一种串并联外骨骼式上肢康复机构制造技术

本实用新型专利技术提供一种串并联外骨骼式上肢康复机构，用于根据接收的控制信号牵引人体上肢，其包括：肩平台，肩平台包括呈三角形部署的第一锚点、第二锚点和第三锚点；大臂部，大臂部包括通过第一万向节连接于第一锚点的大臂主体，以及与大臂主体并联的第一运动支链和第二运动支链；第一运动支链中串联有与大臂主体连接的第一球副、第一移动副和与第二锚点连接的第二万向节；第二运动支链中串联有与大臂主体连接的第二球副、第二移动副和与第三锚点连接的第三万向节；以及，驱动系统；其中，第一移动副和第二移动副由驱动系统分别驱动。本实用新型专利技术提供的运动系统易于控制，结构简单，便于推广。广。广。

【技术实现步骤摘要】
一种串并联外骨骼式上肢康复机构


[0001]本技术属于穿戴式医疗辅助设备领域，尤其涉及一种辅助上肢康复运动的穿戴设备。

技术介绍

[0002]现有技术中，运动系统损伤患者进行多关节康复训练时，可以在使用穿戴式辅助装置的情况下进行减负荷活动。其中，针对多关节康复训练的穿戴式上肢外骨骼机器人，目前存在的问题是：一方面，人体上肢涉及关节较多，且各关节在各自由度上的运动范围较大，在强度要求下，装置的机械结构较为复杂而难以实现；另一方面，进行被动康复训练的外骨骼机器人必须包含动力源及控制系统，因此其体积大、重量大，人体上肢难以穿戴和承载。

