人體上肢康復機器人的製作方法

2023-12-02 09:36:41 2

專利名稱：人體上肢康復機器人的製作方法
技術領域：
本發明涉及醫療康復訓練器械的領域，尤其是一種人體上肢康復機器人。
背景技術：
事實證明，正崛起的康復機器人技術通過上下肢康復訓練幫助患者康復的潛力是巨大的，它們能夠代替並減輕理療師們重體力、高強度的工作負擔。機器人適於重複性的工作，這使得機器人康復訓練程序得到更好的實施，這類程序的設計主要為了幫助神經受損的患者恢復其運動機能。由神經系統損傷導致的功能性殘障中最影響患者功能的便是上肢系統的功能性障礙，上肢系統功能性障礙導致的殘障，對患者生活的獨立性和質量的影響是非常顯著的，對患者運動機能的康復，尤其上肢功能的恢復，被認為是腦外傷及脊髓損傷患者神經康復訓練中最重要的目標之一。

發明內容
本發明要解決的技術問題是為了克服上述中存在的問題，提供一種人體上肢康復機器人，其可通過直接操作、交互式監控以及遠程臨境控制等方式在醫院安全穩健地運行。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是一種人體上肢康復機器人，包括依次由7個旋轉運動的關節組件串聯而成的外骨骼式機械臂，所述的外骨骼式機械臂包括用於實現使用者肩部關節活動的第一關節組件、與第一關節組件相連接的用於實現使用者肩部關節活動的第二關節組件、與第二關節組件相連接的用於實現使用者肩部關節活動並可根據使用者大臂長度調整長短的第三關節組件、與第三關節組件相連接的殼根據使用者大臂長度調節長短的第四關節組件、安裝在第四關節組件上的用於實現使用者腕關節活動的第五關節組件和與第五關節組件相轉動連接的用於實現使用者腕關節活動的第六關節組件以及與第六關節組件相轉動連接的用於實現使用者腕關節活動的第七關節組件，所述的第一關節組件與第二關節組件之間通過連接件相連接，所述的第一關節組件、第二關節組件和第三關節組件的三個軸線交於一點並且相互垂直，該點位於使用者肩關節的旋轉中心，第五關節組件、第六關節組件和第七關節組件的三個軸線交於一點並且相互垂直，該點位於使用者腕關節的旋轉中心，第四關節組件的軸線通過患者的肘關節。所述的第一關節組件包括用於固定在安裝基座上的第一固定殼和與第一固定殼轉動連接的第一轉動殼，第一固定殼和第一轉動殼繞第一關節組件的迴轉軸線轉動，所述的第二關節組件包括與連接件相連接的第二固定殼和與第二固定殼轉動連接的第二轉動殼，第二固定殼和第二轉動殼繞第二關節組件的迴轉軸轉動，所述的第一固定殼和第二固定殼內均依次安裝有第一編碼器、與第一編碼器相連接的第一電機、與第一電機輸出軸相連接的第一減速器、第一十字滑塊聯軸器、第一準雙曲面蝸杆、第一準雙曲面蝸輪和用於測量關節轉角的第一晶片以及第一磁鋼，第一準雙曲面蝸杆和第一準雙面蝸輪是一種先進的偏軸齒輪系，越來越廣泛應用於工程領域的各個分支由於其增大了齒輪嚙合面積並提供更好的嚙合表面，所以它具有更大的載荷能力(尤其是在過載時表現更為突出)、更大的負載自重比、更為平滑的齒輪嚙合過程和更小的噪音等優點，並且其在鋼對鋼材料接觸中也能夠可靠運行，第一晶片可以選用霍爾晶片，第一減速器通過第一十字滑塊聯軸器與第一準雙曲面蝸杆相連接，第一準雙曲面蝸杆與第一準雙曲面蝸輪嚙合，所述的第一轉動殼和第二轉動殼內均設置有串聯彈性執行器和第一關節軸，第一準雙面曲面蝸輪與第一關節軸固聯，第一晶片安裝在第一固定殼上，第一磁鋼與第一準曲面蝸輪固聯，第一關節軸通過第一壓蓋與串聯彈性執行器相摩擦連接，第一壓蓋通過螺栓與第一關節軸固聯，通過調整螺栓扭矩即可調節第一壓蓋與滑輪之間的摩擦力。