外骨骼式上肢康復(fù)機器人的制作方法
【專利摘要】一種外骨骼式上肢康復(fù)機器人，涉及醫(yī)療器械領(lǐng)域，用于輔助腦卒中患者完成肘關(guān)節(jié)屈伸，前臂內(nèi)、外旋兩種運動，模擬運動療法進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。其結(jié)構(gòu)主要由伺服電機、減速器、聯(lián)軸器、一對直齒輪、一對錐齒輪、電磁離合器、軸、套筒、上臂支撐板、調(diào)節(jié)螺栓、前臂支撐板、聯(lián)接銷、限位銷、限位擋板組成，所述聯(lián)軸器與減速器、第一傳動軸聯(lián)接；所述電磁離合器與第三傳動軸、第四傳動軸聯(lián)接；所述套筒通過連接銷聯(lián)接第一傳動軸、第二傳動軸；所述圓柱齒輪二和齒輪支撐板構(gòu)成鉸鏈聯(lián)接；所述前臂支撐板一和前臂支撐板二用調(diào)節(jié)螺栓聯(lián)接；所述前臂支撐板二與第三傳動軸固定聯(lián)接。本裝置結(jié)構(gòu)緊湊，可穿戴，安全，成本低，可用于醫(yī)院和家庭使用。
【專利說明】外骨骼式上肢康復(fù)機器人

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于醫(yī)療器械領(lǐng)域，它涉及一種上肢康復(fù)訓(xùn)練機器人，特別適用于腦卒中病人的上肢康復(fù)訓(xùn)練。

【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)全國腦血管病防治辦公室的估計，在存活的腦卒中患者中，75 %左右的患者不同程度地喪失勞動能力，40%重度致殘，給家庭和社會造成了沉重的負(fù)擔(dān)。臨床醫(yī)學(xué)證明，訓(xùn)練開始越早，腦的可塑性越大，運動功能恢復(fù)的潛力越大。人體上肢從事各種復(fù)雜、精細(xì)活動，它的運動功能直接影響人類的日常生活能力。在臨床康復(fù)中，醫(yī)師通常以徒手方式或機械器具對患肢進(jìn)行一對一的連續(xù)被動訓(xùn)練，反復(fù)的引導(dǎo)患者患肢運動直到其能夠復(fù)現(xiàn)正常的動作。我國患者數(shù)量多、治療師資源缺乏，同時很多家屬因不能協(xié)同完成這種高強度訓(xùn)練而放棄治療，使病人錯過了康復(fù)的最好時機。為此，設(shè)計安全、定量、有效、可以進(jìn)行重復(fù)訓(xùn)練的上肢康復(fù)機器人具有實際意義。人體上肢康復(fù)主要涉及肘關(guān)節(jié)屈伸和前臂內(nèi)、夕卜旋兩個自由度。目前，已存在幾種訓(xùn)練上肢康復(fù)的機構(gòu)，但結(jié)構(gòu)笨重，對于腦卒中患者康復(fù)效果不佳。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對腦卒中病人上肢康復(fù)訓(xùn)練過程中所遇到的問題，提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、可穿戴、能夠輔助患者完成肘關(guān)節(jié)屈伸，前臂內(nèi)、外旋兩種運動的外骨骼式上肢康復(fù)機器人，模擬運動療法進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。
