專利名稱：一種可穿戴式的7自由度上肢運動康復訓練外骨骼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及可穿戴式的7自由度上肢運動康復訓練外骨骼，屬于醫(yī)療康復器械領(lǐng)域。適用于偏癱患者的上肢運動康復訓練。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代社會老齡化進程加快，由腦卒中等心腦血管疾病引起的偏癱患者群體也越來越引起社會的關(guān)注。這類患者需要科學的運動康復訓練來提高患側(cè)手臂的運動功能。 傳統(tǒng)的康復訓練是通過理療師手動引導患側(cè)手臂來進行的，這種康復訓練工作強度大，訓練效果與理療師的技術(shù)熟練程度密切相關(guān)，并且很難滿足日益增加的患者要求。目前開發(fā)出的針對上肢運動康復訓練的外骨骼，或是自由度較少，或是運動范圍不夠，或是訓練模式少，因此使用范圍和康復效果受到限制。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種適合于偏癱患者上肢運動康復訓練的可穿戴式的7 自由度上肢運動康復訓練外骨骼。本實用新型的可穿戴式的7自由度上肢運動康復訓練外骨骼包括固定在底座上的支撐桿和外骨骼訓練裝置，其中外骨骼訓練裝置包括肩部內(nèi)收/外展關(guān)節(jié)、屈/伸關(guān)節(jié)、 旋內(nèi)/旋外關(guān)節(jié)、肘部屈/伸關(guān)節(jié)、旋內(nèi)/旋外關(guān)節(jié)以及腕部內(nèi)收/外展關(guān)節(jié)和屈/伸關(guān)節(jié)總共七個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)；肩部內(nèi)收/外展關(guān)節(jié)由第一姿態(tài)調(diào)整塊、第二姿態(tài)調(diào)整塊、第一關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)接板、第一驅(qū)動夾板、第一關(guān)節(jié)驅(qū)動電機和第二驅(qū)動夾板組成，第一姿態(tài)調(diào)整塊相鄰兩側(cè)的其中一側(cè)與支撐桿連接構(gòu)成移動副，另一側(cè)與第二姿態(tài)調(diào)整塊相鄰兩側(cè)的其中一側(cè)連接，第二姿態(tài)調(diào)整塊的另一側(cè)與第一關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)接板固定，第一關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)接板的上下兩面分別與第一驅(qū)動夾板和第二驅(qū)動夾板相連構(gòu)成移動副，第一關(guān)節(jié)驅(qū)動電機固定在第二驅(qū)動夾板上；肩部屈/伸關(guān)節(jié)包括第一關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿、第二關(guān)節(jié)驅(qū)動固定桿和第二關(guān)節(jié)驅(qū)動電機，第一關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿的一端與肩部內(nèi)收/外展關(guān)節(jié)中的第一關(guān)節(jié)驅(qū)動電機輸出軸連接，實現(xiàn)動力傳遞，另一端與第二關(guān)節(jié)驅(qū)動固定桿的一端相連，第二關(guān)節(jié)驅(qū)動電機固定在第二關(guān)節(jié)驅(qū)動固定桿的另一端；在第一關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿和第一關(guān)節(jié)驅(qū)動電機輸出軸連接處安裝第一角度和力矩傳感器；肩部旋內(nèi)/旋外關(guān)節(jié)包括第二關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿、第三關(guān)節(jié)滑環(huán)上固定板、第三關(guān)節(jié)滑環(huán)下固定板、第三關(guān)節(jié)齒輪保護殼、第三關(guān)節(jié)正齒輪組、第三關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿、第三關(guān)節(jié)下滑環(huán)、第一限位塊、第三關(guān)節(jié)輸出固定桿、第三關(guān)節(jié)中圈、第三關(guān)節(jié)上滑環(huán)、第二限位塊和第三關(guān)節(jié)驅(qū)動電機，第二關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿上端與肩部屈/伸關(guān)節(jié)中的第二關(guān)節(jié)驅(qū)動電機輸出軸連接，實現(xiàn)動力傳遞，第三關(guān)節(jié)滑環(huán)上固定板垂直于第二關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿，其一端與第二關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿固定，另一端與第三關(guān)節(jié)上滑環(huán)固定，第三關(guān)節(jié)滑環(huán)下固定板垂直于第二關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿，其一端與第二關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿的下端固定，另一端與第三關(guān)節(jié)下滑環(huán)固定，第一限位塊和第二限位塊均與第三關(guān)節(jié)上滑環(huán)和第三關(guān)節(jié)下滑環(huán)相連，第三關(guān)節(jié)中圈位于第三關(guān)節(jié)上滑環(huán)和第三關(guān)節(jié)下滑環(huán)中間構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，在第三關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿和第三關(guān)節(jié)輸出固定桿平行于第二關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿，它們的上端對稱固定在第三關(guān)節(jié)中圈內(nèi)側(cè)，實現(xiàn)動力傳遞，第三關(guān)節(jié)驅(qū)動電機固定在第三關(guān)節(jié)滑環(huán)上固定板上，第三關(guān)節(jié)驅(qū)動電機輸出軸連接第三關(guān)節(jié)正齒輪組中的輸入齒輪，第三