一种全上肢外骨骼康复机器人制造技术

一种全上肢外骨骼康复机器人，包括外骨骼执行机构和传动驱动机构，肩部外骨骼、肘部外骨骼、腕部外骨骼以及手部外骨骼均为镜像互换结构，拇指模块和四个指模块分别为三层簧片耦合驱动结构，手掌模块驱动拇指模块和四个指模块；所述腕部外骨骼包括簧片模块和线轮环模块，手掌模块和簧片模块连接；所述肘部外骨骼包括前臂模块和上臂模块；上臂模块通过内置的被动补偿机构与前臂模块带有的双扭簧机构连接在一起，前臂模块与簧片模块连接；所述肩部外骨骼包括平行四连杆、固定支架、被动骨架一、被动骨架二和上臂线轮环模块，平行四连杆与背部固定起被动补偿作用。本发明专利技术采用并串联‑线驱动结构，运动舒适自然，具有镜像互换功能。

【技术实现步骤摘要】
一种全上肢外骨骼康复机器人
本专利技术涉及一种外骨骼，具体涉及一种全上肢外骨骼康复机器人，属于机器人领域。
技术介绍
中风患者因失去了其运动功能丧失了生活自理的能力，严重者身体完全瘫痪，而中风后导致偏瘫的概率达百分之五十以上。上肢作为人体在日常生活中使用最频繁的肢体,因此上肢的康复训练成为中风患者最急需康复的内容。康复训练通常采用的方法是由医护人员或患者家属等进行人工康复训练，采用辅助患者进行长时间上肢屈曲、伸展等康复运动，来促进神经系统康复。但是这种人工辅助康复训练存在着消耗大量人力、效率低、成本高昂等不足。而通过康复机器人带动患者进行康复训练，从而节约人力与成本，是一种弥补人工康复训练不足的方式。人体上肢共有27个自由度，其中手掌20个自由度，手部简化运动学模型主要特征为：各手指均具有4个转动自由度；拇指腕掌关节和其余4指的掌指关节有2个自由度，拇指掌指关节和其余4指的指间关节均具有1个自由度。由于手部关节众多，在上肢康复训练中通常以实现手部张合动作为主要目标。手臂有肩关节弯曲伸展、内收外展、内旋外旋3个自由度，肘关节弯曲伸展1个自本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全上肢外骨骼康复机器人，包括外骨骼执行机构和传动驱动机构，所述外骨骼执行机构包括肩部外骨骼、肘部外骨骼、腕部外骨骼以及手部外骨骼，手部外骨骼连接在腕部外骨骼上，腕部外骨骼连接在肘部外骨骼上，肘部外骨骼连接在肩部外骨骼上；/n其特征在于：肩部外骨骼、肘部外骨骼、腕部外骨骼以及手部外骨骼均为镜像互换结构，所述手部外骨骼(A)包括拇指模块(A2)、手掌模块(A3)和四个指模块(A1)，拇指模块(A2)和四个指模块(A1)分别与手掌模块(A3)连接；拇指模块(A2)和四个指模块(A1)分别为三层簧片耦合驱动结构，手掌模块(A3)驱动拇指模块(A2)和四个指模块(A1)，拇指模块(A2)通过手掌...

【技术特征摘要】
1.一种全上肢外骨骼康复机器人，包括外骨骼执行机构和传动驱动机构，所述外骨骼执行机构包括肩部外骨骼、肘部外骨骼、腕部外骨骼以及手部外骨骼，手部外骨骼连接在腕部外骨骼上，腕部外骨骼连接在肘部外骨骼上，肘部外骨骼连接在肩部外骨骼上；
其特征在于：肩部外骨骼、肘部外骨骼、腕部外骨骼以及手部外骨骼均为镜像互换结构，所述手部外骨骼(A)包括拇指模块(A2)、手掌模块(A3)和四个指模块(A1)，拇指模块(A2)和四个指模块(A1)分别与手掌模块(A3)连接；拇指模块(A2)和四个指模块(A1)分别为三层簧片耦合驱动结构，手掌模块(A3)驱动拇指模块(A2)和四个指模块(A1)，拇指模块(A2)通过手掌模块(A3)上的定型软管(A3-0)实现弯折；
所述腕部外骨骼(B)包括簧片模块(B1)和线轮环模块(B2)，簧片模块(B1)与线轮环模块(B2)插接在一起，线轮环模块(B2)与簧片模块(B1)通过插接方式实现腕部穿戴的镜像互换，手掌模块(A3)和簧片模块(B1)连接；
所述肘部外骨骼(C)包括前臂模块(C1)和上臂模块(C2)；上臂模块(C2)通过内置的被动补偿机构与前臂模块(C1)带有的双扭簧机构连接在一起，前臂模块(C1)与簧片模块(B1)连接；
所述传动驱动机构(F)分别将动力通过鲍登线传递给肩部外骨骼(D)、肘部外骨骼(C)、腕部外骨骼(B)以及手部外骨骼(A)，肩部外骨骼(D)采用并联线驱动机构实现肩关节弯曲伸展、内收外展和内旋外旋，肘部外骨骼(C)采用鲍登线扭簧拮抗布置实现肘关节弯曲和伸展，腕部外骨骼(B)采用双簧片实现腕关节弯曲伸展和内收外展，腕部外骨骼(B)采用线轮环实现腕关节内旋外旋，手部外骨骼(A)采用三层簧片耦合结构实现手指关节的弯曲或伸展。


