一種基于套索驅動的上肢康復外骨骼機器人的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于醫(yī)療器械領域，涉及一種基于套索驅動的上肢康復外骨骼機器人。
【背景技術】
[0002]腦卒中又稱腦血管意外或中風，是由于腦血管異常所造成的突發(fā)性神經功能損害，具有發(fā)病率高、死亡率高、致殘率高的特點。據國家衛(wèi)生部統(tǒng)計，腦卒中的發(fā)病率和死亡率隨年齡增加而迅速上升。目前中國的腦卒中患者總數超過了 800萬例，每年新發(fā)病例120?150萬，死亡80?100萬，約3/4的幸存者會由于運動神經受損而造成的不同程度的偏癱，導致運動功能障礙，嚴重影響生活質量。
[0003]腦卒中后偏癱的治療和康復已經成為現代康復醫(yī)學和康復工程的研宄熱點。研宄表明，對偏癱患者的患側進行重復性運動訓練，有助于恢復中樞神經對肢體運動的支配與控制，增強患者的肌肉力量，改善運動協(xié)調性，并能有效夠預防肌肉萎縮，骨質疏松等并發(fā)癥狀。傳統(tǒng)的臨床方法主要包括超早期的基礎護理，中期的按摩、推拿，后期的針刺治療等，這些方法主要以徒手康復治療為主，治療效果受到治療手段和醫(yī)師個人經驗差異的影響，每個醫(yī)師需按照一對一的治療模式，反復牽引偏癱患者進行針對性的康復訓練，治療過程需要耗費大量的精力和體力，護理成本高昂。而且整個訓練過程單調重復，患者常常處于被動狀態(tài)，參與度低，也不能夠選擇治療方式和治療習慣，由于沒有實時的反饋和直觀數據的采集，醫(yī)師不容易及時了解其康復程度和效果
[0004]上肢康復外骨骼系統(tǒng)是將機器人技術引入臨床康復醫(yī)學領域而產生的一種輔助或替代醫(yī)師完成患肢康復訓練的機器人系統(tǒng)。上肢康復外骨骼可以穿戴于偏癱患者外側，并對其進行準確、持續(xù)、有效的上肢恢復訓練治療，解決康復醫(yī)療資源緊張和人工訓練中存在的問題，同時還可以通過感知系統(tǒng)測量得到的人體運動學和生理學數據，幫助康復醫(yī)師更準確地評估患者病情，為醫(yī)師改進和優(yōu)化康復方案提供了客觀依據。
[0005]在專利號為CN102151215B的發(fā)明專利中，公開了一種上肢外骨賂式康復機械臂，由肩部C型外軌道支座、軌道滑塊、肩頭連接桿、上臂連接桿、前臂連接桿、手腕環(huán)形外軌道支座、手腕擺動連桿和手柄構成，可實現7個自由度的運動。但由于該發(fā)明沒有設置驅動元件，因此無法獨立對患者進行康復訓練治療。
[0006]在專利號為CN103948485A的發(fā)明專利中，公開了一種外骨式上肢康復機器人，由驅動部分、傳動部分、執(zhí)行部分構成，能模擬運動療法進行康復訓練。但是該專利只能完成肘關節(jié)前屈/后伸和前臂旋內/旋外兩種運動模式，不利于上肢其他關節(jié)的康復治療。
[0007]在專利號為CN102119902B的發(fā)明專利中，公開了一種可穿戴式的7自由度上肢運動康復訓練外骨骼。該發(fā)明能實現患者上肢任意關節(jié)的康復訓練，而且可以采集各個關節(jié)的運動學和動力學數據。但是，該專利將驅動電機均安裝在關節(jié)上，使外骨骼整體具有較大的質量、慣量以及體積，增加了系統(tǒng)的整體負重、功耗以及對驅動元件的性能要求，降低了控制精度，而且在系統(tǒng)故障或異常斷電發(fā)生的時候會帶來患肢墜落的安全隱患。
[0008]因此，針對上述技術問題，有必要提供一種具有優(yōu)化結構的上肢康復外骨骼機器人，以克服上述缺陷。
【發(fā)明內容】