技术实现思路

[0003]本技术目的在于提供一种串并联外骨骼式上肢康复机构，用于辅助患者实施康复训练。
[0004]本技术提供技术方案为一种串并联外骨骼式上肢康复机构，包括：
[0005]肩平台，所述肩平台包括呈三角形部署的第一锚点、第二锚点和第三锚点；
[0006]大臂部，所述大臂部包括通过第一万向节连接于所述第一锚点的大臂主体，以及与所述大臂主体并联的第一运动支链和第二运动支链；所述第一运动支链中串联有与所述大臂主体连接的第一球副、第一移动副和与所述第二锚点连接的第二万向节；所述第二运动支链中串联有与所述大臂主体连接的第二球副、第二移动副和与所述第三锚点连接的第三万向节；
[0007]以及，驱动系统；
[0008]其中，所述第一移动副和所述第二移动副由所述驱动系统分别驱动。
[0009]容易理解，第一锚点、第二锚点和第三锚点的三角形布局，有助于第一运动支链和第二运动支链从两个正交方向牵引大臂主体绕第一锚点在两个自由度上旋转。第一运动支链和第二运动支链的各自的移动副提供了便于驱动连接的机械结构。在两个旋转自由度上运动的大臂主体可以用于牵引人体大臂以辅助肩关节的运动。
[0010]优选的，所述三角形为直角三角形。该设计下，第一运动支链和第二运动支链的伸缩完全不会相互干扰，不必设置复杂的协同控制。
[0011]优选的。所述大臂主体包括用于固定人体大臂的第一绑定部、与所述第一球副连接的第一牵引部和与所述第二球副连接的第二牵引部；所述第一绑定部、所述第一牵引部和所述第二牵引部沿所述大臂主体周向分散设置。
[0012]优选的，所述第一绑定部、所述第一牵引部和所述第二牵引部沿所述大臂主体轴向分散设置。
[0013]一些实施例中，串并联外骨骼式上肢康复机构包括小臂部，所述小臂部通过正交
串联的两个转动副与所述大臂主体连接；所述两个转动副均由所述驱动系统分别驱动。转动副提供了便于驱动的机械结构，小臂部可用于牵引人体小臂以模仿肘关节活动。
[0014]优选的，所述小臂部包括用于固定人体小臂的第二绑定部。
[0015]上述实施例的进一步改进中，串并联外骨骼式上肢康复机构还包括手部，所述手部通过正交串联的两个转动副与所述小臂部连接；所述两个转动副均由所述驱动系统分别驱动。类似的，手部可用于牵引人体手以模仿腕关节活动。
[0016]优选的，所述手部包括用于固定人体手的第三绑定部。
[0017]上述各个技术方案的一个优选在于，所述驱动系统为气动控制系统，其包括气阀、气管和空压机；当所述串并联外骨骼式上肢康复机构包括移动副时，所述驱动系统包括气缸，并通过所述气缸驱动所述移动副运动；当所述串并联外骨骼式上肢康复机构包括转动副时，所述驱动系统包括气马达，并通过所述气马达驱动所述转动副运动。
[0018]上述各个技术方案的一个优选在于，所述肩平台为座椅支架，以便使用者以稳定坐姿佩戴本串并联外骨骼式上肢康复机构。
[0019]本技术技术方案带来的技术效果在于提供了一种小型的、便于驱动的、静态穿戴的外骨骼式上肢康复机构,解决了目前针对多关节康复训练的穿戴式上肢外骨骼机器人中在上肢关节的自由度较多条件下实现被动康复训练的问题，同时，克服了进行被动康复训练的外骨骼机器人必须包含动力源及控制系统，体积和重量受限。一些实施例中，串并联外骨骼式上肢康复机构由肩部、大臂部、小臂部和末端手部组成，肩部固定在座椅支架上形成肩平台，肩部和大臂部组成肩关节，实现上肢的屈曲/伸展、内收/外摆两个自由度；大臂部和小臂部组成肘关节，实现屈曲/伸展、内收/外摆两个自由度；小臂部和末端手部组成腕关节，实现屈曲/伸展、内收/外摆两个自由度，共6个自由度。大臂部为(2
‑
UPS+UP)并联机构，通过两个气缸实现大臂屈曲/伸展、内收/外摆运动，使机构的稳定性较好，然后与小臂部和末端手部通过4R串联，肘关节和腕关节通过气马达驱动，可以实现上肢的6个自由度，利于患者进行康复运动。一些实施例中大臂主体设有具有锁止的P副，与第一万向节组成UP机构可以实现大臂部的长度调节，小臂部也设有具有锁止的P副长度调节机构，可根据不同体型的患者的人来进行调节。
附图说明
[0020]图1为本技术一个实施例中串并联外骨骼式上肢康复机构的运动系统结构示意图；
[0021]图2为图1实施例中大臂主体A向结构示意图；
[0022]图3为本技术一个实施例中肩平台的结构示意图；
[0023]图4为本技术一个实施例中串并联外骨骼式上肢康复机构各部位运动方向与人体运动对应关系的示意图；
[0024]图5为本技术另一个实施例中串并联外骨骼式上肢康复机构的运动系统结构示意图。
[0025]其中，肩平台10，大臂部20，大臂主体201，第一运动支链202，第二运动支链203，第一绑定部204，第一2R副21，小臂部30，第二2R副31，手部40。
具体实施方式
[0026]下面结合实施例及附图进一步说明本技术技术方案。需要说明的是，如非特别说明，本文中字符U、P、R、S分别指代运动副中的万向节、移动副、转动副、球副以及与这些运动副等同的现有结构。
[0027]参考图1至4，本实施例是一种串并联外骨骼式上肢康复机构，包括依次活动连接的肩平台10、大臂部20、小臂部30和末端手部40。其中，OA为大臂主体201的轴向，AB为转动副R1、R2之间连接件的轴向,BC为小臂部30的轴向，CD为转动副R3、R4之间连接件的轴向。具体的，
[0028]肩平台10包括呈三角形部署的第一锚点、第二锚点和第三锚点；优选的本实施例中三角形为直角三角形，即第一运动支链202和第二运动支链203中移动副的伸缩方向在第一锚点、第二锚点和第三锚点平面的投影为正交。
[0029]大臂部20包括通过第一万向节U1连接于所述第一锚点的大臂主体201，以及与所述大臂主体201并联的第一运动支链202和第二运动支链203；所述第一运动支链202中沿肩平台10到大臂主体201方向依次串联有与所述大臂主体201连接的第一球副S1、第一移动副P1和与所述第二锚点连接的第二万向节U2；所述第二运动支链203中沿肩平台10到大臂主体201方向依次串联有与所述大臂主体201连接的第二球副本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种串并联外骨骼式上肢康复机构，其特征在于，包括：
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肩平台，所述肩平台包括呈三角形部署的第一锚点、第二锚点和第三锚点；
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大臂部，所述大臂部包括通过第一万向节连接于所述第一锚点的大臂主体，以及与所述大臂主体并联的第一运动支链和第二运动支链；所述第一运动支链中串联有与所述大臂主体连接的第一球副、第一移动副和与所述第二锚点连接的第二万向节；所述第二运动支链中串联有与所述大臂主体连接的第二球副、第二移动副和与所述第三锚点连接的第三万向节；
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以及，驱动系统；
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其中，所述第一移动副和所述第二移动副由所述驱动系统分别驱动。2.根据权利要求1所述的串并联外骨骼式上肢康复机构，其特征在于：所述三角形为直角三角形。3.根据权利要求1所述的串并联外骨骼式上肢康复机构，其特征在于：包括小臂部，所述小臂部通过正交串联的两个转动副与所述大臂主体连接；所述两个转动副均由所述驱动系统分别驱动。4.根据权利要求3所述的串并联外骨骼式上肢康复机构，其特征在于：包括手部，所述手部通过正交串联的两个转动副与所述小臂部连接；所述两个转动副均由所述驱动系...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓芸，张富森，甄金朋，
申请(专利权)人：石家庄铁路职业技术学院，
类型：新型
国别省市：