關(guān)節(jié)正齒輪組中的輸出齒輪固定在第三關(guān)節(jié)中圈外側(cè)，在第三關(guān)節(jié)滑環(huán)上固定板和第三關(guān)節(jié)滑環(huán)下固定板之間設(shè)有第三關(guān)節(jié)齒輪保護殼，在第二關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿和第二關(guān)節(jié)驅(qū)動電機輸出軸連接處安裝第二角度和力矩傳感器，第三關(guān)節(jié)中圈和第三關(guān)節(jié)下滑環(huán)連接處安裝第三角度和力矩傳感器；肘部屈/伸關(guān)節(jié)包括呈“L”形的第三關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出調(diào)節(jié)桿、第四關(guān)節(jié)驅(qū)動固定桿和第四關(guān)節(jié)驅(qū)動電機，第三關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出調(diào)節(jié)桿一端的矩形槽與肩部旋內(nèi)/旋外關(guān)節(jié)中的第三關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿一端連接，構(gòu)成移動副，第三關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出調(diào)節(jié)桿的另一端與第四關(guān)節(jié)驅(qū)動固定桿上端固定，第四關(guān)節(jié)驅(qū)動固定桿下端固定第四關(guān)節(jié)驅(qū)動電機；肘部旋內(nèi)/旋外關(guān)節(jié)包括第四關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿、第五關(guān)節(jié)滑環(huán)上固定板、第五關(guān)節(jié)滑環(huán)下固定板、第五關(guān)節(jié)齒輪保護殼、第五關(guān)節(jié)正齒輪組、第五關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿、第三限位塊、第五關(guān)節(jié)下滑環(huán)、第五關(guān)節(jié)中圈、第四關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出固定桿、第四限位塊、第五關(guān)節(jié)上滑環(huán)和第五關(guān)節(jié)驅(qū)動電機，第四關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出固定桿上端與肩部旋內(nèi)/旋外關(guān)節(jié)中的第三關(guān)節(jié)輸出固定桿下端連接構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，第四關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿上端與肘部屈/伸關(guān)節(jié)中的第四關(guān)節(jié)驅(qū)動電機輸出軸連接，實現(xiàn)動力傳遞，第五關(guān)節(jié)滑環(huán)上固定板垂直于第四關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿，其一端與第四關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿固定，另一端與第五關(guān)節(jié)上滑環(huán)固定，第五關(guān)節(jié)滑環(huán)下固定板垂直于第四關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿，其一端與第五關(guān)節(jié)滑環(huán)下固定板的下端固定，另一端與第五關(guān)節(jié)下滑環(huán)固定，第三限位塊和第四限位塊均與第五關(guān)節(jié)上滑環(huán)和第五關(guān)節(jié)下滑環(huán)相連，第五關(guān)節(jié)中圈位于第五關(guān)節(jié)上滑環(huán)和第五關(guān)節(jié)下滑環(huán)中間構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，第五關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿平行于第四關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿，其上端固定在第五關(guān)節(jié)中圈內(nèi)側(cè)，第五關(guān)節(jié)驅(qū)動電機固定在第五關(guān)節(jié)滑環(huán)上固定板上，第五關(guān)節(jié)驅(qū)動電機輸出軸連接第五關(guān)節(jié)正齒輪組中的輸入齒輪，第五關(guān)節(jié)正齒輪組中的輸出齒輪固定在第五關(guān)節(jié)中圈外側(cè)，在第五關(guān)節(jié)滑環(huán)上固定板和第五關(guān)節(jié)滑環(huán)下固定板之間設(shè)有第五關(guān)節(jié)齒輪保護殼，在第四關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿和第四關(guān)節(jié)驅(qū)動電機輸出軸連接處安裝第四角度和力矩傳感器，第五關(guān)節(jié)中圈和第五關(guān)節(jié)下滑環(huán)連接處安裝第五角度和力矩傳感器；腕部內(nèi)收/外展關(guān)節(jié)和屈/伸關(guān)節(jié)包括第六關(guān)節(jié)驅(qū)動固定桿、第六關(guān)節(jié)驅(qū)動電機、 呈“L”形的第六關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿、手部固定桿、第七關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿和第七關(guān)節(jié)驅(qū)動電機， 第六關(guān)節(jié)驅(qū)動固定桿一端的矩形槽連接肘部旋內(nèi)/旋外關(guān)節(jié)中的第五關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿下端構(gòu)成移動副，另一端固定第六關(guān)節(jié)驅(qū)動電機，第六關(guān)節(jié)驅(qū)動電機輸出軸與第六關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿的一端連接，實現(xiàn)動力傳遞，第六關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿的另一端固定第七關(guān)節(jié)驅(qū)動電機， 第七關(guān)節(jié)驅(qū)動電機輸出軸連接第七關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿上端，第七關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿下端固定手部固定桿，在第六關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿和第六關(guān)節(jié)驅(qū)動電機輸出軸連接處安裝第六角度和力矩傳感器，第七關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿和第七關(guān)節(jié)驅(qū)動電機輸出軸連接處安裝第七角度和力矩傳感