[0009]技術問題:本發(fā)明提供一種主要適用于偏癱患者的上肢康復訓練，結構簡單、系統(tǒng)功耗低、安全性好的基于套索驅動的上肢康復外骨骼機器人。
[0010]技術方案:本發(fā)明的基于套索驅動的上肢康復外骨骼機器人，包括依次連接的腕部外擺/內收關節(jié)、腕部前屈/后伸關節(jié)、腕部旋內/旋外關節(jié)、肘部前屈/后伸關節(jié)、肩部前屈/后伸關節(jié)、肩部外擺/內收關節(jié)、肩部旋內/旋外關節(jié)、以及分別與所述腕部旋內/旋外關節(jié)、肘部前屈/后伸關節(jié)、肩部前屈/后伸關節(jié)、肩部外擺/內收關節(jié)和肩部旋內/旋外關節(jié)連接的套索驅動裝置，所述肘部前屈/后伸關節(jié)還與肩部旋內/旋外關節(jié)連接。腕部外擺/內收關節(jié)包括末端操作手柄、六維力傳感器、第一關節(jié)驅動輸出桿、第一關節(jié)電機和第一關節(jié)法蘭盤，末端操作手柄通過螺栓與六維力傳感器的頂端固定連接，六維力傳感器底端通過螺栓與第一關節(jié)驅動輸出桿的外端固定連接，第一關節(jié)電機通過螺栓與第一關節(jié)驅動輸出桿的內端固定連接，第一關節(jié)電機的轉軸通過鍵和軸端擋圈與第一關節(jié)法蘭盤的內孔固定連接，使第一關節(jié)驅動輸出桿和第一關節(jié)法蘭盤構成第一轉動副。腕部前屈/后伸關節(jié)包括第二關節(jié)驅動輸出桿、第二關節(jié)法蘭盤、第二關節(jié)電機、腕部第一調節(jié)桿和腕部第二調節(jié)桿，第二關節(jié)驅動輸出桿的一端通過螺栓與第一關節(jié)法蘭盤的外緣固定連接，另一端通過螺栓與第二關節(jié)法蘭盤的外緣固定連接，第二關節(jié)電機通過螺栓與腕部第一調節(jié)桿固定連接，第二關節(jié)電機的轉軸通過鍵和軸端擋圈與第二關節(jié)法蘭盤的內孔固定連接，使腕部第一調節(jié)桿和第二關節(jié)法蘭盤構成第二轉動副，腕部第一調節(jié)桿和腕部第二調節(jié)桿分別設置有通槽，腕部第一調節(jié)桿和腕部第二調節(jié)桿的通槽水平對齊后穿過螺栓，構成一個移動副，然后用螺母旋緊固連。腕部旋內/旋外關節(jié)包括第三關節(jié)驅動輸出環(huán)、第三關節(jié)負載端鋼絲索固定件、第三關節(jié)固定環(huán)、第三關節(jié)套管固定件、第三關節(jié)套管和第三關節(jié)鋼絲索，第三關節(jié)驅動輸出環(huán)的外側設置有環(huán)形溝槽，并通過螺栓與腕部第二調節(jié)桿的末端固定連接，第三關節(jié)固定環(huán)通過軸承與第三關節(jié)驅動輸出環(huán)連接，并構成第三轉動副，第三關節(jié)套管固定件上設置有臺階孔，并通過螺栓與第三關節(jié)固定環(huán)的外側固定連接，第三關節(jié)套管的一端與第三關節(jié)套管固定件上的臺階孔相固連，另一端與套索驅動裝置相連接，第三關節(jié)負載端鋼絲索固定件通過螺栓與第三關節(jié)驅動輸出環(huán)固定連接，第三關節(jié)鋼絲索的一端嵌入第三關節(jié)驅動輸出環(huán)的環(huán)形溝槽，并與第三關節(jié)負載端鋼絲索固定件固定連接，另一端穿過第三關節(jié)套管固定件上的臺階孔和第三關節(jié)套管的內孔后與套索驅動裝置相連接，實現動力傳遞。