氣動肌肉驅動的上肢康復機器人的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及醫(yī)用機器人技術領域，尤其是指上肢康復訓練機器人。
【背景技術】
[0002]當今社會中，腦中風發(fā)病率有逐年上升的趨勢。這種疾病引發(fā)了患者肢體運動功能的喪失及相關并發(fā)癥。尤其是上肢運動功能的喪失，極大地影響了患者日常生活的能力。臨床上對偏癱患者的康復方法很大程度依賴于治療醫(yī)師對患者一對一的物理治療，通過對病人患肢反復牽扯，達到康復訓練的目的。這樣的治療過程勞動強度高，效率較低。機器人技術的發(fā)展及其與臨床康復醫(yī)學的結合，為康復機器人的研發(fā)與應用提供了一個很好的契機。利用機器人及其相關技術提高偏癱康復訓練的針對性及科學性，將治療醫(yī)師從繁重的體力勞動中解脫出來，為患者制定更好的康復方案，進一步提高康復治療的效率。
【發(fā)明內容】
[0003]本實用新型的目的是提供一種上肢康復機器人，通過可穿戴的外骨骼帶動患者的患肢運動，實現(xiàn)手臂各關節(jié)、肌肉及神經功能的康復訓練。
[0004]本實用新型的目的是以如下方式實現(xiàn)的:氣動肌肉驅動的上肢康復機器人，主要包括肩關節(jié)，肘關節(jié)，腕關節(jié)；其中肩關節(jié)具有屈曲/伸展、內收/外擺兩個自由度，肘關節(jié)具有屈曲/伸展一個自由度，腕關節(jié)具有屈曲/伸展一個自由度；機器人采用外骨骼的助力運動形式，實現(xiàn)人體上肢肩關節(jié)、肘關節(jié)、腕關節(jié)主要運動功能的康復訓練。
[0005]作為優(yōu)選，所述氣動肌肉驅動的上肢康復機器人的各關節(jié)均采用正反彎曲的兩條氣動肌肉驅動，通過兩條肌肉的伸縮配合實現(xiàn)關節(jié)的旋轉。該種型式關節(jié)安全、柔順性能良好，可以實現(xiàn)良好的人機交互運動。
[0006]作為優(yōu)選，所述氣動肌肉驅動的上肢康復機器人的肩關節(jié)采用虎克鉸的結構形式，包括固定鉸鏈座、十字軸、活動鉸鏈座；氣動肌肉收縮時，可以帶動十字軸及活動鉸鏈座實現(xiàn)肩關節(jié)的屈曲/伸展、內收/外擺以及它們的復合運動。
[0007]作為優(yōu)選，所述氣動肌肉驅動的上肢康復機器人的肘關節(jié)、腕關節(jié)均采用氣動肌肉驅動傳動軸，實現(xiàn)小臂及手部的屈曲/伸展運動；機器人的各關節(jié)均安裝了角度傳感器，實現(xiàn)機器人各關節(jié)旋轉角度及速度的精確控制，保證機器人康復訓練的安全性。
[0008]本實用新型的有益效果是，機器人結構緊湊簡單、運動安全、柔順性能良好，可以實現(xiàn)患者上肢康復訓練時良好的人機交互性能。
[0009]【附圖說明】:
[0010]圖1是本實用新型的結構示意圖主視圖。
[0011]圖2是本實用新型的結構示意圖左視圖。
[0012]圖3是本實用新型圖1 A—A剖視圖。
[0013]圖4是本實用新型圖2 B— B剖視圖。
[0014]圖中，1-手掌外骨骼；2 -氣動肌肉；3 -小臂外骨骼；4 -大臂外骨骼；5 -肩關節(jié)十字軸；6 -固定鉸鏈座；7 -肘關節(jié)軸；8 -腕關節(jié)軸；9 -手柄；10 -肘關節(jié)軸鍵；11 -肘關節(jié)軸碼盤；12 -肘關節(jié)軸紅外線傳感器；13 -肘關節(jié)氣動肌肉；14 -圓錐銷；15 -肘關節(jié)軸滑輪；16 -肘關節(jié)軸軸承；17 -活動鉸鏈座；18 -肩關節(jié)Y軸氣動肌肉；19 -肩關節(jié)X軸軸承；20-肩關節(jié)X軸氣動肌肉；21-肩關節(jié)X軸紅外線傳感器；22-肩關節(jié)X軸碼盤；23_肩關節(jié)X軸鍵；24-肩關節(jié)X軸滑輪；25 -肩關節(jié)Y軸軸承。
[0015]【具體實施方式】:
[0016]參照附圖1及附圖2，氣動肌肉驅動的上肢康復機器人，主要包括手掌外骨骼1、氣動肌肉2、小臂外骨骼3、大臂外骨骼4、肩關節(jié)十字軸5、固定鉸鏈座6、肘關節(jié)軸7、腕關節(jié)軸8、手柄9。手掌外骨骼I與小臂外骨骼3通過手腕關節(jié)組件連接，并可以相對轉動。小臂外骨骼3與大臂外骨骼4通過肘關節(jié)組件連接，并可以相對轉動。大臂外骨骼4與固定連接板6通過肩關節(jié)組件連接，大臂外骨骼4可以繞肩關節(jié)的兩個軸線旋轉，肩關節(jié)的兩個軸線相交于一點且相互垂直。
