人体上肢康复机器人制造技术

本发明专利技术涉及一种人体上肢康复机器人,包括第一关节组件、第二关节组件、第三关节组件、第四关节组件、第五关节组件和第六关节组件以及第七关节组件，第一关节组件、第二关节组件和第三关节组件的三个轴线交于一点并且相互垂直，该点位于使用者肩关节的旋转中心点，第五关节组件、第六关节组件和第七关节组件的三个轴线交于一点并且相互垂直，该点位于使用者腕关节的旋转中心点。本发明专利技术的人体上肢康复机器人，采用七个旋转关节组件串联构成机械臂的设计结构，每个关节组件都带有电机减速器的驱动机构，能够带动手臂主动运动，从而有效地实现康复训练。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及医疗康复训练器械的领域，尤其是一种人体上肢康复机器人。
技术介绍
事实证明，正崛起的康复机器人技术通过上下肢康复训练帮助患者康复的潜力是巨大的，它们能够代替并减轻理疗师们重体力、高强度的工作负担。机器人适于重复性的工作，这使得机器人康复训练程序得到更好的实施，这类程序的设计主要为了帮助神经受损的患者恢复其运动机能。由神经系统损伤导致的功能性残障中最影响患者功能的便是上肢系统的功能性障碍，上肢系统功能性障碍导致的残障，对患者生活的独立性和质量的影响是非常显著的，对患者运动机能的康复，尤其上肢功能的恢复，被认为是脑外伤及脊髓损伤患者神经康复训练中最重要的目标之一。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是为了克服上述中存在的问题，提供一种人体上肢康复机器人，其可通过直接操作、交互式监控以及远程临境控制等方式在医院安全稳健地运行。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是一种人体上肢康复机器人，包括依次由7个旋转运动的关节组件串联而成的外骨骼式机械臂，所述的外骨骼式机械臂包括用于实现使用者肩部关节活动的第一关节组件、与第一关节组件相连接的用于实现使用者肩部关节活动的第二关节组件、与第二关节组件相连接的用于实现使用者肩部关节活动并可根据使用者大臂长度调整长短的第三关节组件、与第三关节组件相连接的壳根据使用者大臂长度调节长短的第四关节组件、安装在第四关节组件上的用于实现使用者腕关节活动的第五关节组件和与第五关节组件相转动连接的用于实现使用者腕关节活动的第六关节组件以及与第六关节组件相转动连接的用于实现使用者腕关节活动的第七关节组件，所述的第一关节组件与第二关节组件之间通过连接件相连接，所述的第一关节组件、第二关节组件和第三关节组件的三个轴线交于一点并且相互垂直，该点位于使用者肩关节的旋转中心，第五关节组件、第六关节组件和第七关节组件的三个轴线交于一点并且相互垂直，该点位于使用者腕关节的旋转中心，第四关节组件的轴线通过患者的肘关节。所述的第一关节组件包括用于固定在安装基座上的第一固定壳和与第一固定壳转动连接的第一转动壳，第一固定壳和第一转动壳绕第一关节组件的回转轴线转动，所述的第二关节组件包括与连接件相连接的第二固定壳和与第二固定壳转动连接的第二转动壳，第二固定壳和第二转动壳绕第二关节组件的回转轴转动，所述的第一固定壳和第二固定壳内均依次安装有第一编码器、与第一编码器相连接的第一电机、与第一电机输出轴相连接的第一减速器、第一十字滑块联轴器、第一准双曲面蜗杆、第一准双曲面蜗轮和用于测量关节转角的第一芯片以及第一磁钢，第一准双曲面蜗杆和第一准双面蜗轮是一种先进的偏轴齿轮系，越来越广泛应用于工程领域的各个分支由于其增大了齿轮啮合面积并提供更好的啮合表面，所以它具有更大的载荷能力(尤其是在过载时表现更为突出)、更大的负载自重比、更为平滑的齿轮啮合过程和更小的噪音等优点，并且其在钢对钢材料接触中也能够可靠运行，第一芯片可以选用霍尔芯片，第一减速器通过第一十字滑块联轴器与第一准双曲面蜗杆相连接，第一准双曲面蜗杆与第一准双曲面蜗轮啮合，所述的第一转动壳和第二转动壳内均设置有串联弹性执行器和第一关节轴，第一准双面曲面蜗轮与第一关节轴固联，第一芯片安装在第一固定壳上，第一磁钢与第一准曲面蜗轮固联，第一关节轴通过第一压盖与串联弹性执行器相摩擦连接，第一压盖通过螺栓与第一关节轴固联，通过调整螺栓扭矩即可调节第一压盖与滑轮之间的摩擦力。