肘部前屈/后伸關節(jié)包括前臂桿、通過軸承和軸端擋圈連接在所述前臂桿的第一輔助轉軸、第一輔助連桿、第二輔助轉軸、第二輔助連桿、第一平衡彈簧、上臂綁帶、上臂調節(jié)桿、上臂桿、通過軸承和軸端擋圈連接在所述上臂桿的第三輔助轉軸、肘部殼體、第四關節(jié)套管固定件、第四關節(jié)負載滾輪、第四關節(jié)鋼絲索、第四關節(jié)套管、肘部轉軸、第二平衡彈簧和平衡調節(jié)螺栓，前臂桿的一端通過螺栓同時與第三關節(jié)固定環(huán)和第三關節(jié)套管固定件固定連接，另一端通過鍵與肘部轉軸相連接，肘部轉軸通過軸承與肘部殼體相連，并構成第四轉動副，第一輔助連桿的一端與第一輔助轉軸連接，另一端通過軸承、軸端擋圈、第二輔助轉軸與第二輔助連桿的一端連接，第二輔助連桿的另一端與第三輔助轉軸連接第二輔助連桿與第二輔助轉軸連接的一端同時與第一平衡彈簧底端連接，第一平衡彈簧的頂端與肩部旋內/旋外關節(jié)相連接，上臂調節(jié)桿和上臂桿的一端分別設置有通槽，上臂調節(jié)桿和上臂桿的通槽水平對齊后穿過螺栓，構成一個移動副，然后用螺母旋緊固連，上臂桿的另一端通過螺栓與肘部殼體的上側固定連接，所述第四關節(jié)負載滾輪的外側設置有環(huán)形溝槽，并通過鍵和軸端擋圈與肘部轉軸固定連接于肘部殼體的外側，第四關節(jié)套管固定件上設置有臺階孔，并通過螺栓與肘部殼體的背側固定連接，第四關節(jié)套管的一端與第四關節(jié)套管固定件上的臺階孔相固連，另一端與套索驅動裝置相連接，第四關節(jié)鋼絲索的一端嵌入第四關節(jié)負載滾輪的環(huán)形溝槽，并與第四關節(jié)負載滾輪固定連接，另一端穿過第四關節(jié)套管固定件上的臺階孔和第四關節(jié)套管的內孔后與套索驅動裝置相連接，實現動力傳遞，上臂綁帶通過螺栓與上臂桿的內側固定連接，平衡調節(jié)螺栓穿過設置于前臂桿中部的通槽，并用螺母旋緊固連，第二平衡彈簧的一端與肘部殼體的底部相連，另一端與平衡調節(jié)螺栓相連。肩部前屈/后伸關節(jié)包括第五關節(jié)負載滾輪、第五關節(jié)套管固定件、第五關節(jié)套管、第五關節(jié)鋼絲索、第五關節(jié)固定桿和第五關節(jié)法蘭盤，第五關節(jié)負載滾輪的外側設置有環(huán)形溝槽，并通過螺栓與上臂調節(jié)桿的上端固定連接，第五關節(jié)法蘭盤的外緣通過螺栓與第五關節(jié)固定桿的一端固定連接，其內孔通過軸承與第五關節(jié)負載滾輪相連，并構成第五轉動副，第五關節(jié)套管固定件上設置有臺階孔，并通過螺栓固定在第五關節(jié)固定桿的外側，第五關節(jié)套管的一端與第五關節(jié)套管固定件上的臺階孔相固連，另一端與套索驅動裝置相連接，第五關節(jié)鋼絲索的一端嵌入第五關節(jié)負載滾輪的環(huán)形溝槽，并與第五關節(jié)負載滾輪固定連接，另一端穿過第五關節(jié)套管固定件上的臺階孔和第五關節(jié)套管的內孔后與套索驅動裝置相連接，實現動力傳遞。肩部外擺/內收關節(jié)包括第六關節(jié)負載滾輪、第六關節(jié)套管固定件、第六關節(jié)套管、第六關節(jié)鋼絲索、第六關節(jié)法蘭盤、第六關節(jié)固定桿和第六關節(jié)調節(jié)桿，第六關節(jié)負載滾輪的外側設置有環(huán)形溝槽，并通過螺栓與第五關節(jié)固定桿的另一端固定連接，第六關節(jié)法蘭盤的外緣通過螺栓與第六關節(jié)固定桿的下端固定連接，其內孔通過軸承與第六關節(jié)負載滾輪相連，并構成第六轉動副，第六關節(jié)套管固定件上設置有臺階孔，并固定設置在第六關節(jié)固定桿的內側，第六關節(jié)套管的一端與第六關節(jié)套管固定件上的臺階孔相固連，另一端與套索驅動裝置相連接，第六關節(jié)鋼絲索的一端嵌入第六關節(jié)負載滾輪的環(huán)形溝槽，并與第六關節(jié)負載滾輪固定連接，另一端穿過第六關節(jié)套管固定件上的臺階孔和