所述的第三關節組件包括與第二轉動殼相連接的第三固定殼、與第三固定殼相轉動連接的第一擺動盤、連接在第一擺動盤下表面上的上臂固定板和與上臂固定板相連接的第一圓柱導軌以及在第一圓柱導軌上滑動連接的安裝座，所述的第三固定殼內安裝有第二編碼器、與第二編碼器相連接的第二電機和與第二電機輸出軸相連接的第二減速器以及與 第二減速器相連接的第一絞盤，第三固定殼底部安裝有弧形滑塊，所述的第一擺動盤包括弧形擺臺和固定在弧形擺臺兩末端上的第二鋼絲繩以及設置在弧形擺臺上的弧形滑軌，第二鋼絲繩纏繞在第一絞盤上，所述的第一絞盤通過第二鋼絲繩帶動弧形擺臺沿弧形滑塊擺動，所述的安裝座兩側邊上設置有一對第一快速夾緊手柄。所述的第四關節組件包括安裝在安裝座上的第四固定殼、與第四固定殼轉動連接的第三轉動殼和設置在第三轉動殼上的第二圓柱導軌以及與第二圓柱導軌滑動連接的連接板，所述的第二圓柱導軌與連接板之間設置有第二夾緊手柄，所述的第三轉動殼內安裝有第三編碼器、與第三編碼器相連接的第三電機、與第三電機輸出軸相連接的第三減速器、第二十字滑塊聯軸器、第二準雙曲面蝸杆、第二準雙曲面蝸輪和用於測量關節轉角的第二晶片以及第二磁鋼，第三減速器通過第二十字滑塊聯軸器與第二準雙曲面蝸杆相連接，第二準雙曲面蝸杆與第二準雙曲面蝸輪嚙合，所述的第四固定殼內設置有串聯彈性執行器和第二關節軸，第二準雙曲面蝸輪與第二關節軸固聯，第二晶片安裝在第三轉動殼上，第二磁鋼與第二準雙曲面蝸輪固聯，第二關節軸通過第二壓蓋與串聯彈性執行器相摩擦連接，第二壓蓋通過螺栓與第二關節軸固聯，通過調整螺栓扭矩即可調節第二壓蓋與滑輪之間的摩擦力。為了能夠確保機器人的柔性、安全性、靈活性以及用於上肢康復訓練系統靈敏操作的足夠的力量，所述的串聯彈性執行器包括滑輪、鋼絲繩和第一彈簧以及第二彈簧，所述的滑輪上開設有圓球形凹坑，鋼絲繩上固定有與圓球形凹坑相對應的鋼球，鋼絲繩的一端連接有第一螺紋杆，另一端上連接有第二螺紋杆，第一螺紋杆上套置有第一彈簧並通過第一螺母旋合，第二螺紋杆上套置有第二彈簧並通過第二螺母旋合，第二螺母上連接有電位器滑杆，電位器滑杆端部連接有直線電位器，直線電位器上安裝有電位器座，電位器座與相應的轉動殼固聯，第一彈簧與第二彈簧的靠近滑輪端壓緊在相應的轉動殼上，通過測量彈簧的變形，可以間接測量機器人關節的扭矩並且對其進行直接控制，能夠將傳統力矩量測的力控制問題轉換成對位置控制問題，從而使得力測量變得很好解決而達到改善力測量的精確度的目的，與置於機器上的典型測壓元件與應變傳感器等相比，彈簧具有的更大的變形能力改善了信噪聲比，電機的高減速比也進一步增大了執行器的特定的功率及功率密度，串聯彈性執行器按照指令施力，並結合固有彈性使其工作起來與人肌肉相似，與傳統的力矩或液壓傳感器相比較，串聯彈性執行器表現出更好的應對強震和意外硬擊時控制的穩定性和穩健性，串聯彈性執行器與人接觸的操作行為具有固有的安全性，在與人突然接觸時，傳統的執行器表現出具有較高危險性的有效慣矩，此有效慣性矩與齒輪減速比的平方成正比，當強度較高時這係數通常能達到一萬倍甚至更高，而串聯彈性執行器中的彈性元件能夠在機器與硬物接觸時使齒輪箱與機械臂處於解耦狀態，從而使慣性矩僅限於機械本身的慣性矩。所述的第五關節組件包括安裝在連接板上的第二擺動盤和與第二擺動盤的外弧形邊沿相滑移配合的動力盒，所述的第二擺動盤包括小臂擺臺、分別設置在小臂擺臺上表面和下表面的上外弧形滑軌和下外弧形滑軌以及連接在小臂擺臺兩末端的鋼索，所述的動力盒內安裝有第四編碼器、與第四編碼器相連接的第四電機和與第四電機輸出軸相連接的第四減速器以及與第四減速器相連接的第二絞盤，所述的動力盒上連接有弧形滑塊，所述的第二絞盤通過鋼索帶動小臂擺臺沿上外弧形滑軌和下外弧形滑軌擺動。