CN115154193B - 一种柔性驱动的串并联腕肘部外骨骼康复机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种柔性气动驱动的串并联腕肘部外骨骼康复机器人，解决了肘腕部外骨骼笨重、不符合人体工程学以及缺乏柔顺性的问题，所述串并联腕肘部外骨骼康复机器人包括桌子支架、剪叉升降、肘部关节运动模块和腕部关节运动模块，所述肘部关节运动模块包括肘部大臂基座、肘部支撑板、环形固定带、电动推杆和环形支座，所述腕部关节运动模块环形支座、气动肌肉、手部调整基座和手握杆，本发明可实现肘部的屈伸以及腕关节的背屈/掌屈、桡屈/尺屈两个运动自由度的康复形式，安全性高，仿生性高，适用范围广，一定程度上提高腕关节康复机器人的柔顺性。

Description

一种柔性驱动的串并联腕肘部外骨骼康复机器人
技术领域
本发明设计康复机器人领域，尤其涉及一种柔性驱动的串并联腕肘部外骨骼康复机器人。
背景技术
近年来，因上肢康复机器人在临床试验中显示出了相对于传统治疗手段的优越性，越来越多的上肢康复机器人被开发和研究。康复机器人可以协助医师，为患者提供持续、有效以及多模式化的康复训练治疗，强化患者的主动训练意识，加快患肢运动功能的恢复进程。
目前，上肢康复机器人研究发展迅猛，传统的上肢康复机器人采用电机驱动的方式，但采用电机驱动安全性较低，柔顺性较差，质量重，成本高。少数康复机器人采取液压驱动，但为了实现复杂的康复运动，意味着需要更多的驱动管道，这将大大增加外骨骼的体积和质量，使外骨骼尤为笨重。因此为了保护人体的安全，需要对机器人进行柔顺性控制，保证患者不受二次伤害的情况下完成康复训练任务。本发明利用气动肌肉驱动，通过对向气动肌肉分别收缩和伸长，两侧辅助运动，以实现腕部的背屈/掌屈和桡屈/尺屈运动，将大大提高人机交互性，大大降低患者在进行康复训练时受到二次伤害的风险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种气动驱动的串并联腕肘部康复机器人，具有质量轻、安全性好、柔顺性高等特点。可以帮助脑卒中患者实现更安全、更符合人体工学设计的肘部屈/伸康复运动和腕部背屈/掌屈、桡屈/尺屈康复运动，从而能够提高患者肘腕关节运动功能恢复的效果。
为达到上述目的，本发明提供如下方案：
本发明主要由桌子支架、剪叉升降台、肘部运动模块和腕部运动模块组成；所述的肘部运动模块包括转盘底座、肘部大臂基座、肘部支撑板一、肘部支撑板二、环形固定带和电动推杆二；所述剪叉升降台与转盘底座固定连接，所述肘部大臂基座下部为转盘轴，所述转盘底座和肘部大臂基座的转盘轴转动连接；所述肘部大臂基座与肘部支撑板一固定连接，所述环形固定带连接在肘部支撑板一上，通过调节环形固定带对手臂进行固定，所述肘部支撑板一与肘部支撑板二转动连接，所述电动推杆二与肘部支撑板一转动连接，所述电动推杆二与肘部支撑板二转动连接；
所述的腕部运动模块包括环形支座一、环形支座二、气动肌肉一、气动肌肉二、气动肌肉三、气动肌肉四、手部调整基座一、手部调整基座二和手握杆；所述环形支座一与肘部支撑板二固定连接，所述气动肌肉四两端与环形支座一和环形支座二转动连接，所述气动肌肉二两端与环形支座一和环形支座二转动连接，所述气动肌肉一两端与环形支座一和环形支座二转动连接，所述气动肌肉三两端与环形支座一和环形支座二转动连接，所述手部调整基座一、手部调整基座二与环形支座二固定连接，所述手部调整基座一、手部调整基座二均设有长形调整孔，所述手握杆两端通过两个螺钉分别固定在手部调整基座一、手部调整基座二上，可通过螺钉固定在手部调整基座一、手部调整基座二的位置调节把手与环形支座二的距离，从而适用于不同手臂长度，所述气动肌肉四、气动肌肉一、气动肌肉二和气动肌肉三通过协调运动，以实现腕部的背屈/掌屈和桡屈/尺屈运动。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：
