基于轮椅车的上肢外骨骼机器人制造技术

本发明专利技术涉及一种基于轮椅车的上肢外骨骼机器人，上肢外骨骼式康复机器人通过背部支架和升降平台固定在可移动的智能轮椅车的座椅背后，通过通过背部支架的旋转可实现上肢外骨骼式康复机器人的机械臂转动，实现左右手康复训练的互换，以及通过调整升降平台可调整上肢外骨骼式康复机器人的机械臂的高度；所述上肢外骨骼式康复机器人的机械臂的自由度由肩关节、肘关节、腕关节三个关节实现，肩关节、肘关节、腕关节之间通过连接杆连接，机械臂上设有固定患肢用的绑带。本发明专利技术创新性的将上肢康复机器人的机械臂安装在智能轮椅车上，摆脱了传统大型康复机器人体积过大、过于沉重以及患者必须要到指定场所接受康复训练的约束。

Upper limb exoskeleton robot based on wheelchair vehicle

The invention relates to an upper extremity exoskeleton robot based on a wheelchair vehicle. The upper extremity exoskeleton rehabilitation robot is fixed behind the seat of a mobile intelligent wheelchair vehicle through a back bracket and a lifting platform. The arm rotation of the upper extremity exoskeleton rehabilitation robot can be realized through the rotation of the back bracket, and the left and right hands can be realized. The exchange of rehabilitation training and the height of the arm of the upper limb exoskeleton rehabilitation robot can be adjusted by adjusting the lifting platform; the degree of freedom of the arm of the upper limb exoskeleton rehabilitation robot is realized by three joints of the shoulder joint, the elbow joint and the wrist joint, and the shoulder joint, the elbow joint and the wrist joint are connected by connecting rods. The mechanical arm is provided with a strap for fixing the limb. The invention innovatively installs the arm of the upper limb rehabilitation robot on an intelligent wheelchair vehicle, and gets rid of the restriction of the traditional large rehabilitation robot that is too large, too heavy and the patient must go to a designated place for rehabilitation training.

