一種外骨骼式手臂康復訓練裝置製造方法
2023-06-20 05:13:56
一種外骨骼式手臂康復訓練裝置製造方法
【專利摘要】本發明的目的在於提供一種外骨骼式手臂康復訓練裝置，包括移動機架、肩關節驅動單元、大臂長微調機構、肘關節驅動單元、前臂長微調機構，腕關節驅動單元。肩關節及驅動單元主要由肩迴轉電機、迴轉橫肩杆、擺動豎肩杆、肩擺動電機構成，在兩組電機的控制下可以實現肩關節的水平迴轉和上下擺動；大臂和前臂的微調機構可根據不同訓練者的實際臂長進行調整，在可滿足不同人群使用需求的同時，長度微調機構儘量靠近機架端布置，最大程度的降低機械手臂末端的負載；肘關節和腕關節採用柔性的同步帶驅動方案，降低手臂康復裝置末端負載，並有效的保護訓練者以避免二次傷害。本發明降低了機械臂末端的負載，手臂康復裝置可操控好。
【專利說明】一種外骨骼式手臂康復訓練裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及的是一種康復訓練裝置，具體地說是手臂康復訓練裝置。
【背景技術】
[0002]目前偏癱和中風患者的手臂康復訓練已經得到國內外研宄人員的關注，隨著該類患者以及手臂運動障礙患者的日益增多，恢復這類人群的生活能力以及康復訓練已成為迫切需要。因此，設計一款可以對殘疾手臂各關節和肌肉機群進行康復訓練和神經功能恢復的機器人系統具有重要意義。
[0003]目前國內外相關專利很多，功能也相似。人體上肢康復機器人(專利號201210184232.8)，提出了一種利用滑軌、滑塊和快送夾具的移動式臂長調整機構，但是該種臂長調整機構滑軌的最大行程是固定的，即在小臂長情況下，多餘滑軌行程會增加機械手臂末端的負載；一種上肢康復訓練機器人(專利號201110237855.4)，提出了一種基於導軌和滑塊的移動式臂長調整機構，同樣該種臂長調整機構導軌的最大行程是固定的，在小臂長情況下多餘導軌行程會增加機械手臂末端的負載；一種上肢康復機器人(專利號201210554494.9)，提出了一種伸縮滑軌式臂長調整機構，可根據需要調整臂長，但是該調整機構安裝和調整比較複雜。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於提供適用於不同的使用人群的一種外骨骼式手臂康復訓練裝置。
[0005]本發明的目的是這樣實現的:
[0006]本發明一種外骨骼式手臂康復訓練裝置，其特徵是:包括移動機架、肩關節驅動單元、大臂長微調機構、肘關節驅動單元、前臂長微調機構，腕關節驅動單元；移動機架底部安裝有車輪，肩關節驅動單元包括肩迴轉電機、迴轉橫肩杆、擺動豎肩杆、肩擺動電機，肩迴轉電機設置在移動機架的上端，肩擺動電機設置在移動機架的中部，相互固連的迴轉橫肩杆和擺動豎肩杆位於肩迴轉電機和肩擺動電機之間，肩迴轉電機連接迴轉橫肩杆，肩擺動電機連接擺動豎肩杆；
[0007]大臂長微調機構包括大臂導向杆、大臂導向杆固定塊、大臂絲槓、大臂旋轉螺母、大臂絲槓定位塊和大臂肘關節，固定在肩擺動電機的減速器外殼上的大臂導向杆固定塊和大臂絲槓定位塊均開有通孔，大臂旋轉螺母包括相連的大臂螺母旋轉段和大臂螺母螺紋段，大臂螺母螺紋段位於大臂絲槓定位塊的通孔裡並與大臂絲槓定位塊形成轉動副，大臂絲槓第一端固定在大臂肘關節上，大臂絲槓第二端位於大臂螺母螺紋段裡並與其配合，大臂導向杆第一端固定在大臂肘關節上，大臂導向杆第二端位於大臂導向杆固定塊的通孔裡；