1、本发明所述机器人，采用气动人工肌肉驱动，可实现腕部的背屈/掌屈、桡屈/尺屈运动，具有良好的仿生性和柔顺性，更好的符合人体工学设计；
2、本发明通过剪叉升降台调整手臂的高度，可抬至合适位置，以实现肘部的屈/伸运动；
3、通过肘部大臂基座的转动调整腕肘部外骨骼康复机器人至左右两侧，实现左右两只手臂通用。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是一种气动驱动的串并联腕肘部康复机器人总体结构示意图；
图2是一种气动驱动的串并联腕肘部康复机器人肘部组件结构示意图；
图3是一种气动驱动的串并联腕肘部康复机器人腕部组件结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明进行详细说明。
具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种气动驱动的串并联腕肘部康复机器人由桌子支架(1)、剪叉升降台(2)、肘部运动模块(3)和腕部运动模块(4)组成；所述的肘部运动模块(3)包括转盘底座(301)、肘部大臂基座(302)、肘部支撑板一(303)、肘部支撑板二(305)、环形固定带(304)和电动推杆二(306)；所述剪叉升降台(2)与转盘底座(301)固定连接，所述肘部大臂基座(302)下部为转盘轴，所述转盘底座(301)和肘部大臂基座(302)的转盘轴转动连接；所述肘部大臂基座(302)与肘部支撑板一(303)固定连接，所述环形固定带(304)连接在肘部支撑板一(303)上，通过调节环形固定带对手臂进行固定，所述肘部支撑板一(303)与肘部支撑板二(305)转动连接，所述电动推杆二(306)与肘部支撑板一(303)转动连接，所述电动推杆二(306)与肘部支撑板二(305)转动连接；
具体实施方式二：结合图3说明本实施方式，所述的腕部运动模块(4)包括环形支座一(401)、环形支座二(406)、气动肌肉一(402)、气动肌肉二(403)、气动肌肉三(404)、气动肌肉四(405)、手部调整基座一(407)、手部调整基座二(408)和手握杆(409)；所述环形支座一(401)与肘部支撑板二(305)固定连接，所述气动肌肉四(402)两端与环形支座一(401)和环形支座二(406)转动连接，所述气动肌肉二(404)两端与环形支座一(401)和环形支座二(406)转动连接，所述气动肌肉一(403)两端与环形支座一(401)和环形支座二(406)转动连接，所述气动肌肉三(405)两端与环形支座一(401)和环形支座二(406)转动连接，所述手部调整基座一(407)、手部调整基座二(408)与环形支座二(406)固定连接，所述手部调整基座一(407)、手部调整基座二(408)均设有长形调整孔，所述手握杆(409)两端通过两个螺钉分别固定在手部调整基座一(407)、手部调整基座二(408)上，可通过螺钉固定在手部调整基座一(407)、手部调整基座二(408)的位置调节把手与环形支座二(406)的距离，从而适用于不同手臂长度，所述气动肌肉四(402)、气动肌肉一(403)、气动肌肉二(404)和气动肌肉三(405)通过协调运动，以实现腕部的背屈/掌屈和桡屈/尺屈运动。
工作原理
所述肘部运动模块(3)工作原理：所述电动推杆二(306)驱动肘部支撑板二(305)，所述肘部支撑板二(305)与肘部支撑板一(303)转动连接，所述肘部支撑板一(303)与肘部大臂基座(302)固定连接，带动手臂运动，从而带动患肢完成肘部屈伸运动。