[0004]實現(xiàn)上述目的采用的技術(shù)方案是:一種外骨骼式上肢康復(fù)機器人，包括驅(qū)動部分、傳動部分、執(zhí)行部分，所述驅(qū)動部分采用交流伺服電機；所述傳動部分由減速器、聯(lián)軸器、一對錐齒輪、一對直齒輪、電磁離合器、四根軸、套筒、二根聯(lián)接銷組成，所述聯(lián)軸器與減速器、第一傳動軸聯(lián)接；所述電磁離合器與第三傳動軸、第四傳動軸聯(lián)接；所述套筒使用聯(lián)接銷一、聯(lián)接銷二分別與第一傳動軸、第二傳動軸聯(lián)接；所述圓錐齒輪一和第一傳動軸固定聯(lián)接；所述圓錐齒輪二和第四傳動軸固定聯(lián)接；所述圓柱齒輪一和第二傳動軸固定聯(lián)接；所述執(zhí)行部分由齒輪支撐板、前臂支撐板一、前臂支撐板二、限位銷一、限位銷二、限位擋板、上臂支撐板組成，所述齒輪支撐板和圓柱齒輪二構(gòu)成鉸鏈聯(lián)接，與前臂支撐板一固定聯(lián)接；所述前臂支撐板一和前臂支撐板二用調(diào)節(jié)螺栓聯(lián)接，通過調(diào)節(jié)螺栓以及聯(lián)接銷一的位置協(xié)同變化來調(diào)節(jié)上臂長度；所述前臂支撐板二與第三傳動軸固定聯(lián)接；所述限位銷一與圓柱齒輪二固定聯(lián)接；所述限位銷二與上臂支撐板固定聯(lián)接；所述限位擋板與第三傳動軸固定聯(lián)接；所述上臂支撐板和人體上臂固定。
[0005]所述電磁離合器接合，斷開套筒和第二傳動軸的聯(lián)接時，所述伺服電機通過減速器、聯(lián)軸器驅(qū)動第一傳動軸轉(zhuǎn)動，通過圓錐齒輪一和圓錐齒輪二哨合實現(xiàn)第四傳動軸的90°運動轉(zhuǎn)換，通過所述電磁離合器把運動傳給第三傳動軸，帶動前臂支撐板二、前臂支撐板一、齒輪支撐板、圓柱齒輪二一起運動，即實現(xiàn)肘關(guān)節(jié)的屈伸運動；所述電磁離合器斷開，套筒和第二傳動軸聯(lián)接時，所述伺服電機通過減速器、聯(lián)軸器驅(qū)動第一傳動軸，通過聯(lián)接銷一把運動傳給套筒，經(jīng)過聯(lián)接銷二帶動第二傳動軸轉(zhuǎn)動，通過圓柱直齒輪一和圓柱直齒輪二嚙合，實現(xiàn)前臂的內(nèi)、外旋運動。
[0006]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明模擬了人體肘關(guān)節(jié)屈伸，前臂內(nèi)、外旋兩種康復(fù)運動，當(dāng)分離電磁離合器、連接套筒與第二傳動軸時，進(jìn)行前臂內(nèi)、外旋康復(fù)訓(xùn)練，當(dāng)接合電磁離合器、斷開套筒與第二傳動軸時，進(jìn)行肘關(guān)節(jié)屈伸康復(fù)訓(xùn)練，本裝置結(jié)構(gòu)緊湊，可穿戴，安全，成本低，可用于醫(yī)院和家庭的康復(fù)訓(xùn)練。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008]圖2是肘關(guān)節(jié)屈伸安全限位示意圖。
[0009]圖3是齒輪支撐板和圓柱齒輪二連接示意圖。
[0010]圖中:1_伺服電機；2_減速器；3_聯(lián)軸器；4_圓錐齒輪一 ；5_第一傳動軸；6-下極限定位銷；7_聯(lián)接銷一 ；8_套筒；9_聯(lián)接銷二 ；10_第二傳動軸；11_圓柱齒輪一 ；12_齒輪支撐板；13_圓柱齒輪二 ；14_限位銷一 ；15_前臂支撐板一 ；16-調(diào)節(jié)螺栓；17_前臂支撐板二 ；18_限位銷二 ；19_限位擋板；20_第三傳動軸；21_電磁離合器；22_第四傳動軸；23_圓錐齒輪二 ；24_上臂支撐板；25_前臂內(nèi)、外旋運動；26_肘關(guān)節(jié)屈伸運動。

【具體實施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0012]參見附圖1、附圖2和附圖3，本發(fā)明的外骨骼式上肢康復(fù)機器人，包括驅(qū)動部分、傳動部分、執(zhí)行部分。其結(jié)構(gòu)由伺服電機1、減速器2、聯(lián)軸器3、圓錐齒輪一 4、圓錐齒輪二23、圓柱齒輪一 11、圓柱齒輪二 13、電磁離合器21、前臂支撐板一 15、調(diào)節(jié)螺栓16、前臂支撐板二 17、齒輪支撐板12、套筒8、第一傳動軸5、第二傳動軸10、第三傳動軸20、第四傳動軸22、聯(lián)接銷一 7、聯(lián)接銷二 9、下極限定位銷6、限位擋板19、限位銷一 14、限位銷二 18、上臂支撐板24組成。
