一种用于上肢康复训练的关节复合运动机械臂制造技术

本发明专利技术公开了一种用于上肢康复训练的关节复合运动机械臂，该机械臂包括底座、电动升降柱、T型支撑架、主固定座、外骨骼机械臂系统。底座放置于地面上，电动升降柱与底座固定连接，电动升降柱与T型支撑架为固定连接，主固定座安装于支撑架上，外骨骼机械臂系统通过主固定座与驱动电机连接；驱动电机均安装在主固定座上。该机械臂工作时，只有外骨骼机械臂系统按照控制指令运动，而电机相对于底座保持静止不动，该机械臂轻便灵活、结构新颖、占用空间小、运动平稳可靠。本发明专利技术能够辅助人体上肢运动功能障碍患者完成各种康复训练动作，既可以用于肩关节和肘关节的单关节康复训练，又能实现上肢多关节的复合运动康复训练。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及辅助医疗康复训练器械，特别是涉及一种上肢康复训练机械臂，适用于对偏瘫等上肢运动功能患者上肢进行运动康复训练的上肢康复机器人。
技术介绍
对于人体上肢运动功能的训练康复，传统的康复训练方式主要由治疗师根据经验手动辅助患者进行训练，训练效果受到治疗师水平的影响，治疗师的工作强度也非常大。最近20多年来，国内外的一些研究机构开展了上肢康复训练技术的研究，研制出多种功能各异的上肢康复机器人和康复训练设备，但真正能在临床推广应用的并不多。专利技术专利：偏瘫患者上肢复合运动的康复训练机器人(专利号ZL03150355.1)，涉及一种对偏瘫患者的上肢进行多关节、大幅度复合动作的康复训练机器人设备。该机器人包括立柱、安装在立柱上的机械臂、腕部固定托架、座椅以及一个对患者肘关节进行悬吊支撑的悬吊支撑架；机械臂采用机械大臂和机械小臂构成的二连杆结构，并可沿立柱进行升降，该专利技术结构简单，控制简便，可以满足患者患肢在不同俯仰平面上训练时的支撑需要。但因该康复训练机器人为牵引式康复机器人，机器人的运动自由中心不能与人体肩肘关节运动轴重合，训练时也就针不能对单个上肢关节进行康复训练，并且在进行复合运动康复训练方面，上肢的运动空间和运动方式是有限的，运动柔顺性方面与人体的正常运动空间和运动轨迹差别较大。对于专利技术专利：偏瘫患者肩肘单关节运动的康复训练机器人(专利号ZL03150356.X)，涉及一种通过对中风偏瘫患者的肩、肘关节进行康复辅助训练的机器人设备。该机器人包括一个固定在基座上的支撑装置，一个连接在支撑装置上并可沿所述的滑轨上下移动的第一驱动装置，一个固定在所述第一驱动装置的水平第二驱动轴上的第二驱动装置，一个固定在第四驱动轴上的辅助臂装置。该专利技术能够实现肩、肘关节康复训练的各种必须动作，例如肩关节的四个基本训练动作：前方上举、外展内收、水平外展内收以及内旋外旋，同时在训练中可以保证瘫肢的安全性。但是该专利技术只有两个驱动运动自由度，肩肘复合运动训练方面受到限制，另外第一个驱动电机运动时，会带动第二个驱动电机装置进行运动，增加了系统的运动惯量，使该装置使用较为笨重，降低了运动机构的稳定性。对于专利技术专利：可穿戴式的7自由度上肢运动康复训练外骨骼(专利号ZL201110076865.2)，该专利技术包括固定在底座上的支撑杆和外骨骼训练装置，其中外骨骼训练装置由肩部内收/外展关节、屈/伸关节、旋内/旋外关节、肘部屈/伸关节、旋内/旋外关节以及腕部内收/外展关节和屈/伸关节总共七个旋转关节串联而成，该专利技术具有更多的运动自由度，但每个旋转关节均采用电机直接驱动关节，大大增加了外骨骼的重量，导致运动惯量较大、稳定性差，也使外骨骼带动患者训练的运动空间受到限制。鉴于目前上肢外骨骼技术研究现状，存在的主要问题表现为：电机直接安装于机器人关节的转轴处，造成机械臂本体重量大、运动平稳性差、占用人体活动空间等。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种用于上肢康复训练的关节复合运动机械臂，以解决现有上臂训练过程中运动空间受限、运动柔性差、装置稳定性差、体积过大等问题。