所述的第六關節組件包括連接在動力盒上的第五固定殼和與第五固定殼轉動連接的第一擺臂，第五固定殼內安裝有第五編碼器、與第五編碼器相連接的第五電機和與第 五電機輸出軸相連接的第五減速器以及與第五減速器相連接的第一固定板，第一固定板與第一擺臂一端相連接。為了能使手腕左右轉動，所述的第七關節組件包括安裝在第一擺臂上的第六固定殼和與第六固定殼轉動連接的第二擺臂以及連接在第二擺臂端部的手柄，第六固定殼內安裝有第六編碼器、與第六編碼器相連接的第六電機和與第六電機輸出軸相連接的第六減速器、與第六減速器相連接的第二固定板，第二固定板與第二擺臂相連接。本發明的有益效果是，本發明的人體上肢康復機器人，在關節組件中結合串聯彈性執行器，能夠使得力測量變得更容易，確保機器人的柔性、安全性、靈活性並且提高上肢康復訓練靈敏操作的力量，採用七個旋轉關節組件串聯構成機械臂的設計結構，每個關節組件都帶有電機減速器的驅動機構，能夠帶動手臂主動運動，從而有效地實現康復訓練。


下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。圖I是本發明的立體圖；圖2是圖I中第一關節組件或第二關節組件的立體圖；圖3是圖2的主視圖；圖4是圖3中B-B剖視圖；圖5是圖3中C-C剖視圖；圖6是圖I中第三關節組件的立體圖；圖7是圖6的主視圖；圖8是圖7中A-A剖視圖；圖9是圖8中B-B剖視圖；圖10是圖I中第四關節組件的立體圖；圖11是圖10的主視圖；圖12是圖11中A-A剖視圖13是圖12中B-B剖視圖；圖14是圖13中C-C剖視圖；圖15是圖I中第五關節組件的立體圖；圖16是圖I中第六關節組件的立體圖；圖17是圖16的主視圖；圖18是圖17中A-A剖視圖；圖19是圖16的側視圖；圖20是圖I中第七關節組件的立體圖；圖21是圖20的主視圖；圖22是圖21的側視圖；圖23是圖22中A-A的剖視圖；圖24是本發明中串聯彈性執行器的結構示意圖。圖中I.第一關節組件,11.第一固定殼,12.第一轉動殼,13.第一編碼器,14.第一電機，15.第一減速器,16.第 h字滑塊聯軸器，17.第一準雙曲面蝸輪，18.第一準雙曲面蝸杆，19.第一晶片，110.第一關節軸，111.第一磁鋼，112.第一壓蓋，2.第二關節組件，21.第二固定殼，22.第二轉動殼，3.第三關節組件，31.第三固定殼，32.第一擺動盤，32-1.弧形擺臺，32-2.第二鋼絲繩，32-3.弧形滑軌，33.上臂固定板，34.第一圓柱導軌，35.安裝座，36.第二編碼器，37.第二電機，38.第二減速器，39.第一絞盤，310.弧形滑塊，311.第一快速夾緊手柄，4.第四關節組件，41.第四固定殼，42.第三轉動殼，43.第二圓柱導軌，44.連接板，46.第二夾緊手柄，47.第三編碼器，48.第三電機，49.第三減速器，410.第二十字滑塊聯軸器，411.第二準雙曲面蝸杆，412.第二準雙曲面蝸輪，413.第二晶片，414.第二關節軸，415.第二磁鋼，416.第二壓蓋，5.第五關節組件，51.第二擺動盤，511.小臂擺臺，512.上外弧形滑軌，513.下外弧形滑軌，514.鋼索，52.動力盒，53.第四編碼器，54.第四電機，55.第四減速器，56.第二絞盤，57.弧形滑塊，6.第六關節組件，61.第五固定殼，62.第一擺臂,63.第五編碼器,64.第五電機,65.第五減速器,66.第一固定板,7.第七關節組件，71.第六固定殼，72.第二擺臂，73.手柄，74.第六編碼器，75.第六電機，76.第六減速器，77.第二固定板，8.連接件，9.串聯彈性執行器，91.滑輪，92.鋼絲繩，92-1.鋼球93.第一螺紋杆，94.第二螺紋杆，95.第一彈簧，96.第一螺母，97.第二彈簧，98.第二螺母，99.電位器滑杆，910.直線電位器，911.電位器座。
