一种用于康复外骨骼机构的旋内旋外关节制造技术

本发明专利技术涉及一种用于上肢康复外骨骼机构的旋内旋外关节，该旋内旋外关节包含上臂旋内旋外关节和前臂旋内旋外关节，两者采用相似的传动原理和组成，两关节采用紧致连接的方式分别与人体上肢的上臂和前臂连接，在人机连接界面处各增加一个被动滑动副。上臂旋内旋外关节采用同步带传动的方式绕自身轴线做旋内旋外运动，上臂外环带动上臂内环和上臂一同运动。上臂外环由支撑轴承固定和支撑，上臂外环与相关零件滚动接触；用于张紧同步带的张紧轮采用深沟球轴承组合的方式，使得同步带与张紧轮之间为滚动接触；带轮轴安装在上臂箱体和上臂盖板上，两端由滚动轴承支撑；通过采用滚动接触的方式，大幅降低上臂外环在转动过程中的运动阻力。

Internal rotation external joint for rehabilitation exoskeleton mechanism

The invention relates to a spiral outer joint for the upper limb rehabilitation exoskeleton mechanism, which includes the upper arm circumflex external joint and the forearm spiral outer joint. The two uses the similar transmission principle and composition. The two joints are connected to the upper arm and forearm of the human upper limb by a tight connection. A passive sliding pair is added at the connection interface. The external rotation of the upper arm is driven by the synchronous belt, and the outer arm of the upper arm drives the upper arm and the upper arm to move together. The outer ring of the upper arm is fixed and supported by the supporting bearing, and the outer ring of the upper arm is rolling contact with the related parts; the tensioner for the tensioning synchronous belt uses the deep groove ball bearing combination to make the synchronous belt and the tensioning wheel rolling contact; the axle is mounted on the upper arm box and the upper arm cover plate, and the ends are supported by the rolling bearings; By rolling contact, the movement resistance of the outer ring of the upper arm is greatly reduced.

