【技术实现步骤摘要】
本专利技术设计一种面向不同体型的多重可调节式八自由度外骨骼上肢康复机器人，属于医疗机器人。
技术介绍
1、近年来，人口老龄化加剧，脑卒中已经成为影响人类生存和健康的重要疾病之一，脑卒中造成的肢体活动障碍又被称为偏瘫，偏瘫患者往往需要在很长一段时间内进行康复医疗训练，以达到恢复身体的运动能力。临床实践表明通过增强对患肢的运动锻炼，能够使患肢恢复一定的功能。有效的康复训练可以辅助患者最大限度地改善运动功能障碍，减轻后遗症。传统的康复治疗方法是由康复医师根据患者的恢复情况一对一的进行专项康复训练，但国内康复医师不仅数量短缺，也无法保障康复过程的精度与强度。
2、为了解决这一问题，现有技术中将机器人与医学相结合，研制出一种上肢康复机器人，不仅减轻了对康复医师的依赖，而且帮助患者更好的恢复了上肢的运动机能。但是现有的上肢康复机器人面临着主动自由度少、运动不灵活、适用人体上肢尺寸范围小、人机耦合性差等问题，导致其适用人群范围和训练效果受到了限制。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于解决上述现有技术中存在的缺点和不足，提供一种多重可调节式八自由度外骨骼上肢康复机器人及使用方法，肩关节主要实现三个自由度，分别是肩关节的内收/外展、屈曲/伸展、内旋/外旋，肘关节主要实现两个自由度，分别是肘关节的屈伸和自旋，腕关节主要实现两个自由度，分别是腕关节的桡曲/尺曲和屈曲/伸展，同时在肩关节搭配一个被动旋转自由度，共八个方向自由度，实现大臂、小臂、腕部可调节，可根据不同体型的患者进行调整，可依
2、本专利技术的一种上肢康复机器人，包括：肩关节组件、肘关节组件、腕关节组件、座椅组件、肩关节被动旋转组件和肩关节滑动组件。
3、所述的肩关节组件安装于肩关节被动旋转组件上部，肩关节被动旋转组件安装于肩关节滑动组件上部，肩关节滑动组件安装于座椅组件的上部，肘关节组件连接于肩关节组件下部，腕关节组件与肘关节组件下部连接， 所述肩关节组件：实现肩关节的内收/外展、屈曲/伸展、内旋/外旋三个自由度运动，包括肩关节内收/外展机构、肩关节屈曲/伸展机构和肩关节内旋/外旋机构。
4、所述肘关节组件：实现肘关节的的屈伸和自旋两个自由度运动，包括肘关节屈伸机构和肘关节自旋机构。
5、所述腕关节组件：实现腕关节的桡曲/尺曲和屈曲/伸展两个自由度运动，包括腕关节桡曲/尺曲机构和腕关节屈曲/伸展机构。
6、所述肩关节被动旋转组件：实现整个肩关节的旋转运动，包括肩关节被动旋转机构。
7、所述肩关节滑动组件，实现整个肩关节的水平移动，包括肩关节滑动机构；所述座椅组件，实现座椅升降功能，包括座椅升降机构。
8、综上所述肩关节的内收/外展机构包括：伺服电机固定架、伺服电机、联轴器、输出轴、平键、轴承端盖、深沟球轴承、肩关节外展连杆、被动旋转连杆。
9、伺服电机与伺服电机固定架连接，伺服电机固定架与被动旋转连杆固定连接，伺服电机通过联轴器与输出轴连接，输出轴与深沟球轴承相连，轴承端盖固定连接于被动旋转连杆，深沟球轴承通过输出轴轴肩与轴承端盖固定，输出轴通过平键与肩关节外展连杆连接，电机转动带动输出轴转动，输出轴转动带动肩关节外展连杆转动，从而实现肩关节的内收/外展运动。
