CN115227544A - 一种上肢单臂康复训练机器人及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种上肢单臂康复辅助训练机器人和操作方法，包括依次相接的肩关节组件、肘关节组件和腕关节组件；所述肩关节组件用于辅助患者肩关节的运动；所述肘关节组件用于辅助小臂绕肘关节的运动；所述腕关节组件用于辅助患者腕关节和小臂的运动。其中，所述腕关节组件包括两个驱动机构和握把。所述握把通过旋转实现小臂的旋内/旋外运动，同时使手掌在水平状态和竖直状态之间进行切换，当手掌处于竖直状态时，所述驱动机构能够实现手腕的掌屈/背曲运动；当手掌处于水平状态时，所述驱动机构能够实现手腕的桡偏/尺偏运动。本发明中腕关节可以呈现不同的运动状态，通过简单的结构即可实现腕部的全动作康复训练。

Description

一种上肢单臂康复训练机器人及其操作方法
技术领域
本发明涉及康复训练器械技术领域，尤其涉及一种上肢单臂康复训练机器人及其操作方法。
背景技术
上肢康复机器人主要用于配合或者辅助康复治疗师实现患者的康复训练，与传统的康复治疗师辅助训练相比，采用上肢康复机器人可以大大提高康复训练效率，减轻康复治疗师的工作量。
但是由于上肢康复机器人依靠机械化的手段控制上肢各关节的运动，为满足患者的较高康复需求和实现更多的关节康复运动，对上肢康复机器人的设计要求也较高，其中对于上肢的康复训练主要包括：肩关节的屈曲/伸展、旋内/旋外、外展/内收，肘关节的屈曲/伸展，腕关节的掌曲/背曲、桡偏/尺偏和小臂的内旋/外旋，而现有技术中的上肢康复机器人结构较为复杂，且不能进行全臂的康复运动，往往需要借助其他机器或者康复治疗师完成整套康复训练，为此，亟需设计一种结构简单、满足多种需求、实现更加多关节康复运动的上肢康复机器人。
发明内容
为了解决现有上肢康复机器人体积庞大、结构较为复杂，且无法实现上肢所有关节的康复运动，往往需要借助其他机器或者康复治疗师完成整套康复训练的技术问题，本发明提供了一种上肢单臂康复训练机器人及其操作方法来解决上述问题。
本发明提出一种上肢单臂康复训练机器人，包括依次相接的肩关节组件、肘关节组件和腕关节组件；所述肩关节组件用于控制手臂完成肩关节的运动，辅助患者肩关节的运动；所述肘关节组件用于控制小臂完成肘关节的运动，辅助小臂绕肘关节的运动；所述腕关节组件用于控制手掌完成腕关节的运动，辅助患者腕关节和小臂的运动；其中，所述腕关节组件包括驱动机构和握把，所述握把能够旋转，实现小臂的旋内/旋外运动，并使手掌在水平状态和竖直状态之间切换，当手掌处于竖直状态时，所述驱动机构实现掌屈/背曲的康复运动；当手掌处于水平状态时，所述驱动机构实现桡偏/尺偏的康复运动。
进一步的，所述腕关节组件包括：腕关节第一驱动机构，与肘关节组件的末端连接；腕关节第一固定架，安装在腕关节第一驱动机构输出轴上，并由腕关节第一驱动机构带动旋转；腕关节第二驱动机构，与腕关节第一固定架连接，握把，与腕关节第二驱动机构的输出轴连接，并由腕关节第二驱动机构带动旋转；所述腕关节第二驱动机构的输出轴与小臂轴线重合，腕关节第二驱动机构的输出轴与握把的中心轴垂直，腕关节第一驱动机构的输出轴与腕关节第二驱动机构的输出轴垂直相交。
进一步的，所述腕关节第二驱动机构的输出轴上连接有腕关节第二固定架，所述腕关节第二固定架上固定有第一滑轨，所述握把滑动连接于第一滑轨上，以使患者握住所述握把后腕关节位于腕关节第一驱动机构输出轴和腕关节第二驱动机构输出轴的交点上。
进一步的，所述肘关节组件包括：肘关节驱动机构，与肩关节组件的末端连接；小臂支架，安装于肘关节驱动机构的输出轴上，并由肘关节驱动机构带动旋转；所述腕关节第一驱动机构与小臂支架固定连接，且小臂支架上朝向腕关节组件的一端具有机械限位端面，当所述腕关节第一固定架旋转时，腕关节第一固定架的侧面能够与所述限位端面抵接。