腕部运动模块(4)工作原理：所述气动肌肉一(402)、气动肌肉二(403)、气动肌肉三(404)、气动肌肉四(405)作为致动器，与环形支座一(401)和环形支座二(406)转动连接，所述环形支座二(406)与手部调整基座一(407)、手部调整基座二(408)固定连接，所述手部调整基座一(407)、手部调整基座二(408)与手握杆(409)固定连接。通过对向气动肌肉一(402)收缩、气动肌肉三(404)伸长、气动肌肉二(403)和气动肌肉四(405)辅助运动，以实现腕部的掌屈运动，气动肌肉一(402)伸长、气动肌肉三(404)收缩、气动肌肉二(403)和气动肌肉四(405)辅助运动，以实现腕部的背屈运动，气动肌肉二(403)伸长、气动肌肉四(405)收缩、气动肌肉一(402)和气动肌肉三(404)和辅助运动，实现右手/左手的桡屈/尺屈运动，气动肌肉四(405)伸长、气动肌肉二(403)收缩、气动肌肉一(402)和气动肌肉三(404)辅助运动，实现左手/右手的桡屈/尺屈运动。

Claims (1)

1.一种柔性驱动的串并联腕肘部外骨骼康复机器人，其特征在于，包括桌子支架(1)、剪叉升降台(2)、肘部运动模块(3)和腕部运动模块(4)；所述的肘部运动模块(3)包括转盘底座(301)、肘部大臂基座(302)、肘部支撑板一(303)、肘部支撑板二(305)、环形固定带(304)和电动推杆(306)；所述的剪叉升降台(2)与转盘底座(301)固定连接，所述的肘部大臂基座(302)下部设有转盘轴，所述的转盘底座(301)和肘部大臂基座(302)的转盘轴转动连接；所述的肘部大臂基座(302)与肘部支撑板一(303)固定连接，所述的环形固定带(304)连接在肘部支撑板一(303)上，通过调节环形固定带对手臂进行固定，所述的肘部支撑板一(303)与肘部支撑板二(305)转动连接，所述的电动推杆(306)与肘部支撑板一(303)转动连接，所述的电动推杆(306)与肘部支撑板二(305)转动连接；所述的腕部运动模块(4)包括环形支座一(401)、环形支座二(406)、气动肌肉一(402)、气动肌肉二(403)、气动肌肉三(404)、气动肌肉四(405)、手部调整基座一(407)、手部调整基座二(408)和手握杆(409)；所述的环形支座一(401)与肘部支撑板二(305)固定连接，所述的气动肌肉一(402)后端与环形支座一(401)转动连接，所述的气动肌肉一(402)前端与环形支座二(406)转动连接，所述的气动肌肉二(403)后端与环形支座一(401)转动连接，所述的气动肌肉二(403)前端与环形支座二(406)转动连接，所述的气动肌肉三(404)后端与环形支座一(401)转动连接，所述的气动肌肉三(404)前端与环形支座二(406)转动连接，所述的气动肌肉四(405)后端与环形支座一(401)转动连接，所述的气动肌肉四(405)前端与环形支座二(406)转动连接，所述的手部调整基座一(407)与环形支座二(406)固定连接，所述的手部调整基座二(408)与环形支座二(406)固定连接，所述的手部调整基座一(407)、手部调整基座二(408)均设有长形调整孔，所述的手握杆(409)两端通过螺钉分别固定在手部调整基座一(407)、手部调整基座二(408)上，可通过螺钉固定在手部调整基座一(407)、手部调整基座二(408)的位置调节把手与环形支座二(406)的距离，从而适用于不同手臂长度，所述的气动肌肉四(405)、气动肌肉一(402)、气动肌肉二(403)和气动肌肉三(404)通过协调运动，以实现腕部的背屈/掌屈和桡屈/尺屈运动。
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