10、综上所述肩关节的屈曲/伸展机构包括：伺服电机、伺服电机固定架、大臂连杆、肩关节内旋连杆、轴承端盖；伺服电机通过伺服电机固定架固定在肩关节内旋连杆上，伺服电机输出轴穿过肩关节内旋连杆的孔与大臂连杆固定连接，大臂连杆另一端与轴承端盖固定连接，伺服电机转动带动大臂连杆转动，从而实现肩关节的屈曲/伸展运动。
11、综上所述肩关节的内旋/外旋机构包括：伺服电机、伺服电机固定架、轴承端盖、肩关节外展连杆、肩关节内旋连杆；伺服电机通过伺服电机固定架固定在肩关节外展连杆上，伺服电机输出轴穿过关节外展连杆的孔与肩关节内旋连杆连接，内旋连杆另一端与轴承端盖固定连接，伺服电机转动带动内旋连杆转动，从而实现肩关节的内旋/外旋运动。
12、综上所述肘关节屈伸机构包括：伺服电机、伺服电机固定架、臂连杆、长度调节机构保持架、端盖；伺服电机通过伺服电机固定架固定连接于大臂连杆，伺服电机输出轴穿过大臂连杆的孔与长度调节机构保持架连接，长度调节机构保持架另一端与轴承端盖固定连接，伺服电机转动带动长度调节机构保持架转动，从而实现肘关节屈伸运动。
13、综上所述肘关节自旋机构包括：步进电机、肘部旋转基座、腕部旋转连杆、握把、腕部端盖；步进电机通过螺栓与腕部旋转连杆固定连接，步进电机输出轴与腕部端盖旋转连接，端腕部盖与肘部旋转基座固定连接，握把与肘部旋转基座连接，步进电机转动带动腕部端盖转动，腕部端盖转动带动肘部旋转基座转动，从而实现肘关节自旋运动。
14、综上所述腕关节组件包括腕关节桡曲/尺曲机构和腕关节屈曲/伸展机构，包括：步进电机、腕部旋转连杆、腕部旋转基座、腕部端盖；步进电机通过螺栓固定于腕部旋转连杆上，步进电机输出轴与腕部端盖旋转连接，腕部端盖固定连接于腕部旋转连杆上，步进电机转动带动腕部端盖转动，腕部端盖转动带动腕部旋转连杆转动，实现腕关节桡曲/尺曲机构和腕关节屈曲/伸展运动。
15、综上所述座椅升降机构包括：齿轮箱、大锥齿轮、小锥齿轮、手柄杆、端盖、齿轮、扳手、卡簧、螺母、丝杠、底座；齿轮通过卡簧固定于扳手上，齿轮另一端通过端盖固定于手柄杆上，手柄杆另一端通过平键与小锥齿轮旋转连接，小锥齿轮与大锥齿轮固定于齿轮箱上，小锥齿轮与大锥齿轮旋转连接，大锥齿轮通过平键与丝杠旋转连接，丝杠与螺母进行旋转连接，螺母固定于底座，通过转动扳手来转动手柄杆，手柄杆的转动带动小锥齿轮的转动，小锥齿轮的转动带动大锥齿轮的转动，大锥齿轮的转动带动丝杠的转动，从而实现与螺母间的旋转配合，实现座椅的升降运动。
16、综上所述肩关节被动旋转机构包括：被动旋转连杆、上端盖、深沟球轴承、轴端挡圈、下端盖、滑块；滑块上端输出轴与深沟球轴承、轴端挡圈、下端盖旋转连接，再通过螺栓将上端盖与轴被动旋转连杆、下端盖固定连接，实现一个被动旋转自由度。
17、综上所述肩关节滑动机构包括：滑块、滑台板、联轴器、固定板、丝杠、滑轨、伺服电机、伺服电机固定架；滑台板、滑轨、伺服电机固定架通过螺栓固定在固定板上，伺服电机固定于伺服电机固定架上，伺服电机输出轴通过联轴器与丝杠连接，滑块固定于丝杠和滑轨之上，伺服电机输出轴转动带动丝杠转动，丝杠转动实现滑块水平移动，从而实现肩关节滑动运动。