具體實施例方式現在結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發明的基本結構，因此其僅顯示與本發明有關的構成。如圖I所示的人體上肢康復機器人，包括依次由7個旋轉運動的關節組件串聯構成的外骨骼式機械臂，外骨骼式機械臂包括用於實現使用者肩部關節活動的第一關節組件
I、與第一關節組件I相連接的用於實現使用者肩部關節活動的第二關節組件2、與第二關節組件2相連接的用於實現使用者肩部關節活動並可根據使用者大臂長度調節長短的第三關節組件3、與第三關節組件3相連接的可根據使用者小臂長度調節長短的第四關節組件4、安裝在第四關節組件4上的用於實現使用者腕關節活動的第五關節組件5和與第五關節組件5相轉動連接的用於實現使用者腕關節活動的第六關節組件6以及與第六關節組件6相轉動連接的用於實現使用者腕關節活動的第七關節組件7，第一關節組件I與第二關節組件2之間通過連接件8相連接，第一關節組件I、第二關節組件2和第三關節組件3的三個軸線交於一點並且相互垂直，穿戴後，該點位於使用者肩關節的旋轉中心點，第一關節組件I、第二關節組件2和第三關節組件3可以模擬肩關節的三個旋轉自由度，第五關節組件
5、第六關節組件6和第七關節組件7的三個軸線交於一點並且相互垂直，該點位於使用者的腕關節旋轉中心點，第五關節組件5、第六關節組件6和第七關節組件7可以模擬腕關節的三個旋轉自由度。如圖2、圖3、圖4和圖5所示的人體上肢康復機器人，第一關節組件I包括用於固定在安裝基座上的第一固定殼11和與第一固定殼11轉動連接的第一轉動殼12，第一固定殼11和第一轉動殼12繞第一關節組件的迴轉軸線轉動，第二關節組件2包括與連接件8相連接的第二固定殼21和與第二固定殼21轉動連接的第二轉動殼22，第二固定殼21和第二轉動殼22繞第二關節組件2的迴轉軸線轉動，第一固定殼11和第二固定殼21內均依次 安裝有第一編碼器13、與第一編碼器13相連接的第一電機14、與第一電機14輸出軸相連接的第一減速器15、第一十字滑塊聯軸器16、第一準雙曲面蝸杆17、第一準雙曲面蝸輪18和用於測量關節轉角的第一晶片19以及第一磁鋼111，第一減速器15通過第一十字滑塊聯軸器16與第一準雙曲面蝸杆17相連接，第一準雙曲面蝸杆17與第一準雙曲面蝸輪18嚙合，在第一轉動殼12和第二轉動殼22內均設置有串聯彈性執行器9和第一關節軸110，第一準雙曲面蝸輪18與第一關節軸110固聯，第一晶片19安裝在第一固定殼11上，第一磁鋼111與第一準雙曲面蝸輪18固聯，第一磁鋼111和第一晶片19構成霍爾傳感器，兩者相對轉動，第一晶片19輸出轉角信號,第一關節軸110通過第一壓蓋112與串聯彈性執行器9上的滑輪91相摩擦連接，第一壓蓋112通過螺栓與第一關節軸110固聯，通過調整螺栓扭矩即可調整第一壓蓋112與滑輪91之間的摩擦力，利用串聯彈性執行器9，可以通過測量電阻變化量可以算出彈簧變形量，進而得到鋼絲繩的拉力和關節扭矩。如圖6、圖7、圖8和圖9所示的人體上肢康復機器人，第三關節組件3包括與第二轉動殼22相連接的第三固定殼31、與第三固定殼31相轉動連接的第一擺動盤32、連接在第一擺動盤32下表面上的上臂固定板33和與上臂固定板33相連接的第一圓柱導軌34以及在第一圓柱導軌34上滑動連接的安裝座35，第三固定殼31內安裝有第二編碼器36、與第二編碼器36相連接的第二電機37和與第二電機37輸出軸相連接的第二減速器38以及與第二減速器38相連接的第一絞盤39，第三固定殼31底部安裝有弧形滑塊310，第一擺動盤32包括弧形擺臺32-1和固定在弧形擺臺32-1兩末端上的第二鋼絲繩32-2以及設置在弧形擺臺32-1上的弧形滑軌32-3，第二鋼絲繩32-2纏繞在第一絞盤39上，第一擺動盤32和第三固定殼31通過弧形滑塊310和弧形滑軌32-3相連，當電機轉動時，第一絞盤39通過第二鋼絲繩32-2帶動弧形擺臺32-1沿弧形滑塊310擺動，安裝座35兩側邊上設置有一對第一快速夾緊手柄311。