一种轻型高兼容性肩部康复外骨骼制造技术

本发明专利技术涉及一种轻型高兼容性肩部康复外骨骼，三自由度球面肩部仿生机构的一端固定在背部基座上，另一端与绑带相连，背部基座上分别安装有动力模块、套管及背负系统，套管内穿设有拉力线，拉力线的一端与动力模块连接，另一端接至三自由度球面肩部仿生机构各自由度的输出部，并通过绑带传递至人体大臂；背负系统将整个康复外骨骼依托在人体背部的腰部和双肩三个支撑点，完成康复外骨骼与人体背部的固定，并将康复外骨骼的自重传递到人体躯干；三自由度球面肩部仿生机构具有前伸后缩、外展内收及内旋外旋三个自由度。本发明专利技术的双球面菱形机构分布在人体肩部侧方，可有效避免大范围外展运动中外骨骼与人体头部干涉，大幅提升肩部运动灵活性。部运动灵活性。部运动灵活性。

【技术实现步骤摘要】
一种轻型高兼容性肩部康复外骨骼


[0001]本专利技术属于外骨骼技术、医疗康复等领域，具体地说是一种轻型高兼容性肩部康复外骨骼，主要用于人体肩部运动助力、运动康复及运动能力检测等。

技术介绍

[0002]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。但现有肩部康复外骨骼多采用电机、减速机直驱的三轴垂直正交的布局方式，体积大重量大，为避免人机干涉，将严重限制肩部外展的运动范围，同时重量大直接导致外骨骼只能固定在固定基座上，造成穿戴舒适性差；另一方面，上肢软体外骨骼解决了体积大、重量大等难题，但上肢软体外骨骼需要以人体肩部为支持，带动肘部、腕部等关节运动，增加肩部负担的同时，更无法对肩部运动提供有效助力，甚至造成二次伤害。