【技术实现步骤摘要】
一种用于康复外骨骼机构的旋内旋外关节
本专利技术涉及一种旋内旋外关节，具体说，涉及用于上肢康复外骨骼机构的旋内旋外关节。
技术介绍
为弥补传统人工康复训练的不足，降低医师繁重的工作强度并为患者提供准确、有效的康复医疗服务，国内外一些院校的实验室和康复医疗机构相继开展了穿戴型上肢康复外骨骼机构的相关研究。从运动解剖学、生物力学和人因工程学的角度出发，根据人体上肢的形态构造和功能，对人体上肢的自由度进行分析，得出上肢(不含手掌)具有5个自由度(5-DOF)：肩关节前屈/后伸、内收/外展、旋内/旋外，肘关节屈/伸，前臂旋内/旋外。针对人体上肢各关节的活动范围和自由度要求，设计和综合上肢康复机器人的本体构型和驱动方式，实现对患者上肢的精确康复训练、柔性训练，并且实时准确地调整施加在患肢上的运动参数和力/矩参数。当前外骨骼机构的肩关节主要由二或三个轴线彼此正交于定转心的转动副复合而成，肘关节为定轴线单自由度转动副，肩、肘关节拟人体上肢对应关节的分布特征布置，构件尺度则参照人体上肢的体征参数来确定。在人机连接方式上，固联于外骨骼的穿戴具以紧致穿戴的方式与上臂、前臂的中下部连接。这类外骨骼机构设计的优点是借鉴了人体上肢的运动解剖结构特征，人机关节之间对应性好，获得构型简约的外骨骼机构。该类型康复外骨骼机构的不足之处是要求人机对应关节的轴线(或转心)在康复训练过程中始终保持对齐(或重合)，否则人机闭链将转化为人机运动不相容的“超定”系统。在刚体模型假设下，“超定”的人机闭链不能够运动，而事实上由于人机连接界面处肢体组织的弹性变形，当外骨骼关节驱动力/矩足够大时人机闭链可以运动，但会在人机连接界面产生与康复训练任务无关的附加约束力/矩。在机构学意义上，这种属性的约束力/矩属于人机闭链欠自由度(或冗余驱动)导致的内部作用力/矩，与人机闭链的组成如外骨骼机构构型、人机连接位置等因素有关，并随人机闭链运动位形的变化而改变。当这种内部约束力/矩与完成康复训练任务需要的有效约束力/矩相叠加时，会显著增大人机之间的约束强度，并导致舒适性变差、康复训练难以进行或出现安全性问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于上肢康复外骨骼机构的旋内旋外关节，以解决上述问题。本专利技术的实施例提供了一种用于上肢康复外骨骼机构的旋内旋外关节，其特征在于，该旋内旋外关节包含上臂旋内旋外关节和前臂旋内旋外关节，两关节采用紧致连接的方式分别与人体上肢的上臂和前臂连接，在人机连接界面处各增加一个被动滑动副。上臂旋内旋外关节通过上臂内环与上臂绑缚连接，上臂外环在同步带的驱动下绕自身轴线做旋内旋外运动，上臂外环带动上臂内环和上臂一同运动。前臂旋内旋外关节通过前臂内环与前臂绑缚连接，前臂外环与上臂外环保持同步运动，前臂内环通过转接环与前臂箱体连接，前臂内环与前臂箱体一起绕前臂外环轴线转动，前臂内环带动前臂做旋内旋外运动。进一步，上臂旋内旋外关节与前臂旋内旋外关节具有相同的传动原理和组成。进一步，上臂旋内旋外关节主要包含上臂箱体、同步带、同步带轮、上臂外环、支撑轴承。进一步，上臂旋内旋外关节采用同步带的传动方式，上臂电机将动力传递至同步带轮，同步带轮与同步带啮合，同步带两端分别固定在上臂外环的两端，同步带驱动上臂外环绕自身轴线转动。上臂外环的内侧沿自身轴线方向对称设置了两个沟槽。进一步，支撑轴承安装在上臂箱体和上臂盖板的内侧，两内侧各安装四个支撑轴承，上臂外环的两侧由支撑轴承支撑，上臂外环沿轴承绕自身轴线旋转；上臂外环的内侧与外侧均含有轴肩，轴肩两侧与支撑轴承的侧面接触。进一步，在同步带轮与上臂外环之间，安装了两组张紧轮，张紧轮与同步带紧密接触，张紧轮由两个并排放置的轴承组成。一组张紧轮安装在固定的销轴上，另一组张紧轮安装在位置可调的销轴上，以调整同步带的松紧度。进一步，同步带轮安装在带轮轴上，带轮轴安装在上臂箱体上，两端由深沟球轴承支撑。上臂电机由谐波减速器减速，在谐波减速器与带轮轴之间串联一个扭矩传感器，在上臂电机的尾部安装了一级编码器。进一步，上臂内环的沟槽内侧安装了上臂被动滑动副，上臂被动滑动副包括导轨、滑块、上臂内环、导杆、压簧，两个导轨安装在上臂内环内侧的两个沟槽内，滑块与导轨滑动配合。上臂内环上下两侧设计了两个凸台，上下两个凸台与相应的两个滑块通过螺钉连接在一起，上臂内环能够沿导轨滑动，两个凸台中部各含有一个通孔。凸台两侧各安装一个压簧，导杆依次穿过压簧和通孔，固定在上臂外环上。与现有技术相比本专利技术的有益效果是：上臂旋内旋外关节的运动部分构件均采用了轴承支撑，上臂外环的运动阻力极小，扭矩传感器可实时测量到上臂与谐波减速器之间的转动扭矩。同时，在人机连接环节引入被动滑动副，改善了人机闭链的运动相容性。附图说明图1是本专利技术一种上肢康复外骨骼机构的轴测视图；图2是本专利技术一种上肢康复外骨骼机构的局部视图；图3是上臂旋内旋外关节的轴侧视图；图4是前臂旋内旋外关节的轴侧视图；图5是前臂旋内旋外关节的剖视图；图6是上臂外环支撑位置的局部剖视图；图7是上臂被动滑动副的剖视图；图8是张紧轮的剖视图；图9是上臂驱动单元的剖视图；具体实施方式下面结合附图所示的各实施方式对本专利技术进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本专利技术的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所做的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本专利技术的保护范围之内。参图1至图9所示，图1是本专利技术一种上肢康复外骨骼机构的轴测视图，图2是本专利技术一种上肢康复外骨骼机构的局部视图，图3是上臂旋内旋外关节的轴侧视图，图4是前臂旋内旋外关节的轴侧视图，图5是前臂旋内旋外关节的剖视图，图6是上臂外环支撑位置的局部剖视图，图7是上臂被动滑动副的剖视图，图8是张紧轮的剖视图，图9是上臂驱动单元的剖视图。本实施例提供了一种用于上肢康复外骨骼机构的旋内旋外关节，参图1～图2所示，该上肢康复外骨骼机构的机构本体包括5个主动关节，分别为第一关节106、第二关节107、上臂旋内旋外关节108、肘关节109及前臂旋内旋外关节110。为了提高机构本体在水平面内的位置适应性，在机构本体与悬臂梁104之间增加了含有两个被动滑动副的位置追踪机构105。机构本体与所述位置追踪机构105安装在所述悬臂梁104的前部下侧，所述悬臂梁104的后部安装在可调转盘103上，所述可调转盘103安装在升降柱102的顶部，控制箱101放置于所述升降柱102的后部。脑卒中患者111坐在专用椅112上，患者111的上肢穿戴在所述上臂旋内旋外关节108和所述前臂旋内旋外关节110上，采用绑带的方式将上肢固定在相应的半环内，患者111的手掌抓握在机构本体的手柄113上。参图3和图5所示，所述上臂旋内旋外关节108主要由上臂箱体1、上臂盖板2、上臂外环3及上臂内环5组成，上臂电机6安装在所述上臂箱体1上，采用同步带传动的方式，将能量传递至同步带轮15，所述同步带轮15与同步带4啮合，驱动所述上臂外环3沿自身轴线转动；上臂内环5与所述上臂外环3通过被动滑动副连接，所述上臂内环5随所述上臂外环3一同转动，同时，所述上臂内环5可相对所述外环3沿自身轴线滑动。因此，所述上臂内环5具有转动和滑动的运动特性。人体上肢的上臂与所述内环5绑缚连接，所述上臂旋内旋外本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于上肢康复外骨骼机构的旋内旋外关节，其特征在于，该旋内旋外关节包含上臂旋内旋外关节和前臂旋内旋外关节，两关节采用紧致连接的方式分别与人体上肢的上臂和前臂连接，在人机连接界面处各增加一个被动滑动副；上臂旋内旋外关节通过上臂内环与上臂绑缚连接，上臂外环在同步带的驱动下绕自身轴线做旋内旋外运动，上臂外环带动上臂内环和上臂一同运动；前臂旋内旋外关节通过前臂内环与前臂绑缚连接，前臂外环与上臂外环保持同步运动，前臂内环通过转接环与前臂箱体连接，前臂内环与前臂箱体一起绕前臂外环轴线转动，前臂内环带动前臂做旋内旋外运动；前臂外环与前臂内环均为带有缺口的半环；上臂旋内旋外关节包含上臂箱体、同步带、同步带轮、上臂外环和支撑轴承；上臂旋内旋外关节采用同步带的传动方式，上臂电机将动力传递至同步带轮，同步带轮与同步带啮合，同步带两端分别固定在上臂外环的两端，同步带驱动上臂外环绕自身轴线转动；上臂外环的内侧沿自身轴线方向对称设置了两个沟槽；上臂内环的沟槽内安装了上臂被动滑动副，上臂被动滑动副包括导轨、滑块、上臂内环、导杆、压簧；两个导轨安装在上臂内环内侧的两个沟槽内，滑块与导轨滑动配合；上臂内环上下两侧设计了两个凸台，上下两个凸台与相应的两个滑块通过螺钉连接在一起，上臂内环能够沿导轨滑动，两个凸台中部各含有一个通孔；凸台两侧各安装一个压簧，导杆依次穿过压簧和通孔，固定在上臂外环上。...

