【技术实现步骤摘要】
一种轻量型多自由度仿生柔性外骨骼式上肢助力机器人
本专利技术属于外骨骼机器人技术人体生物力学和医疗康复领域，具体地说是一种轻量型多自由度仿生柔性外骨骼式上肢助力机器人。
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，人体中枢神经系统具有高度可塑性，对于中风偏瘫等上肢运动功能障碍患者，除早期手术治疗和必要的药物治疗外，尽早介入科学有效的康复训练，有助于促进神经系统的功能重组、代偿和再生，恢复中枢神经对肢体运动的支配与控制，增强肌肉力量，提高患者上肢运动能力，并有效预防肌肉萎缩，关节挛缩等并发症。然而，人体上肢动作精细，上肢功能在大脑中占有较大区域，功能恢复较慢。传统的上肢康复训练多依赖治疗师通过人力协调患者完成被动康复训练，存在诸多局限，如患者认知能力参与性差，训练方法单一枯燥，不利于脑功能重塑；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等，影...
【技术保护点】
1.一种轻量型多自由度仿生柔性外骨骼式上肢助力机器人，其特征在于：包括用于支撑上肢助力机器人的轮椅基座(9000)，该轮椅基座(9000)的两侧结构相同，每侧均包括依次连接的腕部掌屈/背屈运动组件(1000)、前臂内旋/外旋运动组件(2000)、肘部屈伸运动组件(3000)、盂肱关节运动组件(5000)及肩胛带运动组件(6000)，其中腕部掌屈/背屈运动组件(1000)、前臂内旋/外旋运动组件(2000)及肘部屈伸运动组件(3000)分别具有带动各自运动组件转动的套索驱动轮，所述盂肱关节运动组件(5000)包括依次串联的盂肱前伸/后缩关节(5100)、盂肱内旋/外旋关节(5...
【技术特征摘要】
1.一种轻量型多自由度仿生柔性外骨骼式上肢助力机器人，其特征在于：包括用于支撑上肢助力机器人的轮椅基座(9000)，该轮椅基座(9000)的两侧结构相同，每侧均包括依次连接的腕部掌屈/背屈运动组件(1000)、前臂内旋/外旋运动组件(2000)、肘部屈伸运动组件(3000)、盂肱关节运动组件(5000)及肩胛带运动组件(6000)，其中腕部掌屈/背屈运动组件(1000)、前臂内旋/外旋运动组件(2000)及肘部屈伸运动组件(3000)分别具有带动各自运动组件转动的套索驱动轮，所述盂肱关节运动组件(5000)包括依次串联的盂肱前伸/后缩关节(5100)、盂肱内旋/外旋关节(5200)及盂肱外展/内收关节(5300)，所述肩胛带运动组件(6000)包括彼此串联的肩胛带前伸/后缩关节(6100)及肩胛带上提/下落关节(6200)，所述盂肱前伸/后缩关节(5100)与肘部屈伸运动组件(3000)相连，所述上臂固定组件(4000)连接于该盂肱前伸/后缩关节(5100)，所述盂肱外展/内收关节(5300)与所述肩胛带前伸/后缩关节(6100)连接，所述肩胛带上提/下落关节(6200)与所述轮椅基座(9000)相连；所述盂肱前伸/后缩关节(5100)、盂肱内旋/外旋关节(5200)、盂肱外展/内收关节(5300)、肩胛带前伸/后缩关节(6100)、肩胛带上提/下落关节(6200)及腕部掌屈/背屈运动组件(1000)、前臂内旋/外旋运动组件(2000)和肘部屈伸运动组件(3000)各自的套索驱动轮分别通过一个套索驱动单元(8000)控制，各所述套索驱动单元(8000)分别安装在轮椅基座(9000)上；所述外骨骼式上肢助力机器人通过各套索驱动单元(8000)的驱动控制具有腕部的掌屈/背屈、前臂的内旋/外旋、肘部屈伸以及盂肱关节的前伸/后缩、外展/内收、内旋/外旋和肩胛带的上提/下落、前伸/后缩八个自由度。2.