一种气动上肢康复机器人制造技术

本发明专利技术涉及医疗康复机械领域，尤其是一种气动上肢康复机器人。本发明专利技术每个上肢训练装置由第一关节组件、第二关节组件、第三关节组件、第四关节组件、第五关节组件串连而成，其中第一关节组件、第二关节组件、第三关节组件用于使用者肩部关节活动，第四关节组件用于实现使用者肘部关节活动，第五关节组件用于实现使用者腕关节活动。本发明专利技术装置为双侧十自由度气动上肢康复机器人，能辅助患者双侧的肩关节、肘关节和腕关节的康复训练，补充或替代专业医师。

【技术实现步骤摘要】
一种气动上肢康复机器人
本专利技术涉及医疗康复机械领域，尤其是一种气动上肢康复机器人。
技术介绍
脑卒中(Stroke)，俗称中风，是一种突然起病的脑血管疾病，也是脑血管疾病最严重的并发症。脑卒中被认为是威胁人类健康的三大疾病之一。据统计，中国每年有多达达200万人发生脑中风疾病，脑卒中患者现在尚存700万人，其中450万例患者偏瘫或瘫痪，肢体不同程度丧失活动能力，生活不能自理，致残率高达75％。人体上肢在日常生活中承担着非常重要的责任，完成各种精细复杂的活动，上肢运动功能障碍将严重影响人们的日常生活。因此，偏瘫患者的上肢运动功能重建是康复医学研究领域的重要课题。临床医学的研究表明，大多数的脑卒中患者通过广泛和重复的任务型练习可以一定程度地恢复肢体运动能力。目前上肢康复机器人按机械结构可分为末端牵引式和外骨骼式两类。末端牵引式康复机器人在康复运动中，其末端通常与患者手腕固联在一起，通过康复机器人末端执行器的运动带动患肢运动，其很难对患者上肢中某单个关节作独立的主动或被动康复运动。此外，该类康复机器人与患者通常仅仅通过手腕相连，康复运动时，其反作用力可能对患者手腕或患者肢体其他部分造成伤害。外骨骼式康复机器人可以直接穿戴于人体，其各自由度受人体关节的运动方式及尺寸的限制，因此机构较为复杂，由于该类康复机器人各关节依附于人体，机器人及患者肢体的重量及惯性会影响机器人的驱动特性和运动特性。然而，外骨骼康复机器人关节空间与人体关节空间几乎一致，安全性高，且在轨迹控制中无需进行空间转换的计算。此外，在康复运动中，机器人对患者上肢即可以对单个关节，也可以对多关节同时作主动、被动康复运动。因此，相比于末端牵引式康复机器人，外骨骼式康复机器人能提供更灵活、更安全、更丰富的康复运动。上肢康复训练机器人是将机器人
与康复治疗医学领域结合而产生的，是一种补充或替代专业医师完成人体上肢康复训练的新技术，它的出现为上肢偏瘫患者的康复治疗开辟了新的道路，弥补了偏瘫患者临床治疗的不足。康复训练机器人的治疗方法是将患肢与机器人相连，患者肢体在机器人的带动下，完成各种动作，刺激人体上肢关节及肌肉的神经控制系统，从而达到恢复患者肢体运动机能的目的。这种方式减轻了对治疗医师的依赖，它能帮助医疗师完成繁重、反复的康复训练任务，帮助患者更好的恢复肢体运动机能。上肢外骨骼康复机器人是一种与偏瘫患者身体直接接触的康复医疗装备，其安全性和柔顺性非常重要，此外，康复运动要力求平稳、自然，而这些主要依赖于康复机器人的执行器。目前大多数康复机器人采用电机驱动，其它类型的执行器主要是人工气动肌肉、气缸及液压人工肌肉等。而液压驱动在临床应用上存在局限性，电机驱动目前主要依赖串联或并联弹性执行器以增加其柔顺性，而气动肌肉驱动的外骨骼在布局上也存在局限性，目前还鲜有气缸驱动的双上肢外骨骼康复机器人，而气缸驱动在柔顺性和安全性问题上具有明显的优势，将气缸驱动应用到外骨骼上具有很大潜力。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种气动上肢康复机器人。本专利技术每个上肢训练装置由第一关节组件、第二关节组件、第三关节组件、第四关节组件、第五关节组件串连而成，其中第一关节组件、第二关节组件、第三关节组件用于使用者肩部关节活动，第四关节组件用于实现使用者肘部关节活动，第五关节组件用于实现使用者腕关节活动。本专利技术装置为双侧十自由度气动上肢康复机器人，能辅助患者双侧的肩关节、肘关节和腕关节的康复训练，补充或替代专业医师。