为解决上述技术问题，本专利技术采用下述技术方案：一种用于上肢康复训练的关节复合运动机械臂，该机械臂包括：主固定座4和固定在主固定座4上的外骨骼辅助运动系统；所述外骨骼辅助运动系统包括：用于辅助肩关节做内收外展运动的第一肩关节运动机构1、用于辅助肩关节做前屈后伸运动的第二肩关节运动机构2和用于辅助肘关节做屈伸运动的肘关节运动机构3；所述第二肩关节运动机构2通过主弯臂14垂直于所述第一肩关节运动机构1固定，并通过主弯臂14相对于所述第一肩关节运动机构1做旋转运动；所述肘关节运动机构3与所述第二肩关节运动机构2可旋转固定。优选地，所述第一肩关节运动机构1包括：肩收展驱动电机10、第一减速器11和直齿轮组；所述第一减速器11与肩收展驱动电机10固定连接，并固定在主固定座4上；所述第一减速器11通过直齿轮组驱动固定在主弯臂14上的阶梯轴管转动，并通过阶梯轴管带动主弯臂14沿阶梯轴管的旋转中心旋转；所述直齿轮组中的第一直齿轮12固定在第一减速器11的输出轴上，直齿轮组中的第二直齿轮13通过固定在主弯臂14上的阶梯轴管与主弯臂14键连接；所述阶梯轴管通过轴承安装在主固定座4上。优选地，所述第二肩关节运动机构2包括：肩屈伸驱动单元和上臂支撑单元，肩屈伸驱动单元带动上臂支撑单元沿垂直于第一肩关节运动机构1的运动平面摆动。优选地，所述肩屈伸驱动单元包括：肩屈伸驱动电机20、第二减速器21、多个齿轮和多个带轮；第二减速器21与肩屈伸驱动电机20固定连接，并固定在主固定座4上，第二减速器21通过多个齿轮和多个带轮的配合传动来驱动上臂支撑单元；所述第二减速器21的输出轴与安装在主弯臂14上阶梯轴管内的联接转轴22进行键连接，联接转轴22的另一端安装固定有第三直齿轮25；所述第三直齿轮25与第一双联齿轮26啮合传动；所述第一双联齿轮26包括直齿部分和锥齿部分，第一双联齿轮26中的锥齿部分与第一锥齿轮轴27啮合传动，并带动与第一锥齿轮轴27固定的第一同步带轮28和第一同步带29转动；所述第一同步带轮28通过第一同步带29与第四同步带轮210传动，并通过第四同步带轮210带动上臂支撑单元摆动。优选地，所述上臂支撑单元包括：上臂转臂211和上臂动板212；所述上臂动板212与开设在上臂转臂211上的凹槽配合联接，并可沿上臂转臂211上的凹槽往复移动。优选地，所述肘关节运动机构3包括：肘屈伸驱动单元和前臂辅助支撑机构，肘屈伸驱动单元带动前臂辅助支撑机构相对于所述第二肩关节运动机构做平面旋转运动。优选地，所述肘屈伸驱动单元包括：肘屈伸驱动电机30、第三减速器31、多个齿轮和多个带轮；所述第三减速器31与肘屈伸驱动电机30固定连接，并固定在主固定座4上，所述第三减速器31通过多个齿轮和多个带轮的配合传动来驱动前臂辅助支撑机构；所述第三减速器31的输出轴带动第二同步带轮32转动，第二同步带轮32通过第二同步带33带动具有直齿轮的组合同步带轮34；所述组合同步带轮34与第二双联齿轮35啮合传动，第二双联齿轮35包括直齿部分和锥齿部分；所述第二双联齿轮35中的锥齿部分与第二锥齿轮轴36啮合传动，并带动与与第二锥齿轮轴36同轴固定的第三同步带轮37转动；所述第三同步带轮37通过第三同步带38与设置在第二肩关节运动机构2上的双联同步带轮39中的一个带轮传动，双联同步带轮39的另一个带轮同步随动；所述双联同步带轮39的另一个带轮通过第四同步带310与第五同步带轮311传动，第五同步带轮311带动前臂辅助支撑机构旋转。优选地，所述肘屈伸驱动单元进一步包括：张紧机构6；该张紧机构包括：定位盘60和张紧支架61，所述定位盘60固定在第二肩关节运动机构2上，所述张紧支架61与定位盘60铰接；所述张紧支架61上设有弹簧柱塞63，所述弹簧柱塞63的伸缩轴可插入定位盘60上的调节孔内；所述张紧支架61的两端对称设有两个张紧滚轮62，两个张紧滚轮62压紧第四同步带310。