根据权利要求1所述轻量型多自由度仿生柔性外骨骼式上肢助力机器人，其特征在于：所述腕部掌屈/背屈运动组件(1000)包括软体束缚带A(1001)、软体束缚带B(1002)、软体束缚带C(1003)、末端辅助手柄(1004)、软体靠模(1005)手背靠板(1006)、腕部摆动板(1007)、腕部摆动支撑架(1009)、多维力传感器(1010)、腕部掌屈/背屈安装座(1011)、角度编码器A(1012)、角度编码器支撑板A(1013)、套索安装定位块A(1014)、套索安装定位板(1015)、腕部掌屈/背屈限位板(1016)、同步带A(1017)、拉线(1018)、套索驱动轮A(1019)及驱动轮转轴A(1020)，该手背靠板(1006)与手掌接触的一侧安装有软体靠模(1005)，所述软体束缚带B(1002)与软体束缚带C(1003)的两端分别固定于该软体靠模(1005)的上下边缘，所述手背靠板(1006)的另一侧通过多维力传感器(1010)与腕部摆动板(1007)相连，该多维力传感器(1010)通过在手背靠板(1006)上开设有槽型孔实现位置可调，进而实现该手背靠板(1006)与腕部摆动板(1007)之间相对距离的调整，并在调整好后锁紧于所述手背靠板(1006)；所述手背靠板(1006)上分别安装有末端辅助手柄(1004)及软体束缚带A(1001)，该末端辅助手柄(1004)安装在所述手背靠板(0106)的末端，所述软体束缚带A(1001)的两端均固定于手背靠板(1006)的背侧，并对所述软体束缚带B(1002)、末端辅助手柄(1004)及患者五个手指进行包络；所述腕部摆动支撑架(1009)的一端与腕部摆动板(1007)的一端转动连接，该腕部摆动板(1007)的另一端与所述套索驱动轮A(1019)连动、且与所述驱动轮转轴A(1020)固接，所述腕部摆动支撑架(1009)的另一端与该驱动轮转轴A(1020)转动连接；所述腕部摆动支撑架(1009)上安装有套索安装定位板(1015)，角度编码器A(1012)通过角度编码器支撑板A(1013)安装在该套索安装定位板(1015)上，角度编码器支撑板A(1013)通过其上开设的槽型孔实现在套索安装定位板(1015)上的安装位置可调，进而实现所述角度编码器A(1012)与驱动轮转轴A(1020)之间中心距的调整，并在调整好后锁紧于所述套索安装定位板(1015)；所述角度编码器A(1012)通过同步带A(1017)与驱动轮转轴A(1020)相连，所述套索驱动轮A(1019)通过拉线(1018)与所述套索驱动单元(8000)相连，该拉线(118)分别由套索安装定位板(115)及安装在套索安装定位板(1015)上的套索安装定位块A(1014)穿过；所述腕部摆动支撑架(1009)上安装有腕部掌屈/背屈限位板(1016)，该腕部掌屈/背屈限位板(1016)的一端固定在腕部摆动支撑架(1009)上，另一端位于所述套索驱动轮A(1019)的下方；所述套索驱动轮A(1019)上分别开设有腕部掌屈/背屈限位螺纹孔(1022)及用于固定拉线(1018)的拉线安装孔(1021)，该腕部掌屈/背屈限位螺纹孔(1022)上安装有随套索驱动轮A(1019)转动的螺栓，所述螺栓在转动过程中通过腕部掌屈/背屈限位板(1016)的另一端进行限位；所述套索驱动轮A(1019)由套索驱动单元(8000)驱动旋转，进而通过所述腕部摆动板(1007)带动手背靠板(1006)进行掌屈/背屈；所述腕部摆动支撑架(1009)安装有腕部掌屈/背屈安装座(1011)，所述腕部掌屈/背屈运动组件(100)通过该腕部掌屈/背屈安装座(1011)与前臂内旋/外旋运动组件(2000)连接。3.