【技术实现步骤摘要】
基于轮椅车的上肢外骨骼机器人
本专利技术涉及一种外骨骼式机器人，尤其是一种基于轮椅车的上肢外骨骼机器人。
技术介绍
外骨骼式机器人是一种能够穿戴于人体，辅助或扩展人体运动能力的机电装置。外骨骼式机器人的应用范围是非常广泛的，包括远程操控、人体机能增强，人体技能补偿以及肢体康复训练。目前在全球范围内，已经研制出了数款用于脑卒中患者肢体康复训练的机器人。在外骨骼式康复机器人的设计中，目前流行的有固定式大型康复机器人，即康复机器人固定安装在底座上；这类康复机器人又可分为单臂训练式、双臂训练式和可左右手互换式。有电机或无电机的可穿戴式上肢康复机器人，这类康复机器人患者可穿戴在身上。以固定式上肢康复机器人为例，这类康复机器人将固定底座、主控机、机械臂、电动机以及其他驱动单元集成在一个固定的单元中，一般由电机驱动患者训练，康复训练患者只需坐在座椅上，接受由电机带动的康复训练，可选择主动训练模式和被动训练模式。这类康复机器人具有比较完善的训练模式和功能，能帮助患者实现的自由度也比较多，所以需要比较完善的驱动体系以支持其工作，不可避免的造成机械结构复杂，体积过于庞大、操作比较复杂等情况，并且一般需要在专业治疗师的配合下进行，只适合在康复医院等专业康复机构使用，不能广泛地进入家庭。另一类可穿戴式的上肢康复机器人结构比较简单，体积较小且轻便，但是没有安装电机作为驱动，一般以带传动、连杆等作为连接方式。这类康复机器人的操作简单，便于携带，但是功能简单，一般适用于轻度偏瘫患者的使用，不适合重度肢体功能障碍的患者进行康复现有的外骨骼式上肢康复机器人在设计上都没有完全实现轻量化、便携化和功能完善化的结合，给康复患者的使用带来了很大的困扰。
技术实现思路
针对现有的外骨骼式上肢康复机器人的研究现状，本专利技术旨在将轻量化和功能多样化实现在外骨骼式上肢康复机器人上，而提供一种基于轮椅车的上肢外骨骼机器人。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种基于轮椅车的上肢外骨骼机器人，包括可移动的智能轮椅、上肢外骨骼式康复机器人、控制系统，所述上肢外骨骼式康复机器人通过背部支架和升降平台固定在可移动的智能轮椅车的座椅背后，通过背部支架的旋转可实现上肢外骨骼式康复机器人的机械臂转动，实现左右手康复训练的互换，以及通过调整升降平台可调整上肢外骨骼式康复机器人的机械臂的高度；所述上肢外骨骼式康复机器人的机械臂的自由度由肩关节、肘关节、腕关节三个关节实现，肩关节、肘关节、腕关节之间通过连接杆连接，机械臂上设有固定患肢用的绑带。所述肩关节由一个水平放置的电机一和一个竖直放置的电机二组成，水平放置的电机一通过转动带动整个机械臂旋转实现肩关节的内收、外展；竖直放置的电机二通过转动带动整个机械臂旋转实现肩关节的曲屈/伸展。所述肘关节由电机三构成，电机三通过转动带动机械臂实现肘关节的屈伸。所述腕关节下面连接手柄组成腕部模块，腕关节关节处装有角度传感器，用于检测患者腕关节的运动，患者通过手柄可以完成对腕关节的训练。所述控制系统由数据采集单元、数据处理和控制单元、语音控制单元、数据传输单元、上位机控制单元和动力单元组成，数据处理和控制单元采用Cortex-M7内核的微控制器负责整个系统的数据处理、电机控制以及外围部件的驱动，具有2通道的DMA控制器，满足多路数据采集需求，以及自带CANopen通信单元符合电机驱动通信协议，处理频率设置为216MHz满足数据处理以及控制系统的要求；数据传输单元采用CANopen通信协议与上肢康复机器人各电机驱动通信，完成对各个单元控制指令的发送。本专利技术的有益效果是：相对于传统的上肢外骨骼康复机器人，本专利技术，基于轮椅车的上肢外骨骼康复机器人，创新性的将上肢康复机器人的机械臂安装在智能轮椅车上，摆脱了传统大型康复机器人体积过大、过于沉重以及患者必须要到指定场所接受康复训练的约束。患者利用本专利技术，既可以借助于轮椅移动，还可以在轮椅上完成上肢的康复训练。此外，本专利技术虽精简了上肢康复机器人的体积，但并未遗弃大型机的康复功能，基于轮椅车的上肢康复机器人同样具有大型机具备的所有康复训练的功能和模式，患者可以利用本专利技术实现同大型康复机器人相同的训练目的。本专利技术具体特点如下：1.基于轮椅车的上肢康复机器人创新点：将上肢康复机器人移植到轮椅车上，减小了康复机器人的体积，可以走进家庭，患者不用再受接受康复训练场所的约束，有助于加快实现家庭康复的目标。在减轻康复机器人体积和重量的同时仍然保留了大型康复机器人具有的全部的康复功能和模式，具备一定的康复能力和效果。2.基于轮椅车的上肢康复机器人组成本专利技术所述的上肢康复机器人由背部支架和升降平台固定在轮椅车靠背后。