一种基于轮椅的上肢外骨骼机器人制造技术

本发明专利技术提出一种基于轮椅的上肢外骨骼机器人，其特征在于，包括背部固定机构、垂直升降机构、水平连接机构和外骨骼机械臂，背部固定机构包括机架、固定件、绑带和背部箱壳，固定件和绑带均对称的设于机架的两侧，背部箱壳设于机架上；垂直升降机构包括齿条、传动机构和手摇柄，传动机构设于背部箱壳内，手摇柄驱动传动机构控制齿条上下移动，齿条的顶端垂直贯穿背部箱壳的顶侧；水平连接机构一端与外骨骼机械臂活动连接，另一端与齿条活动连接。在本申请中,创新性的将上肢康复机器人的机械臂安装在轮椅上，既可以借助于轮椅移动，又可以在轮椅上完成上肢的康复训练，精简了上肢康复机器人的体积。

A wheelchair-based upper extremity exoskeleton robot

The invention provides a wheelchair-based upper extremity exoskeleton robot, which is characterized by a back fixing mechanism, a vertical lifting mechanism, a horizontal connecting mechanism and an exoskeleton manipulator. The back fixing mechanism includes a frame, a fixing part, a strap and a back case. The fixing parts and a strap are symmetrically arranged on both sides of the frame, and the back case is arranged on the frame. The rack, the transmission mechanism and the handle are arranged in the back case. The handle drives the transmission mechanism to control the rack moving up and down. The top of the rack runs vertically through the top side of the back case. One end of the horizontal connection mechanism is movably connected with the external skeletal manipulator, and the other end is movably connected with the rack. In this application, the mechanical arm of the upper limb rehabilitation robot is innovatively installed on the wheelchair, which can not only help the wheelchair move, but also complete the upper limb rehabilitation training on the wheelchair, thus simplifying the size of the upper limb rehabilitation robot.

【技术实现步骤摘要】
一种基于轮椅的上肢外骨骼机器人
本专利技术涉及康复器械领域，尤其涉及一种基于轮椅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。目前国内外已经有多款上肢康复训练的外骨骼机器人，功能较为完善的智能上肢外骨骼机器人一般是移动底座、升降支柱及悬臂梁的结构，或者底座上方带有座椅，具有比较完善的训练模式和功能，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，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。另一类结构比较简单的上肢外骨骼机器人，一般没有安装电机等驱动结构，以带传动、连杆等作为连接方式，体积较小且轻便，往往只有简单助力作用。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，不适合上肢重度功能障碍患者进行康复。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
