一种镜像上肢康复机器人制造技术

一种镜像上肢康复机器人属于机器人领域，将镜像疗法和运动康复的理念与机器人相结合，能够有效改善中风引起的上肢运动功能障碍；该装置主要由2个平面5R并联机构及其驱动装置、握把、手臂托架、丝杠、螺母座、导轨、滑块和固定平台组成，每个平面5R并联机构由四根连杆组成并且通过两个同轴心的输出轴提供动力，输出轴由电机通过齿轮带动由此组成驱动装置，驱动装置安装在滑块上，滑块可以沿导轨移动，两个驱动装置下方安装有螺母座，采用正反牙设置，通过电机带动丝杠转动实现螺母座的同步反向移动从而使2个平面5R并联机构适应患者双肩的宽度。本发明专利技术能够进行患者双侧上肢的协调康复运动并且结构紧凑、安全性高、交互性好、工作空间大。大。大。

【技术实现步骤摘要】
一种镜像上肢康复机器人


[0001]本专利技术属于机器人
，特别涉及一种镜像上肢康复机器人。

技术介绍

[0002]随着我国社会经济的快速发展，我国国民的生活方式和饮食结构也发生了巨大的变化，不健康的生活方式和饮食结构加上人口老龄化，导致我国脑卒中患者人数持续高速增长并且有年轻化的趋势，脑卒中已经成为我国成年人致死致残的首位原因。肢体运动功能受损是脑卒中在急症期后常见的后遗症，上肢的运动功能康复是度过急症期后治疗的重点，良好的上肢康复可以有效提高患者的生活质量。
[0003]现有的治疗方式一般是治疗师一对一进行训练康复和康复训练设备进行辅助康复训练，治疗师一对一进行康复训练不可避免地产生费用高效率低等问题，治疗效果还因治疗师的水平而有差异，现有的辅助康复训练设备大多只关注训练患侧上肢，不能进行双侧上肢的协同训练。
[0004]随着相关研究的深入，镜像康复机器人获得越来越多人的关注，其是将镜像疗法和运动康复理念与机器人技术相结合的一种治疗方式，通过健侧带动患侧运动，促进受损侧半脑与健康侧半脑进行交互，该项技术已获得研究界的验证优于单独患侧训练。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在针对现有技术的不足之处，提供一种镜像上肢康复机器人。该镜像上肢康复机器人可以进行双侧上肢的协同训练，有效增强训练效果。该上肢康复机器人安全性高、结构简单、工作空间大、控制策略简单，可以用作家庭或社区训练装置。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]本专利技术设计的一种镜像上肢康复机器人，其特征在于：该镜像上肢康复机器人包括2个平面5R并联机构及其驱动装置、握把(106)、手臂托架(105)、丝杠(306)、第一螺母座(326)、第二螺母座(327)、第一导轨(332)、第二导轨(333)和固定平台；
[0008]进一步，以右侧平面5R并联机构及其驱动装置举例说明，左侧同理；所述平面5R并联机构与驱动装置连接，驱动装置下底板(109)安装有第一滑块(318)、第二滑块(319)、第三滑块(320)、第四滑块(321)和第二螺母座(327)，固定平台上安装有第一导轨(332)、第二导轨(333)和丝杠(306)，右侧平面5R并联机构及其驱动装置可以通过第一滑块(318)、第二滑块(319)、第三滑块(320)和第四滑块(321)在第一导轨(332)、第二导轨(333)上移动；固定平台安装有电机(311)，左右两个驱动装置下方安装的第一螺母座(326)和第二螺母座(327)采用正反牙设置，通过电机(311)带动丝杠 (306)旋转从而实现第一螺母座(326)和第二螺母座(327)的同步反向移动，进而使左右2个平面5R并联机构适应患者双肩的宽度，同时在导轨的两端安装有第一滑块限位块(307)、第二滑块限位块(308)、第三滑块限位块 (309)和第四滑块限位块(310)以防止平面5R并联机构及其驱动装置滑离滑轨。
[0009]进一步，以右侧平面5R并联机构及其驱动装置举例说明，左侧同理；第一连杆