进一步的，所述腕关节第一固定架的长度方向一端为弧形端面，所述限位端面为与所述弧形端面贴合的弧形配合面，所述腕关节第一固定架在所述弧形配合面的圆周方向两端之间旋转。
进一步的，所述小臂支架包括小臂上支架、第一伸缩组件和小臂下支架，所述小臂上支架安装在肘关节驱动机构的输出轴上，所述小臂下支架与腕关节第一驱动机构连接，第一伸缩组件用于控制小臂上支架与小臂下支架相互靠近或者远离，从而调节小臂支架的长度。
进一步的，所述肩关节组件包括依次相接的肩关节第一驱动机构、第一移动架、肩关节第二驱动机构、第二移动架、肩关节第三驱动机构和大臂支架，所述大臂支架与肘关节驱动机构连接；肩关节第一驱动机构、肩关节第二驱动机构和肩关节第三驱动机构的中心轴相交于一点。
进一步的，所述大臂支架和小臂支架上分别设有人机约束机构，所述人机约束机构包括三维力检测座、拱形架、转接板、支撑板和绑带，所述三维力检测座固定于三维力上方，所述拱形架与三维力检测座转动连接，以使拱形架沿沿垂直于大臂/小臂支架的方向偏转，且三维力检测座上具有对拱形架旋转限位的限位结构，所述转接板的两端分别与支撑板和拱形架铰接，以使支撑板能够沿大臂/小臂支架的长度方向偏转。
进一步的，连接所述肩关节第一驱动机构和肩关节第二驱动机构的连接板的折弯角度为120°，连接所述肩关节第二驱动机构和肩关节第三驱动机构的连接板的折弯角度为120°。
本发明还提出一种操作方法，所述操作方法基于以上所述的上肢单臂康复训练机器人，包括以下步骤：
掌屈和背曲的运动：首先启动腕关节第二驱动机构，关闭腕关节第一驱动机构，通过腕关节第二驱动机构旋转握把，使握把的中心轴与腕关节第一驱动机构的输出轴平行，接着启动腕关节第一驱动机构，关闭腕关节第二驱动机构，通过腕关节第一驱动机构实现掌屈和背曲的运动。
桡偏和尺偏的运动：首先启动腕关节第二驱动机构，关闭腕关节第一驱动机构，通过腕关节第二驱动机构旋转握把，使握把的中心轴与腕关节第一驱动机构的输出轴垂直，接着启动腕关节第一驱动机构，关闭腕关节第二驱动机构，通过腕关节第一驱动机构实现桡偏和尺偏的运动。
小臂旋转运动：在握把的中心轴与腕关节第一驱动机构的输出轴垂直的情况下，通过启动腕关节第二驱动机构实现小臂旋转运动。
本发明的有益效果是：
(1)本发明所述的上肢单臂康复训练机器人和操作方法，腕关节组件通过握把的旋转，使手掌的方向改变，从而使驱动机构启动时，手腕呈现不同的运动状态，通过简单的结构即可实现腕部的全动作康复训练。
(2)本发明所述的上肢单臂康复训练机器人和操作方法，腕关节组件设置有两个驱动机构，通过两个驱动机构和握把的位置合理布置，使其中一个驱动机构在实现小臂旋转的同时，还可以实现握把位姿的调整，另一个驱动机构则在握把处于不同状态下实现不同康复运动形式。
(3)本发明所述的上肢单臂康复训练机器人和操作方法，通过人机约束机构固定大臂和小臂，并且人机约束机构与人体处于恰约束状态，具有高度的人机相容性，可以适应患者具体姿势调整绑带的前后位置和倾斜情况，患者使用舒适度更高。
(4)本发明所述的上肢单臂康复训练机器人和操作方法，肩关节组件通过折弯角度为120°的连接板连接相邻两个驱动机构，通过布置三个驱动机构的位置，增大肩关节的运动范围，使患者的康复训练范围接近人体肩关节的正常运动范围。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明所述的上肢单臂康复训练机器人的具体实施方式的立体图(从上方观察)；
图2是图1中a处放大图；
图3是图1中b处放大图；