本专利技术的目的是为了提供一种基于轮椅的上肢外骨骼机器人，结构简单，功能全面，占用体积小，便于搬运安装。为了实现上述目的，本专利技术提出一种基于轮椅的上肢外骨骼机器人，包括背部固定机构、垂直升降机构、水平连接机构和外骨骼机械臂，其中：所述背部固定机构包括机架、固定件、绑带和背部箱壳，所述固定件和绑带均对称的设于所述机架的两侧，所述背部箱壳设于所述机架上；所述垂直升降机构包括齿条、传动机构和手摇柄，所述传动机构设于所述背部箱壳内，所述手摇柄驱动所述传动机构控制所述齿条上下移动，所述齿条的顶端垂直贯穿所述背部箱壳的顶侧；所述水平连接机构一端与所述外骨骼机械臂活动连接，另一端与所述齿条活动连接。进一步地，在所述的基于轮椅的上肢外骨骼机器人中，所述传动机构为利用涡轮和蜗杆运作的二级传动机构，所述传动机构外包裹设有升降控制箱，所述升降控制箱通过底侧连接的齿条支架管安装在所述背部箱壳内，所述传动机构在所述手摇柄的驱动下控制所述齿条在所述齿条支架管内上下移动，且所述齿条的端部设有与所述宽度调节臂连接的齿条连接头。进一步地，在所述的基于轮椅的上肢外骨骼机器人中，所述手摇柄置于所述背部箱壳外部，所述背部箱壳上设有开槽，所述手摇柄贯穿所述开槽与所述升降控制箱内的所述传动机构驱动连接。进一步地，在所述的基于轮椅的上肢外骨骼机器人中，所述水平连接机构包括调节长度的宽度调节臂和前后调节臂，所述宽度调节臂通过中心转动关节与所述齿条活动相接，所述宽度调节臂和所述前后调节臂通过外侧转动关节活动相接，所述前后调节臂通过肩部竖直转动关节与所述外骨骼机械臂活动连接。进一步地，在所述的基于轮椅的上肢外骨骼机器人中，所述宽度调节臂包括第一旋转支架、第一套管和第一调节杆，所述第一旋转支架的端部设有套环，所述第一旋转支架通过套环与所述中心转动关节旋转连接；所述第一套管一端通过卡簧限位卡嵌在所述第一旋转支架内，另一端设有第一套管接头，所述第一套管接头上设有第一拧紧螺母；所述第一调节杆上设有第一滑槽，所述第一调节杆一端贯穿所述第一套管接头后插入所述第一套管内，另一端与所述外侧转动关节相接，所述第一套管接头控制所述第一套管沿所述第一滑槽方向移动，且所述第一拧紧螺母抵卡在所述第一滑槽上进行紧固限位。进一步地，在所述的基于轮椅的上肢外骨骼机器人中，所述第一套管于设有所述卡簧的一端处设有传感器和旋转元件，所述传感器通过传感器固定套设于所述第一套管的端部，所述旋转元件置于所述传感器固定套与所述卡簧之间。进一步地，在所述的基于轮椅的上肢外骨骼机器人中，所述前后调节臂包括第二旋转支架、第二套管、第二调节杆、调节块和支撑杆，所述第二旋转支架的端部设有套环，所述第二旋转支架通过套环与所述外侧转动关节旋转连接；所述调节块通过所述支撑杆与所述肩部竖直转动关节固连，所述调节块上设有第二拧紧螺母；所述第二套管上设有第二滑槽，所述调节块套卡在所述第二套管上，所述调节块沿所述第二滑槽方向在所述第二套管上移动，且所述第二拧紧螺母抵卡在所述第二滑槽上进行紧固限位；所述第二套管一端通过卡簧限位卡嵌在所述第二旋转支架内，另一端设有第二套管接头，所述第二调节杆一端贯穿所述第二套管接头后插入所述第二套管内，另一端与所述肩部竖直转动关节相接。进一步地，在所述的基于轮椅的上肢外骨骼机器人中，所述第二套管于设有所述卡簧的一端处设有传感器和旋转元件，所述传感器通过传感器固定套设于所述第二套管的端部，所述旋转元件置于所述传感器固定套与所述卡簧之间。进一步地，在所述的基于轮椅的上肢外骨骼机器人中，所述旋转元件包括旋转限位套、滚珠轴承和轴承定位套筒。进一步地，在所述的基于轮椅的上肢外骨骼机器人中，所述外骨骼机械臂包括依次连接的前臂单元、后臂单元和腕关节活动机构，所述前臂单元和后臂单元均由一对连接的肩肘转动关节和前后臂调节机构组成，所述前后臂调节机构上设有臂托，所述前臂单元的臂托与所述腕关节活动机构铰接。进一步地，在所述的基于轮椅的上肢外骨骼机器人中，所述肩肘转动关节包括驱动电机组件、电机连接座和电机连接件，所述驱动电机组件的输出轴贯穿所述电机连接座后与所述电机连接件连接，所述前后臂调节机构通过所述电机连接件在所述驱动电机组件的驱动下绕所述电机连接座的轴线旋转。进一步地，在所述的基于轮椅的上肢外骨骼机器人中，所述前后臂调节机构包括第三调节杆、套杆和套杆连接头，所述第三调节杆一端与所述电机连接件相接，另一端插设在所述套杆内，所述套杆与所述第三调节杆相接的端部设有所述套杆连接头，所述套杆通过所述套杆连接头卡固在所述第三调节杆上，所述臂托固定在所述套杆上。进一步地，在所述的基于轮椅的上肢外骨骼机器人中，所述腕关节活动机构包括腕关节旋转手柄、传感器固定件和角度传感器，所述腕关节旋转手柄的两端分别与所述臂托的两侧铰接，所述角度传感器通过所述传感器固定件固定在所述腕关节旋转手柄的铰接部位。