一種三自由度混聯上肢康復機器人的製作方法
2023-06-02 02:46:36
專利名稱：一種三自由度混聯上肢康復機器人的製作方法
技術領域：
本發明屬於醫療康復設備技術領域，可模擬再現腕關節和前臂的實際康復運動，能夠實現腦卒中及類似病症患者腕關節和前臂的康復訓練功能。
背景技術：
腦卒中(也稱腦中風)是嚴重威脅中老年人身體健康的疾病，隨著我國逐漸進入老齡化社會，發病率有逐年上升的趨勢。這種疾病引發了患者肢體運動功能的喪失及相關併發症。尤其是上肢運動功能的喪失，極大地影響了患者日常生活的能力。臨床上對偏癱患者的康複方法很大程 度依賴於治療醫師對患者一對一的物理治療，這樣的方法是一種勞力集中的過程，不僅費時費力，也缺乏量化且客觀的評價。機器人技術的發展及其與臨床康復醫學的結合為康復機器人研究提供了一個很好的契機，利用機器人及其相關技術對訓練過程進行客觀的監測與評價，提高偏癱康復訓練的針對性及科學性，同時將治療醫師從繁重的體力勞動中解脫出來，為患者制定更好的康複方案，進一步提高康復的效率。作為康復患者的一種治療工具，康復機器人應該提供多樣的、有效的運動模式。從臨床康復醫學的經驗出發，機器人的運動模式應適用於不同病情和不同恢復期的患者，並有助於恢復患者日常活動功能，這對保持患者對正確運動的感覺及增強患者自信心都具有相當重要的作用。當前的上肢康復機器人形式較為單一，都以串聯居多，申請號為200710168725.1的中國專利公開一種穿戴式手功能機器人及控制系統，結構複雜，佔用空間大，支鏈長，重量大，需要較大的驅動力來驅動。這樣就導致機器人運動不夠平穩，很難達到預期的康復效果，甚至會對病人的病情產生不良影響。本發明提出的混聯式空間三自由度康復機器人可以實現前臂的內旋/外旋，以及腕部的伸直/彎曲，上旋/下旋這三個動作。相比於傳統的串聯式康復機器人，該混聯式康復機器人結構簡單，相對剛度大，末端精度高，運行平穩，易於控制，更有助於病人達到前臂與腕關節的康復訓練效果。
發明內容
本發明提供了一種基於混聯機構的上肢康復機器人，能夠有效的解決現有康復機械的不足，簡單方便地達到預期的運動效果，很好地結合病人的實際情況，實現有效的前臂與腕關節的康復訓練。本發明是通過以下技術方案實現的:設計一種適用於前臂和腕關節康復訓練的混聯式三自由度康復機器人，它能實現繞X、Y、Z軸的姿態轉動，可以幫助患者得到很好的腕關節和前臂訓練。一種三自由度混聯上肢康復機器人由一個並聯機構和一個串聯轉動副疊加而成，所述並聯機構是由動平臺通過支鏈AB、支鏈CD、支鏈EF連接靜平臺所組成，所述支鏈AB為兩根連杆通過巧副連接組成，支鏈AB的底端通過為副連接在靜平臺上，支鏈AB的頂端通過51副連接在動平臺上；支鏈EF為兩根連杆通過與副連接組成，支鏈EF的底端通過為副連接在靜平臺上，支鏈EF的頂端通過副連接在動平臺上，支鏈CD的底端通過為副聯接在靜平臺上，支鏈⑶的頂端通過^副聯接在動平臺上；所述串聯轉動副為動平臺上通過R副串聯轉動平臺；所述靜幹臺、動平臺和轉動平臺為圓環狀，動平臺和轉動平臺的軸線處於
同一直線。巧副、^'!副副互呈120°分布(ACE呈正三角形)在動平臺上，為副、乓副、副互呈120°分布(BDF呈正三角形)在靜平臺上，且巧副、乓副、為副軸線互呈60°夾角，轉動平臺通過R副聯接在動平臺上，迴轉軸線和動平臺的軸線重合，電機垂直固定在動平臺上，小齒輪內齒圈固定在電機輸出軸上，外齒圈和固定在轉動平臺的大齒輪進行嚙合，手柄固定在轉動平臺上面，跟支鏈CD相對布置。本發明的有益效果是:該混聯三自由度機器人佔用空間小，結構簡單，相對剛度大，末端精度高，易於控制，成本低廉，可以很好地實現繞X、Y、Z軸的姿態轉動，而且便於驅動，運動效果好，可根據患者的病情來設置不同的驅動，達到不同的康復訓練效果。
圖1 一種三自由度混聯上肢康復機器人機構示意圖。圖2 —種三自由度混聯上肢康復機器人機構俯視圖。圖3 —種三自由度混聯上肢康復機器人機構左視圖。圖中，1、手柄；2、轉動平臺;3、支鏈AB ;4、靜平臺;5、支鏈CD ;6、支鏈EF;7、動平臺；8、大齒輪；9、小齒輪；10、電機。
具體實施例方式動平臺7通過三個支鏈 即由支鏈AB3、支鏈⑶(5)、支鏈EF (6)和靜平臺⑷連接。