图4是本发明所述的上肢单臂康复训练机器人的具体实施方式的立体图(从下方观察)；
图5是图4中e处放大图；
图6是本发明中人机约束机构的主视图；
图7是图6的A-A向剖视图；
图8是本发明所述的上肢单臂康复训练机器人的具体实施方式的仰视图；
图9是图8的B-B向剖视图；
图10是图9中c处放大图；
图11是图9中d处放大图；
图12是图8的仰视图；
图13是图12的D-D向剖视图；
图14是本发明所述的上肢单臂康复训练机器人的具体实施方式的俯视图(含局部放大图)。
图中，1、肩关节组件，101、肩关节第一驱动机构，102、第一移动架，103、肩关节第二驱动机构，104、第二移动架，105、肩关节第三驱动机构，106、第一转接架，107、第二转接架，108、大臂上支架，109、大臂下支架，110，第二伸缩组件，111、肩关节第一固定架，112、肩关节第二固定架，113、肩关节第三固定架，114、第二弧形槽，115、第一限位块，116、第二限位块，117、第一凸块，118、第三弧形槽，119、第三限位块，2、肘关节组件，201、肘关节驱动机构，202、小臂上支架，203、小臂下支架，204、弧形配合面，205、第一伸缩组件，2051、梯形丝杆，2052、连接螺母，2053、手轮，2054、导向轴，2055、限位螺母，206、第四限位块，207、第二凸块，3、腕关节组件，301、握把，302、腕关节第一驱动机构，303、腕关节第一固定架，304、腕关节第二驱动机构，305、腕关节第二固定架，306、第一滑轨，4、人机约束机构，401、三维力检测座，4011、底座，40111、第一弧形槽，4012、三维力传感器，4013、盖帽，402、铰接轴，403、转接板，404、支撑板，405、绑带，406、限位销，407、拱形架，408、第二滑轨。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例一
如图1-图14所示，一种上肢单臂康复训练机器人，包括依次相接的肩关节组件1、肘关节组件2和腕关节组件3；肩关节组件1用于控制手臂绕肩关节的运动，辅助患者肩关节的运动，肩关节的运动主要有内收/外展、旋内/旋外、前屈/后伸；肘关节组件2用于控制小臂绕肘关节的运动，辅助小臂绕肘关节的运动，肘关节的运动主要有屈曲/伸展；腕关节组件3用于控制手掌绕腕关节的运动，辅助患者腕关节和小臂的运动，腕关节的运动主要有掌屈/背曲、桡偏/尺偏以及小臂旋转；腕关节组件3包括驱动机构和握把301，握把301能够旋转实现小臂的旋内或者旋外运动，同时使手掌在水平状态和竖直状态之间切换，当手掌处于水平状态时，所述驱动机构实现桡偏、尺偏以及小臂旋转的康复运动；当手掌处于竖直状态时，所述驱动机构实现掌屈、背曲小臂的康复运动。
本发明通过一个上肢单臂康复训练机器人即可实现整个上肢单臂的全自由度康复运动，其中握把301的旋转用于改变手掌的朝向，手部握在握把301上即可操作，不需要卸下上肢单臂康复训练机器人，操作简单快捷。
腕关节组件3：
如图1和图3所示，腕关节组件3包括握把301、腕关节第一驱动机构302、腕关节第一固定架303和腕关节第二驱动机构304，腕关节第一驱动机构302的壳体与肘关节组件2的末端连接，肘关节组件2的运动可以通过腕关节第一驱动机构302的壳体带动整个腕关节组件3运动，腕关节第一固定架303安装在腕关节第一驱动机构302输出轴上，并由腕关节第一驱动机构302带动旋转；腕关节第二驱动机构304的壳体与腕关节第一固定架303连接，腕关节第一固定架303的运动状态可以通过腕关节第二驱动机构304传递至握把301，握把301与腕关节第二驱动机构304的输出轴连接，并由腕关节第二驱动机构304带动旋转。腕关节第一固定架303起到转接的作用，可以根据腕关节第一驱动机构302和腕关节第二驱动机构304的位置关系需要设计相应的腕关节第一固定架303结构。腕关节第一驱动机构302和腕关节第二驱动机构304的结构相同，以腕关节第一驱动机构302为例，腕关节第一驱动机构302为包含减速机、编码器的电机模组。