本专利技术的技术方案是：一种气动上肢康复机器人，包括背部支架、上肢训练装置，两个上肢训练装置对称设置在背部支架上，且两个上肢训练装置结构相同，其特征在于：背部支架包括背部支架横梁、气缸支座、支撑外套管、调位插销、支撑内套管、夹紧支座、撑板，两个气缸支座焊接在背部支架横梁的导槽内，背部支架横梁套接在支撑外套管上，支撑外套管套接支撑内套管，支撑内套管上设置调位插销，支撑外套管上安装夹紧支座和撑板；每个上肢训练装置由第一关节组件、第二关节组件、第三关节组件、第四关节组件、第五关节组件串连而成，其中第一关节组件、第二关节组件、第三关节组件用于使用者肩部关节活动，第四关节组件用于实现使用者肘部关节活动，第五关节组件用于实现使用者腕关节活动。根据如上所述的气动上肢康复机器人，其特征在于：第一关节组件包括第一气缸组件和第一肩关节转臂，第一连接转轴安装在背部支架横梁的孔径内，第一转轴齿轮通过固定在第一连接转轴上，第一连接转轴通过第一自润轴承连接第一肩关节转臂；第一转轴齿轮与第一增量式编码器齿轮啮合，第一增量式编码器齿轮连接第一增量式编码器，第一增量式编码器齿轮啮合第一霍尔传感器齿轮，第一霍尔传感器齿轮连接第一霍尔传感器，第一增量式编码器和第一霍尔传感器安装在第一肩关节转臂上；第一气缸体的输出轴连接第一拉压力传感器，第一气缸体一端设置第一I型连接头，通过第一固定插销和第一I型连接头将第一气缸体连接在气缸支座上，第一气缸体的另一端通过第一气缸底座连接在第二连接转轴。根据如上所述的气动上肢康复机器人，其特征在于：第二关节组件包括第二气缸组件和第二肩关节转臂，第二连接转轴固定在第一肩关节转臂的孔径内，第二转轴齿轮固定在第二连接转轴上，第二连接转轴通过第二自润轴承连接在第二肩关节转臂上；第二转轴齿轮与第二增量式编码器齿轮啮合，第二增量式编码器齿轮连接第二增量式编码器，第二增量式编码器齿轮啮合与第二霍尔传感器齿轮，第二霍尔传感器齿轮连接第二霍尔传感器，第二增量式编码器和第二霍尔传感器固定在第一肩关节转臂上；第二气缸体的输出轴设置第二拉压力传感器，第二气缸体一端设置第二I型连接头，通过第二I型连接头和固定插销将第二气缸体连接在曲柄头上，曲柄头固定在第二肩关节转臂上，第二气缸体的另一端设置第二气缸底座，通过第二气缸底座将第二气缸体固定连接在第一连接转轴上。根据如上所述的气动上肢康复机器人，其特征在于：第三关节组件包括第三气缸组件和大臂转臂组件，大臂转臂组件包括第一大臂转臂和第二大臂转臂，第三连接转轴固定在第一大臂转臂的孔径内，第三转轴齿轮固定在第三连接转轴上，第三连接转轴通过双侧第三自润轴承连接第一大臂转臂，第一大臂转臂通过双头调节螺杆连接第二大臂转臂；第三转轴齿轮与第三增量式编码器齿轮啮合，第三增量式编码器齿轮连接第三增量式编码器，第三增量式编码器齿轮啮合与第三霍尔传感器齿轮，第三霍尔传感器齿轮连接第三霍尔传感器，第三增量式编码器和第三霍尔传感器用螺丝安装在第一大臂转臂上；第三气缸体的输出轴连接第三拉压力传感器，第三气缸体一端设置第三I型连接头，通过第三I型连接头和固定插销将第三气缸体连接在第三气缸支座上，第三气缸支座焊接在第一大臂转臂上，第三气缸体的另一端连接第三气缸底座，通过第三气缸底座和气缸支座轴将第三气缸体连接在第二肩关节转臂上。根据如上所述的气动上肢康复机器人，其特征在于：第四关节组件包括第四气缸组件和小臂转臂组件，小臂转臂组件包括第一小臂转臂和第二小臂转臂，第四连接转轴固定在第一小臂转臂的孔径内，第四转轴齿轮固定在第四连接转轴上，第四连接转轴通过双侧第四自润轴承连接在第二大臂转臂上，第一小臂转臂通过双头调节螺杆连接第二小臂转臂，第四转轴齿轮与第四增量式编码器齿轮啮合，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气动上肢康复机器人，包括背部支架(1)、上肢训练装置(2)，两个上肢训练装置(2)对称设置在背部支架(1)上，且两个上肢训练装置(2)结构相同，其特征在于：背部支架(1)包括背部支架横梁(11)、气缸支座(12)、支撑外套管(13)、调位插销(14)、支撑内套管(15)、夹紧支座(16)、撑板(17)，两个气缸支座(12)焊接在背部支架横梁(11)的导槽内，背部支架横梁(11)套接在支撑外套管(13)上，支撑外套管(13)套接支撑内套管(15)，支撑内套管(15)上设置调位插销(14)，支撑外套管(13)上安装夹紧支座(16)和撑板(17)；每个上肢训练装置(2)由第一关节组件(3)、第二关节组件(4)、第三关节组件(5)、第四关节组件(6)、第五关节组件串连而成，其中第一关节组件(3)、第二关节组件(4)、第三关节组件(5)用于使用者肩部关节活动，第四关节组件(6)用于实现使用者肘部关节活动，第五关节组件(7)用于实现使用者腕关节活动。