[0008]前臂長微調機構包括前臂肘關節、前臂導向杆、前臂調節螺母、前臂絲槓、前臂腕關節，前臂肘關節上分別設置與前臂調節螺母、前臂導向杆配合的通孔，前臂調節螺母包括相連的前臂螺母旋轉段和前臂螺母螺紋段，前臂螺母螺紋段位於前臂調節螺母對應的通孔裡並與前臂肘關節形成轉動副，前臂絲槓的第一端固定在前臂腕關節上，前臂絲槓的第二端位於前臂調節螺母裡並與其配合，前臂導向杆的第一端固定在前臂腕關節上，前臂導向杆的第二端位於與其配合的通孔裡；
[0009]腕關節驅動單元包括腕關節電機、第一同步帶輪、第二同步帶輪、腕關節把手，腕關節電機安裝在前臂腕關節裡，第一同步帶輪和第二同步帶輪安裝在前臂腕關節外部，第二同步帶輪與腕關節把手固連，腕關節電機連接第一同步帶輪，第一同步帶輪和第二同步帶輪上纏繞第一同步帶；
[0010]肘關節驅動單元包括肘關節電機、第三同步帶輪、第四同步帶輪，肘關節電機安裝在大臂肘關節裡，第三同步帶輪和第四同步帶輪安裝在大臂肘關節外部，第四同步帶輪與前臂肘關節固連，肘關節電機連接第三同步帶輪，第三同步帶輪和第四同步帶輪上纏繞第二同步帶。
[0011]本發明還可以包括:
[0012]1、大臂絲槓定位塊上設置大臂絲槓定位孔，大臂旋轉螺母的大臂螺母螺紋段上設置至少一個與大臂絲槓定位孔配合的大臂螺母定位孔，大臂絲槓定位孔裡安裝與大臂絲槓定位孔和大臂螺母定位孔配合的大臂緊定螺釘。
[0013]2、前臂肘關節上設置前臂定位孔，前臂調節螺母的前臂螺母螺紋段上設置至少一個與前臂定位孔配合的前臂螺母定位孔，前臂定位孔裡安裝與前臂定位孔和前臂螺母定位配合的前臂緊定螺釘。
[0014]3、大臂肘關節、前臂肘關節、前臂腕關節裡分別安裝大臂託、前臂託和手託。
[0015]本發明的優勢在於:本發明採用螺紋伸縮式臂長調整機構，利用肩擺動關節和肘關節的活動空間，並靠近機架端安裝臂長調整機構，不僅結構簡單緊湊，而且降低了手臂康復機構末端的負載，此外，巧妙的肩部擺動關節設置，增強了手臂康復裝置的穩定性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明的結構示意圖；
[0017]圖2為本發明大臂和前臂的調長機構和驅動示意圖；
[0018]圖3為本發明大臂長微調機構示意圖；
[0019]圖4為本發明腕關節驅動示意圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖舉例對本發明做更詳細地描述:
[0021]結合圖1?4，所述的肩關節驅動單元安裝在移動機架I上，大臂長微調機構連接肩關節驅動單元，肘關節驅動單元與大臂長微調機構相連接，肘關節驅動單元連接前臂長微調機構，腕關節驅動單元連接到前臂長微調機構上。所述的肩關節驅動單元主要由肩迴轉電機2、迴轉橫肩杆3、擺動豎肩杆4、肩擺動電機6等構成，迴轉橫肩杆3與擺動豎肩杆4固連，迴轉橫肩杆3安裝在肩迴轉電機2減速器的旋轉法蘭端，肩擺動電機6減速器的旋轉法蘭與擺動豎肩杆4通過螺釘連接。
[0022]結合圖1、圖2和圖3，所述的大臂長微調機構主要由大臂導向杆7、大臂導向杆固定塊5、大臂絲槓8、大臂旋轉螺母20、大臂絲槓定位塊21和大臂肘關節11構成；大臂導向杆固定塊5和大臂絲槓定位塊21分別開有通孔，並通過螺釘分別安裝到肩擺動電機6減速器的外殼上；大臂絲槓定位塊21的側面開有螺紋孔，大臂旋轉螺母20開有環槽，緊定螺釘29 一段為連接螺紋，一段為光滑圓柱面，緊定螺釘29螺紋端與大臂絲槓定位塊21通過螺紋連接，緊定螺釘29的光滑圓柱端則插入到大臂旋轉螺母20的環槽內，限制大臂旋轉螺母20的移動；大臂絲槓定位塊21的通孔為大臂旋轉螺母20提供轉動副，大臂絲槓8與大臂旋轉螺母20配合，大臂絲槓8無螺紋一端通過緊固螺釘安裝到大臂肘關節11上，大臂導向杆7 一端固結到大臂肘關節11上，另一端穿過大臂導向杆定位塊5的通孔並夾緊。調節臂長時，擰松大臂導向杆定位塊5上的緊固螺釘，通過旋轉大臂旋轉螺母20實現大臂絲槓8的移動，當調至適宜臂長時，再將緊固螺釘鎖緊，限制大臂導向杆7的移動。