根据权利要求1所述轻量型多自由度仿生柔性外骨骼式上肢助力机器人，其特征在于：所述前臂内旋/外旋运动组件(2000)包括同步带轮转接件(2001)、同步带轮A(2002)、同步带B(2003)、同步带轮B(2004)、同步带轮调整杆(2005)、同步带轮轴(2006)、连杆A(2007)、连杆B(2008)、连杆C(2009)、连杆D(2010)、内旋/外旋保持架(2011)、套索驱动轮B(2012)、驱动轮转轴B(2013)、前臂内旋/外旋限位板(2014)、角度编码器B(2015)及角度编码器支撑板B(2016)，该内旋/外旋保持架(2011)的一端位置可调地与所述肘部屈伸运动组件(3000)连接，另一端分别固接有连杆D(2010)、前臂内旋/外旋限位板(2014)和角度编码器支撑板B(2016)，所述连杆A(2007)为“T”形，该“T”形一条边的一端与连杆B(2008)转动连接，该连杆B(2008)的另一端与所述连杆D(2010)的一端转动连接，所述同步带轮B(2004)和连杆C(2009)的一端固定连接，并与所述“T”形一条边的另一端转动连接，该连杆C(2009)的另一端及套索驱动轮B(2012)分别固接于驱动轮转轴B(2013)上，该驱动轮转轴B(2013)与所述连杆D(2010)的另一端转动连接；所述同步带轮转接件(2001)与腕部掌屈/背屈运动组件(1000)连接，该同步带轮转接件(2001)和同步带轮A(2002)分别固定安装在同步带轮轴(2006)上，并与所述同步带轮调整杆(2005)的一端转动连接，该同步带轮调整杆(2005)的另一端通过开设的槽型孔实现与“T”形连杆A(2007)的另一条边位置可调地相连，进而调整所述同步带轮A(2002)与同步带轮B(2004)之间的中心距离；“T”形所述连杆A(2007)的另一条边上开设导向槽，所述同步带轮调整杆(2005)的另一端在该导向槽内移动，并在移动到位后锁紧，所述同步带二(2003)安装在同步带轮A(2002)和同步带轮B(2004)上；所述连杆A(2007)、连杆B(2008)、连杆C(2009)、连杆D(2010)形成的平行四边形机构，所述同步带轮A(2002)、同步带B(2003)、同步带轮B(2004)形成的同步带传动机构，所述套索驱动轮B(2012)通过拉线(1018)与所述套索驱动单元(8000)相连，该套索驱动轮B(2012)由套索驱动单元(8000)驱动旋转，进而通过所述平行四边形机构和同步带传动机构带动同步带轮转接件(2001)绕前臂内旋/外旋转轴中心线(J2)同步转动，所述前臂内旋/外旋转轴中心线(J2)与人体前臂内旋/外旋转轴中心线在运动范围内重合，且所述前臂内旋/外旋转轴中心线(J2)与腕部掌屈/背屈轴线(J1)转动垂直相交于点O；所述前臂内旋/外旋限位板(2014)的一端固定在内旋/外旋保持架(2011)上，另一端位于所述套索驱动轮B(2012)的下方；所述套索驱动轮B(2012)上分别开设有前臂内旋/外旋限位螺纹孔及用于固定拉线(1018)的拉线安装孔，该前臂内旋/外旋限位螺纹孔上安装有随套索驱动轮B(2012)转动的螺栓，所述螺栓在转动过程中通过前臂内旋/外旋限位板(2014)的另一端进行限位；所述角度编码器B(2015)安装在角度编码器支撑板B(2016)上，并与所述驱动轮转轴B(2013)连接。4.根据权利要求1所述轻量型多自由度仿生柔性外骨骼式上肢助力机器人，其特征在于：所述肘部屈伸运动组件(3000)包括与前臂内旋/外旋运动组件(20...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘连庆，杨铁，于鹏，赵亮，李宁，常俊玲，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21
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