ο本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，響應速度快。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有更多的運動自由度、能夠適應站姿和坐姿訓練。外骨骼桿長可以根據(jù)患者身材調(diào)節(jié)，保證穿戴舒適性。關(guān)節(jié)采用限位結(jié)構(gòu)，提高了安全性。關(guān)節(jié)處的角度和力矩傳感器實時采集每個關(guān)節(jié)的運動學和動力學數(shù)據(jù)，方便理療師后續(xù)的分析和制定訓練方案，達到最佳康復效果。

圖1是可穿戴式的7自由度上肢運動康復訓練外骨骼的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是肩部內(nèi)收/外展關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是肩部屈/伸關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是肩部旋內(nèi)/旋外關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是肘部屈/伸關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是肘部旋內(nèi)/旋外關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是腕部內(nèi)收/外展和屈/伸關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖。上述圖中標號名稱1、支撐桿；2、肩部內(nèi)收/外展關(guān)節(jié)；3、肩部屈/伸關(guān)節(jié)；4、肩部旋內(nèi)/旋外關(guān)節(jié)；5、肘部屈/伸關(guān)節(jié)；6、肘部旋內(nèi)/旋外關(guān)節(jié)；7、腕部內(nèi)收/外展關(guān)節(jié)；8、 腕部屈/伸關(guān)節(jié)；9、第一姿態(tài)調(diào)整塊；10、第二姿態(tài)調(diào)整塊；11、第一驅(qū)動夾板；12、第一關(guān)節(jié)驅(qū)動電機；13、第二驅(qū)動夾板；14、第一關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)接板；15、第一關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿；16、第二關(guān)節(jié)驅(qū)動固定桿；17、第二關(guān)節(jié)驅(qū)動電機；18、第二關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿；19、第三關(guān)節(jié)滑環(huán)上固定板；20、第三關(guān)節(jié)滑環(huán)下固定板；21、第三關(guān)節(jié)齒輪保護殼；22、第三關(guān)節(jié)正齒輪組；23、第三關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿；24、第三關(guān)節(jié)下滑環(huán)；25、第一限位塊；26、第三關(guān)節(jié)輸出固定桿；27、第三關(guān)節(jié)中圈；28、第三關(guān)節(jié)上滑環(huán)；29、第二限位塊；30、第三關(guān)節(jié)驅(qū)動電機；31、第三關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出調(diào)節(jié)桿；32、第四關(guān)節(jié)驅(qū)動固定桿；33、第四關(guān)節(jié)驅(qū)動電機；34、第四關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿； 35、第五關(guān)節(jié)滑環(huán)上固定板；36、第五關(guān)節(jié)滑環(huán)下固定板；37、第五關(guān)節(jié)齒輪保護殼；38、第五關(guān)節(jié)正齒輪組；39、第五關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿；40、第三限位塊；41、第五關(guān)節(jié)下滑環(huán)；42、第五關(guān)節(jié)中圈；43、第四關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出固定桿；44、第四限位塊；45、第五關(guān)節(jié)上滑環(huán)；46、第五關(guān)節(jié)驅(qū)動電機；47、第六關(guān)節(jié)驅(qū)動固定桿；48、第六關(guān)節(jié)驅(qū)動電機；49、第六關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿； 50、手部固定桿；51、第七關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿；52、第七關(guān)節(jié)驅(qū)動電機。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖進一步說明本實用新型。