技术实现思路

[0003]为了解决现有肩部康复外骨骼存在的上述问题，本专利技术的目的于提供一种轻型高兼容性肩部康复外骨骼。
[0004]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0005]一种轻型高兼容性肩部康复外骨骼，包括三自由度球面肩部仿生机构、背部基座、绑带、拉力线、套管及背负系统，其中三自由度球面肩部仿生机构的一端固定在背部基座上，另一端与绑带相连，该背部基座上分别安装有动力模块、套管及背负系统，所述套管内穿设有拉力线，该拉力线的一端与动力模块连接，另一端接至所述三自由度球面肩部仿生机构各自由度的输出部，并通过所述绑带传递至人体大臂；所述背负系统将整个康复外骨骼依托在人体背部的腰部和双肩三个支撑点，完成康复外骨骼与人体背部的固定，并将康复外骨骼的自重传递到人体躯干；所述三自由度球面肩部仿生机构具有前伸后缩、外展内收及内旋外旋三个自由度，该三自由度球面肩部仿生机构穿戴在人体背部后，三个自由度的前伸后缩回转运动轴线、外展内收回转运动轴线及内旋外肇回转运动轴线分别与人体解剖学肩部外展内收关节轴线、内旋外旋关节轴线、前伸后缩关节轴线重合，复现人体肩部球窝结构，且所述前伸后缩回转运动轴线、外展内收回转运动轴线及内旋外肇回转运动轴线在初始状态相互垂直相交于球心，该球心始终与人体肩部关节运动中心重合。
[0006]所述三自由度球面肩部仿生机构包括肩部前伸后缩固定架、外展内收固定架、圆弧轨道转臂、外展内收驱动轮、内旋外旋驱动轮及位于该肩部前伸后缩固定架与外展内收固定架之间的两个球面菱形机构，其中每个球面菱形机构的四条边均为弧形，且相邻边均通过转轴转动连接，一个所述球面菱形机构的一个端点处的转轴安装于肩部前伸后缩固定
架的一端，相对的端点与另一个所述球面菱形机构的一个端点共用一根转轴，另一个所述球面菱形机构上相对的端点处的转轴安装于外展内收固定架上；所述肩部前伸后缩固定架的另一端连接有绑带，所述外展内收固定架安装于背部基座上；所述圆弧轨道转臂的一端固接有外展内收驱动轮，该外展内收驱动轮转动连接于所述外展内收固定架上安装的转轴一端，该外展内收固定架上安装的转轴的另一端固接有内旋外旋驱动轮；所述外展内收驱动轮、内旋外旋驱动轮及绑带分别通过拉力线与动力模块连接。
[0007]所述两个球面菱形机构包括第一肩部短杆、第二肩部短杆、第三肩部短杆、第四肩部短杆、第一肩部长杆及第二肩部长杆，该第一肩部长杆与第二肩部长杆呈“X”形，中间通过肩部中心轴转动连接；所述第一肩部短杆的一端与第一肩部长杆的一端通过第一肩部共用转轴连接，该第一肩部短杆的另一端与所述第三肩部短杆的一端通过前伸后缩转轴连接，所述第三肩部短杆的另一端与所述第二肩部长杆的一端通过第三肩部共用转轴连接，所述第二肩部短杆的一端与第一肩部长杆的另一端通过第二肩部共用转轴连接，该第二肩部短杆的另一端与第四肩部短杆的一端通过外展内收转轴连接，所述第二肩部短杆与第四肩部短杆中的一个与外展内收转轴固接，另一个为转动连接；所述第四肩部短杆的另一端与所述第二肩部长杆的另一端通过第四肩部共用转轴连接；所述第一肩部长杆及第二肩部长杆为两个球面菱形机构的共用杆；所述圆弧轨道转臂上开设有圆弧导向槽，所述前伸后缩转轴及肩部中心轴均由该圆弧导向槽中穿过，并通过轴承与圆弧轨道转臂转动连接；所述前伸后缩转轴与外展内收转轴分别转动连接于肩部前伸后缩固定架及外展内收固定架上，所述外展内收驱动轮与内旋外旋驱动轮分别位于外展内收固定架的两则，并位于所述外展内收转轴的两端，该外展内收驱动轮与外展内收转轴的一端转动连接，所述内旋外旋驱动轮与外展内收转轴的另一端固接。
[0008]所述肩部中心轴、前伸后缩转轴及外展内收转轴上分别安装有记录球面菱形机构各连杆在运动过程之中相对角度的编码器。
[0009]所述第一肩部长杆、第二肩部长杆的弧度相等，第一肩部短杆、第二肩部短杆、第三肩部短杆及第四肩部自短杆的弧度相等，该第一肩部长杆与第二肩部长杆的弧度是第一肩部短杆、第二肩部短杆、第三肩部短杆及第四肩部自短杆弧度的两倍。
[0010]所述第一肩部长杆与的第三肩部短杆、第四肩部短杆的曲率半径相同，所述第二肩部长杆与第一肩部短杆、第二肩部短杆的曲率半径相同。
[0011]所述第一肩部共用转轴、第二肩部共用转轴、第三肩部共用转轴、第四肩部共用转轴、肩部中心轴、前伸后缩转轴及外展内收转轴的回转运动轴线交汇于球心。
[0012]所述圆弧轨道转臂的两端均安装有用于固定套管的套管支撑点。
[0013]本专利技术的优点与积极效果为：
[0014]1.本专利技术创新设计了基于球面菱形机构的仿生肩关节，双球面菱形机构分布在人体肩部侧方，可有效避免大范围外展运动中外骨骼与人体头部干涉，具备较高的运动兼容性，大幅提升肩部运动灵活性。