所述的第三关节组件包括与第二转动壳相连接的第三固定壳、与第三固定壳相转动连接的第一摆动盘、连接在第一摆动盘下表面上的上臂固定板和与上臂固定板相连接的第一圆柱导轨以及在第一圆柱导轨上滑动连接的安装座，所述的第三固定壳内安装有第二编码器、与第二编码器相连接的第二电机和与第二电机输出轴相连接的第二减速器以及与 第二减速器相连接的第一绞盘，第三固定壳底部安装有弧形滑块，所述的第一摆动盘包括弧形摆台和固定在弧形摆台两末端上的第二钢丝绳以及设置在弧形摆台上的弧形滑轨，第二钢丝绳缠绕在第一绞盘上，所述的第一绞盘通过第二钢丝绳带动弧形摆台沿弧形滑块摆动，所述的安装座两侧边上设置有一对第一快速夹紧手柄。所述的第四关节组件包括安装在安装座上的第四固定壳、与第四固定壳转动连接的第三转动壳和设置在第三转动壳上的第二圆柱导轨以及与第二圆柱导轨滑动连接的连接板，所述的第二圆柱导轨与连接板之间设置有第二夹紧手柄，所述的第三转动壳内安装有第三编码器、与第三编码器相连接的第三电机、与第三电机输出轴相连接的第三减速器、第二十字滑块联轴器、第二准双曲面蜗杆、第二准双曲面蜗轮和用于测量关节转角的第二芯片以及第二磁钢，第三减速器通过第二十字滑块联轴器与第二准双曲面蜗杆相连接，第二准双曲面蜗杆与第二准双曲面蜗轮啮合，所述的第四固定壳内设置有串联弹性执行器和第二关节轴，第二准双曲面蜗轮与第二关节轴固联，第二芯片安装在第三转动壳上，第二磁钢与第二准双曲面蜗轮固联，第二关节轴通过第二压盖与串联弹性执行器相摩擦连接，第二压盖通过螺栓与第二关节轴固联，通过调整螺栓扭矩即可调节第二压盖与滑轮之间的摩擦力。为了能够确保机器人的柔性、安全性、灵活性以及用于上肢康复训练系统灵敏操作的足够的力量，所述的串联弹性执行器包括滑轮、钢丝绳和第一弹簧以及第二弹簧，所述的滑轮上开设有圆球形凹坑，钢丝绳上固定有与圆球形凹坑相对应的钢球，钢丝绳的一端连接有第一螺纹杆，另一端上连接有第二螺纹杆，第一螺纹杆上套置有第一弹簧并通过第一螺母旋合，第二螺纹杆上套置有第二弹簧并通过第二螺母旋合，第二螺母上连接有电位器滑杆，电位器滑杆端部连接有直线电位器，直线电位器上安装有电位器座，电位器座与相应的转动壳固联，第一弹簧与第二弹簧的靠近滑轮端压紧在相应的转动壳上，通过测量弹簧的变形，可以间接测量机器人关节的扭矩并且对其进行直接控制，能够将传统力矩量测的力控制问题转换成对位置控制问题，从而使得力测量变得很好解决而达到改善力测量的精确度的目的，与置于机器上的典型测压元件与应变传感器等相比，弹簧具有的更大的变形能力改善了信噪声比，电机的高减速比也进一步增大了执行器的特定的功率及功率密度，串联弹性执行器按照指令施力，并结合固有弹性使其工作起来与人肌肉相似，与传统的力矩或液压传感器相比较，串联弹性执行器表现出更好的应对强震和意外硬击时控制的稳定性和稳健性，串联弹性执行器与人接触的操作行为具有固有的安全性，在与人突然接触时，传统的执行器表现出具有较高危险性的有效惯矩，此有效惯性矩与齿轮减速比的平方成正比，当强度较高时这系数通常能达到一万倍甚至更高，而串联弹性执行器中的弹性元件能够在机器与硬物接触时使齿轮箱与机械臂处于解耦状态，从而使惯性矩仅限于机械本身的惯性矩。所述的第五关节组件包括安装在连接板上的第二摆动盘和与第二摆动盘的外弧形边沿相滑移配合的动力盒，所述的第二摆动盘包括小臂摆台、分别设置在小臂摆台上表面和下表面的上外弧形滑轨和下外弧形滑轨以及连接在小臂摆台两末端的钢索，所述的动力盒内安装有第四编码器、与第四编码器相连接的第四电机和与第四电机输出轴相连接的第四减速器以及与第四减速器相连接的第二绞盘，所述的动力盒上连接有弧形滑块，所述的第二绞盘通过钢索带动小臂摆台沿上外弧形滑轨和下外弧形滑轨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种人体上肢康复机器人，其特征是：由7个旋转运动的关节组件串联而成的外骨骼式机械臂，所述的外骨骼式机械臂包括用于实现使用者肩部关节活动的第一关节组件（1）、与第一关节组件（1）相连接的用于实现使用者肩部关节活动的第二关节组件（2）、与第二关节组件（2）相连接的用于实现使用者肩部关节活动并可根据使用者大臂长度调节长短的第三关节组件（3）、与第三关节组件（3）相连接的可根据使用者小臂长度调节长短的第四关节组件（4）、安装在第四关节组件（4）上的用于实现使用者腕关节活动的第五关节组件（5）和与第五关节组件（5）相连接的用于腕关节活动的第六关节组件（6）以及与第六关节组件（6）相连接的用于实现使用者腕关节活动的第七关节组件（7），所述的第一关节组件（1）与第二关节组件（2）之间通过连接件（8）相连接，所述的第一关节组件（1）、第二关节组件（2）和第三关节组件（3）的三个轴线交于一点并且相互垂直，该点位于使用者肩关节的旋转中心点，所述的第五关节组件（5）、第六关节组件（6）和第七关节组件（7）的三个轴线交于一点并且相互垂直，该点位于使用者腕关节的旋转中心点。

