本发明专利技术公开了一种上肢单臂康复辅助训练机器人和操作方法，包括依次相接的肩关节组件、肘关节组件和腕关节组件；所述肩关节组件用于辅助患者肩关节的运动；所述肘关节组件用于辅助小臂绕肘关节的运动；所述腕关节组件用于辅助患者腕关节和小臂的运动。其中，所述腕关节组件包括两个驱动机构和握把。所述握把通过旋转实现小臂的旋内/旋外运动，同时使手掌在水平状态和竖直状态之间进行切换，当手掌处于竖直状态时，所述驱动机构能够实现手腕的掌屈/背曲运动；当手掌处于水平状态时，所述驱动机构能够实现手腕的桡偏/尺偏运动。本发明专利技术中腕关节可以呈现不同的运动状态，通过简单的结构即可实现腕部的全动作康复训练。构即可实现腕部的全动作康复训练。构即可实现腕部的全动作康复训练。
【技术实现步骤摘要】
一种上肢单臂康复训练机器人及其操作方法
[0001]本专利技术涉及康复训练器械
，尤其涉及一种上肢单臂康复训练机器人及其操作方法。
技术介绍
[0002]上肢康复机器人主要用于配合或者辅助康复治疗师实现患者的康复训练，与传统的康复治疗师辅助训练相比，采用上肢康复机器人可以大大提高康复训练效率，减轻康复治疗师的工作量。
[0003]但是由于上肢康复机器人依靠机械化的手段控制上肢各关节的运动，为满足患者的较高康复需求和实现更多的关节康复运动，对上肢康复机器人的设计要求也较高，其中对于上肢的康复训练主要包括：肩关节的屈曲/伸展、旋内/旋外、外展/内收，肘关节的屈曲/伸展，腕关节的掌曲/背曲、桡偏/尺偏和小臂的内旋/外旋，而现有技术中的上肢康复机器人结构较为复杂，且不能进行全臂的康复运动，往往需要借助其他机器或者康复治疗师完成整套康复训练，为此，亟需设计一种结构简单、满足多种需求、实现更加多关节康复运动的上肢康复机器人。
技术实现思路
[0004]为了解决现有上肢康复机器人体积庞大、结构较为复杂，且无法实现上肢所有关节的康复运动，往往需要借助其他机器或者康复治疗师完成整套康复训练的技术问题，本专利技术提供了一种上肢单臂康复训练机器人及其操作方法来解决上述问题。
[0005]本专利技术提出一种上肢单臂康复训练机器人，包括依次相接的肩关节组件、肘关节组件和腕关节组件；所述肩关节组件用于控制手臂完成肩关节的运动，辅助患者肩关节的运动；所述肘关节组件用于控制小臂完成肘关节的运动，辅助小臂绕肘关节的运动；所述腕关节组件用于控制手掌完成腕关节的运动，辅助患者腕关节和小臂的运动；其中，所述腕关节组件包括驱动机构和握把，所述握把能够旋转，实现小臂的旋内/旋外运动，并使手掌在水平状态和竖直状态之间切换，当手掌处于竖直状态时，所述驱动机构实现掌屈/背曲的康复运动；当手掌处于水平状态时，所述驱动机构实现桡偏/尺偏的康复运动。
[0006]进一步的，所述腕关节组件包括：腕关节第一驱动机构，与肘关节组件的末端连接；腕关节第一固定架，安装在腕关节第一驱动机构输出轴上，并由腕关节第一驱动机构带动旋转；腕关节第二驱动机构，与腕关节第一固定架连接，握把，与腕关节第二驱动机构的输出轴连接，并由腕关节第二驱动机构带动旋转；所述腕关节第二驱动机构的输出轴与小臂轴线重合，腕关节第二驱动机构的输出轴与握把的中心轴垂直，腕关节第一驱动机构的输出轴与腕关节第二驱动机构的输出轴垂直相交。
[0007]进一步的，所述腕关节第二驱动机构的输出轴上连接有腕关节第二固定架，所述腕关节第二固定架上固定有第一滑轨，所述握把滑动连接于第一滑轨上，以使患者握住所述握把后腕关节位于腕关节第一驱动机构输出轴和腕关节第二驱动机构输出轴的交点上。