与现有技术相比，本专利技术的有益效果主要体现在：创新性的将上肢康复机器人的机械臂安装在轮椅上，既可以借助于轮椅移动，又可以在轮椅上完成上肢的康复训练。精简了上肢康复机器人的体积，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。利用水平连接机构和外骨骼机械臂上的通过驱动电机控制运作是驱动关节，可辅助患者完成上肢的主被动康复训练，实现了轻量化和功能多样化的统一。同时，外骨骼机械臂结构轻便灵活，可实现肩关节收展、屈伸，内外旋，肘关节屈伸，腕关节屈伸共5个自由度的运动，四个长度的调节臂可以匹配不同体型患者，也可通过简单的操作实适用于更多患者，功能非常全面。附图说明图1为本专利技术中基于轮椅的上肢外骨骼机器人的结构示意图；图2为图1后视方向的结构示意图；图3为图1中背部固定机构的结构示意图；图4为图1中水平连接机构的爆炸分解图；图5为图1中外骨骼机械臂的前臂单元的结构示意图；图6为图1中外骨骼机械臂的后臂单元的结构示意图。其中：机架11、固定件12、绑带13、背部箱壳141、开槽142、齿条211、齿条连接头212、齿条支架管213、升降控制箱22本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于轮椅的上肢外骨骼机器人，其特征在于，包括背部固定机构、垂直升降机构、水平连接机构和外骨骼机械臂，其中：所述背部固定机构包括机架、固定件、绑带和背部箱壳，所述固定件和绑带均对称的设于所述机架的两侧，所述背部箱壳设于所述机架上；所述垂直升降机构包括齿条、传动机构和手摇柄，所述传动机构设于所述背部箱壳内，所述手摇柄驱动所述传动机构控制所述齿条上下移动，所述齿条的顶端垂直贯穿所述背部箱壳的顶侧；所述水平连接机构一端与所述外骨骼机械臂活动连接，另一端与所述齿条活动连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于轮椅的上肢外骨骼机器人，其特征在于，包括背部固定机构、垂直升降机构、水平连接机构和外骨骼机械臂，其中：所述背部固定机构包括机架、固定件、绑带和背部箱壳，所述固定件和绑带均对称的设于所述机架的两侧，所述背部箱壳设于所述机架上；所述垂直升降机构包括齿条、传动机构和手摇柄，所述传动机构设于所述背部箱壳内，所述手摇柄驱动所述传动机构控制所述齿条上下移动，所述齿条的顶端垂直贯穿所述背部箱壳的顶侧；所述水平连接机构一端与所述外骨骼机械臂活动连接，另一端与所述齿条活动连接。2.根据权利要求1所述的基于轮椅的上肢外骨骼机器人，其特征在于，所述传动机构为利用涡轮和蜗杆运作的二级传动机构，所述传动机构外包裹设有升降控制箱，所述升降控制箱底侧连接的齿条支架管安装在所述背部箱壳内，所述传动机构在所述手摇柄的驱动下控制所述齿条在所述齿条支架管内上下移动，且所述齿条的端部设有与所述宽度调节臂连接的齿条连接头。3.根据权利要求2所述的基于轮椅的上肢外骨骼机器人，其特征在于，所述手摇柄置于所述背部箱壳外部，所述背部箱壳上设有开槽，所述手摇柄贯穿所述开槽与所述升降控制箱内的所述传动机构驱动连接。4.根据权利要求1所述的基于轮椅的上肢外骨骼机器人，其特征在于，所述水平连接机构包括调节长度的宽度调节臂和前后调节臂，所述宽度调节臂通过中心转动关节与所述齿条活动相接，所述宽度调节臂和所述前后调节臂通过外侧转动关节活动相接，所述前后调节臂通过肩部竖直转动关节与所述外骨骼机械臂活动连接。5.根据权利要求4所述的基于轮椅的上肢外骨骼机器人，其特征在于，所述宽度调节臂包括第一旋转支架、第一套管和第一调节杆，所述第一旋转支架的端部设有套环，所述第一旋转支架通过套环与所述中心转动关节旋转连接；所述第一套管一端通过卡簧限位卡嵌在所述第一旋转支架内，另一端设有第一套管接头，所述第一套管接头上设有第一拧紧螺母；所述第一调节杆上设有第一滑槽，所述第一调节杆一端贯穿所述第一套管接头后插入所述第一套管内，另一端与所述外侧转动关节相接，所述第一套管接头控制所述第一套管沿所述第一滑槽方向移动，且所述第一拧紧螺母抵卡在所述第一滑槽上进行紧固限位。6.根据权利要求5所述的基于轮椅的上肢外骨骼机器人，其特征在于，所述第一套管于设有所述卡簧的一端处设有传感器和旋转元件，所述传感器通过传感器固定套设于所述第一套管的端部，所述旋转元件置于所述传感器固定套与所述卡簧之间。7.根据权利要求4所述的基于轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻洪流，余灵，王露露，王峰，余杰，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