肩关节模块由两个电机组成，可实现肩关节的曲屈、伸展和内收、外展。肩关节电机二和电机三之间由上臂连接杆连接，电机三可以完成肘关节的屈伸运动。腕部模块包括腕关节和手柄部分。3.两个独立的电机实现肩关节两个自由度人的肩部可以进行水平运动、竖直运动和旋转运动，本专利技术所属的上肢康复机器人用一个电机的运转实现肩关节的曲屈、伸展，用另一个电机的运转实现肩关节的内收、外展。两个关节的电机相互独立，互不影响；在完成肩关节运动时，两电机结合运动，共同完成肩关节的运动。4.基于单片机的控制方式采用单片机控制的方式，使用目前主流的STM32F407ZET6芯片作为主控芯片，大大减小了主控单元的体积，利用CANopen通信实现单片机与各受控单元之间进行通信，完成对各个单元控制指令的发送。5.左右手互换将背部支架旋转，可以将机械臂转动，实现左右手的互换。本专利技术所述的上肢康复机器人用单个机械臂就可以实现左右手的康复训练，降低了双机械臂对上肢康复机器人安防空间体积的要求，适用于不同的患者。附图说明图1为本专利技术的上肢外骨骼式康复机器人结构主视图；图2为本专利技术的上肢外骨骼式康复机器人结构的侧视图；图3为本专利技术的上肢外骨骼式康复机器人结构的俯视图。具体实施方式下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。如图1至图3所示，本专利技术的的基于轮椅车的上肢外骨骼机器人，包括可移动的智能轮椅、上肢外骨骼式康复机器人、控制系统。本专利技术的主体结构为可移动的智能轮椅。可移动的智轮椅包括轮椅车本身、蓄电池、外部供电电源接口、背部支架和升降平台、控制模块盒以及上肢外骨骼康复机器人构成。蓄电池可为轮椅车和上肢康复机器人供电，直接接220V电源同样也可以对轮椅车和康复机器人供电。上肢外骨骼式康复机器人由背部支架和升降平台固定在轮椅车的座椅背后，通过背部支架的旋转可实现左右手的互换，通过调整升降平台可调整机械臂的高度，两个调节方式相结合可以满足不同患者的需求，并保证患者肩关节的中心与机械臂的肩关节中心重合，更好的进行上肢康复训练。康复机器人的机械臂的自由度由肩关节、肘关节、腕关节三个关节实现，机械臂还包括了连接各关节之间的连接杆和固定患肢用的绑带。肩关节由一个水平放置的电机一1和一个竖直放置的电机二2组成，水平放置的电机一1通过转动带动整个机械臂旋转实现肩关节的内收、外展；竖直放置的电机二2通过转动带动整个机械臂旋转实现肩关节的曲屈、伸展。肘关节由电机三3构成，电机三3通过转动带动机械臂实现肘关节的屈伸。腕部模块由腕关节和手柄组成，腕关节关节处装有角度传感器可以检测患者本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于轮椅车的上肢外骨骼机器人，包括可移动的智能轮椅、上肢外骨骼式康复机器人、控制系统，其特征在于：所述上肢外骨骼式康复机器人通过背部支架和升降平台固定在可移动的智能轮椅车的座椅背后，通过背部支架的旋转可实现上肢外骨骼式康复机器人的机械臂转动，实现左右手康复训练的互换，以及通过调整升降平台可调整上肢外骨骼式康复机器人的机械臂的高度；所述上肢外骨骼式康复机器人的机械臂的自由度由肩关节、肘关节、腕关节三个关节实现，所述肩关节、肘关节、腕关节之间通过连接杆连接，机械臂上设有固定患肢用的绑带。

【技术特征摘要】
1.一种基于轮椅车的上肢外骨骼机器人，包括可移动的智能轮椅、上肢外骨骼式康复机器人、控制系统，其特征在于：所述上肢外骨骼式康复机器人通过背部支架和升降平台固定在可移动的智能轮椅车的座椅背后，通过背部支架的旋转可实现上肢外骨骼式康复机器人的机械臂转动，实现左右手康复训练的互换，以及通过调整升降平台可调整上肢外骨骼式康复机器人的机械臂的高度；所述上肢外骨骼式康复机器人的机械臂的自由度由肩关节、肘关节、腕关节三个关节实现，所述肩关节、肘关节、腕关节之间通过连接杆连接，机械臂上设有固定患肢用的绑带。2.根据权利要求1所述的基于轮椅车的上肢外骨骼机器人，其特征在于：所述肩关节由一个水平放置的电机一和一个竖直放置的电机二组成，水平放置的电机一通过转动带动整个机械臂旋转实现肩关节的内收、外展；竖直放置的电机二通过转动带动整个机械臂旋转实现肩关节的曲屈、伸展。3.根据权利要求1所述的基于轮椅车的上肢外骨骼机器人，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻洪流，余杰，王峰，邓露露，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31