如圖10、圖11、圖12、圖13和圖14所示的人體上肢康復機器人，第四關節組件4包括安裝在安裝座35上的第四固定殼41、與第四固定殼41轉動連接的第三轉動殼42和設置在第三轉動殼42上的滑動導向軸43以及與第二圓柱導軌43滑動連接的連接板44，第二圓柱導軌43與連接板44之間設置有快速夾具45，快速夾具45上連接有第二夾緊手柄46，可以便於對小臂不同長度的適應，調節時先扳動第二夾緊手柄46至立起，將連接板44滑動至合適位置後放下快速夾具扳手46，鎖緊即可，第三轉動殼42內安裝有第三編碼器47、與第三編碼器47相連接的第三電機48、與第三電機48輸出軸相連接的第三減速器49、第二十字滑塊聯軸器410、第二準雙曲面蝸杆411、第二準雙曲面蝸輪412和用於測量關節轉角的第二晶片413以及第二磁鋼415，第三減速器49通過第二十字滑塊聯軸器410與第二準雙曲面蝸杆411相連接，第二準雙曲面蝸杆411與第二準雙曲面蝸輪412嚙合，第四固定殼41內放置有串聯彈性執行器9和第二關節軸414，第二準雙曲面蝸輪412與第二關節軸414固聯，第二晶片413安裝在第三轉動殼42上，第二磁鋼415與第二準雙曲面蝸輪412固聯，第二晶片413和第二磁鋼415構成霍爾傳感器，兩者相對轉動，第二晶片413輸出轉角信號，第二關節軸414通過第二壓蓋416與串聯彈性執行器9相摩擦連接，以達到柔性制動的目的，第二壓蓋416通過螺栓與第二關節軸414固聯，通過調整螺栓扭矩即可調節第二壓蓋416與滑輪91之間的摩擦力。 如圖15所示的人體上肢康復機器人，第五關節組件5包括安裝在連接板44上的第二擺動盤51和與第二擺動盤51的外弧形邊沿相滑移配合的動力盒52，第二擺動盤51包括小臂擺臺511、分別設置在小臂擺臺511上表面和下表面的上外弧形滑軌512和下外弧形滑軌513以及連接在小臂擺臺511兩末端的鋼索514，動力盒52內安裝有第四編碼器53、與第四編碼器53相連接的第四電機54和與第四電機54輸出軸相連接的第四減速器55以及與第四減速器55相連接的第二絞盤56，在第二絞盤56上纏繞若干圈鋼索514，動力盒52上連接有弧形滑塊57，當電機轉動時，第二絞盤56通過鋼索514帶動小臂擺臺511沿上外弧形滑軌512和下外弧形滑軌513擺動，當小臂放在小臂擺臺上時，第五關節組件5就會使小臂左右轉動。如圖16、圖17、圖18和圖19所示的人體上肢康復機器人，第六關節組件6包括連接在動力盒52上的第五固定殼61和與第五固定殼61轉動連接的第一擺臂62,第五固定殼61內安裝有第五編碼器63、與第五編碼器63相連接的第五電機64和與第五電機64輸出軸相連接的第五減速器65以及與第五減速器65相連接的第一固定板66,第一固定板66與第一擺臂62 —端相連接，當小手臂放置在第五關節組件5上時，第六關節組件6上第五固定殼61內的驅動系統帶動第一擺臂62轉動，第一擺臂與第七關節組件7相連接，從而使手腕與小手臂進行上下運動。如圖20、圖21、圖22和圖23所示的人體上肢康復機器人，第七關節組件7包括安裝在第一擺臂62上的第六固定殼71和與第六固定殼71轉動連接的第二擺臂72以及連接在第二擺臂72端部的手柄73，第六固定殼71內安裝有第六編碼器74、與第六編碼器74相連接的第六電機75和與第六電機75輸出軸相連接的第六減速器76、與第六減速器76相連接的第二固定板77，第二固定板77與第二擺臂72相連接，當手臂固定在第六關節組件6上，手抓住手柄時，第七關節組件7上第六固定殼71內的驅動系統轉動帶動擺臂擺動，這樣就促進手腕左右轉動。