參照圖1，可穿戴式的7自由度上肢運動康復訓練外骨骼包括固定在底座上的支撐桿1和外骨骼訓練裝置，其中外骨骼訓練裝置包括肩部內(nèi)收/外展關(guān)節(jié)2、屈/伸關(guān)節(jié)3、 旋內(nèi)/旋外關(guān)節(jié)4，肘部屈/伸關(guān)節(jié)5、旋內(nèi)/旋外關(guān)節(jié)6以及腕部內(nèi)收/外展關(guān)節(jié)7和屈 /伸關(guān)節(jié)8總共七個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)；如圖2所示，肩部內(nèi)收/外展關(guān)節(jié)2由第一姿態(tài)調(diào)整塊9、第二姿態(tài)調(diào)整塊10、第一關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)接板14、第一驅(qū)動夾板11、第一關(guān)節(jié)驅(qū)動電機12和第二驅(qū)動夾板13組成，第一姿態(tài)調(diào)整塊9相鄰兩側(cè)的其中一側(cè)與支撐桿1連接構(gòu)成移動副，可以沿支撐桿1上下移動調(diào)節(jié)高度來適應不同身材的患者，另一側(cè)與第二姿態(tài)調(diào)整塊10相鄰兩側(cè)的其中一側(cè)連接，第二姿態(tài)調(diào)整塊10的另一側(cè)與第一關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)接板14固定，兩個姿態(tài)調(diào)整塊組合可以確定外骨骼姿態(tài)，通過不同的調(diào)整塊組合可以確定站姿和坐姿，第一關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)接板14的上下兩面分別與第一驅(qū)動夾板11和第二驅(qū)動夾板13相連構(gòu)成移動副，可以左右移動調(diào)節(jié)連桿寬度來適應不同身材患者，第一關(guān)節(jié)驅(qū)動電機12固定在第二驅(qū)動夾板13上；見圖3，肩部屈/伸關(guān)節(jié)3包括第一關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿15、第二關(guān)節(jié)驅(qū)動固定桿16 和第二關(guān)節(jié)驅(qū)動電機17，第一關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿15的一端與肩部內(nèi)收/外展關(guān)節(jié)2中的第一關(guān)節(jié)驅(qū)動電機12輸出軸連接，實現(xiàn)動力傳遞，另一端與第二關(guān)節(jié)驅(qū)動固定桿16的一端相連，第二關(guān)節(jié)驅(qū)動電機17固定在第二關(guān)節(jié)驅(qū)動固定桿16的另一端，在第一關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿 15和第一關(guān)節(jié)驅(qū)動電機12輸出軸連接處安裝第一角度和力矩傳感器；參照圖4，肩部旋內(nèi)/旋外關(guān)節(jié)4包括第二關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿18、第三關(guān)節(jié)滑環(huán)上固定板19、第三關(guān)節(jié)滑環(huán)下固定板20、第三關(guān)節(jié)齒輪保護殼21、第三關(guān)節(jié)正齒輪組22、第三關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿23、第三關(guān)節(jié)下滑環(huán)M、第一限位塊25、第三關(guān)節(jié)輸出固定桿沈、第三關(guān)節(jié)中圈27、第三關(guān)節(jié)上滑環(huán)觀、第二限位塊四和第三關(guān)節(jié)驅(qū)動電機30，第二關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿18 上端與肩部屈/伸關(guān)節(jié)3中的第一關(guān)節(jié)驅(qū)動電機17輸出軸連接，實現(xiàn)動力傳遞，第三關(guān)節(jié)滑環(huán)上固定板19垂直于第二關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿18，其一端與第二關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿18固定，另一端與第三關(guān)節(jié)上滑環(huán)觀固定，第三關(guān)節(jié)滑環(huán)下固定板20垂直于第二關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿18， 其一端與第二關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿18的下端固定，另一端與第三關(guān)節(jié)下滑環(huán)M固定，第三關(guān)節(jié)中圈27位于第三關(guān)節(jié)上滑環(huán)觀和第三關(guān)節(jié)下滑環(huán)M中間構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，實現(xiàn)肩部旋內(nèi)/旋外運動，第一限位塊25和第二限位塊四均與第三關(guān)節(jié)上滑環(huán)觀和第三關(guān)節(jié)下滑環(huán)M相連，當?shù)谌P(guān)節(jié)輸出桿運動23跟隨第三關(guān)節(jié)中圈27旋轉(zhuǎn)至設(shè)定位置時，限位塊能夠阻止其繼續(xù)運動，實現(xiàn)限位功能，第三關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿23和第三關(guān)節(jié)輸出固定桿沈平行于第二關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿18，它們的上端對稱固定在第三關(guān)節(jié)中圈27內(nèi)側(cè)，實現(xiàn)動力傳遞，第三關(guān)節(jié)驅(qū)動電機30固定在第三關(guān)節(jié)滑環(huán)上固定板19上，第三關(guān)節(jié)驅(qū)動電機30輸出軸連接第三關(guān)節(jié)正齒輪組22中的輸入齒輪，第三關(guān)節(jié)正齒輪組22中的輸出齒輪固定在第三關(guān)節(jié)中圈27 外側(cè)，在第三關(guān)節(jié)滑環(huán)上固定板19和第三關(guān)節(jié)滑環(huán)下固定板20之間設(shè)有第三關(guān)節(jié)齒輪保護殼21，在第二關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿18和第二關(guān)節(jié)驅(qū)動電機17輸出軸連接處安裝第二角度和力矩傳感器，第三關(guān)節(jié)中圈27和第三關(guān)節(jié)下滑環(huán)M連接處安裝第三角度和力矩傳感器；如圖5所示，肘部屈/伸關(guān)節(jié)5包括呈“L”形的第三關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出調(diào)節(jié)桿31、第四關(guān)節(jié)驅(qū)動固定桿32和第四關(guān)節(jié)驅(qū)動電機33，第三關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出調(diào)節(jié)桿31 —端的矩形槽與肩部旋內(nèi)/旋外關(guān)節(jié)4中的第三關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿23 —端連接，構(gòu)成移動副，可以上下移動調(diào)節(jié)連桿長度來適應不同臂長患者，第三關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出調(diào)節(jié)桿31的另一端與第四關(guān)節(jié)驅(qū)動固定桿32上端固定，第四關(guān)節(jié)驅(qū)動固定桿32下端固定第四關(guān)節(jié)驅(qū)動電機33 ；見圖6，肘部旋內(nèi)/旋外關(guān)節(jié)6包括第四關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿34、第五關(guān)節(jié)滑環(huán)上固定板35、第五關(guān)節(jié)滑環(huán)下固定板36、第五關(guān)節(jié)齒輪保護殼37、第五關(guān)節(jié)正齒輪組38、第五關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿39、第三限位塊40、第五關(guān)節(jié)下滑環(huán)41、第五關(guān)節(jié)中圈42、第四關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出固定桿43、第四限位塊44、第五關(guān)節(jié)上滑環(huán)45和第五關(guān)節(jié)驅(qū)動電機46，第四關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿 34上端與肘部屈/伸關(guān)節(jié)5中的第四關(guān)節(jié)驅(qū)動電機32輸出軸連接，實現(xiàn)動力傳遞，第四關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出固定桿43上端與肩部旋內(nèi)/旋外關(guān)節(jié)4中的第三關(guān)節(jié)輸出固定桿沈下端連接構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，與第四關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿34構(gòu)成并聯(lián)機構(gòu)，實現(xiàn)運動輔助功能，第五關(guān)節(jié)滑環(huán)上固定板35垂直于第四關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿34，其一端與第四關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿34固定，另一端與第五關(guān)節(jié)上滑環(huán)45固定，第五關(guān)節(jié)滑環(huán)下固定板36垂直于第四關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿34， 其一端與第五關(guān)節(jié)滑環(huán)下固定板36的下端固定，另一端與第五關(guān)節(jié)下滑環(huán)41固定，第五關(guān)節(jié)中圈42位于第五關(guān)節(jié)上滑環(huán)45和第五關(guān)節(jié)下滑環(huán)41中間構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，實現(xiàn)肘部旋內(nèi)/ 旋外運動，第三限位塊40和第四限位塊44均與第五關(guān)節(jié)上滑環(huán)45和第五關(guān)節(jié)下滑環(huán)41 相連，，當?shù)谖尻P(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿39跟隨第五關(guān)節(jié)中圈42運動至設(shè)定位置時，限位塊能夠阻止其繼續(xù)運動，實現(xiàn)限位功能，第五關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿39平行于第四關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿34，其上端固定在第五關(guān)節(jié)中圈42內(nèi)側(cè)，跟隨第五關(guān)節(jié)中圈42運動，實現(xiàn)動力傳遞，第五關(guān)節(jié)驅(qū)動電機46固定在第五關(guān)節(jié)滑環(huán)上固定板35上，第五關(guān)節(jié)驅(qū)動電機46輸出軸連接第五關(guān)節(jié)正齒輪組38中的輸入齒輪，第五關(guān)節(jié)正齒輪組38中的輸出齒輪固定在第五關(guān)節(jié)中圈42外側(cè)，在第五關(guān)節(jié)滑環(huán)上固定板35和第五關(guān)節(jié)滑環(huán)下固定板36之間設(shè)有第五關(guān)節(jié)齒輪保護殼37，在第四關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿34和第四關(guān)節(jié)驅(qū)動電機32輸出軸連接處安裝第四角度和力矩傳感器，第五關(guān)節(jié)中圈42和第五關(guān)節(jié)下滑環(huán)41連接處安裝第五角度和力矩傳感器；；參照圖7，腕部內(nèi)收/外展關(guān)節(jié)7和屈/伸關(guān)節(jié)8包括第六關(guān)節(jié)驅(qū)動固定桿47、第六關(guān)節(jié)驅(qū)動電機48、呈“L”形的第六關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿49、手部固定桿50、第七關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿51和第七關(guān)節(jié)驅(qū)動電機52，第六關(guān)節(jié)驅(qū)動固定桿47 —端的矩形槽連接肘部旋內(nèi)/旋外關(guān)節(jié)6中的第五關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿39下端構(gòu)成移動副，可以上下移動調(diào)節(jié)連桿長度來適應不同臂長患者，另一端固定第六關(guān)節(jié)驅(qū)動電機48，第六關(guān)節(jié)驅(qū)動電機48輸出軸與第六關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿49的一端連接，實現(xiàn)動力傳遞，第六關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿49的另一端固定第七關(guān)節(jié)驅(qū)動電機52，第七關(guān)節(jié)驅(qū)動電機52輸出軸連接第七關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿51上端，第七關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿51下端固定手部固定桿50，在第六關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿49和第六關(guān)節(jié)驅(qū)動電機48輸出軸連接處安裝第六角度和力矩傳感器，第七關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿51和第七關(guān)節(jié)驅(qū)動電機52輸出軸連接處安裝第七角度和力矩傳感器。使用時，患者上臂和前臂依次進入肩部旋內(nèi)/旋外關(guān)節(jié)的第三關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中圈和肘部旋內(nèi)/旋外關(guān)節(jié)的第五關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中圈，手部固定在手部固定桿50的柔性綁帶上，用柔性綁帶保證穿戴舒適性。在每個關(guān)節(jié)電機輸出軸與驅(qū)動輸出桿連接處安裝角度和力矩傳感器?？煞奖銠z測關(guān)節(jié)運動學和動力學參數(shù)。
權(quán)利要求1. 一種可穿戴式的7自由度上肢運動康復訓練外骨骼，其特征包括固定在底座上的支撐桿(1)和外骨骼訓練裝置，其中外骨骼訓練裝置包括肩部內(nèi)收/外展關(guān)節(jié)(2)、屈/伸關(guān)節(jié)(3)、旋內(nèi)/旋外關(guān)節(jié)(4)，肘部屈/伸關(guān)節(jié)(5)、旋內(nèi)/旋外關(guān)節(jié)(6)以及腕部內(nèi)收/外展關(guān)節(jié)(7)和屈/伸關(guān)節(jié)(8)總共七個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)；肩部內(nèi)收/外展關(guān)節(jié)(2)由第一姿態(tài)調(diào)整塊(9)、第二姿態(tài)調(diào)整塊(10)、第一關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)接板(14)、第一驅(qū)動夾板(11)、第一關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(12)和第二驅(qū)動夾板(13)組成，第一姿態(tài)調(diào)整塊(9)相鄰兩側(cè)的其中一側(cè)與支撐桿(1)連接構(gòu)成移動副，另一側(cè)與第二姿態(tài)調(diào)整塊 (10)相鄰兩側(cè)的其中一側(cè)連接，第二姿態(tài)調(diào)整塊(10)的另一側(cè)與第一關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)接板(14)固定，第一關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)接板(14)的上下兩面分別與第一驅(qū)動夾板(11)和第二驅(qū)動夾板(13)相連構(gòu)成移動副，第一關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(12)固定在第二驅(qū)動夾板(13)上；肩部屈/伸關(guān)節(jié)(3)包括第一關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿(15)、第二關(guān)節(jié)驅(qū)動固定桿(16)和第二關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(17)，第一關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿(15)的一端與肩部內(nèi)收/外展關(guān)節(jié)(2)中的第一關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(12)輸出軸連接，實現(xiàn)動力傳遞，另一端與第二關(guān)節(jié)驅(qū)動固定桿(16)的一端相連，第二關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(17)固定在第二關(guān)節(jié)驅(qū)動固定桿(16)的另一端，在第一關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿(15)和第一關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(12)輸出軸連接處安裝第一角度和力矩傳感器；肩部旋內(nèi)/旋外關(guān)節(jié)(4)包括第二關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿(18)、第三關(guān)節(jié)滑環(huán)上固定板(19)、 第三關(guān)節(jié)滑環(huán)下固定板(20)、第三關(guān)節(jié)齒輪保護殼(21)、第三關(guān)節(jié)正齒輪組(22)、第三關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿(23)、第三關(guān)節(jié)下滑環(huán)(24)、第一限位塊(25)、第三關(guān)節(jié)輸出固定桿(26)、第三關(guān)節(jié)中圈(27)、第三關(guān)節(jié)上滑環(huán)(28)、第二限位塊(29)和第三關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(30)，第二關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿(18)上端與肩部屈/伸關(guān)節(jié)(3)中的第二關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(17)輸出軸連接， 