一种穿戴式腕部康复训练柔性传动外骨骼制造技术

一种穿戴式腕部康复训练柔性传动外骨骼，本发明专利技术涉及一种腕部训练柔性传动外骨骼，本发明专利技术的目的是为了解决现有技术中传动方式采用齿轮对传动或者钢丝绳传动机构，外骨骼的径向尺寸较大，平行四边形连杆机构的夹角较小与人手臂发生干涉，自旋的运动范围也减小，以及外骨骼关节与人体关节的相容性低，造成人机之间运动不协调，穿戴不适，减小了关节运动的活动范围，需要对外骨骼关节错位补偿的问题，它包括自旋钢丝绳传动组件、伸缩十字万向联轴器传动组件、前臂自旋环、薄壁轴承、轴承套组件、前臂绑紧件、屈伸钢丝绳传动组件、尺桡偏套索传动组件、协调运动机构支架、协调运动机构组件、人体手部固定组件、前臂第一支撑架和前臂第二支架，本发明专利技术属于机器人领域。

A wearable wrist rehabilitation training flexible exoskeleton

A wearable wrist exoskeleton rehabilitation training and flexible transmission, the invention relates to a wrist training flexible drive exoskeleton, the purpose of the invention is to solve the transmission mode of the existing technology used in gear transmission or transmission mechanism of wire rope, the exoskeleton of the radial size is larger, the parallelogram linkage arm with small angle the interference range, the spin of the motion is reduced, and the exoskeleton joint and the joints of the human body caused by the low compatibility between human movement and wear discomfort, reduce joint motion range, need exoskeleton joint dislocation compensation problem, which includes spin rope drive assembly, telescopic cross universal coupling transmission assembly and forearm spin ring, thin-walled bearings, bearing sleeve assembly, forearm tied, flexion and extension wire rope transmission component, ulnar deviation. The invention relates to a transmission assembly, a coordinated movement mechanism bracket, a coordinated movement mechanism component, a human body hand fixing component, a forearm first support frame and a front arm second support, and the invention belongs to the robot field.

【技术实现步骤摘要】
一种穿戴式腕部康复训练柔性传动外骨骼
本专利技术涉及一种腕部训练柔性传动外骨骼，具体涉及一种穿戴式腕部康复训练柔性传动外骨骼。
技术介绍