圖24所示的人體上肢康復機器人，串聯彈性執行器9包括滑輪91、鋼絲繩92、鋼球92-1、第一彈簧95、第二彈簧97、第一螺母96、第二螺母98和第一螺紋杆93以及第二螺紋杆94，滑輪91上開設有圓球形凹坑，鋼絲繩92上固定有與圓球形凹坑相對應的鋼球92-1，鋼絲繩92的一端連接有第一螺紋杆93，另一端上連接有第二螺紋杆94，第一螺紋杆93上套有第一彈簧95並在末端與第一螺母96旋合，第二螺紋杆94上套有第二彈簧97並在末端與第二螺母98旋合，第二螺母98上連接有電位器滑杆99，電位器滑杆99端部連接有直線電位器910，直線電位器910上安裝有電位器座911，當電機驅動滑輪轉動時，滑輪91通過固定在鋼絲繩92上的鋼球92-1拉動鋼絲繩92，鋼絲繩92末端的螺母隨鋼絲繩92移動壓縮彈簧，彈簧再推動轉動殼使其轉動，彈簧的變形量可以通過直線電位器910測出，進而可以算出彈簧壓力和關節扭矩，其此串聯彈性執行器9具有被動柔性及較快的響應速度，能夠保護使用者不受電機輸出力矩過大的傷害。串聯彈性執行器的滑輪91及與其相連的關節軸通過壓蓋及6個壓緊螺栓連接在一起，壓蓋與滑輪91之間通過摩擦力傳遞動力，當外界負載過大時，滑輪91打滑，以保護電機及齒輪，通過調節壓緊螺栓的扭矩，可以調整打滑時的負載力矩。本發明的人體上肢康復機器人，上肢康復訓練具有三個步驟1.抓取訓練達到令人滿意的運動速度，均勻一致的伸臂動作時長和執行末端的準確性，主要用於訓練伸手觸及物體；2.觸摸手臂的旋轉、觸摸和運動軌跡的精確性；3.流程約束補償既能夠改善關節功能，提高其同步性，還能夠提升其速度性能，當抓取和觸摸同時成為主要動作時，其過程更加複雜化。以上述依據本發明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發明技術思想的範圍內，進行多樣的變更以及修改。本項發明的技術 性範圍並不局限於說明書上的內容，必須要根據權利要求範圍來確定其技術性範圍。
權利要求
1.一種人體上肢康復機器人，其特徵是由7個旋轉運動的關節組件串聯而成的外骨骼式機械臂，所述的外骨骼式機械臂包括用於實現使用者肩部關節活動的第一關節組件(I)、與第一關節組件(I)相連接的用於實現使用者肩部關節活動的第二關節組件(2)、與第二關節組件(2)相連接的用於實現使用者肩部關節活動並可根據使用者大臂長度調節長短的第三關節組件(3)、與第三關節組件(3)相連接的可根據使用者小臂長度調節長短的第四關節組件(4)、安裝在第四關節組件(4)上的用於實現使用者腕關節活動的第五關節組件(5)和與第五關節組件(5)相連接的用於腕關節活動的第六關節組件(6)以及與第六關節組件(6)相連接的用於實現使用者腕關節活動的第七關節組件(7)，所述的第一關節組件(I)與第二關節組件(2)之間通過連接件(8)相連接，所述的第一關節組件(I)、第二關節組件(2)和第三關節組件(3)的三個軸線交於一點並且相互垂直，該點位於使用者肩關節的旋轉中心點，所述的第五關節組件(5)、第六關節組件(6)和第七關節組件(7)的三個軸線交於一點並且相互垂直，該點位於使用者腕關節的旋轉中心點。