18、本专利技术的有益效果是：
19、(1) 本专利技术可实现肩关节的内收/外展、屈曲/伸展、内旋/外旋，肘关的屈伸和自旋，腕关节的桡曲/尺曲和屈曲/伸展，同时在肩关节搭配一个被动旋转自由度，共八个自由度，每个自由度都可以单独去进行运动，也可以进行不同自由度之间搭配的复合运动，八自由度可以满足绝大多数患者的康复需求，结构简单，适用范围广；<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多重可调节式八自由度外骨骼上肢康复机器人及使用方法，其特征在于，包括：腕关节机构包括腕关节桡曲/尺曲机构、腕关节屈曲/伸展机构和肘关节自旋机构，肘关节屈伸机构，肩关节的屈曲/伸展机构，肩关节内旋/外旋机构，肩关节内收/外展机构，肩关节被动旋转机构，肩关节滑动机构，座椅升降机构。
2.如权利要求1所述的多重可调节式八自由度外骨骼上肢康复机器人及使用方法，其特征在于：所述腕关节机构包括：步进电机、肘部旋转基座、腕部旋转连杆、腕部旋转基座、腕部端盖、握把；步进电机通过螺栓与腕部旋转连杆固定连接，步进电机输出轴与腕部端盖旋转连接，腕部端盖与肘部旋转基座固定连接，握把与肘部旋转基座连接，进电机通过螺栓固定于腕部旋转连杆上，步进电机输出轴与腕部端盖旋转连接，腕部端盖固定连接于腕部旋转连杆上。
3.如权利要求2所述的多重可调节式八自由度外骨骼上肢康复机器人及使用方法，其特征在于：所述肘关节屈伸机构包括：伺服电机、伺服电机固定架、臂连杆、长度调节机构保持架、端盖；伺服电机通过伺服电机固定架固定连接于大臂连杆，伺服电机输出轴穿过大臂连杆的孔与长度调节机构保持架连接，
4.如权利要求3所述的多重可调节式八自由度外骨骼上肢康复机器人及使用方法，其特征在于：所述肩关节的屈曲/伸展机构包括：伺服电机、伺服电机固定架、大臂连杆、肩关节内旋连杆、轴承端盖；伺服电机通过伺服电机固定架固定在肩关节内旋连杆上，伺服电机输出轴穿过肩关节内旋连杆的孔与大臂连杆固定连接，大臂连杆另一端与轴承端盖固定连接。
5.如权利要求4所述的多重可调节式八自由度外骨骼上肢康复机器人及使用方法，其特征在于：所述肩关节的内旋/外旋机构包括：伺服电机、伺服电机固定架、轴承端盖、肩关节外展连杆、肩关节内旋连杆；伺服电机通过伺服电机固定架固定在肩关节外展连杆上，伺服电机输出轴穿过关节外展连杆的孔与肩关节内旋连杆连接，内旋连杆另一端与轴承端盖固定连接。
6.如权利要求5所述的多重可调节式八自由度外骨骼上肢康复机器人及使用方法，其特征在于：所述肩关节的内收/外展机构包括：伺服电机固定架、伺服电机、联轴器、输出轴、平键、轴承端盖、深沟球轴承、肩关节外展连杆、被动旋转连杆；伺服电机与伺服电机固定架连接，伺服电机固定架与被动旋转连杆固定连接，伺服电机通过联轴器与输出轴连接，输出轴与深沟球轴承相连，轴承端盖固定连接于被动旋转连杆，深沟球轴承通过输出轴轴肩与轴承端盖固定，输出轴通过平键与肩关节外展连杆连接。
7.如权利要求6所述的多重可调节式八自由度外骨骼上肢康复机器人及使用方法，其特征在于：肩关节被动旋转机构包括：被动旋转连杆、上端盖、深沟球轴承、轴端挡圈、下端盖、滑块；滑块上端输出轴与深沟球轴承、轴端挡圈、下端盖旋转连接，再通过螺栓将上端盖与轴被动旋转连杆、下端盖固定连接。