[0023]結合圖1和圖2，所述的前臂長微調機主要有前臂肘關節12、前臂導向杆15、前臂調節螺母14、前臂絲槓16、前臂腕關節17等構成，前臂長微調機構與大臂長微調機構工作原理一致。前臂肘關節12開兩個通孔，分別與前臂導向杆15和前臂調節螺母14配合，並為前臂調節螺母14提供轉動副，前臂絲槓16與前臂調節螺母14配合，前臂腕關節17開兩孔，分別與前臂絲槓16和前臂導向杆15的另一端固結。調節前臂臂長時，擰松前臂肘關節12上的緊固螺釘，旋轉前臂旋轉螺母14實現前臂絲槓16移動並調至適宜臂長，再將緊固螺釘鎖緊，限制前臂導向杆15的移動。
[0024]結合圖2和圖4，所述的肘關節和腕關節採用相同的驅動原理。以腕關節為例，腕關節電機18通過軸承31安裝在電機座32上，電機座32安裝到前臂腕關節17上，前臂腕關節17和腕關節把手19通過軸承30構成轉動副，腕關節電機18輸出軸末端連接同步帶輪25，同步帶輪27直接固連到腕關節把手19，同步帶輪25和同步帶輪27通過同步帶26傳動。同理，所述的肘關節電機10垂直安裝在大臂肘關節11上，肘關節電機10輸出軸末端連接同步帶輪22，同步帶輪24固連到前臂肘關節12上，同步帶輪22和同步帶輪24通過同步帶23傳動。為了固定手臂，在整個手臂上安裝了大臂託9、前臂託13和手託28。
[0025]本發明一種外骨骼式手臂康復訓練裝置，它主要由移動機架、肩關節驅動單元、大臂長微調機構、肘關節驅動單元、前臂長微調機構，腕關節驅動單元等構成。
[0026]肩關節驅動單元安裝在移動機架上，大臂長微調機構連接肩關節驅動單元，肘關節驅動單元與大臂長微調機構相連接，肘關節驅動單元連接前臂長微調機構，腕關節驅動單元連接到前臂長微調機構上。
[0027]肩關節驅動單元主要由肩迴轉電機、迴轉橫肩杆、擺動豎肩杆、肩擺動電機等構成，迴轉橫肩杆與擺動豎肩杆固連，迴轉橫肩杆安裝在肩迴轉電機減速器的旋轉法蘭端，肩擺動電機減速器的旋轉法蘭與擺動豎肩杆通過螺釘連接。
[0028]大臂長微調機構主要由大臂導向杆、大臂導向杆固定塊、大臂絲槓、大臂旋轉螺母、大臂絲槓定位塊和大臂肘關節構成；大臂導向杆固定塊和大臂絲槓定位塊分別通過螺釘安裝到肩擺動電機減速器的外殼上，大臂絲槓定位塊開通孔為大臂旋轉螺母提供轉動畐IJ，大臂絲槓與大臂旋轉螺母配合，大臂絲槓無螺紋一端通過緊固螺釘安裝到大臂肘關節上，大臂導向杆一端固結到大臂肘關節上，另一端穿過大臂導向杆定位塊的通孔並夾緊。
[0029]前臂長微調機主要有前臂肘關節、前臂導向杆、前臂調節螺母、前臂絲槓、前臂腕關節等構成。前臂肘關節開兩個通孔，分別與前臂導向杆和前臂調節螺母配合，並為前臂調節螺母提供轉動副，前臂絲槓與前臂調節螺母配合，前臂腕關節開兩孔，分別與前臂絲槓和導向杆的另一端固結。
[0030]肘關節電機垂直安裝在大臂腕關節上，電機輸出軸末端連接同步帶輪22，前臂腕關節固連同步帶輪24，同步帶輪22和24通過同步帶傳動。
[0031]腕關節電機垂直安裝在前臂腕關節上，電機輸出軸末端連接同步帶輪25，腕關節把手固連同步帶輪27，同步帶輪25和27通過同步帶傳動。
[0032]肩擺動電機減速器作為手臂末端裝置的安裝機架，隨機械臂整體旋轉，並作為手臂末端裝置的配重。