2.根據權利要求I所述的人體上肢康復機器人，其特徵是所述的第一關節組件(I)包括用於固定在安裝基座上的第一固定殼(11)和與第一固定殼(11)連接的第一轉動殼(12)，第一固定殼(11)和第一轉動殼(12)繞第一關節組件(I)的迴轉軸線轉動，所述的第二關節組件(2)包括與連接件(8)相連接的第二固定殼(21)和與第二固定殼(21)連接的第二轉動殼(22)，第二固定殼(21)和第二轉動殼(22)繞第二關節組件(2)的迴轉軸線轉動，所述的第一固定殼(11)和第二固定殼(21)內均依次安裝有第一編碼器(13)、與第一編碼器(13)相連接的第一電機(14)、與第一電機(14)輸出軸相連接的第一減速器(15)、第一十字滑塊聯軸器(16)、第一準雙曲面蝸杆(17)、第一準雙曲面蝸輪(18)和用於測量關節轉角的第一晶片(19)以及第一磁鋼(111)，第一減速器(15)通過第一十字滑塊聯軸器(16)與第一準雙曲面蝸杆(17)相連接，第一準雙曲面蝸杆(17)與第一準雙曲面蝸輪(18)嚙合，所述的第一轉動殼(12)和第二轉動殼(22)內均設置有串聯彈性執行器(9)和第一關節軸(110)，第一準雙曲面蝸輪(18)與第一關節軸(110)固聯，第一晶片(19)安裝在第一固定殼(II)上，第一磁鋼(111)與第一準雙曲面蝸輪(18)固聯，第一關節軸(110)通過第一壓蓋(112)與串聯彈性執行器(9)相摩擦連接，第一壓蓋(112)通過螺栓與第一關節軸(110)固聯。
3.根據權利要求2所述的人體上肢康復機器人，其特徵是所述的第三關節組件(3)包括與第二轉動殼(22)相連接的第三固定殼(31)、與第三固定殼(31)相連接的第一擺動盤(32)、連接在第一擺動盤(32)下表面上的上臂固定板(33)和與上臂固定板(33)相連接的第一圓柱導軌(34)以及在第一圓柱導軌(34)上滑動連接的安裝座(35)，所述的第三固定殼(31)內安裝有第二編碼器(36)、與第二編碼器(36)相連接的第二電機(37)和與第二電機(37)輸出軸相連接的第二減速器(38)以及與第二減速器(38)相連接的第一絞盤(39)，第三固定殼(31)底部安裝有弧形滑塊(310)，所述的第一擺動盤(32)包括弧形擺臺(32-1)和固定在弧形擺臺(32-1)兩末端上的第二鋼絲繩(32-2)以及設置在弧形擺臺(32-1)上的弧形滑軌(32-3 )，第二鋼絲繩(32-2 )纏繞在第一絞盤(39 )上，所述的第一絞盤(39 )通過第二鋼絲繩(32-2)帶動弧形擺臺(32-1)沿弧形滑塊(310)擺動，所述的安裝座(35)兩側邊上設置有一對第一快速夾緊手柄(311)。
4.根據權利要求3所述的人體上肢康復機器人，其特徵是所述的第四關節組件(4)包括安裝在安裝座(35)上的第四固定殼(41)、與第四固定殼(41)連接的第三轉動殼(42)和設置在第三轉動殼(42)上的第二圓柱導軌(43)以及與第二圓柱導軌(43)滑動連接的連接板(44)，所述的第二圓柱導軌(43)與連接板(44)之間設置有第二夾緊手柄(46)，所述的第三轉動殼(42 )內安裝有第三編碼器(47 )、與第三編碼器(47 )相連接的第三電機(48 )、與第三電機(48)輸出軸相連接的第三減速器(49)、第二十字滑塊聯軸器(410)、第二準雙曲面蝸杆(411)、第二準雙曲面蝸輪(412)和用於測量關節轉角的第二晶片(413)以及第二磁鋼(415)，第三減速器(49)通過第二十字滑塊聯軸器(410)與第二準雙曲面蝸杆(411)相連接，第二準雙曲曲面蝸杆(411)與第二準雙曲面蝸輪(412)嚙合，所述的第四固定殼(41)內設置有串聯彈性執行器(9)和第二關節軸(414)，第二準雙曲面蝸輪(412)與第二關節軸(414)固聯，第二晶片(413)安裝在第三轉動殼(42)上，第二磁鋼(415)與第二準雙曲面蝸輪(412)固聯，第二關節軸(414)通過第二壓蓋(416)與串聯彈性執行器(9)相摩擦連接，第二壓蓋(416)通過螺栓與第二關節軸(414)固聯。
