【技术实现步骤摘要】
轻量型多自由度肩部复合体仿生助力柔性外骨骼
本技术涉及人体生物力学和医疗康复领域中的外骨骼机器人，具体地说是一种轻量型多自由度肩部复合体仿生助力柔性外骨骼。
技术介绍
我国中风发病率世界第一，随着生活节奏和人口老龄化加快、生活压力增大，心脑血管及神经系统疾病造成的中风偏瘫患者逐年增加，其中约3/4患者有不同程度的神经损伤和功能运动障碍，严重影响生活质量。研究表明，中枢神经系统具有高度可塑性，对偏瘫患肢展开及时有效的康复训练，有助于恢复中枢神经对肢体运动的支配与控制，增强肌肉力量，重塑患肢运动功能，并有效预防肌肉萎缩，骨质疏松等并发症。传统临床方法主要以医生徒手康复训练为主，存在诸多局限，如康复效率低，劳动强度大；治疗效果受医生经验和水平影响较大，无法精确控制训练参数；无法对康复训练进行客观评价。康复外骨骼系统是将机器人技术引入临床康复医学领域而产生的一种辅助或替代医生完成患者康复训练的机器人系统。上肢康复外骨骼可穿戴于患肢外侧，对其进行准确、持续、有效的上肢康复训练治疗，同时通过感知系统可对人机交互力信息、人体运动学和生理学数据实时记录，提高患者穿戴舒适性，实时定量评估康复训练效果，为改进和优化康复方案提供客观依据。康复外骨骼是典型的人机一体化系统，人—机关节运动轴线不匹配会造成关节疼痛、运动空间受限等影响康复训练效果，甚至造成患肢二次伤害，因此，康复外骨骼设计时要求尽可能实现人—机关节运动轴线相匹配。然而，目前的上肢康复外骨骼在肩部复合体康复训练方面仍存在较大缺陷。人体肩部是由盂肱关节和肩胛带组成的肩部复合体，具有灵活性、高稳定性差的特点。盂肱关节为球窝...
【技术保护点】
1.一种轻量型多自由度肩部复合体仿生助力柔性外骨骼，其特征在于：包括作为安装基础的基座组件(500)，该基座组件(500)上部的两侧结构相同，每侧均包括上臂固定组件(100)、盂肱关节运动组件(200)及肩胛带运动组件(300)，其中盂肱关节运动组件(200)包括依次串联的盂肱前伸/后缩关节(210)、盂肱内旋/外旋关节(220)及盂肱外展/内收关节(230)，所述肩胛带运动组件(300)包括彼此串联的肩胛带前伸/后缩关节(310)及肩胛带上提/下落关节(320)，所述上臂固定组件(100)与盂肱前伸/后缩关节(210)连接，所述盂肱外展/内收关节(230)与所述肩胛带前伸/后缩关节(310)连接，所述肩胛带上提/下落关节(320)与基座组件(500)相连；所述盂肱前伸/后缩关节(210)、盂肱内旋/外旋关节(220)、盂肱外展/内收关节(230)、肩胛带前伸/后缩关节(310)及肩胛带上提/下落关节(320)分别通过一个套索驱动单元(400)控制，各所述套索驱动单元(400)分别安装在基座组件(500)上；所述肩部复合体仿生助力柔性外骨骼通过各套索驱动单元(400)的驱动控制具有盂肱...
【技术特征摘要】
1.一种轻量型多自由度肩部复合体仿生助力柔性外骨骼，其特征在于：包括作为安装基础的基座组件(500)，该基座组件(500)上部的两侧结构相同，每侧均包括上臂固定组件(100)、盂肱关节运动组件(200)及肩胛带运动组件(300)，其中盂肱关节运动组件(200)包括依次串联的盂肱前伸/后缩关节(210)、盂肱内旋/外旋关节(220)及盂肱外展/内收关节(230)，所述肩胛带运动组件(300)包括彼此串联的肩胛带前伸/后缩关节(310)及肩胛带上提/下落关节(320)，所述上臂固定组件(100)与盂肱前伸/后缩关节(210)连接，所述盂肱外展/内收关节(230)与所述肩胛带前伸/后缩关节(310)连接，所述肩胛带上提/下落关节(320)与基座组件(500)相连；所述盂肱前伸/后缩关节(210)、盂肱内旋/外旋关节(220)、盂肱外展/内收关节(230)、肩胛带前伸/后缩关节(310)及肩胛带上提/下落关节(320)分别通过一个套索驱动单元(400)控制，各所述套索驱动单元(400)分别安装在基座组件(500)上；所述肩部复合体仿生助力柔性外骨骼通过各套索驱动单元(400)的驱动控制具有盂肱关节的前伸/后缩、外展/内收、内旋/外旋以及肩胛带的上提/下落和前伸/后缩五个自由度。2.