[0033]螺紋伸縮式臂長微調機構充分利用了肩關節和肘關節的活動空間，並在靠近機架端安裝。
[0034]本發明降低了機械臂末端的負載，手臂康復裝置可操控好。
【權利要求】
1.一種外骨骼式手臂康復訓練裝置，其特徵是:包括移動機架、肩關節驅動單元、大臂長微調機構、肘關節驅動單元、前臂長微調機構，腕關節驅動單元；移動機架底部安裝有車輪，肩關節驅動單元包括肩迴轉電機、迴轉橫肩杆、擺動豎肩杆、肩擺動電機，肩迴轉電機設置在移動機架的上端，肩擺動電機設置在移動機架的中部，相互固連的迴轉橫肩杆和擺動豎肩杆位於肩迴轉電機和肩擺動電機之間，肩迴轉電機連接迴轉橫肩杆，肩擺動電機連接擺動豎肩杆； 大臂長微調機構包括大臂導向杆、大臂導向杆固定塊、大臂絲槓、大臂旋轉螺母、大臂絲槓定位塊和大臂肘關節，固定在肩擺動電機的減速器外殼上的大臂導向杆固定塊和大臂絲槓定位塊均開有通孔，大臂旋轉螺母包括相連的大臂螺母旋轉段和大臂螺母螺紋段，大臂螺母螺紋段位於大臂絲槓定位塊的通孔裡並與大臂絲槓定位塊形成轉動副，大臂絲槓第一端固定在大臂肘關節上，大臂絲槓第二端位於大臂螺母螺紋段裡並與其配合，大臂導向杆第一端固定在大臂肘關節上，大臂導向杆第二端位於大臂導向杆固定塊的通孔裡； 前臂長微調機構包括前臂肘關節、前臂導向杆、前臂調節螺母、前臂絲槓、前臂腕關節，前臂肘關節上分別設置與前臂調節螺母、前臂導向杆配合的通孔，前臂調節螺母包括相連的前臂螺母旋轉段和前臂螺母螺紋段，前臂螺母螺紋段位於前臂調節螺母對應的通孔裡並與前臂肘關節形成轉動副，前臂絲槓的第一端固定在前臂腕關節上，前臂絲槓的第二端位於前臂調節螺母裡並與其配合，前臂導向杆的第一端固定在前臂腕關節上，前臂導向杆的第二端位於與其配合的通孔裡； 腕關節驅動單元包括腕關節電機、第一同步帶輪、第二同步帶輪、腕關節把手，腕關節電機安裝在前臂腕關節裡，第一同步帶輪和第二同步帶輪安裝在前臂腕關節外部，第二同步帶輪與腕關節把手固連，腕關節電機連接第一同步帶輪，第一同步帶輪和第二同步帶輪上纏繞第一同步帶； 肘關節驅動單元包括肘關節電機、第三同步帶輪、第四同步帶輪，肘關節電機安裝在大臂肘關節裡，第三同步帶輪和第四同步帶輪安裝在大臂肘關節外部，第四同步帶輪與前臂肘關節固連，肘關節電機連接第三同步帶輪，第三同步帶輪和第四同步帶輪上纏繞第二同步帶。
2.根據權利要求1所述的一種外骨骼式手臂康復訓練裝置，其特徵是:大臂絲槓定位塊上設置大臂絲槓定位孔，大臂旋轉螺母的大臂螺母螺紋段上設置至少一個與大臂絲槓定位孔配合的大臂螺母定位孔，大臂絲槓定位孔裡安裝與大臂絲槓定位孔和大臂螺母定位孔配合的大臂緊定螺釘。
3.根據權利要求1或2所述的一種外骨骼式手臂康復訓練裝置，其特徵是:前臂肘關節上設置前臂定位孔，前臂調節螺母的前臂螺母螺紋段上設置至少一個與前臂定位孔配合的前臂螺母定位孔，前臂定位孔裡安裝與前臂定位孔和前臂螺母定位配合的前臂緊定螺釘。
4.根據權利要求1或2所述的一種外骨骼式手臂康復訓練裝置，其特徵是:大臂肘關節、前臂肘關節、前臂腕關節裡分別安裝大臂託、前臂託和手託。
5.根據權利要求3所述的一種外骨骼式手臂康復訓練裝置，其特徵是:大臂肘關節、前臂肘關節、前臂腕關節裡分別安裝大臂託、前臂託和手託。
【文檔編號】A61H1/02GK104434469SQ201410826997
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月25日 優先權日:2014年12月25日
【發明者】張立勳, 梁迎彬, 蔣延達, 裴悅, 王勇 申請人:哈爾濱工程大學