，不仅解决了圆环包罗手臂方案导致的径向尺寸较大的问题，而且克服了平行四边形方案容易与手臂产生干涉的问题，使机器人体积更小，生产维护成本更低。
(2)通过把固定手掌的固定槽安装在滑轨上，增加了一个前臂轴向上的主动自由度，提高了训练器的柔性，满足不同腕部尺寸的患者。
(3)通过调节换位组件，实现左右手的换位训练，提高了训练的康复效果和穿戴的舒适度。
(4)在实现屈伸运动和收展运动的旋转铰链处，设置限位凸起，配合电机的限位，双重保护患者的训练安全。
(5)采用叉形机构的高度调节组件，通过螺纹的自锁固定高度，结构简单，容易操作。
(6)康复机器人的主体采用连杆结构，结构紧凑，使用方便。
附图说明
图1为根据本发明的桌面式三自由度腕关节康复训练机器人的高度调节组件三维结构示意图；
图2为根据本发明的桌面式三自由度腕关节康复训练机器人的绕远程中心连杆组件三维结构示意图；
图3为根据本发明的桌面式三自由度腕关节康复训练机器人的屈伸组件三维结构示意图；
图4为根据本发明的桌面式三自由度腕关节康复训练机器人的收展组件的三维结构示意图。
图5为根据本发明的桌面式三自由度腕关节康复训练机器人的高度调节机构的三维结构示意图；
图6为根据本发明的桌面式三自由度腕关节康复训练机器人的三维结构示意图。
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。
参照图1-6，一种桌面式三自由度腕关节康复训练机器人，包括：高度调节组件、固定设置于高度调节组件上的前臂托具30与绕远程中心连杆组件、固定设置于绕远程中心连杆组件上的屈伸组件及活动设置于所述屈伸组件上的收展组件，绕远程中心连杆组件、前臂托具30及屈伸组件之间的连接件均通过销轴连接，方便之间的转动和拆卸，绕远程中心连杆组件通过使连杆机构的绝对瞬心轴与前臂旋转中心轴近似重合，实现前臂的旋转，不仅解决了圆环包罗手臂方案导致的径向尺寸较大的问题，而且克服了平行四边形方案容易与手臂产生干涉的问题，使机器人体积更小，生产维护成本更低，而且其中绕远程中心连杆组件与前臂托具30可以转换方向，方便可以使用左右手进行康复，患者手掌通过绑带固定在屈伸组件上的固定槽18上，固定槽18 与滑轨连接，滑轨安装在平行四边形机构上，并由电机驱动平行四边形机构，实现腕关节的收展运动。平行四边形机构与屈伸组件连接，腕关节屈伸运动轴心位置与屈伸组件上电机输出轴轴心近似重合，电机驱动铰链旋转实现腕关节的屈伸运动。整个收展组件和屈伸组件安装在绕远程中心连杆组件上，每个训练动作串联在一起，并互不影响。绕远程中心连杆组件与高度调节组件连接，电机驱动连杆机构绕绝对瞬心转动，绝对瞬心轴与前臂旋转中心轴近似重合，实现前臂的旋转运动。换位组件的换位杆与高度调节组件连接，调节绕远程中心连杆组件左右位置，实现左右手的训练互换。换位组件的前臂托具与高度调节组件连接，调节前臂托具30的左右位置，配合完成左右手的训练互换。
如图2所示，所述绕远程中心连杆组件包括换位杆9及活动设置于换位杆9上的平三角杆11与凸三角杆12，且平三角杆11与凸三角杆12一端活动设置有连接杆10及与连接杆10相对设置的另一端活动设置有驱动杆7，连接杆10与驱动杆7活动连接于换位杆9上，且驱动杆7的一端固接有驱动电机8，连接杆10与驱动杆7还固定连接于屈伸组件上；换位杆9一端上固接有延长连接杆，所述延长连接杆转动设置于高度调节组件上，延长连接杆的两侧分别设置有第一固定座，延长连接杆通过换位固定杆31固定设置于第一固定座上，在使用时通过将换位固定杆31变换设置于两个第一固定座上，即可带动绕远程中心连杆组件进行左右手方向的转换，方便左右手训练的，通过驱动电机8带动驱动杆7的转动，驱动杆7带动平三角杆11与凸三角杆 12绕远程中心转动，进而带动屈伸组件运动，实现前臂的旋转运动。
进一步的，所述高度调节组件包括上底板4、与上底板4相对设置的下底板1、设置于上底板4与下底板1之间且成对设置的外叉2与内叉3及设置于下底板1上的高度调节机构，所述高度调节机构包括固定于下底板1上的螺母固定座、穿过所述螺母固定座的调节螺栓24、固定于调节螺栓24远离螺母固定座一端上的下滑块5及与下滑块5相对设置活动设置于上底板4 上的上滑块6，上底板4与下底板1相互相对的面上相对设置有滑槽，所述滑槽上分别设置有下滑块5与上滑块6，其中下滑块5与两个内叉3活动连接，上滑块6与两个外叉2活动连接，下滑块5活动设置于下底板1上，调节螺栓24一端上套接有固定螺母25，所述固定螺母25固定于螺母固定座上，调节螺栓24另一端上套接有第一推力轴承27与第二推力轴承28，在使用时通过旋转调节螺栓24，在调节螺栓24的带动下使得下滑块5沿滑槽长度方向进行移动，进而使得一对内叉3与一对外叉2沿竖直方向进行移动，进而调整上底板4与下底板1之间的高度，调节螺栓24通过固定螺母25与调节螺栓24的螺纹配合的自锁来固定高度。
进一步的，所述屈伸组件包括与平三角杆11与凸三角杆12连接的连接块15、与连接块15固接的屈伸固定臂14及活动设置于屈伸固定臂14上的屈伸运动臂13，屈伸运动臂13与屈伸固定臂14固定的两端处分别设置有第二驱动电机16与第一电机17，屈伸固定臂14一相对的拐角处分别一体式固接有止挡块，所述止挡块与屈伸运动臂13的靠近屈伸固定臂14处端相处匹配，通过止挡块可以限制屈伸运动臂13在锐角的范围进行转动，避免造成屈伸运动臂13过度旋转，通过第二驱动电机16与第一电机17来驱动屈伸运动臂13进行转动，进而实现腕关节的屈伸运动。