根据权利要求1所述的轻量型多自由度肩部复合体仿生助力柔性外骨骼，其特征在于：所述上臂固定组件(100)包括上臂保持架(101)、软体束缚带(102)、上臂支撑杆(103)及多维力传感器(104)，该上臂支撑杆(103)的两端分别连接有上臂保持架(101)，两端的所述上臂保持架(101)的一侧均安装在所述上臂支撑杆(103)上开设的导向沟槽内、可在该导向沟槽内移动，并在间距调整好后与所述上臂支撑杆(103)定位锁紧，两端的所述上臂保持架(101)的另一侧内部附着有软体束缚带(102)；在所述上臂支撑杆(103)上安装有用于连接上臂支撑杆(103)和盂肱关节运动组件(200)的多维力传感器(104)。3.根据权利要求1所述的轻量型多自由度肩部复合体仿生助力柔性外骨骼，其特征在于：所述盂肱前伸/后缩关节(210)的盂肱前伸/后缩关节旋转轴中心线(J2)、盂肱内旋/外旋关节(220)的盂肱内旋/外旋关节旋转轴中心线(J3)及盂肱外展/内收关节(230)的盂肱外展/内收旋转轴中心线(J4)非垂直相交于盂肱关节运动中心(O)；所述盂肱前伸/后缩关节(210)包括通过旋转装置(240)转动连接的盂肱前伸/后缩执行臂(211)和盂肱前伸/后缩支撑臂(212)，该盂肱前伸/后缩执行臂(211)与所述上臂固定组件(100)相连，所述盂肱内旋/外旋关节(220)包括通过旋转装置(240)转动连接的盂肱内旋/外旋执行臂(221)和盂肱内旋/外旋支撑臂(222)，所述盂肱外展/内收关节(230)包括通过旋转装置(240)转动连接的盂肱外展/内收执行臂(231)和盂肱外展/内收支撑臂(232)，该盂肱外展/内收支撑臂(232)与所述肩胛带前伸/后缩关节(310)相连；所述盂肱前伸/后缩支撑臂(212)与盂肱内旋/外旋执行臂(221)之间以及盂肱内旋/外旋支撑臂(222)与盂肱外展/内收执行臂(231)之间相互连接；各所述旋转装置(240)均与各自的套索驱动单元(400)连接，由各自的所述套索驱动单元(400)提供盂肱关节的前伸/后缩、内旋/外旋及外展/内收的驱动力矩。4.根据权利要求3所述的轻量型多自由度肩部复合体仿生助力柔性外骨骼，其特征在于：所述盂肱前伸/后缩支撑臂(212)、盂肱内旋/外旋执行臂(221)、盂肱内旋/外旋支撑臂(222)及盂肱外展/内收执行臂(231)上分别均匀开设有多个螺栓孔，该盂肱内旋/外旋执行臂(221)及盂肱外展/内收执行臂(231)上均设有凹槽，所述盂肱前伸/后缩支撑臂(212)、盂肱内旋/外旋支撑臂(222)通过该凹槽分别与盂肱内旋/外旋执行臂(221)及盂肱外展/内收执行臂(231)插接、并可调整盂肱前伸/后缩支撑臂(212)与盂肱内旋/外旋执行臂(221)之间以及盂肱内旋/外旋支撑臂(222)与盂肱外展/内收执行臂(231)之间的间距，在调整好后通过螺栓插入螺栓孔中固定。5.根据权利要求3所述的轻量型多自由度肩部复合体仿生助力柔性外骨骼，其特征在于：所述盂肱前伸/后缩关节旋转中心线(J2)与人体矢状面垂直，所述盂肱内旋/外旋关节旋转中心线(J3)与盂肱前伸/后缩关节旋转中心线(J2)之间的夹角朝向人体外侧，盂肱内旋/外旋关节旋转中心线(J3)与人体冠状面之间的夹角朝向人体的后侧，所述盂肱外展/内收旋转中心线(J4)与盂肱前伸/后缩关节旋转中心线(J2)之间的夹角朝向人体外侧。6.根据权利要求1所述的轻量型多自由度肩部复合体仿生助力柔性外骨骼，其特征在于：所述肩胛带前伸/后缩关节(310)包括肩胛带伸缩执行臂(311)、肩胛带伸缩支撑臂(316)、旋转装置(240)及肩胛带伸缩摆动臂组件，该肩胛带伸缩执行臂(311)与肩胛带伸缩支撑臂(316)相对设置，并通过两组所述伸缩摆动臂组件相连，形成可伸缩的平行四边形机构；每组伸缩摆动臂组件均包括彼此可伸缩相连的肩胛带伸缩摆动臂A(312)和肩胛带伸缩摆动臂B(315)，两组中的肩胛带伸缩摆动臂A(312)和肩胛带伸缩摆动臂B(315)中的任一个的一端通过所述旋转装置(240)与肩胛带伸缩执行臂(311)或肩胛带伸缩支撑臂(316)转动连接，其余的伸缩摆动臂的一端与肩胛带伸缩执行臂(311)或肩胛带伸缩支撑臂(316)转动连接；所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘连庆，杨铁，赵亮，李宁，于鹏，常俊玲，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：新型
国别省市：辽宁,21
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