其中支鏈AB (3)由P'副、巧副、副組成，支鏈EF (6)由R-1副、P、副副組成，其中巧副、
馬副分別聯接在靜平臺(4)上，中間放置習副[副，S1副、S3副分別聯接在動平臺(7)
上，而支鏈CD (5)則由馬副、^副組成，^副聯接在靜平臺(4)上，^副聯接在動平臺(J)
上，且巧畐|]、高副—副互呈120°分布(ACE呈正三角形)在動平臺(7)上，及副、馬副
副互呈120°分布(BDF呈正三角形)在靜平臺(4)上，且巧副、乓副、副軸線互呈60°夾角，轉動平臺(2)通過R副聯接在動平臺(7)上，迴轉軸線和動平臺(7)的軸線重合，電機(10)
垂直固定在動平臺(7)上，小齒輪(9)內齒圈固定在電機輸出軸上，外齒圈和固定在轉動平臺(2)的大齒輪(8)進行嚙合，手柄(I)固定在轉動平臺(2)上面，跟支鏈CD (5)相對布
置。手臂伸入時，手握著固結於轉動平臺(2)上面的手柄(1)，通過驅動石副r副的配合，
動平臺(J)可以實現繞X、Y軸的轉動，進而實現腕部關節繞著X、Y軸二維轉動，通過電機
(10)驅動轉動平臺(2)相對於動平臺(7)的轉動可以實現轉動平臺(2)繞Z軸的轉動，從而實現小臂的轉動。本發明採用混聯式機構，相對剛度大，末端精度高，佔用空間小，結構簡單，病人不需要克服過多機構的負重，而且易於控制，可以根據病人的腕關節和小臂的不同情況來調節驅動，進而實現手部腕關節或者是小臂的的運動控制，以實現預期的康復效果；還需要說明的是，本發明也可應用於腳踝關節的康復訓練中，實現腳踝關節的繞X、Y軸的二維轉動，配合病人達到相應的康復治療效果。
權利要求
1.一種三自由度混聯上肢康復機器人，其特徵是:由一個並聯機構和一個串聯轉動副疊加而成，所述並聯機構是由動平臺⑵通過支鏈AB(3)、支鏈CD(5)、支鏈EF(6)連接靜平臺(4)所組成，所述支鏈AB(3)為兩根連杆通過召副連接組成，支鏈AB(3)的底端通過巧副連接在靜平臺(4)上，支鏈AB(3)的頂端通過^副連接在動平臺(7)上；支鏈EF ￠)為兩根連杆通過與副連接組成，支鏈EF ￠)的底端通過為副連接在靜平臺⑷上，支鏈EF(6)的頂端通過^副連接在動平臺(7)上，支鏈CD(5)的底端通過副聯接在靜平臺(4)上，支鏈CD(5)的頂端通過^副聯接在動平臺(7)上；所述串聯轉動副為動平臺(7)上通過R副串聯轉動平臺(2);所述靜平臺(4)、動平臺(7)和轉動平臺(2)為圓環狀，動平臺(7)和轉動平臺(2)的軸線處於同一直線；所述轉動平臺(2)上設有手柄(I)。
2.根據權利要求1所述的一種三自由度混聯上肢康復機器人，其特徵是:所述支鏈AB(3)、支鏈CD(5)和支鏈EF(6)的頂端連接在動平臺(7)上的巧副、^副和^副沿圓周互呈120°均勻分布，所述支鏈AB (3)、支鏈CD (5)和支鏈EW6)的底端連接在靜平臺(4)上的為副、尺副和馬副沿圓周互呈120°均勻分布，且巧副、乓副和為副的軸線互呈60°夾角。
3.根據權利要求1所述的一種三自由度混聯上肢康復機器人，其特徵是:還包括電機(10)和小齒輪(9)，所述轉動平臺(2)外圓設有外齒，電機(10)垂直固定在動平臺(7)上，小齒輪(9)的內齒圈固定在電機(10)的輸出軸上，小齒輪(9)的外齒圈和轉動平臺⑵的外齒嚙合。
全文摘要
本發明公開了一種三自由度混聯上肢康復機器人，屬於醫療康復設備技術領域。本發明由一個並聯機構和一個串聯轉動副疊加而成，所述並聯機構是由動平臺(7)通過支鏈AB(3)、支鏈CD(5)、支鏈EF(6)連接靜平臺(4)所組成，本發明實現繞X、Y、Z軸的姿態轉動，可根據患者的病情來設置不同的驅動，有選擇地實現腕部關節或者小臂的康復訓練，進而達到不同的康復訓練效果。本發明解決了現有的肢體康復機器人形式單一，佔用空間大，支鏈長，重量大，需要較大的驅動力問題。
文檔編號A61H1/02GK103083156SQ201310020668
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月21日 優先權日2013年1月21日
發明者楊啟志, 曹電鋒, 莊佳奇, 訾鵬飛, 吳偉光, 尹小琴 申請人:江蘇大學