(101)通过螺钉与第一轴(117)连接，第一轴(117)为空心轴，第二轴(111)同轴心地套在第一轴(117)内，第三连杆(102)通过键与第二轴(111)连接。第一轴(117)的另一端与齿轮轴(118)连接，第二轴(111) 的另一端与第一齿轮(122)连接，两个电机带动减速器形成的驱动单元分别通过第三齿轮(134)与齿轮轴(118)的啮合和第二齿轮(132)与第一齿轮 (122)的啮合驱动第一轴(117)与第二轴(111)转动，平面5R并联机构的动力从第一连杆(101)和第三连杆(102)经第二连杆(104)和第四连杆 (103)传递到第四连杆(103)的末端以此实现握把(106)在工作空间的移动，为了保证训练期间的安全，在固定平台上有可调节平面5R并联机构运动角度的第一限位销(314)、第二限位销(315)、第三限位销(316)和第四限位销(317)，可根据治疗师的治疗方案限制5R并联机构做出超出该患者治疗方案允许的手臂活动。平面5R并联机构的输出末端能够在工作空间平面内任意方向移动，所以该镜像上肢康复机器人能够实现平面内的运动。
[0010]进一步，以右侧平面5R并联机构及其驱动装置举例说明，左侧同理；平面5R并联机构由四根连杆组成，其中，第一连杆(101)与第二连杆(104) 的长度相等，第四连杆(103)比第三连杆(102)长度长。四根连杆相连接组成一个平行四杆机构，第一连杆(101)、第二连杆(104)和第三连杆(102) 的连接处都在连杆两末端，第四连杆(103)的一个连接处在连杆末端，另一个连接处距末端连接处的距离与第三连杆(102)两连接处的距离相等。第四连杆(103)的另一末端安装有握把(106)。条件数代表了雅克比转换矩阵向各个方向的变换均一性。条件数越小，机器人的运动灵活性就越好。当条件数取最小值1时，机器人处于各向同性位，此时，机器人各个方向的运动能力均相等，灵巧性最高，各奇异值相等。条件数为0时，表明机器人处于奇异位形，算出该5R并联机构的条件数图谱以求得最佳的杆长比例。令第一连杆(101)和第二连杆(104)的长度为L1，第三连杆(102)的长度为L2，第四连杆(103)比第三连杆(102)长L3，第一连杆(101)的转动中心为A1点，第三连杆(102)的转动中心为A2点，因为第二轴(111)同轴心地套在第一轴(117)，A1点和A2点共点。以A1点和A2点为原点，以左右两侧平面 5R并联机构移动方向为X轴，以相背离移动的方向为正方向，以在平面5R 并联机构活动平面上且垂直于X轴的方向为Y轴，以人训练时正对的反方向为正方向在建立坐标系，令握把的在坐标系上的位置为P1，P1在参考系O
‑
XY 的位置可以用位置向量P描述：
[0011][0012]其中X代表P点在X轴的坐标，Y代表P点在Y轴的坐标，
[0013]在参考系O
‑
XY，B1、B2可以被表示为：
[0014]B1＝(L1cosθ1，L1sinθ1)
ꢀꢀꢀ
(2
‑
2)
[0015]B2＝(L2cosθ2，L2sinθ2)
ꢀꢀꢀ
(2
‑
3)
[0016]其中θ1是第三连杆(102)与X轴的角度，θ2是第一连杆(101)与X轴的角度。
[0017]根据本机构的简化模型可得到下述约束方程
[0018](X
‑
L1cosθ1)2+(Y
‑
Lsinθ1)2＝(L2+L3)2ꢀꢀꢀ
(2
‑
4)
[0019](X
‑
L2cosθ2)2+(Y
‑
L2sinθ2)2＝2L1L3cos(θ1‑
θ2)+L
12
+L
a2
ꢀꢀꢀ
(2
‑
5)
[0020]对式(2
‑