腕关节第二驱动机构304的输出轴与小臂轴线重合，腕关节第二驱动机构304的输出轴与握把301的中心轴垂直，握把301靠近腕关节第二驱动机构304的输出轴所在直线设置，当患者握在握把301上时，使手臂的中心轴与腕关节第二驱动机构304的输出轴近似同轴，启动腕关节第二驱动机构304后即可实现小臂旋转运动，在小臂旋转过程中，手掌可以在水平状态和竖直状态之间切换，腕关节第一驱动机构302的输出轴与腕关节第二驱动机构304的输出轴垂直，腕关节第一驱动机构302用于控制腕关节的桡偏/尺偏和掌屈/背曲，握把301需要尽量靠近腕关节第一驱动机构302的中心轴所在直线，本实施例中，腕关节第二驱动机构304的输出轴竖直布置，当握把301处于水平状态时，手掌水平握在握把301上，腕关节第二驱动机构304带动手掌沿水平面旋转，可以控制腕关节的桡偏/尺偏运动，当握把301处于竖直状态时，手掌竖直握在握把301上，腕关节第二驱动机构304带动手掌沿水平面旋转，可以控制腕关节的掌屈/背曲运动。
为了使握把301位于腕关节第一驱动机构302输出轴和腕关节第二驱动机构304输出轴的交点上，作为优选的，腕关节第二驱动机构304的输出轴上连接有腕关节第二固定架305，腕关节第二固定架305上固定有第一滑轨306，握把301滑动连接于第一滑轨306上，通过前后滑动握把301可以使握把301位于腕关节第一驱动机构302的中心轴上，通过手掌在握把301上的轴向位置调节，可以适应不同的手掌大小，使患者握住握把301后腕关节能够处于腕关节第二驱动机构304的中心轴上。
肘关节组件2：
如图1、图9和图14所示，肘关节组件2包括肘关节驱动机构201和小臂支架、肘关节驱动机构201的壳体与肩关节组件1的末端连接；肩关节组件1的运动可以通过肘关节驱动机构201的壳体带动整个肘关节组件2运动，小臂支架安装于肘关节驱动机构201的输出轴上，并由肘关节驱动机构201带动旋转；腕关节第一驱动机构302的壳体与小臂支架固定连接，且小臂支架上朝向腕关节组件3的一端具有限位端面，当腕关节第一固定架303旋转时，腕关节第一固定架303的侧面能够与限位端面抵接。
肘关节驱动机构201的驱动可以实现肘关节处的屈曲/伸展康复运动。限位端面可以对腕关节第一固定架303进行机械限位，防止患者在运动过程中出现腕关节过度弯曲的现象。
为保证旋转稳定性，本实施例中的腕关节第一固定架303与小臂支架通过弧形面接触，即腕关节第一固定架303的长度方向一端为弧形端面，所述限位端面为与所述弧形端面贴合的弧形配合面204，腕关节第一固定架303在弧形配合面204的圆周方向两端之间旋转。具体的，如图8所示，小臂支架包括小臂上支架202、第一伸缩组件205和小臂下支架203，小臂上支架202安装在肘关节驱动机构201的输出轴上，小臂下支架203与腕关节第一驱动机构302连接，第一伸缩组件205用于控制小臂上支架202与小臂下支架203相互靠近或者远离。弧形配合面204位于小臂下支架203的端部，如图14所示，小臂下支架203的端部具有凹槽，凹槽的侧面为弧形配合面204，腕关节第一固定架303位于所述凹槽内，腕关节第一固定架303的长度大于弧形配合面204的直径，当腕关节第一固定架303旋转时，腕关节第一固定架303的侧面可以与弧形配合面204的端部抵接，实现机械限位，作为优选的，弧形配合面204的中心部位与腕关节第一固定架303的端部贴合，弧形配合面204的两端逐渐外扩。肘关节驱动机构201的结构与腕关节第一驱动机构302的结构相同。