5.根據權利要求2或4所述的人體上肢康復機器人，其特徵是所述的串聯彈性執行器(9)包括滑輪(91)、鋼絲繩(92)以及第一彈簧(95)以及第二彈簧(97)，所述的滑輪(91)上開設有圓球形凹坑，鋼絲繩(92)上固定有與圓球形凹坑相對應的鋼球(92-1)，鋼絲繩(92)的一端連接有第一螺紋杆(93)，另一端上連接有第二螺紋杆(94)，第一螺紋杆(93)上套置有第一彈簧(95)並通過第一螺母(96)旋合，第二螺紋杆(94)上套置有第二彈簧(97)並通過第二螺母(98)旋合，第二螺母(98)上連接有電位器滑杆(99)，電位器滑杆(99)端部連接有直線電位器(910)，直線電位器(910)上安裝有電位器座(911)，電位器座(911)與相應的轉動殼固聯，第一彈簧(95)與第二彈簧(97)的靠近滑輪(91)端壓緊在相應的轉動殼上。
6.根據權利要求4所述的人體上肢康復機器人，其特徵是所述的第五關節組件(5)包括安裝在連接板(44)上的第二擺動盤(51)和與第二擺動盤(51)的外弧形邊沿相滑移配合的動力盒(52)，所述的第二擺動盤(51)包括小臂擺臺(511)、分別設置在小臂擺臺(511)上表面和下表面的上外弧形滑軌(512)和下外弧形滑軌(513)以及連接在小臂擺臺(511)兩末端的鋼索(514)，所述的動力盒(52)內安裝有第四編碼器(53)、與第四編碼器(53)相連接的第四電機(54)和與第四電機(54)輸出軸相連接的第四減速器(55)以及與第四減速器(55)相連接的第二絞盤(56)，所述的動力盒(52)上連接有弧形滑塊(57)，所述的第二絞盤(56)通過鋼索(514)帶動小臂擺臺(511)沿上外弧形滑軌(512)和下外弧形滑軌(513)擺動。
7.根據權利要求6所述的人體上肢康復機器人，其特徵是所述的第六關節組件(6)包括連接在動力盒(52)上的第五固定殼(61)和與第五固定殼(61)連接的第一擺臂(62),第五固定殼(61)內安裝有第五編碼器(63)、與第五編碼器(63)相連接的第五電機(64)和與第五電機(64)輸出軸相連接的第五減速器(65)以及與第五減速器(65)相連接的第一固定板(66)，第一固定板(66)與第一擺臂(62) —端相連接。
8.根據權利要求7所述的人體上肢康復機器人，其特徵是所述的第七關節組件(7)包括安裝在第一擺臂(62)上的第六固定殼(71)和與第六固定殼(71)連接的第二擺臂(72)以及連接在第二擺臂(72)端部的手柄(73)，第六固定殼(71)內安裝有第六編碼器(74)、與第六編碼器(74)相連接的第六電機(75)和與第六電機(75)輸出軸相連接的第六減速器(76)、與第六減速器(76)相連接的第二固定板(77)，第二固 定板(77)與第二擺臂(72)相連接。
全文摘要
本發明涉及一種人體上肢康復機器人,包括第一關節組件、第二關節組件、第三關節組件、第四關節組件、第五關節組件和第六關節組件以及第七關節組件，第一關節組件、第二關節組件和第三關節組件的三個軸線交於一點並且相互垂直，該點位於使用者肩關節的旋轉中心點，第五關節組件、第六關節組件和第七關節組件的三個軸線交於一點並且相互垂直，該點位於使用者腕關節的旋轉中心點。本發明的人體上肢康復機器人，採用七個旋轉關節組件串聯構成機械臂的設計結構，每個關節組件都帶有電機減速器的驅動機構，能夠帶動手臂主動運動，從而有效地實現康復訓練。
文檔編號A61H1/00GK102727360SQ20121018423
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月6日 優先權日2012年6月6日
發明者胡建軍 申請人:常州漢迪機器人科技有限公司