[0013]聯(lián)軸器3，一端聯(lián)接減速器2，一端聯(lián)接第一傳動軸5 ;電磁離合器21安裝在第三傳動軸20和第四傳動軸22之間，其結(jié)合和分離用于控制在肘關(guān)節(jié)屈伸和前臂內(nèi)、外旋兩種運動之間的切換；機構(gòu)中的四根傳動軸5、10、20、22由耐磨軸套支撐，其中傳動軸5、20、22的軸套安裝在上臂支撐板24的軸孔中，第二傳動軸10的軸套安裝在前臂支撐板一 15的軸孔中；套筒8 —端與第一傳動軸5用聯(lián)接銷一 7聯(lián)接，另一端與第二傳動軸10用聯(lián)接銷二 9聯(lián)接，套筒8與第二傳動軸10通過聯(lián)接銷二 9的聯(lián)接和斷開用于控制在前臂內(nèi)、外旋和肘關(guān)節(jié)屈伸兩種運動之間的切換；前臂支撐板二 17與第三傳動軸20固定聯(lián)接；前臂支撐板一 15與前臂支撐板二 17用調(diào)節(jié)螺栓16固定聯(lián)接，通過調(diào)節(jié)螺栓16以及聯(lián)接銷一 7的位置協(xié)同變化來調(diào)節(jié)上臂長度；下極限定位銷6和第一傳動軸5固定聯(lián)接，用于限定套筒8的下極限位置；前臂支撐板一 15與齒輪支撐板12固定聯(lián)接；圓柱齒輪二 13與齒輪支撐板12構(gòu)成鉸鏈聯(lián)接；圓錐齒輪一 4和第一傳動軸5固定聯(lián)接；圓錐齒輪二 23和第四傳動軸22固定聯(lián)接；圓柱齒輪一 11和第二傳動軸10固定聯(lián)接；限位銷一 14與圓柱齒輪二 13固定聯(lián)接，用于前臂內(nèi)、外旋運動的安全限位；限位銷二 18與上臂支撐板24固定聯(lián)接，用于肘關(guān)節(jié)屈伸的安全限位；限位擋板19與第三傳動軸20固定聯(lián)接；上臂支撐板24和人體上臂固定。
[0014]本發(fā)明的具體工作過程:
[0015]調(diào)整調(diào)節(jié)螺栓16，實現(xiàn)前臂支撐板一 15與前臂支撐板二 17之間的相對位置變化，同時調(diào)整聯(lián)接銷一 7，實現(xiàn)第一傳動軸5與第二傳動軸10之間的相對位置變化，且這兩者相對位置變化的調(diào)節(jié)刻度相同，以適應(yīng)不同患者個體的前臂長度，下極限定位銷6為調(diào)節(jié)的下極限位置。
[0016]當(dāng)電磁離合器21接合，通過拔出聯(lián)接銷一 7、聯(lián)接銷二 9來斷開套筒8和第二傳動軸10的聯(lián)接時，伺服電機I通過減速器2、聯(lián)軸器3驅(qū)動第一傳動軸5轉(zhuǎn)動，通過圓錐齒輪一 4和圓錐齒輪二 23嚙合實現(xiàn)第四傳動軸22的90°運動轉(zhuǎn)換，通過電磁離合器21把運動傳給第三傳動軸20，經(jīng)過第三傳動軸20帶動前臂支撐板二 17、前臂支撐板一 15和齒輪支撐板12 —起運動，人的手腕固定在圓柱齒輪二 13的齒圈內(nèi)，即實現(xiàn)肘關(guān)節(jié)的屈伸運動。
[0017]當(dāng)電磁離合器21斷開，套筒8通過聯(lián)接銷一 7、聯(lián)接銷二 9分別和第一傳動軸5與第二傳動軸10聯(lián)接時，伺服電機I通過減速器2、聯(lián)軸器3驅(qū)動第一傳動軸5，通過聯(lián)接銷一 7把運動傳給套筒8，經(jīng)過聯(lián)接銷二 9帶動第二傳動軸10轉(zhuǎn)動，圓柱直齒輪一 11和第二傳動軸10固定聯(lián)接，通過圓柱直齒輪一 11和圓柱直齒輪二 13嚙合，實現(xiàn)前臂的內(nèi)、外旋運動。
【權(quán)利要求】