第一伸缩组件205用于实现伸缩平移运动，例如可以为伸缩气缸、丝杆螺母机构等等，本实施例中，如图5和图10所示，第一伸缩组件205包括梯形丝杆2051、连接螺母2052、手轮2053和导向轴2054，小臂上支架202和小臂下支架203具有向下延伸的凸台，梯形丝杆2051连接在两个凸台上，连接螺母2052固定于小臂上支架202的凸台上，梯形丝杆2051与连接螺母2052螺纹配合，导向轴2054的一端安装有限位螺母2055，另一端穿过小臂上支架202的凸台并与大臂下支架109的凸台螺纹固定，导向轴2054可以相对小臂上支架202滑动，限位螺母2055可以对导向轴2054机械限位，放置导向轴2054从小臂上支架202的凸台脱出。梯形丝杆2051通过直线轴承与小臂下支架203的凸台转动连接，手轮2053固定在梯形丝杆2051的端部，旋转手轮2053时，手轮2053带动梯形丝杆2051旋转，从而使小臂上支架202相对梯形丝杆2051运动，由于梯形丝杆2051与小臂下支架203通过直线轴承轴向固定，因此小臂上支架202相对小臂下支架203移动，从而实现小臂支架的伸缩。
肩关节组件1：
肩关节组件1包括依次相接的肩关节第一驱动机构101、第一移动架102、肩关节第二驱动机构103、第二移动架104、肩关节第三驱动机构105和大臂支架，所述大臂支架与肘关节驱动机构201的壳体连接；肩关节第一驱动机构101、肩关节第二驱动机构103和肩关节第三驱动机构105的中心轴相交于一点。
如图1和图2所示，肩关节第一驱动机构101的壳体固定在肩关节第一固定架111上，肩关节第一固定架111安装在固定结构上，第一移动架102安装在肩关节第一驱动机构101的输出轴上，肩关节第二驱动机构103的壳体固定在肩关节第二固定架112上，肩关节第二固定架112通过第一转接架106与第一移动架102连接，肩关节第二固定架112的输出轴与第二移动架104连接，肩关节第三驱动机构105的壳体固定在肩关节第三固定架113上，肩关节第三固定架113通过第二转接架107与第二移动架104连接，肩关节第三驱动机构105的输出轴上固定安装有大臂支架。肩关节第一驱动机构101、肩关节第二驱动机构103、肩关节第三驱动机构105均与腕关节第一驱动机构302的结构相同。肩关节第一驱动机构101、肩关节第二驱动机构103、肩关节第三驱动机构105三者的转动轴线可以相互垂直，为扩大转动范围，本实施例中，第一转接架106和第二转接架107用于调节相邻两个驱动机构之间的角度。第一转接架106的折弯角度为120°，第二转接架107的折弯角度为120°。
肩关节组件1可实现肩关节处的内收/外展、内旋/外旋、前屈/后伸康复运动。
为了能够调节大臂支架的长度，大臂支架优选用与小臂支架相同的可伸缩结构，即大臂支架包括大臂上支架108、大臂下支架109和连接大臂上支架108与大臂下支架109之间的第二伸缩组件110，第二伸缩组件110的结构与第一伸缩组件205相同，大臂上支架108安装在肩关节第三驱动机构105的输出轴上，大臂下支架109与肘关节驱动机构201的壳体固定。
实施例二
在实施例一的基础上，所述大臂支架和小臂支架上分别设有人机约束机构4，人机约束机构4的自由度数量是根据以下公式求得：
Figure BDA0003739544040000111
式中，F为闭链中的自由度数量；fi为关节i的自由度数；n为关节数量；d为运动空间维度；l为闭链的环数。
Figure BDA0003739544040000121