[0008]进一步的，所述肘关节组件包括：肘关节驱动机构，与肩关节组件的末端连接；小臂支架，安装于肘关节驱动机构的输出轴上，并由肘关节驱动机构带动旋转；所述腕关节第一驱动机构与小臂支架固定连接，且小臂支架上朝向腕关节组件的一端具有机械限位端面，当所述腕关节第一固定架旋转时，腕关节第一固定架的侧面能够与所述限位端面抵接。
[0009]进一步的，所述腕关节第一固定架的长度方向一端为弧形端面，所述限位端面为与所述弧形端面贴合的弧形配合面，所述腕关节第一固定架在所述弧形配合面的圆周方向两端之间旋转。
[0010]进一步的，所述小臂支架包括小臂上支架、第一伸缩组件和小臂下支架，所述小臂上支架安装在肘关节驱动机构的输出轴上，所述小臂下支架与腕关节第一驱动机构连接，第一伸缩组件用于控制小臂上支架与小臂下支架相互靠近或者远离，从而调节小臂支架的长度。
[0011]进一步的，所述肩关节组件包括依次相接的肩关节第一驱动机构、第一移动架、肩关节第二驱动机构、第二移动架、肩关节第三驱动机构和大臂支架，所述大臂支架与肘关节驱动机构连接；肩关节第一驱动机构、肩关节第二驱动机构和肩关节第三驱动机构的中心轴相交于一点。
[0012]进一步的，所述大臂支架和小臂支架上分别设有人机约束机构，所述人机约束机构包括三维力检测座、拱形架、转接板、支撑板和绑带，所述三维力检测座固定于三维力上方，所述拱形架与三维力检测座转动连接，以使拱形架沿沿垂直于大臂/小臂支架的方向偏转，且三维力检测座上具有对拱形架旋转限位的限位结构，所述转接板的两端分别与支撑板和拱形架铰接，以使支撑板能够沿大臂/小臂支架的长度方向偏转。
[0013]进一步的，连接所述肩关节第一驱动机构和肩关节第二驱动机构的连接板的折弯角度为120
°
，连接所述肩关节第二驱动机构和肩关节第三驱动机构的连接板的折弯角度为120
°
。
[0014]本专利技术还提出一种操作方法，所述操作方法基于以上所述的上肢单臂康复训练机器人，包括以下步骤：
[0015]掌屈和背曲的运动：首先启动腕关节第二驱动机构，关闭腕关节第一驱动机构，通过腕关节第二驱动机构旋转握把，使握把的中心轴与腕关节第一驱动机构的输出轴平行，接着启动腕关节第一驱动机构，关闭腕关节第二驱动机构，通过腕关节第一驱动机构实现掌屈和背曲的运动。
[0016]桡偏和尺偏的运动：首先启动腕关节第二驱动机构，关闭腕关节第一驱动机构，通过腕关节第二驱动机构旋转握把，使握把的中心轴与腕关节第一驱动机构的输出轴垂直，接着启动腕关节第一驱动机构，关闭腕关节第二驱动机构，通过腕关节第一驱动机构实现桡偏和尺偏的运动。
[0017]小臂旋转运动：在握把的中心轴与腕关节第一驱动机构的输出轴垂直的情况下，通过启动腕关节第二驱动机构实现小臂旋转运动。
[0018]本专利技术的有益效果是：
[0019](1)本专利技术所述的上肢单臂康复训练机器人和操作方法，腕关节组件通过握把的旋转，使手掌的方向改变，从而使驱动机构启动时，手腕呈现不同的运动状态，通过简单的结构即可实现腕部的全动作康复训练。
[0020](2)本专利技术所述的上肢单臂康复训练机器人和操作方法，腕关节组件设置有两个驱动机构，通过两个驱动机构和握把的位置合理布置，使其中一个驱动机构在实现小臂旋转的同时，还可以实现握把位姿的调整，另一个驱动机构则在握把处于不同状态下实现不同康复运动形式。
[0021](3)本专利技术所述的上肢单臂康复训练机器人和操作方法，通过人机约束机构固定大臂和小臂，并且人机约束机构与人体处于恰约束状态，具有高度的人机相容性，可以适应患者具体姿势调整绑带的前后位置和倾斜情况，患者使用舒适度更高。
[0022](4)本专利技术所述的上肢单臂康复训练机器人和操作方法，肩关节组件通过折弯角度为120
°