【技术特征摘要】
1.一种气动上肢康复机器人，包括背部支架(1)、上肢训练装置(2)，两个上肢训练装置(2)对称设置在背部支架(1)上，且两个上肢训练装置(2)结构相同，其特征在于：背部支架(1)包括背部支架横梁(11)、气缸支座(12)、支撑外套管(13)、调位插销(14)、支撑内套管(15)、夹紧支座(16)、撑板(17)，两个气缸支座(12)焊接在背部支架横梁(11)的导槽内，背部支架横梁(11)套接在支撑外套管(13)上，支撑外套管(13)套接支撑内套管(15)，支撑内套管(15)上设置调位插销(14)，支撑外套管(13)上安装夹紧支座(16)和撑板(17)；每个上肢训练装置(2)由第一关节组件(3)、第二关节组件(4)、第三关节组件(5)、第四关节组件(6)、第五关节组件串连而成，其中第一关节组件(3)、第二关节组件(4)、第三关节组件(5)用于使用者肩部关节活动，第四关节组件(6)用于实现使用者肘部关节活动，第五关节组件(7)用于实现使用者腕关节活动。2.根据权利要求1所述的气动上肢康复机器人，其特征在于：第一关节组件(3)包括第一气缸组件(31)和第一肩关节转臂(32)，第一连接转轴(33)安装在背部支架横梁(11)的孔径内，第一转轴齿轮(331)通过固定在第一连接转轴(33)上，第一连接转轴(33)通过第一自润轴承(34)连接第一肩关节转臂(32)；第一转轴齿轮(331)与第一增量式编码器齿轮(35)啮合，第一增量式编码器齿轮(35)连接第一增量式编码器(36)，第一增量式编码器齿轮(35)啮合第一霍尔传感器齿轮(37)，第一霍尔传感器齿轮(37)连接第一霍尔传感器(38)，第一增量式编码器(36)和第一霍尔传感器(38)安装在第一肩关节转臂(32)上；第一气缸体(314)的输出轴连接第一拉压力传感器(313)，第一气缸体(314)一端设置第一I型连接头(311)，通过第一固定插销和第一I型连接头(311)将第一气缸体(314)连接在气缸支座(12)上，第一气缸体(314)的另一端通过第一气缸底座(315)连接在第二连接转轴(43)。3.根据权利要求2所述的气动上肢康复机器人，其特征在于：第二关节组件(4)包括第二气缸组件(41)和第二肩关节转臂(42)，第二连接转轴(43)固定在第一肩关节转臂(32)的孔径内，第二转轴齿轮(431)固定在第二连接转轴(43)上，第二连接转轴(43)通过第二自润轴承(44)连接在第二肩关节转臂(42)上；第二转轴齿轮(431)与第二增量式编码器齿轮(45)啮合，第二增量式编码器齿轮(45)连接第二增量式编码器(46)，第二增量式编码器齿轮(45)啮合与第二霍尔传感器齿轮(47)，第二霍尔传感器齿轮(47)连接第二霍尔传感器(48)，第二增量式编码器(46)和第二霍尔传感器(48)固定在第一肩关节转臂(32)上；第二气缸体(414)的输出轴设置第二拉压力传感器(413)，第二气缸体(414)一端设置第二I型连接头(411)，通过第二I型连接头(411)和固定插销将第二气缸体(414)连接在曲柄头(421)上，曲柄头(421)固定在第二肩关节转臂(42)上，第二气缸体(414)的另一端设置第二气缸底座(415)，通过第二气缸底座(415)将第二气缸体(414)固定连接在第一连接转轴(33)上。4.根据权利要求3所述的气动上肢康复机器人，其特征在于：第三关节组件(5)包括第三气缸组件(51)和大臂转臂组件(52)，大臂转臂组件(52)包括第一大臂转臂(521)和第二大臂转臂(522)，第三连接转轴(53)固定在第一大臂转臂(521)的孔径内，第三转轴齿轮(531)固定在第三连接转轴(53)上，第三连接转轴(53)通过双侧第三自润轴承(54)连接第一大臂转臂(521)，第一大臂转臂(521)通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂细凯，李佳璐，李建，伍赛，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42