式中，fik为已知关节i的自由度数；m为已知关节数量；fjuk为未知关节j的自由度数。
其中，大臂人机闭链中未知自由度数量为：
Figure BDA0003739544040000122
而上肢人机闭链中未知自由度数量为：
Figure BDA0003739544040000123
则大臂和小臂人机约束机构的自由度数量分别为3。
本实施例中，两个人机约束机构4的结构相同，以连接大臂支架的人机约束机构4为例，人机约束机构4包括三维力检测座401、拱形架407、转接板403、支撑板404和绑带405，三维力检测座401包括底座4011、安装底座4011上的三维力传感器4012以及固定于三维力传感器4012顶部的盖帽4013，底座4011固定于大臂支架的上方，拱形架407与底座4011转动连接，以使拱形架407沿大臂支架的方向偏转，三维力检测座401上具有对拱形架407旋转限位的限位结构，转接板403的两端分别与支撑板404和拱形架407铰接，以使支撑板404能够沿垂直大臂支架的长度方向倾斜，绑带405连接于支撑板404的顶部。
如图6、图7和图10所示，拱形架407的两侧具有第一弧形槽40111，第一弧形槽40111的弧形中心位于第一弧形槽40111的上方，在第一弧形槽40111的弧形中心处设置铰接轴402，使拱形架407与底座4011铰接，从而使拱形架407可以沿大臂支架的长度方向前后倾斜，所述限位结构可以为固定在底座4011两侧的限位销406，限位销406插在第一弧形槽40111内，当限位销406与第一弧形槽40111的端部抵接时，拱形架407无法继续旋转。图7中，转接板403的右下端通过铰链与拱形架407铰接，转接板403的左上端通过铰链与支撑板404铰接，所述铰链的中心轴与大臂支架的长度方向平行，并且两个铰链的中心轴不共线，因此支撑板404可以沿大臂支架的两侧方向倾斜。支撑板404的顶部优选设置第二滑轨408，第二滑轨408与大臂支架的长度方向平行，绑带405滑动连接在第二滑轨408上，可以根据手臂的长度调整绑带405在手臂上的位置。通过第一弧形槽40111、双铰链、第二滑轨408，使患者在使用该康复机器人时，人机约束机构4能够自适应患者大臂和小臂的微量变动，从而提高患者使用的舒适性。
实施例三
在实施例一或者实施例二的基础上，为避免肩关节第一驱动机构101旋转角度过大，造成肩关节损伤，如图2所示，本实施例在第一移动架102上与肩关节第一固定架111正对的端面设置第二弧形槽114，肩关节固定架上固定有适于***第二弧形槽114的第一限位块115，第二弧形槽114的弧形中心与第一移动架102的旋转中心共线，第一限位块115在第二弧形槽114内运动，起到机械限位作用，避免第一移动架102旋转角度过大。
同理，如图11所示，肩关节第二固定架112上安装有第二限位块116，第二移动架104的外侧壁固定有第一凸块117，当第一凸块117旋转至第二限位块116处时，第二限位块116阻止第一凸块117继续旋转，起到机械限位的作用。
同理，如图12、图13所示，大臂上支架108在与肩关节第三固定架113转动连接的部分有第三弧形槽118，第三弧形槽118的弧形中心与大臂上支架108的旋转中心共线，肩关节第三固定架113上装有第三限位块119，第三限位块119在第三弧形槽118内运动起到机械限位作用。
如图14所示，大臂下支架203上固定有第四限位块206，在小臂上支架侧边安装有第二凸块207，当第二凸块207旋转至第四限位块206处时，第四限位块206阻止第二凸块207继续旋转，起到机械限位的作用。
实施例四
一种操作方法，所述操作方法基于以上所述的上肢单臂康复训练机器人，包括以下步骤：