1.一種外骨骼式上肢康復(fù)機器人，包括驅(qū)動部分、傳動部分、執(zhí)行部分，其特征在于:所述驅(qū)動部分采用交流伺服電機(I);所述傳動部分由減速器(2)、聯(lián)軸器(3)、圓錐齒輪一(4)、圓錐齒輪二(23)、圓柱齒輪一(11)、圓柱齒輪二(13)、電磁離合器(21)、第一傳動軸(5)、第二傳動軸(10)、第三傳動軸(20)、第四傳動軸(22)、套筒(8)、聯(lián)接銷一(7)、聯(lián)接銷二(9)組成，所述執(zhí)行部分由前臂支撐板一(15)、調(diào)節(jié)螺栓(16)、前臂支撐板二(17)、齒輪支撐板(12)、下極限定位銷(6)、限位擋板(19)、限位銷一(14)、限位銷二(18)、上臂支撐板(24)組成，所述聯(lián)軸器(3)與減速器(2)、第一傳動軸(5)聯(lián)接；所述電磁離合器(21)與第三傳動軸(20)、第四傳動軸(22)聯(lián)接；所述套筒(8)使用聯(lián)接銷一(7)、聯(lián)接銷二(9)分別與第一傳動軸(5)、第二傳動軸(10)聯(lián)接；所述圓錐齒輪一(4)和第一傳動軸(5)固定聯(lián)接；所述圓錐齒輪二(23)和第四傳動軸(22)固定聯(lián)接；所述圓柱齒輪一(11)和第二傳動軸(10)固定聯(lián)接；所述圓柱齒輪二(13)和齒輪支撐板(12)構(gòu)成鉸鏈聯(lián)接；所述齒輪支撐板(12)與前臂支撐板一(15)固定聯(lián)接；所述前臂支撐板一(15)和前臂支撐板二(17)用調(diào)節(jié)螺栓(16)聯(lián)接；所述前臂支撐板二(17)與第三傳動軸(20)固定聯(lián)接；所述限位銷一(14)與圓柱齒輪二(13)固定聯(lián)接；所述限位銷二(18)與上臂支撐板(24)固定聯(lián)接；所述限位擋板(19)與第三傳動軸(20)固定聯(lián)接；電磁離合器(21)接合，斷開套筒(8)和第二傳動軸(10)的聯(lián)接時，所述伺服電機(I)通過減速器(2)、聯(lián)軸器(3)驅(qū)動第一傳動軸(5)轉(zhuǎn)動，通過圓錐齒輪一(4)和圓錐齒輪二(23)嚙合實現(xiàn)第四傳動軸(22)的90°運動轉(zhuǎn)換，通過電磁離合器(21)把運動傳給第三傳動軸(20)，帶動前臂支撐板二(17)、前臂支撐板一(15)、齒輪支撐板(12)、圓柱齒輪二(13)—起運動，即實現(xiàn)肘關(guān)節(jié)的屈伸運動；電磁離合器(21)斷開，套筒(8)和第二傳動軸(10)聯(lián)接時，所述伺服電機(I)通過減速器(2)、聯(lián)軸器(3)驅(qū)動第一傳動軸(5)，通過聯(lián)接銷一(7)把運動傳給套筒(8)，經(jīng)過聯(lián)接銷二(9)帶動第二傳動軸(10)轉(zhuǎn)動，通過圓柱直齒輪一(11)和圓柱直齒輪二(13)嚙合，實現(xiàn)前臂的內(nèi)、夕卜旋運動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外骨骼式上肢康復(fù)機器人，其特征在于:調(diào)整所述調(diào)節(jié)螺栓(16)，實現(xiàn)前臂支撐板一(15)與前臂支撐板二(17)之間的相對位置變化，同時調(diào)整所述聯(lián)接銷一(7)，實現(xiàn)第一傳動軸(5)與第二傳動軸(10)之間的相對位置變化，且這兩者相對位置變化的調(diào)節(jié)刻度相同，以適應(yīng)不同患者個體的前臂長度，所述下極限定位銷出)為調(diào)節(jié)的下極限位置。
【文檔編號】A61H1/02GK203935386SQ201420239187
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月8日
【發(fā)明者】程秀芳, 徐文墨, 陳暉 , 陶然, 侯偉民 申請人:河北聯(lián)合大學(xué)