實現(xiàn)動力傳遞，第三關(guān)節(jié)滑環(huán)上固定板(19)垂直于第二關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿(18)，其一端與第二關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿(18)固定，另一端與第三關(guān)節(jié)上滑環(huán)(28)固定，第三關(guān)節(jié)滑環(huán)下固定板 (20)垂直于第二關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿(18)，其一端與第二關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿(18)的下端固定，另一端與第三關(guān)節(jié)下滑環(huán)(24)固定，第一限位塊(25)和第二限位塊(29)均與第三關(guān)節(jié)上滑環(huán)(28)和第三關(guān)節(jié)下滑環(huán)(24)相連，第三關(guān)節(jié)中圈(27)位于第三關(guān)節(jié)上滑環(huán)(28)和第三關(guān)節(jié)下滑環(huán)(24)中間構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，在第三關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿(23)和第三關(guān)節(jié)輸出固定桿 (26)平行于第二關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿(18)，它們的上端對稱固定在第三關(guān)節(jié)中圈(27)內(nèi)側(cè)，實現(xiàn)動力傳遞，第三關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(30)固定在第三關(guān)節(jié)滑環(huán)上固定板(19)上，第三關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(30)輸出軸連接第三關(guān)節(jié)正齒輪組(22)中的輸入齒輪，第三關(guān)節(jié)正齒輪組(22)中的輸出齒輪固定在第三關(guān)節(jié)中圈(27)外側(cè)，在第三關(guān)節(jié)滑環(huán)上固定板(19)和第三關(guān)節(jié)滑環(huán)下固定板(20)之間設(shè)有第三關(guān)節(jié)齒輪保護殼(21)，在第二關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿(18)和第二關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(17)輸出軸連接處安裝第二角度和力矩傳感器，第三關(guān)節(jié)中圈(27)和第三關(guān)節(jié)下滑環(huán)(24)連接處安裝第三角度和力矩傳感器；肘部屈/伸關(guān)節(jié)(5)包括呈“L”形的第三關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出調(diào)節(jié)桿(31)、第四關(guān)節(jié)驅(qū)動固定桿(32)和第四關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(33)，第三關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出調(diào)節(jié)桿(31)—端的矩形槽與肩部旋內(nèi)/旋外關(guān)節(jié)(4)中的第三關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿(23)—端連接，構(gòu)成移動副，第三關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出調(diào)節(jié)桿(31)的另一端與第四關(guān)節(jié)驅(qū)動固定桿(32)上端固定，第四關(guān)節(jié)驅(qū)動固定桿(32) 下端固定第四關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(33)；肘部旋內(nèi)/旋外關(guān)節(jié)(6)包括第四關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿(34)、第五關(guān)節(jié)滑環(huán)上固定板(35)、第五關(guān)節(jié)滑環(huán)下固定板(36)、第五關(guān)節(jié)齒輪保護殼(37)、第五關(guān)節(jié)正齒輪組(38)、第五關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿(39)、第三限位塊(40)、第五關(guān)節(jié)下滑環(huán)(41)、第五關(guān)節(jié)中圈(42)、第四關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出固定桿(43)、第四限位塊(44)、第五關(guān)節(jié)上滑環(huán)(45)和第五關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(46)， 第四關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出固定桿(43)上端與肩部旋內(nèi)/旋外關(guān)節(jié)(4)中的第三關(guān)節(jié)輸出固定桿 (26)下端連接構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，第四關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿(34)上端與肘部屈/伸關(guān)節(jié)(5)中的第四關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(32)輸出軸連接，實現(xiàn)動力傳遞，第五關(guān)節(jié)滑環(huán)上固定板(35)垂直于第四關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿(34)，其一端與第四關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿(34)固定，另一端與第五關(guān)節(jié)上滑環(huán) (45)固定，第五關(guān)節(jié)滑環(huán)下固定板(36)垂直于第四關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿(34)，其一端與第五關(guān)節(jié)滑環(huán)下固定板(36)的下端固定，另一端與第五關(guān)節(jié)下滑環(huán)(41)固定，第三限位塊(40) 