创伤性腕关节僵硬是腕关节及腕关节附近骨折后，进行长期的石膏外固定所形成的一个不良后遗症。超过6周的关节固定，可以造成关节僵硬，使得屈伸等动作不利。目前的治疗有两大类，一是手术，二是外治法配合功能锻炼。手术治疗本身创伤较大，术后仍有发生再粘连的机会，而外疗法功能性锻炼则效果良好。康复外骨骼系统是将机器人技术引入到临床当中的一种能够辅助或者替代理疗师进行康复训练的手段。不仅减少了理疗师的工作量，节约康复成本，而且能够提供客观数据，评价康复者的康复进度，方便理疗师制定合理的康复策略。由于人体腕部运动自由度多，腕部尺寸小，而目前腕部康复外骨骼一般存在体积较大，自由度偏少，与人体相容性较低等问题。首先外骨骼前臂的自旋机构是影响腕部外骨骼的主要因素，目前主要采用两种方式实现前臂与腕关节的自旋，第一种是通过圆环包络手臂的，即人手臂直接从圆环中穿过，手腕内旋/外旋时，圆环之间通过轴承可相对转动，从而实现在肘关节内旋/外旋时，保证了回转中心与人体手臂中心重合。而现有的传动方式采用齿轮对传动或者钢丝绳传动机构，造成外骨骼的径向尺寸较大；第二种采用绕远程中心的双平行四边形机构，使得径向尺寸减小，但平行四边形连杆机构的夹角较小时，与人手臂会发生干涉，自旋的运动范围也减小。其次腕外骨骼关节与人体关节的相容性低是由于腕关节尺桡偏转动轴心不固定，造成外骨骼与人体关节不同心，即关节错位引起的，造成人机之间运动不协调，穿戴不适，电机也会发生堵转，减小了关节运动的活动范围，因而需要对外骨骼关节错位补偿。基于此，本专利技术设计了一种适应穿戴的柔性传动的三自由度腕部康复外骨骼机器人。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中传动方式采用齿轮对传动或者钢丝绳传动机构，外骨骼的径向尺寸较大，平行四边形连杆机构的夹角较小与人手臂发生干涉，自旋的运动范围也减小，以及外骨骼关节与人体关节的相容性低，造成人机之间运动不协调，穿戴不适，减小了关节运动的活动范围，需要对外骨骼关节错位补偿的问题，进而提供一种穿戴式腕部康复训练柔性传动外骨骼。本专利技术为解决上述问题而采用的技术方案是：它包括自旋钢丝绳传动组件、伸缩十字万向联轴器传动组件、前臂自旋环、薄壁轴承、轴承套组件、前臂绑紧件、屈伸钢丝绳传动组件、尺桡偏套索传动组件、协调运动机构支架、协调运动机构组件、人体手部固定组件、两个前臂第一支撑架和两个前臂第二支架；自旋钢丝绳传动组件安装在前臂绑紧件上，前臂自旋环设置在轴承套组件内，且前臂自旋环和轴承套组件之间安装有薄壁轴承，轴承套组件的一端和前臂绑紧件通过两个前臂第一支撑架固定连接，伸缩十字万向联轴器传动组件的一端与前臂自旋环固定连接，伸缩十字万向联轴器传动组件的另一端与自旋钢丝绳传动组件连接，屈伸钢丝绳传动组件和尺桡偏套索传动组件分别安装在一个前臂第二支架上，两个前臂第二支架安装在前臂自旋环上，协调运动机构支架与两个前臂第二支架转动连接，协调运动机构组件安装在协调运动机构支架上，人体手部固定组件安装在协调运动机构组件上，尺桡偏套索传动组件与调运动机构支架和协调运动机构组件连接。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术可穿戴式腕关节康复机器人可以带动人体腕关节完成屈/伸，尺偏桡偏运动以及前臂的旋内旋外运动，辅助腕关节功能障碍者进行生活，并可用于病人的腕关节康复训练。2、本专利技术的尺偏桡偏驱动机构为一种欠驱动机构，通过增加两个被动自由度，使得外骨骼尺偏与桡偏转轴轴线可适应人体关节转轴的变化，使得在外骨骼尺桡偏和屈伸动作时，补偿关节错位，与人体的运动协调性更好。3、本专利技术采用钢丝绳传动，钢丝绳传动效率高，精度高，传动平稳且噪声小。4、本专利技术的双平行四边形协调机构能够自适应伸缩，无需通过手动调节，穿戴更为方便，适应不同的手长尺寸。5、本专利技术可用于腕关节中风患者，腕关节僵硬患者的生活辅助与康复训练。6、外骨骼前臂自旋采用可伸缩联轴器进行传动，保证外骨骼径向尺寸小的同时，也能保证关节的活动范围度。附图说明图1是本专利技术整体结构主视图，图2是自旋钢丝绳传动组件1、前臂自旋环4和薄壁轴承5安装示意图，图3是伸缩十字万向联轴器传动组件2安装示意图，图4是屈伸钢丝绳传动组件8安装示意图，图5是尺桡偏套索传动组件9安装示意图，图6是协调运动机构组件12安装示意图，图7是第一杆件1201、第二杆件1202、第三杆件1203、第四杆件1204、第五杆件1205和第六杆件1206安装示意图，图8是本专利技术安装在前臂上的示意图，图9是本专利技术安装在前臂上的示意图，图10是自旋钢丝绳传动组件1、伸缩十字万向联轴器传动组件2带动前臂自旋环4转动原理图，图11是套索钢丝绳907带动第一协调运动机构钢丝绳轮1208、第二协调运动机构钢丝绳轮1209、第三协调运动机构钢丝绳轮1210上和导轮1211转动工作原理图，图12是套索钢丝绳907带动第一协调运动机构钢丝绳轮1208、第二协调运动机构钢丝绳轮1209、第三协调运动机构钢丝绳轮1210上和导轮1211转动示意图。