2.根据权利要求1所述一种全上肢外骨骼康复机器人，其特征在于：每个所述指模块(A1)包括远节指骨座(A1-1)、中节指骨座(A1-2)、近节指骨座(A1-3)、掌骨座(A1-4)、底层簧片(A1-5)、中层簧片(A1-6)、远端指间上层簧片(A1-7)、近端指间上层簧片(A1-8)、掌指上层簧片(A1-9)和掌指连接件(A1-11)；
掌骨座(A1-4)固定在手掌模块(A3)上，底层簧片(A1-5)贯穿固定在远节指骨座(A1-1)、中节指骨座(A1-2)、近节指骨座(A1-3)和掌骨座(A1-4)上，中层簧片(A1-6)远端与远节指骨座(A1-1)固接，并滑动贯穿中节指骨座(A1-2)、近节指骨座(A1-3)和掌骨座(A1-4)，近端与掌指连接件(A1-11)固接，远端指间上层簧片(A1-8)远端与远节指骨座(A1-1)固定、且近端限制在中节指骨座(A1-2)的限位槽中运动，近端指间上层簧片(A1-8)远端与中节指骨座(A1-2)固定、且近端限制在近节指骨座(A1-3)的限位槽中运动，掌指上层簧片(A1-9)远端与近节指骨座(A1-3)固定、且近端限制在掌骨座(A1-4)的限位槽中运动，掌指连接件(A1-11)可滑动地设置在掌骨座(A1-4)和手掌模块(A3)内。


3.根据权利要求2所述一种全上肢外骨骼康复机器人，其特征在于：所述拇指模块(A2)包括拇指远节指骨座(A2-1)、拇指近节指骨座(2-2)、拇指掌骨座(A2-3)、拇指底层簧片(A2-4)、拇指中层簧片(A2-5)、指间上层簧片(A2-6)、拇指掌指上层簧片(A2-7)和拇指掌指连接件(A2-8)；拇指掌骨座(A2-3)固定在手掌模块(A3)上，拇指底层簧片(A2-4)固定于拇指远节指骨座(A2-1)、拇指近节指骨座(A2-2)和拇指掌骨座(A2-3)上，拇指中层簧片(A2-5)远端与拇指远节指骨座(A2-1)固定，滑动贯穿拇指近节指骨座(A2-2)和拇指掌骨座(A2-3)，近端与拇指掌指连接件(A2-8)固接，指间上层簧片(A2-6)远端与拇指远节指骨座(A2-1)固定、且近端限制在拇指近节指骨座(A2-2)的限位槽中运动，拇指掌指上层簧片(A2-7)远端与拇指近节指骨座(A2-2)固定、且近端限制在拇指掌骨座(A2-3)的限位槽中运动，拇指掌指连接件(A2-8)可滑动地设置于拇指掌骨座(A2-3)和手掌模块(A3)内。


4.根据权利要求2或3所述一种全上肢外骨骼康复机器人，其特征在于：所述手掌模块(A3)包括四指掌模块(A3-1)和拇指掌模块(A3-2)；
四指掌模块(A3-1)包括掌背座外壳(A3-1-1)、四指引导件(A3-1-2)、四指连接件(A3-1-3)、四指齿条(3-1-4)、四指齿轮(A3-1-5)和四指线轮(A3-1-6)；四指引导件(A3-1-2)安装在掌背座外壳(A3-1-1)的手腕侧，掌指连接件(A1-11)可滑动地设置在掌背座外壳(A3-1-1)内并与四指连接件(A3-1-3)连接，四指齿轮(A3-1-5)和四指线轮(A3-1-6)同轴可转动地安装在掌背座外壳(A3-1-1)内，四指齿轮(A3-1-5)与四指齿条(A3-1-4)啮合，四指齿条(A3-1-4)可滑动地设置在掌背座外壳(A3-1-1)内并与四指连接件(A3-1-3)固接，四指连接件(A3-1-3)由四指引导件(A3-1-2)导向可滑动地设置在掌骨座外壳(A3-1-1)内，掌背座外壳(A3-1-1)通过定型软管(A3-0)与拇指掌模块(A3-2)连接。