掌屈和背曲的运动：首先启动腕关节第二驱动机构304，关闭腕关节第一驱动机构302，腕关节第二驱动机构304带动握把301旋转，使握把301的中心轴与腕关节第一驱动机构302的输出轴平行，接着启动腕关节第一驱动机构302，关闭腕关节第二驱动机构304，通过腕关节第一驱动机构302实现掌屈和背曲的运动。
桡偏和尺偏的运动：首先启动腕关节第二驱动机构304，关闭腕关节第一驱动机构302，腕关节第二驱动机构304带动握把301旋转，使握把301的中心轴与腕关节第一驱动机构302的输出轴垂直，接着启动腕关节第一驱动机构302，关闭腕关节第二驱动机构304，通过腕关节第一驱动机构302实现桡偏和尺偏的运动。
小臂旋转运动：在握把301的中心轴与腕关节第一驱动机构302的输出轴垂直的情况下，通过启动腕关节第二驱动机构304实现小臂旋转运动。
本发明中的肩关节组件1的操作方法与现有技术中的康复机器人肩关节操作方法相同，此处不再详细描述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“前”、“后”、“内”、“外”、“轴向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的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”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本说明书中，对所述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例中以合适的方式结合。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种上肢单臂康复训练机器人，其特征在于：包括依次相接的肩关节组件(1)、肘关节组件(2)和腕关节组件(3)；
所述肩关节组件(1)用于辅助患者肩关节的运动；
所述肘关节组件(2)用于辅助小臂绕肘关节的运动；
所述腕关节组件(3)用于辅助患者腕关节和小臂的运动；
其中，所述腕关节组件(3)包括驱动机构、握把(301)，所述握把(301)能够旋转实现小臂的旋内或者旋外运动，同时使手掌在水平状态和竖直状态之间进行切换，当手掌处于竖直状态时，所述驱动机构能够实现手腕的掌屈或者背曲运动；当手掌处于水平状态时，所述驱动机构能够实现手腕的桡偏或者尺偏运动。
2.根据权利要求1所述的上肢单臂康复训练机器人，其特征在于，所述腕关节组件(3)还包括：
腕关节第一驱动机构(302)，与肘关节组件(2)的末端连接；
腕关节第一固定架(303)，安装在腕关节第一驱动机构(302)输出轴上，并由腕关节第一驱动机构(302)带动旋转；
腕关节第二驱动机构(304)，与腕关节第一固定架(303)连接，
所述握把(301)与腕关节第二驱动机构(304)的输出轴连接，并由腕关节第二驱动机构(304)带动旋转；
所述腕关节第二驱动机构(304)的输出轴与小臂轴线重合，腕关节第二驱动机构(304)的输出轴与握把(301)的中心轴垂直，腕关节第一驱动机构(302)的输出轴与腕关节第二驱动机构(304)的输出轴垂直相交。
3.根据权利要求2所述的上肢单臂康复训练机器人，其特征在于：所述腕关节第二驱动机构(304)的输出轴上连接有腕关节第二固定架(305)，所述腕关节第二固定架(305)上固定有第一滑轨(306)，所述握把(301)滑动连接于第一滑轨(306)上，以使患者握住握把(301)后腕关节能够处于第一驱动机构(302)输出轴和腕关节第二驱动机构(304)输出轴的交点上。
4.根据权利要求2所述的上肢单臂康复训练机器人，其特征在于：所述肘关节组件(2)包括：