和第四限位塊(44)均與第五關(guān)節(jié)上滑環(huán)(45)和第五關(guān)節(jié)下滑環(huán)(41)相連，第五關(guān)節(jié)中圈 (42)位于第五關(guān)節(jié)上滑環(huán)(45)和第五關(guān)節(jié)下滑環(huán)(41)中間構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，第五關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿(39)平行于第四關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿(34)，其上端固定在第五關(guān)節(jié)中圈(42)內(nèi)側(cè)，第五關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(46)固定在第五關(guān)節(jié)滑環(huán)上固定板(35)上，第五關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(46)輸出軸連接第五關(guān)節(jié)正齒輪組(38)中的輸入齒輪，第五關(guān)節(jié)正齒輪組(38)中的輸出齒輪固定在第五關(guān)節(jié)中圈(42)外側(cè)，在第五關(guān)節(jié)滑環(huán)上固定板(35)和第五關(guān)節(jié)滑環(huán)下固定板(36)之間設(shè)有第五關(guān)節(jié)齒輪保護殼(37)，在第四關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿(34)和第四關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(32)輸出軸連接處安裝第四角度和力矩傳感器，第五關(guān)節(jié)中圈(42)和第五關(guān)節(jié)下滑環(huán)(41)連接處安裝第五角度和力矩傳感器；腕部內(nèi)收/外展關(guān)節(jié)(7 )和屈/伸關(guān)節(jié)(8 )包括第六關(guān)節(jié)驅(qū)動固定桿(47 )、第六關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(48)、呈“L”形的第六關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿(49)、手部固定桿(50)、第七關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿(51)和第七關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(52)，第六關(guān)節(jié)驅(qū)動固定桿(47)—端的矩形槽連接肘部旋內(nèi)/ 旋外關(guān)節(jié)(6)中的第五關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿(39)下端構(gòu)成移動副，另一端固定第六關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(48)，第六關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(48)輸出軸與第六關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿(49)的一端連接，實現(xiàn)動力傳遞，第六關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿(49)的另一端固定第七關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(52)，第七關(guān)節(jié)驅(qū)動電機 (52)輸出軸連接第七關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿(51)上端，第七關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿(51)下端固定手部固定桿(50)，在第六關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿(49)和第六關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(48)輸出軸連接處安裝第六角度和力矩傳感器，第七關(guān)節(jié)驅(qū)動輸出桿(51)和第七關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(52)輸出軸連接處安裝第七角度和力矩傳感器。
專利摘要本實用新型的可穿戴式的7自由度上肢運動康復訓練外骨骼包括固定在底座上的支撐桿和外骨骼訓練裝置，其中外骨骼訓練裝置由肩部內(nèi)收/外展關(guān)節(jié)、屈/伸關(guān)節(jié)、旋內(nèi)/旋外關(guān)節(jié)、肘部屈/伸關(guān)節(jié)、旋內(nèi)/旋外關(guān)節(jié)以及腕部內(nèi)收/外展關(guān)節(jié)和屈/伸關(guān)節(jié)總共七個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)串聯(lián)而成。采用電機直接驅(qū)動關(guān)節(jié)，其中肩部和肘部兩個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)加了一級正齒輪組，結(jié)構(gòu)簡單，響應速度快。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有更多的運動自由度、能夠適應站姿和坐姿訓練。外骨骼桿長可以根據(jù)患者身材調(diào)節(jié)，保證穿戴舒適性。關(guān)節(jié)采用限位結(jié)構(gòu)，提高了安全性。關(guān)節(jié)處的角度和力矩傳感器實時采集每個關(guān)節(jié)的運動學和動力學數(shù)據(jù)，方便理療師后續(xù)的分析和制定訓練方案，達到最佳康復效果。
文檔編號A61H1/02GK202027877SQ20112008726
公開日2011年11月9日 申請日期2011年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月29日
發(fā)明者嚴華, 張艷松, 楊燦軍, 陳杰 申請人:浙江大學