5.根据权利要求4所述一种全上肢外骨骼康复机器人，其特征在于：所述拇指掌模块(A3-2)包括拇指背座外壳(A3-21)、拇指连接件(A3-22)、拇指引导件(A3-23)、拇指齿条(A3-24)、拇指齿轮(A3-25)和拇指线轮(A3-26)；掌背座外壳(A3-1-1)通过定型软管(A3-0)与拇指背座外壳(A3-21)连接，拇指导引件(A3-23)安装在拇指背座外壳(A3-21)的手腕侧，拇指掌指连接件(A2-8)可滑动地设置在拇指背座外壳(A3-21)内并与拇指连接件(A3-22)连接，拇指齿轮(A3-25)和拇指线轮(A3-26)同轴可转动安装在拇指背座外壳(A3-21)内，拇指齿轮(A3-25)与拇指齿条(A3-24)啮合，拇指齿条(A3-24)可滑动地设置在拇指背座外壳(A3-21)内并与拇指连接件(A3-22)固接，拇指连接件(A3-22)由拇指引导件(A3-23)导向可滑动地设置在拇指背座外壳(A3-21)内。


6.根据权利要求5所述一种全上肢外骨骼康复机器人，其特征在于：簧片模块(B1)包括固定盖(B1-0)、掌背座(B1-1)、两个执行线轮(B1-2)、两个齿轮(B1-3)、两个齿条(B1-4)、两个簧片连接件(B1-5)、两个簧片(B1-6)和两个前臂外壳(B1-7)；
两个簧片连接件(B1-5)可滑动地设置在其中一个前臂外壳(B1-7)的内壁上，两个齿条(B1-4)平行设置，并分别与两个簧片连接件(B1-5)连接，两个齿轮(B1-3)和两个执行线轮(B1-2)可转动地安装在前臂外壳(B1-2)的内壁上，两个齿条(B1-4)分别与两个齿轮(B1-3)啮合，两个簧片(B1-6)移动方向与两个齿条(B1-4)的移动方向平行，两个簧片(B1-6)一端可转动地设置在两个簧片连接件(B1-5)上，两个簧片(B1-6)的另一端可转动地设置在掌背座(B1-1)上，固定盖(B1-0)连接在所述其中一个前臂外壳(B1-7)的内壁上约束两个执行线轮(B1-2)、两个齿轮(B1-3)、两个齿条(B1-4)和两个簧片连接件(B1-5)。


7.根据权利要求6所述一种全上肢外骨骼康复机器人，其特征在于：所述线轮环模块(B2)包括内环(B2-1)、外环(B2-2)和七个引导线轮(B2-3)；内环(B2-1)的内侧面做有带有母插槽的插台，前臂外壳(B1-7)上做有带有子插槽的接台，插台上开有能插接接台的母插槽，接台上开有能插接插台的子插槽，其中五个引导线轮(B2-3)沿周向可转动地设置于内环(B2-1)的端面上，另外两个引导线轮(B2-3)可转动地设置在外环(B2-2)的端面上，内环(B2-1)与外环(B2-2)扣合后可约束七个引导线轮(B2-3)，内环(B2-1)与外环(B2-2)相对转动。


8.根据权利要求7所述一种全上肢外骨骼康复机器人，其特征在于：所述双扭簧机构对称布置在两个前臂外壳(B1-7)两侧，每个所述扭簧机构包括前臂母连杆(C1-31)、前臂子连杆(C1-32)、前臂连杆盖(C1-33)、扭簧外壳(C1-34)、扭簧(C1-35)和扭簧盖(C1-36)；
前臂母连杆(C1-31)与外环(B2-2)端面的凸耳连接，前臂子连杆(C1-32)一端与前臂母连杆(C1-31)连接且二者长度方向长度可调，前臂子连杆(C1-32)另一端与扭簧外壳(C1-34)配合，扭簧(C1-35)的一端插入前臂子连杆(1-32)另一端的凹槽内被固定，另一端插入扭簧外壳(C1-34)的凹槽内...

【专利技术属性】
技术研发人员：张福海，付宜利，林乐庚，杨磊，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23