肘关节驱动机构(201)，与肩关节组件(1)的末端连接；
小臂支架，安装于肘关节驱动机构(201)的输出轴上，并由肘关节驱动机构(201)带动旋转；
所述腕关节第一驱动机构(302)与小臂支架固定连接，且小臂支架上朝向腕关节组件(3)的一端具有限位端面，当所述腕关节第一固定架(303)旋转时，腕关节第一固定架(303)的侧面能够与所述限位端面抵接。
5.根据权利要求4所述的上肢单臂康复训练机器人，其特征在于：所述腕关节第一固定架(303)的长度方向一端为弧形端面，所述限位端面为与所述弧形端面贴合的弧形配合面(204)，所述腕关节第一固定架(303)在所述弧形配合面(204)的圆周方向两端之间旋转。
6.根据权利要求4所述的上肢单臂康复训练机器人，其特征在于：所述小臂支架包括小臂上支架、第一伸缩组件(205)和小臂下支架，所述小臂上支架安装在肘关节驱动机构(201)的输出轴上，所述小臂下支架与腕关节第一驱动机构(302)连接，第一伸缩组件(205)用于调节小臂支架的长度。
7.根据权利要求4所述的上肢单臂康复训练机器人，其特征在于：所述肩关节组件(1)包括依次相接的肩关节第一驱动机构(101)、第一移动架(102)、肩关节第二驱动机构(103)、第二移动架(104)、肩关节第三驱动机构(105)和大臂支架，所述大臂支架与肘关节驱动机构(201)连接；所述肩关节第一驱动机构(101)，肩关节第二驱动机构(103)和肩关节第三驱动机构(105)的中心轴相交于一点。
8.根据权利要求7所述的上肢单臂康复训练机器人，其特征在于：所述大臂支架和小臂支架上分别设有人机约束机构(4)，所述人机约束机构(4)包括三维力检测座(401)、拱形架(407)、转接板(403)、支撑板(404)和绑带(405)，所述三维力检测座(401)固定于三维力上方，所述拱形架(407)与三维力检测座(401)转动连接，以使拱形架(407)沿垂直于大臂支架或者小臂支架的方向偏转，且三维力检测座(401)上具有对拱形架(407)旋转限位的限位结构，所述转接板(403)的两端分别与支撑板(404)和拱形架(407)铰接，以使支撑板(404)能够沿大臂支架或者小臂支架的长度方向偏转。
9.根据权利要求7所述的上肢单臂康复训练机器人，其特征在于：连接所述肩关节第一驱动机构(101)和肩关节第二驱动机构(103)的连接板的折弯角度为120°，连接所述肩关节第二驱动机构(103)和肩关节第三驱动机构(105)的连接板的折弯角度为120°。
10.一种操作方法，其特征在于：所述操作方法基于权利要求2-9任一项所述的上肢单臂康复训练机器人，包括以下步骤：
掌屈和背曲的运动：首先启动腕关节第二驱动机构(304)，关闭腕关节第一驱动机构(302)，通过腕关节第二驱动机构(304)旋转握把(301)，使握把(301)的中心轴与腕关节第一驱动机构(302)的输出轴平行，接着启动腕关节第一驱动机构(302)，关闭腕关节第二驱动机构(304)，通过腕关节第一驱动机构(302)实现手腕的掌屈和背曲运动；
桡偏和尺偏的运动：首先启动腕关节第二驱动机构(304)，关闭腕关节第一驱动机构(302)，通过腕关节第二驱动机构(304)旋转握把(301)，使握把(301)的中心轴与腕关节第一驱动机构(302)的输出轴垂直，接着启动腕关节第一驱动机构(302)，关闭腕关节第二驱动机构(304)，通过腕关节第一驱动机构(302)实现手腕的桡偏和尺偏运动；
小臂旋转运动：在握把(301)的中心轴与腕关节第一驱动机构(302)的输出轴垂直的情况下，通过启动腕关节第二驱动机构(304)实现小臂旋转运动。
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