进一步的，收展组件包括多个连接于屈伸运动臂13上的收展连接杆21 与收展驱动杆22、与收展驱动杆22及收展连接杆21连接的收展摆杆20及与收展摆杆20活动连接的固定槽18，收展驱动杆22靠近屈伸运动臂13的一端上固接于第三驱动电机23，收展摆杆20一端面上固接有导轨19，所述导轨19上活动连接有滑块，所述滑块上固接有固定槽18，滑块带动固定槽 18沿导轨19的长度方向上移动，通过第三驱动电机23带动收展驱动杆22 进行转动，实现腕关节的收展运动，而且在转动的伸展同时，通过导轨19使得固定槽18有前臂轴向上的主动自由度，提高训练器的柔性，适应不同腕部尺寸的患者。
进一步的，前臂托具30通过销轴固定于上底板4上，且上底板4上固接有两个第一转换座，前臂托具30上固接有两个第二转换座，两个第一转换座与两个第二转换座一一相对应，在转换左右手训练时，通过将前臂托具30上第二转换座转动分别与两个第二转换座固接时，完成可以左右训练。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的，对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (9)
1.一种桌面式三自由度腕关节康复训练机器人，其特征在于，包括：
高度调节组件、固定设置于高度调节组件上的前臂托具(30)与绕远程中心连杆组件、固定设置于绕远程中心连杆组件上的屈伸组件及活动设置于所述屈伸组件上的收展组件；
其中，所述绕远程中心连杆组件包括换位杆(9)及活动设置于换位杆(9)上的平三角杆(11)与凸三角杆(12)，且平三角杆(11)与凸三角杆(12)一端活动设置有连接杆(10)及与连接杆(10)相对设置的另一端活动设置有驱动杆(7)，连接杆(10)与驱动杆(7)活动连接于换位杆(9)上，且驱动杆(7)的一端固接有驱动电机(8)，连接杆(10)与驱动杆(7)还固定连接于屈伸组件上；
换位杆(9)一端上固接有延长连接杆，所述延长连接杆转动设置于高度调节组件上，延长连接杆的两侧分别设置有第一固定座，延长连接杆通过换位固定杆(31)固定设置于第一固定座上。
2.如权利要求1所述的一种桌面式三自由度腕关节康复训练机器人，其特征在于，所述高度调节组件包括上底板(4)、与上底板(4)相对设置的下底板(1)、设置于上底板(4)与下底板(1)之间且成对设置的外叉(2)与内叉(3)及设置于下底板(1)上的高度调节机构。
3.如权利要求1所述的一种桌面式三自由度腕关节康复训练机器人，其特征在于，所述高度调节机构包括固定于下底板(1)上的螺母固定座、穿过所述螺母固定座的调节螺栓(24)、固定于调节螺栓(24)远离螺母固定座一端上的下滑块(5)及与下滑块(5)相对设置活动设置于上底板(4)上的上滑块(6)，其中下滑块(5)与两个内叉(3)活动连接，上滑块(6)与两个外叉(2)活动连接，下滑块(5)活动设置于下底板(1)上。
4.如权利要求1所述的一种桌面式三自由度腕关节康复训练机器人，其特征在于，调节螺栓(24)一端上套接有固定螺母(25)，所述固定螺母(25)固定于螺母固定座上，调节螺栓(24)另一端上套接有第一推力轴承(27)与第二推力轴承(28)。
5.如权利要求1所述的一种桌面式三自由度腕关节康复训练机器人，其特征在于，所述屈伸组件包括与平三角杆(11)与凸三角杆(12)连接的连接块(15)、与连接块(15)固接的屈伸固定臂(14)及活动设置于屈伸固定臂(14)上的屈伸运动臂(13)，屈伸运动臂(13)与屈伸固定臂(14)固定的两端处分别设置有第二驱动电机(16)于第一电机(17)。
6.如权利要求1所述的一种桌面式三自由度腕关节康复训练机器人，其特征在于，屈伸固定臂(14)一相对的拐角处分别一体式固接有止挡块，所述止挡块与屈伸运动臂(13)的靠近屈伸固定臂(14)处端相处匹配。
7.如权利要求1所述的一种桌面式三自由度腕关节康复训练机器人，其特征在于，收展组件包括多个连接于屈伸运动臂(13)上的收展连接杆(21)与收展驱动杆(22)、与收展驱动杆(22)及收展连接杆(21)连接的收展摆杆(20)及与收展摆杆(20)活动连接的固定槽(18)，收展驱动杆(22)靠近屈伸运动臂(13)的一端上固接于第三驱动电机(23)。
8.如权利要求1所述的一种桌面式三自由度腕关节康复训练机器人，其特征在于，收展摆杆(20)一端面上固接有导轨(19)，所述导轨(19)上活动连接有滑块，所述滑块上固接有固定槽(18)，滑块带动固定槽(18)沿导轨(19)的长度方向上移动。
9.如权利要求7所述的一种桌面式三自由度腕关节康复训练机器人，其特征在于，前臂托具(30)通过销轴固定于上底板(4)上，且上底板(4)上固接有两个第一转换座，前臂托具(30)上固接有两个第二转换座，两个第一转换座与两个第二转换座一一相对应。
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