4)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镜像上肢康复机器人，其特征在于：该镜像上肢康复机器人包括两个平面5R并联机构及其驱动装置、握把(106)、手臂托架(105)、第一导轨(332)、第二导轨(333)、丝杠(306)、第一螺母座(326)、第二螺母座(327)和固定平台；所述平面5R并联机构与驱动装置连接并由驱动装置驱动，以右侧平面5R并联机构及其驱动装置举例说明，左侧同理；右侧驱动装置分别通过螺钉与第一滑块(318)、第二滑块(319)、第三滑块(320)、第四滑块(321)和第二螺母座(327)连接，第一导轨(332)、第二导轨(333)和丝杠(306)安装在固定平台上，右侧平面5R并联机构及其驱动装置通过第一滑块(318)、第二滑块(319)、第三滑块(320)和第四滑块(321)在第一导轨(332)和第二导轨(333)上移动，所以平面5R并联机构及其驱动装置相对固定平台的左右移动，同时在第一导轨(332)和第二导轨(333)的两端安装有第一滑块限位块(307)、第二滑块限位块(308)、第三滑块限位块(309)和第四滑块限位块(310)以防止平面5R并联机构及其驱动装置滑离滑轨，左右两侧驱动装置下方安装的第一螺母座(326)和第二螺母座(327)采用正反牙设置，通过电机(311)带动丝杠(306)旋转从而实现第一螺母座(326)和第二螺母座(327)的同步反向移动，进而使2个平面5R机构适应患者双肩的宽度。2.根据权利要求1所述的一种镜像上肢康复机器人，其特征在于，以右侧平面5R并联机构及其驱动装置说明，左侧同理：第一连杆(101)通过螺钉与第一轴(117)连接，第一轴(117)为空心轴，第二轴(111)同轴心地套在第一轴(117)内，第三连杆(102)通过键与第二轴(111)连接；第一轴(117)的另一端与齿轮轴(118)连接，第二轴(111)的另一端与第一齿轮(122)连接，两个电机带动减速器形成的驱动单元分别通过第三齿轮(134)与齿轮轴(118)的啮合和第二齿轮(132)与第一齿轮(122)的啮合驱动第一轴(117)与第二轴(111)转动，平面5R并联机构的动力从第一连杆(101)和第三连杆(102)经第二连杆(104)和第四连杆(103)传递到第四连杆(103)的末端以此实现握把(106)在工作空间的移动，为了保证训练期间的安全，在固定平台上有可调节平面5R并联机构运动角度的第一限位销(314)、第二限位销(315)、第三限位销(316)和第四限位销(317)；平面5R并联机构的输出末端能够在工作空间平面内任意方向移动，所以该镜像上肢康复机器人能够实现平面内的运动。3.根据权利要求1所述的一种镜像上肢康复机器人，其特征在于：以右侧平面5R并联机构及其驱动装置举例说明，左侧同理；平面5R并联机构由四根连杆组成，其中，第一连杆(101)与第二连杆(104)的长度相等，第四连杆(103)比第三连杆(102)长度长；四根连杆相连接组成一个平行四杆机构，第一连杆(101)、第二连杆(104)和第三连杆(102)的连接处都在连杆两末端，第四连杆(103)的一个连接处在连杆末端，另一个连接处距末端连接处的距离与第三连杆(102)两连接处的距离相等；第四连杆(103)的另一末端安装有握把(106)；条件数代表了雅克比转换矩阵向各个方向的变换均一性；条件数越小，机器人的运动灵活性就越好；当条件数取最小值1时，机器人处于各向同性位，此时，机器人各个方向的运动能力均相等，灵巧性最高，各奇异值相等；条件数为0时，表明机器人处于奇异位形，算出该5R并联机构的条件数图谱以求得最佳的杆长比例；令第一连杆(101)和第二连杆(104)的长度为L1，第三连杆(102)的长度为L2，第四连杆(103)比第三连杆(102)长L3，第一连杆(101)的转动中心为A1点，第三连杆(102)的转动中心为A2点，因为第二轴(111)同轴心地套在第一轴(117)，A1点和A2点共点；以A1点和A2点为原点，以左右两侧平面5R并联机构移动方向为X轴，以相背离移动的方向为正方向，以在平面
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【专利技术属性】
技术研发人员：李剑锋，杜祖淦，郭起明，刘涵节，周宇，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：