【技术特征摘要】
1.一种用于上肢康复外骨骼机构的旋内旋外关节，其特征在于，该旋内旋外关节包含上臂旋内旋外关节和前臂旋内旋外关节，两关节采用紧致连接的方式分别与人体上肢的上臂和前臂连接，在人机连接界面处各增加一个被动滑动副；上臂旋内旋外关节通过上臂内环与上臂绑缚连接，上臂外环在同步带的驱动下绕自身轴线做旋内旋外运动，上臂外环带动上臂内环和上臂一同运动；前臂旋内旋外关节通过前臂内环与前臂绑缚连接，前臂外环与上臂外环保持同步运动，前臂内环通过转接环与前臂箱体连接，前臂内环与前臂箱体一起绕前臂外环轴线转动，前臂内环带动前臂做旋内旋外运动；前臂外环与前臂内环均为带有缺口的半环；上臂旋内旋外关节包含上臂箱体、同步带、同步带轮、上臂外环和支撑轴承；上臂旋内旋外关节采用同步带的传动方式，上臂电机将动力传递至同步带轮，同步带轮与同步带啮合，同步带两端分别固定在上臂外环的两端，同步带驱动上臂外环绕自身轴线转动；上臂外环的内侧沿自身轴线方向对称设置了两个沟槽；上臂内环的沟槽内安装了上臂被动滑动副，上臂被动滑动副包括导轨、滑块、上臂内环、导杆、压簧；两个导轨安装在上臂内环内侧的两个沟槽内，滑块与导轨滑动配合；上臂...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雷雨，李剑锋，张子康，纪姝婷，刘瑞丰，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11