8.如权利要求7所述的多重可调节式八自由度外骨骼上肢康复机器人及使用方法，其特征在于：所述肩关节滑动机构包括：滑块、滑台板、联轴器、固定板、丝杠、滑轨、伺服电机、伺服电机固定架；滑台板、滑轨、伺服电机固定架通过螺栓固定在固定板上，伺服电机固定于伺服电机固定架上，伺服电机输出轴通过联轴器与丝杠连接，滑块固定于丝杠和滑轨之上。
9.如权利要求8所述的多重可调节式八自由度外骨骼上肢康复机器人及使用方法，其特征在于：所述座椅升降机构包括：齿轮箱、大锥齿轮、小锥齿轮、手柄杆、端盖、齿轮、扳手、卡簧、螺母、丝杠、底座；齿轮通过卡簧固定于扳手上，齿轮另一端通过端盖固定于手柄杆上，手柄杆另一端通过平键与小锥齿轮旋转连接，小锥齿轮与大锥齿轮固定于齿轮箱上，小锥齿轮与大锥齿轮旋转连接，大锥齿轮通过平键与丝杠旋转连接，丝杠与螺母进行旋转连接，螺母固定于底座。
...【技术特征摘要】
1.一种多重可调节式八自由度外骨骼上肢康复机器人及使用方法，其特征在于，包括：腕关节机构包括腕关节桡曲/尺曲机构、腕关节屈曲/伸展机构和肘关节自旋机构，肘关节屈伸机构，肩关节的屈曲/伸展机构，肩关节内旋/外旋机构，肩关节内收/外展机构，肩关节被动旋转机构，肩关节滑动机构，座椅升降机构。
2.如权利要求1所述的多重可调节式八自由度外骨骼上肢康复机器人及使用方法，其特征在于：所述腕关节机构包括：步进电机、肘部旋转基座、腕部旋转连杆、腕部旋转基座、腕部端盖、握把；步进电机通过螺栓与腕部旋转连杆固定连接，步进电机输出轴与腕部端盖旋转连接，腕部端盖与肘部旋转基座固定连接，握把与肘部旋转基座连接，进电机通过螺栓固定于腕部旋转连杆上，步进电机输出轴与腕部端盖旋转连接，腕部端盖固定连接于腕部旋转连杆上。
3.如权利要求2所述的多重可调节式八自由度外骨骼上肢康复机器人及使用方法，其特征在于：所述肘关节屈伸机构包括：伺服电机、伺服电机固定架、臂连杆、长度调节机构保持架、端盖；伺服电机通过伺服电机固定架固定连接于大臂连杆，伺服电机输出轴穿过大臂连杆的孔与长度调节机构保持架连接，长度调节机构保持架另一端与轴承端盖固定连接。
4.如权利要求3所述的多重可调节式八自由度外骨骼上肢康复机器人及使用方法，其特征在于：所述肩关节的屈曲/伸展机构包括：伺服电机、伺服电机固定架、大臂连杆、肩关节内旋连杆、轴承端盖；伺服电机通过伺服电机固定架固定在肩关节内旋连杆上，伺服电机输出轴穿过肩关节内旋连杆的孔与大臂连杆固定连接，大臂连杆另一端与轴承端盖固定连接。
5.如权利要求4所述的多重可调节式八自由度外骨骼上肢康复机器人及使用方法，其特征在于：所述肩关节的内旋/外旋机构包括：伺服电机、伺服电机固定架、轴承端盖、肩关节外展连杆、肩关节内旋连杆；伺服电机通过伺服电机固定架固定在肩关节外展连杆...
【专利技术属性】
技术研发人员：张为玺，朱欣瑞，门智慧，牛聪，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：
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