[0015]2.本专利技术的球面肩部仿生机构为球面包裹结构，且结构简单、紧凑，重量轻，与人体肩部关节外部轮廓兼容性强，提升穿戴舒适性。
[0016]3.本专利技术可通过检测各构件运动夹角，实时获取人体肩部关节的运动数据，用于患者康复运动过程中关节运动能力检测。
附图说明
[0017]图1为本专利技术的立体结构示意图；
[0018]图2为本专利技术三自由度球面肩部仿生机构的立体结构示意图之一；
[0019]图3为本专利技术三自由度球面肩部仿生机构的立体结构示意图之二；
[0020]图4为本专利技术穿戴在人身体后的使用状态图；
[0021]其中：0001为背部基座，0002为绑带，0003为拉力线，0004为套管，0005为背负系统；
[0022]1000为三自由度球面肩部仿生机构，1001为第一肩部短杆，1002为第二肩部短杆，1003为第三肩部短杆，1004为第四肩部短杆，1005为第一肩部长杆，1006为第二肩部长杆，1007为肩部前伸后缩运动架，1008为外展内收固定架，1009本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轻型高兼容性肩部康复外骨骼，其特征在于：包括三自由度球面肩部仿生机构(1000)、背部基座(0001)、绑带(0002)、拉力线(0003)、套管(0004)及背负系统(0005)，其中三自由度球面肩部仿生机构(1000)的一端固定在背部基座(0001)上，另一端与绑带(0002)相连，该背部基座(0001)上分别安装有动力模块、套管(0004)及背负系统(0005)，所述套管(0004)内穿设有拉力线(0003)，该拉力线(0003)的一端与动力模块连接，另一端接至所述三自由度球面肩部仿生机构(1000)各自由度的输出部，并通过所述绑带(0002)传递至人体大臂；所述背负系统(0005)将整个康复外骨骼依托在人体背部的腰部和双肩三个支撑点，完成康复外骨骼与人体背部的固定，并将康复外骨骼的自重传递到人体躯干；所述三自由度球面肩部仿生机构(1000)具有前伸后缩、外展内收及内旋外旋三个自由度，该三自由度球面肩部仿生机构(1000)穿戴在人体背部后，三个自由度的前伸后缩回转运动轴线(J1)、外展内收回转运动轴线(K1)及内旋外肇回转运动轴线(L1)分别与人体解剖学肩部外展内收关节轴线、内旋外旋关节轴线、前伸后缩关节轴线重合，复现人体肩部球窝结构，且所述前伸后缩回转运动轴线(J1)、外展内收回转运动轴线(K1)及内旋外肇回转运动轴线(L1)在初始状态相互垂直相交于球心(O)，该球心(O)始终与人体肩部关节运动中心重合。2.根据权利要求1所述的轻型高兼容性肩部康复外骨骼，其特征在于：所述三自由度球面肩部仿生机构(1000)包括肩部前伸后缩固定架(1007)、外展内收固定架(1008)、圆弧轨道转臂(1016)、外展内收驱动轮(1017)、内旋外旋驱动轮(1018)及位于该肩部前伸后缩固定架(1007)与外展内收固定架(1008)之间的两个球面菱形机构，其中每个球面菱形机构的四条边均为弧形，且相邻边均通过转轴转动连接，一个所述球面菱形机构的一个端点处的转轴安装于肩部前伸后缩固定架(1007)的一端，相对的端点与另一个所述球面菱形机构的一个端点共用一根转轴，另一个所述球面菱形机构上相对的端点处的转轴安装于外展内收固定架(1008)上；所述肩部前伸后缩固定架(1007)的另一端连接有绑带(0002)，所述外展内收固定架(1008)安装于背部基座(0001)上；所述圆弧轨道转臂(1016)的一端固接有外展内收驱动轮(1017)，该外展内收驱动轮(1017)转动连接于所述外展内收固定架(1008)上安装的转轴一端，该外展内收固定架(1008)上安装的转轴的另一端固接有内旋外旋驱动轮(1018)；所述外展内收驱动轮(1017)、内旋外旋驱动轮(1018)及绑带(0002)分别通过拉力线(0003)与动力模块连接。3.根据权利要求2所述的轻型高兼容性肩部康复外骨骼，其特征在于：所述两个球面菱形机构包括第一肩部短杆(1001)、第二肩部短杆(1002)、第三肩部短杆(1003)、第四肩部短杆(1004)、第一肩部长杆(1005)及第二肩部长杆(1006)，该第一肩部长杆(1005)与第二肩部长杆(1006)呈“X”形，中间通过肩部中心轴(1013)转动连接；所述第一肩部短杆(1001)的一端与第一肩部长杆(100...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘连庆，杨铁，于鹏，杨洋，刘柱，赵亮，
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：