具体实施方式具体实施方式一：结合图1-图9说明本实施方式，本实施方式所述一种穿戴式腕部康复训练柔性传动外骨骼，它包括自旋钢丝绳传动组件1、伸缩十字万向联轴器传动组件2、前臂自旋环4、薄壁轴承5、轴承套组件6、前臂绑紧件7、屈伸钢丝绳传动组件8、尺桡偏套索传动组件9、协调运动机构支架11、协调运动机构组件12、人体手部固定组件13、两个前臂第一支撑架3和两个前臂第二支架10；自旋钢丝绳传动组件1安装在前臂绑紧件7上，前臂自旋环4设置在轴承套组件6内，且前臂自旋环4和轴承套组件6之间安装有薄壁轴承5，轴承套组件6的一端和前臂绑紧件7通过两个前臂第一支撑架3固定连接，伸缩十字万向联轴器传动组件2的一端与前臂自旋环4固定连接，伸缩十字万向联轴器传动组件2的另一端与自旋钢丝绳传动组件1连接，屈伸钢丝绳传动组件8和尺桡偏套索传动组件9分别安装在一个前臂第二支架10上，两个前臂第二支架10安装在前臂自旋环4上，协调运动机构支架11与两个前臂第二支架10转动连接，协调运动机构组件12安装在协调运动机构支架11上，人体手部固定组件13安装在协调运动机构组件12上，尺桡偏套索传动组件9与调运动机构支架11和协调运动机构组件12连接。具体实施方式二：结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式所述一种穿戴式腕部康复训练柔性传动外骨骼，前臂绑紧件7包括上部架体和下部弧形板，上部架体和下部弧形板通过多个螺栓螺纹连接，通过前臂绑紧件7绑紧在恢复活动的前臂上，其它与具体实施方式一相同。具体实施方式三：结合图1、图2、图8和图9说明本实施方式，本实施方式所述一种穿戴式腕部康复训练柔性传动外骨骼，自旋钢丝绳传动组件1包括自旋钢丝绳传动电机、自动钢丝绳从动轮支架、自动钢丝绳主动轮101、自动钢丝绳从动轮102、自动钢丝绳预紧轮103、自动钢丝绳预紧轮预紧螺钉104、自动钢丝绳预紧轮导向板105、自动钢丝绳预紧轮预紧轮滑台106和自动钢丝绳预紧轮钢丝绳107；自动钢丝绳主动轮101套装在自旋钢丝绳传动电机的输出转轴上，自动钢丝绳预紧轮预紧轮滑台106滑动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种穿戴式腕部康复训练柔性传动外骨骼，其特征在于：它包括自旋钢丝绳传动组件(1)、伸缩十字万向联轴器传动组件(2)、前臂自旋环(4)、薄壁轴承(5)、轴承套组件(6)、前臂绑紧件(7)、屈伸钢丝绳传动组件(8)、尺桡偏套索传动组件(9)、协调运动机构支架(11)、协调运动机构组件(12)、人体手部固定组件(13)、两个前臂第一支撑架(3)和两个前臂第二支架(10)；自旋钢丝绳传动组件(1)安装在前臂绑紧件(7)上，前臂自旋环(4)设置在轴承套组件(6)内，且前臂自旋环(4)和轴承套组件(6)之间安装有薄壁轴承(5)，轴承套组件(6)的一端和前臂绑紧件(7)通过两个前臂第一支撑架(3)固定连接，伸缩十字万向联轴器传动组件(2)的一端与前臂自旋环(4)固定连接，伸缩十字万向联轴器传动组件(2)的另一端与自旋钢丝绳传动组件(1)连接，屈伸钢丝绳传动组件(8)和尺桡偏套索传动组件(9)分别安装在一个前臂第二支架(10)上，两个前臂第二支架(10)安装在前臂自旋环(4)上，协调运动机构支架(11)与两个前臂第二支架(10)转动连接，协调运动机构组件(12)安装在协调运动机构支架(11)上，人体手部固定组件(13)安装在协调运动机构组件(12)上，尺桡偏套索传动组件(9)与调运动机构支架(11)和协调运动机构组件(12)连接。...

【技术特征摘要】
1.一种穿戴式腕部康复训练柔性传动外骨骼，其特征在于：它包括自旋钢丝绳传动组件(1)、伸缩十字万向联轴器传动组件(2)、前臂自旋环(4)、薄壁轴承(5)、轴承套组件(6)、前臂绑紧件(7)、屈伸钢丝绳传动组件(8)、尺桡偏套索传动组件(9)、协调运动机构支架(11)、协调运动机构组件(12)、人体手部固定组件(13)、两个前臂第一支撑架(3)和两个前臂第二支架(10)；自旋钢丝绳传动组件(1)安装在前臂绑紧件(7)上，前臂自旋环(4)设置在轴承套组件(6)内，且前臂自旋环(4)和轴承套组件(6)之间安装有薄壁轴承(5)，轴承套组件(6)的一端和前臂绑紧件(7)通过两个前臂第一支撑架(3)固定连接，伸缩十字万向联轴器传动组件(2)的一端与前臂自旋环(4)固定连接，伸缩十字万向联轴器传动组件(2)的另一端与自旋钢丝绳传动组件(1)连接，屈伸钢丝绳传动组件(8)和尺桡偏套索传动组件(9)分别安装在一个前臂第二支架(10)上，两个前臂第二支架(10)安装在前臂自旋环(4)上，协调运动机构支架(11)与两个前臂第二支架(10)转动连接，协调运动机构组件(12)安装在协调运动机构支架(11)上，人体手部固定组件(13)安装在协调运动机构组件(12)上，尺桡偏套索传动组件(9)与调运动机构支架(11)和协调运动机构组件(12)连接。