优选地，所述前臂辅助支撑机构5包括：肘转臂50、前臂槽板52和前臂动板53；所述肘转臂50通过联接板51与前臂槽板52固定；所述前臂动板53与前臂槽板52上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于上肢康复训练的关节复合运动机械臂，其特征在于，该机械臂包括：主固定座(4)和固定在主固定座(4)上的外骨骼辅助运动系统；所述外骨骼辅助运动系统包括：用于辅助肩关节做内收外展运动的第一肩关节运动机构(1)、用于辅助肩关节做前屈后伸运动的第二肩关节运动机构(2)和用于辅助肘关节做屈伸运动的肘关节运动机构(3)；所述第二肩关节运动机构(2)通过主弯臂(14)垂直于所述第一肩关节运动机构(1)固定，并通过主弯臂(14)相对于所述第一肩关节运动机构(1)做旋转运动；所述肘关节运动机构(3)与所述第二肩关节运动机构(2)可旋转固定。

【技术特征摘要】
1.一种用于上肢康复训练的关节复合运动机械臂，其特征在于，该机械臂包括：主固定座(4)和固定在主固定座(4)上的外骨骼辅助运动系统；所述外骨骼辅助运动系统包括：用于辅助肩关节做内收外展运动的第一肩关节运动机构(1)、用于辅助肩关节做前屈后伸运动的第二肩关节运动机构(2)和用于辅助肘关节做屈伸运动的肘关节运动机构(3)；所述第二肩关节运动机构(2)通过主弯臂(14)垂直于所述第一肩关节运动机构(1)固定，并通过主弯臂(14)相对于所述第一肩关节运动机构(1)做旋转运动；所述肘关节运动机构(3)与所述第二肩关节运动机构(2)可旋转固定。2.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述第一肩关节运动机构(1)包括：肩收展驱动电机(10)、第一减速器(11)和直齿轮组；所述第一减速器(11)与肩收展驱动电机(10)固定连接，并固定在主固定座(4)上；所述第一减速器(11)通过直齿轮组驱动固定在主弯臂(14)上的阶梯轴管转动，并通过阶梯轴管带动主弯臂(14)沿阶梯轴管的旋转中心旋转；所述直齿轮组中的第一直齿轮(12)固定在第一减速器(11)的输出轴上，直齿轮组中的第二直齿轮(13)通过固定在主弯臂(14)上的阶梯轴管与主弯臂(14)键连接；所述阶梯轴管通过轴承安装在主固定座(4)上。3.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述第二肩关节运动机构(2)包括：肩屈伸驱动单元和上臂支撑单元，肩屈伸驱动单元带动上臂支撑单元沿垂直于第一肩关节运动机构(1)的运动平面摆动。4.根据权利要求3所述的机械臂，其特征在于，所述肩屈伸驱动单元包括：肩屈伸驱动电机(20)、第二减速器(21)、多个齿轮和多个带轮；第二减速器(21)与肩屈伸驱动电机(20)固定连接，并固定在主固定座(4)上，第二减速器(21)通过多个齿轮和多个带轮的配合传动来驱动上臂支撑单元；所述第二减速器(21)的输出轴与安装在主弯臂(14)上阶梯轴管内的联接转轴(22)进行键连接，联接转轴(22)的另一端安装固定有第三直齿轮(25)；所述第三直齿轮(25)与第一双联齿轮(26)啮合传动；所述第一双联齿轮(26)包括直齿部分和锥齿部分，第一双联齿轮(26)中的锥齿部分与第一锥齿轮轴(27)啮合传动，并带动与第一锥齿轮轴(27)固定的第一同步带轮(28)和第一同步带(29)转动；所述第一同步带轮(28)通过第一同步带(29)与第四同步带轮(210)传动，并通过第四同步带轮(210)带动上臂支撑单元摆动。5.根据权利要求3所述的机械臂，其特征在于，所述上臂支撑单元包括：上臂转臂(211)和上臂动板(212)；所述上臂动板(212)与开设在上臂转臂(211)上的凹槽配合联接，并可沿上臂转臂(211)上的凹槽往复移动。6.根据权利要求1所述的机械...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘国新，张秀峰，徐建光，付慧群，
申请(专利权)人：国家康复辅具研究中心，
类型：发明
国别省市：北京;11