的连接板连接相邻两个驱动机构，通过布置三个驱动机构的位置，增大肩关节的运动范围，使患者的康复训练范围接近人体肩关节的正常运动范围。
附图说明
[0023]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。
[0024]图1是本专利技术所述的上肢单臂康复训练机器人的具体实施方式的立体图(从本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种上肢单臂康复训练机器人，其特征在于：包括依次相接的肩关节组件(1)、肘关节组件(2)和腕关节组件(3)；所述肩关节组件(1)用于辅助患者肩关节的运动；所述肘关节组件(2)用于辅助小臂绕肘关节的运动；所述腕关节组件(3)用于辅助患者腕关节和小臂的运动；其中，所述腕关节组件(3)包括驱动机构、握把(301)，所述握把(301)能够旋转实现小臂的旋内或者旋外运动，同时使手掌在水平状态和竖直状态之间进行切换，当手掌处于竖直状态时，所述驱动机构能够实现手腕的掌屈或者背曲运动；当手掌处于水平状态时，所述驱动机构能够实现手腕的桡偏或者尺偏运动。2.根据权利要求1所述的上肢单臂康复训练机器人，其特征在于，所述腕关节组件(3)还包括：腕关节第一驱动机构(302)，与肘关节组件(2)的末端连接；腕关节第一固定架(303)，安装在腕关节第一驱动机构(302)输出轴上，并由腕关节第一驱动机构(302)带动旋转；腕关节第二驱动机构(304)，与腕关节第一固定架(303)连接，所述握把(301)与腕关节第二驱动机构(304)的输出轴连接，并由腕关节第二驱动机构(304)带动旋转；所述腕关节第二驱动机构(304)的输出轴与小臂轴线重合，腕关节第二驱动机构(304)的输出轴与握把(301)的中心轴垂直，腕关节第一驱动机构(302)的输出轴与腕关节第二驱动机构(304)的输出轴垂直相交。3.根据权利要求2所述的上肢单臂康复训练机器人，其特征在于：所述腕关节第二驱动机构(304)的输出轴上连接有腕关节第二固定架(305)，所述腕关节第二固定架(305)上固定有第一滑轨(306)，所述握把(301)滑动连接于第一滑轨(306)上，以使患者握住握把(301)后腕关节能够处于第一驱动机构(302)输出轴和腕关节第二驱动机构(304)输出轴的交点上。4.根据权利要求2所述的上肢单臂康复训练机器人，其特征在于：所述肘关节组件(2)包括：肘关节驱动机构(201)，与肩关节组件(1)的末端连接；小臂支架，安装于肘关节驱动机构(201)的输出轴上，并由肘关节驱动机构(201)带动旋转；所述腕关节第一驱动机构(302)与小臂支架固定连接，且小臂支架上朝向腕关节组件(3)的一端具有限位端面，当所述腕关节第一固定架(303)旋转时，腕关节第一固定架(303)的侧面能够与所述限位端面抵接。5.根据权利要求4所述的上肢单臂康复训练机器人，其特征在于：所述腕关节第一固定架(303)的长度方向一端为弧形端面，所述限位端面为与所述弧形端面贴合的弧形配合面(204)，所述腕关节第一固定架(303)在所述弧形配合面(204)的圆周方向两端之间旋转。6.根据权利要求4所述的上肢单臂康复训练机器人，其特征在于：所述小臂支架包括小臂上支架、第一伸缩组件(205)和小臂下支架，所述小臂上支架安装在肘关节驱动机构(201)...
【专利技术属性】
技术研发人员：王洪波，田宇，宁圆盛，朱攀，杨丛亮，魏健，罗静静，陈力，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：
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