2.根据权利要求1述一种穿戴式腕部康复训练柔性传动外骨骼，其特征在于：前臂绑紧件(7)包括上部架体和下部弧形板，上部架体和下部弧形板通过多个螺栓螺纹连接。3.根据权利要求2所述一种穿戴式腕部康复训练柔性传动外骨骼，其特征在于：自旋钢丝绳传动组件(1)包括自旋钢丝绳传动电机、自动钢丝绳从动轮支架、自动钢丝绳主动轮(101)、自动钢丝绳从动轮(102)、自动钢丝绳预紧轮(103)、自动钢丝绳预紧轮预紧螺钉(104)、自动钢丝绳预紧轮导向板(105)、自动钢丝绳预紧轮预紧轮滑台(106)和自动钢丝绳预紧轮钢丝绳(107)；自动钢丝绳主动轮(101)套装在自旋钢丝绳传动电机的输出转轴上，自动钢丝绳预紧轮预紧轮滑台(106)滑动设置在自动钢丝绳预紧轮导向板(105)上，自动钢丝绳预紧轮(103)转动连接安装在自动钢丝绳预紧轮预紧轮滑台(106)上，自动钢丝绳预紧轮预紧螺钉(104)转动连接设置在自动钢丝绳预紧轮导向板(105)上，且自动钢丝绳预紧轮预紧螺钉(104)的底端与自动钢丝绳预紧轮预紧轮滑台(106)螺纹连接，自动钢丝绳从动轮(102)转动连接设置在自动钢丝绳从动轮支架上，自动钢丝绳预紧轮导向板(105)和自动钢丝绳从动轮安装在前臂绑紧件(7)的上部架体上，自动钢丝绳预紧轮钢丝绳(107)依次套设在自动钢丝绳主动轮(101)、自动钢丝绳从动轮(102)和自动钢丝绳预紧轮(103)上，自动钢丝绳主动轮(101)的中心线与自动钢丝绳从动轮(102)的中心线和自动钢丝绳预紧轮(103)的中心线平行设置。4.根据权利要求3述一种穿戴式腕部康复训练柔性传动外骨骼，其特征在于：伸缩十字万向联轴器传动组件(2)包括第一微型联轴节(201)、第一万向联轴器连接座、第一十字轴(202)、正六边形联轴(203)、联轴套筒(204)、第二万向联轴器连接座、第二十字轴(205)和第二微型联轴节(206)；自动钢丝绳从动轮(102)上的转轴与第一微型联轴节(201)的一端固定连接，第一微型联轴节(201)的另一端通过第一十字轴(202)与第一万向联轴器连接座的一端连接，第一万向联轴器连接座的另一端与正六边形联轴(203)的一端固定连接，第二微型联轴节(206)的一端与前臂自旋环(4)的一端固定连接，第二万向联轴器连接座的一端通过第二十字轴(205)与第二微型联轴节(206)的另一端连接，联轴套筒(204)内加工有与正六边形联轴(203)对应的正六边形通孔，联轴套筒(204)的一端与第二万向联轴器连接座的另一端固定连接，正六边形联轴(203)插装在联轴套筒(204)的正六边形通孔内。5.根据权利要求3述一种穿戴式腕部康复训练柔性传动外骨骼，其特征在于：屈伸钢丝绳传动组件(8)包括屈伸钢丝绳传动电机、屈伸钢丝绳主动轮(801)、屈伸钢丝绳从动轮(802)、屈伸钢丝绳预紧轮(803)、屈伸钢丝绳预紧轮滑台(804)、屈伸钢丝绳预紧轮钢丝绳(805)、屈伸钢丝绳传动电机座(806)和屈伸钢丝绳预紧轮预紧螺钉(807)；屈伸钢丝绳传动电机座(806)安装在一个前臂第二支架(10)上，屈伸钢丝绳传动电机安装在屈伸钢丝绳传动电机座(806)上，屈伸钢丝绳主动轮(801)套装在屈伸钢丝绳传动电机上，两个前臂第二支架(10)分别相对固定安装在前臂自旋环(4)上，协调运动机构支架(11)为倒立的“凵”字形，协调运动机构支架(11)的两个竖直板分别与两个前臂第二支架(10)通过两个转轴转动连接，屈伸钢丝绳从动轮(802)的转轴与协调运动机构支架(11)的任意一个竖直板底端固定连接，且屈伸钢丝绳从动轮(802)转轴的轴线与协调运动机构支架(11)和两个前臂第二支架(10)转动连接转轴的两个轴线均重合，屈伸钢丝绳预紧轮滑台(804)通过螺栓安装在屈伸钢丝绳传动电机座(806)的两个条形孔上，屈伸钢丝绳预紧轮(8...

【专利技术属性】
技术研发人员：高永生，罗洋，赵杰，肖飞云，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23