【技术特征摘要】
1.一种人体上肢康复机器人，其特征是由7个旋转运动的关节组件串联而成的外骨骼式机械臂，所述的外骨骼式机械臂包括用于实现使用者肩部关节活动的第一关节组件(I)、与第一关节组件(I)相连接的用于实现使用者肩部关节活动的第二关节组件(2)、与第二关节组件(2)相连接的用于实现使用者肩部关节活动并可根据使用者大臂长度调节长短的第三关节组件(3)、与第三关节组件(3)相连接的可根据使用者小臂长度调节长短的第四关节组件(4)、安装在第四关节组件(4)上的用于实现使用者腕关节活动的第五关节组件(5)和与第五关节组件(5)相连接的用于腕关节活动的第六关节组件(6)以及与第六关节组件(6)相连接的用于实现使用者腕关节活动的第七关节组件(7)，所述的第一关节组件(I)与第二关节组件(2)之间通过连接件(8)相连接，所述的第一关节组件(I)、第二关节组件(2)和第三关节组件(3)的三个轴线交于一点并且相互垂直，该点位于使用者肩关节的旋转中心点，所述的第五关节组件(5)、第六关节组件(6)和第七关节组件(7)的三个轴线交于一点并且相互垂直，该点位于使用者腕关节的旋转中心点。2.根据权利要求I所述的人体上肢康复机器人，其特征是所述的第一关节组件(I)包括用于固定在安装基座上的第一固定壳(11)和与第一固定壳(11)连接的第一转动壳(12)，第一固定壳(11)和第一转动壳(12)绕第一关节组件(I)的回转轴线转动，所述的第二关节组件(2)包括与连接件(8)相连接的第二固定壳(21)和与第二固定壳(21)连接的第二转动壳(22)，第二固定壳(21)和第二转动壳(22)绕第二关节组件(2)的回转轴线转动，所述的第一固定壳(11)和第二固定壳(21)内均依次安装有第一编码器(13)、与第一编码器(13)相连接的第一电机(14)、与第一电机(14)输出轴相连接的第一减速器(15)、第一十字滑块联轴器(16)、第一准双曲面蜗杆(17)、第一准双曲面蜗轮(18)和用于测量关节转角的第一芯片(19)以及第一磁钢(111)，第一减速器(15)通过第一十字滑块联轴器(16)与第一准双曲面蜗杆(17)相连接，第一准双曲面蜗杆(17)与第一准双曲面蜗轮(18)啮合，所述的第一转动壳(12)和第二转动壳(22)内均设置有串联弹性执行器(9)和第一关节轴(110)，第一准双曲面蜗轮(18)与第一关节轴(110)固联，第一芯片(19)安装在第一固定壳(II)上，第一磁钢(111)与第一准双曲面蜗轮(18)固联，第一关节轴(110)通过第一压盖(112)与串联弹性执行器(9)相摩擦连接，第一压盖(112)通过螺栓与第一关节轴(110)固联。3.根据权利要求2所述的人体上肢康复机器人，其特征是所述的第三关节组件(3)包括与第二转动壳(22)相连接的第三固定壳(31)、与第三固定壳(31)相连接的第一摆动盘(32)、连接在第一摆动盘(32)下表面上的上臂固定板(33)和与上臂固定板(33)相连接的第一圆柱导轨(34)以及在第一圆柱导轨(34)上滑动连接的安装座(35)，所述的第三固定壳(31)内安装有第二编码器(36)、与第二编码器(36)相连接的第二电机(37)和与第二电机(37)输出轴相连接的第二减速器(38)以及与第二减速器(38)相连接的第一绞盘(39)，第三固定壳(31)底部安装有弧形滑块(310)，所述的第一摆动盘(32)包括弧形摆台(32-1)和固定在弧形摆台(32-1)两末端上的第二钢丝绳(32-2)以及设置在弧形摆台(32-1)上的弧形滑轨(32-3 )，第二钢丝绳(32-2 )缠绕在第一绞盘(39 )上，所述的第一绞盘(39 )通过第二钢丝绳(32-2)带动弧形摆台(32-1)沿弧形滑块(310)摆动，所述的安装座(35)两侧边上设置有一对第一快速夹紧手柄(311)。4.根据权利要求3所述的人体上肢康复机器人，其特征是所述的第四关节组件(4)包括安装在安装座(35)上的第四固定壳(41)、与第四固定壳(41)连...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡建军，
申请(专利权)人：常州汉迪机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：