[0017]具體地，腕關節(jié)軸8由小臂外骨骼3支撐，固定在小臂外骨骼3上的兩條氣動肌肉2分別收縮、伸長時，可帶動腕關節(jié)軸8旋轉，實現(xiàn)腕關節(jié)的屈曲/伸展自由度。肘關節(jié)軸7由大臂外骨骼4支撐，固定在大臂外骨骼4上的兩條氣動肌肉分別收縮、伸長時，可帶動肘關節(jié)軸7旋轉，實現(xiàn)肘關節(jié)的屈曲/伸展自由度。肩關節(jié)十字軸5由固定鉸鏈座6支撐，肩關節(jié)的四條氣動肌肉分別收縮、伸長時，可帶動十字軸繞互相垂直的軸線方向旋轉，進而實現(xiàn)機器人手臂的屈曲/伸展、內收/外擺兩個自由度，也可以實現(xiàn)兩個自由度的復合運動。
[0018]下面結合附圖3、4舉例對本實用新型做更詳細地描述:
[0019]結合圖3，肘關節(jié)軸7由大臂外骨骼上的肘關節(jié)軸軸承16支撐。兩條正反彎曲的肘關節(jié)氣動肌肉13固定在大臂外骨骼4上，當兩條旋向相反的氣動肌肉分別收縮、伸長時，帶動肘關節(jié)軸滑輪15旋轉，滑輪15通過圓錐銷14帶動肘關節(jié)軸7旋轉，肘關節(jié)軸7通過肘關節(jié)軸鍵10帶動小臂外骨骼3旋轉，實現(xiàn)機器人小臂的屈曲/伸展運動；機器人腕關節(jié)的結構形式與肘關節(jié)相同。肘關節(jié)軸碼盤11與肘關節(jié)軸7固接，肘關節(jié)軸紅外線傳感器12將光電碼盤11的檢測信號發(fā)給控制器，進而精確控制關節(jié)的旋轉角度與速度，保證康復訓練的有效運動范圍及安全性。
[0020]結合圖4，肩關節(jié)十字軸由肩關節(jié)X軸軸承19，及肩關節(jié)Y軸軸承25支撐在固定鉸鏈座6上，兩條正反彎曲的肩關節(jié)X軸氣動肌肉20固定在固定鉸鏈座6上，當兩條旋向相反的氣動肌肉分別收縮、伸長時，帶動肩關節(jié)X軸滑輪24旋轉，滑輪24通過肩關節(jié)X軸鍵23帶動肩關節(jié)十字軸5旋轉，肩關節(jié)十字軸5帶動大臂以下的外骨骼繞肩關節(jié)X軸旋轉，實現(xiàn)機器人手臂的屈曲/伸展運動。同理，兩條正反彎曲的肩關節(jié)Y軸氣動肌肉18固定在活動鉸鏈座17上，當兩條旋向相反的氣動肌肉分別收縮、伸長時，肩關節(jié)十字軸5帶動大臂以下的外骨骼繞肩關節(jié)Y軸旋轉，實現(xiàn)機器人手臂的內收/外擺運動。當肩關節(jié)的四條氣動肌肉同時動作時，可以實現(xiàn)機器人手臂屈曲/伸展、內收/外擺的復合運動。肩關節(jié)X軸碼盤22與肩關節(jié)十字軸5固接，肩關節(jié)X軸紅外線傳感器21將光電碼盤22的檢測信號發(fā)給控制器，進而精確控制肩關節(jié)的旋轉角度與速度；肩關節(jié)Y軸的檢測與控制方式與X軸相同，保證康復訓練的有效運動范圍及安全性。
[0021]本實施例中，機器人肩關節(jié)軸采用了十字軸結構，即可獨立實現(xiàn)肩關節(jié)的屈曲/伸展、內收/外擺兩個自由度，也可以實現(xiàn)兩個自由度的復合運動，關節(jié)的集成度高，結構緊湊；機器人的各關節(jié)均采用氣動肌肉驅動，該種型式關節(jié)安全、柔順性能良好，可以實現(xiàn)良好的人機交互運動；機器人采用外骨骼的助力運動形式，使用時可將患者手臂固定在機器人外骨骼上，由機器人帶動患者手臂進行牽拉訓練，實現(xiàn)人體上肢肩關節(jié)、肘關節(jié)、腕關節(jié)主要運動功能的康復訓練。
【主權項】
1.氣動肌肉驅動的上肢康復機器人，其特征在于:機器人包括肩關節(jié)，肘關節(jié)，腕關節(jié)；其中肩關節(jié)具有屈曲/伸展、內收/外擺兩個自由度，肘關節(jié)具有屈曲/伸展一個自由度，腕關節(jié)具有屈曲/伸展一個自由度；機器人采用外骨骼的助力運動形式，實現(xiàn)人體上肢肩關節(jié)、肘關節(jié)、腕關節(jié)主要運動功能的康復訓練。
2.根據(jù)權利要求1所述的氣動肌肉驅動的上肢康復機器人，其特征在于:其所有關節(jié)均采用正反彎曲的兩條氣動肌肉驅動，通過兩條肌肉的伸縮配合實現(xiàn)關節(jié)的旋轉。
3.根據(jù)權利要求1所述的氣動肌肉驅動的上肢康復機器人，其特征在于:機器人的肩關節(jié)采用虎克鉸的結構形式，包括固定鉸鏈座、十字軸、活動鉸鏈座；氣動肌肉收縮時，可以帶動十字軸及活動鉸鏈座實現(xiàn)肩關節(jié)的屈曲/伸展、內收/外擺以及它們的復合運動。
4.根據(jù)權利要求1所述的氣動肌肉驅動的上肢康復機器人，其特征在于:機器人的肘關節(jié)、腕關節(jié)均采用氣動肌肉驅動傳動軸，實現(xiàn)小臂及手部的屈曲/伸展運動；機器人的各關節(jié)均安裝了角度傳感器，實現(xiàn)機器人各關節(jié)旋轉角度及速度的精確控制，保證機器人康復訓練的安全性。
【專利摘要】氣動肌肉驅動的上肢康復機器人，其特征在于：采用外骨骼的助力運動形式，實現(xiàn)人體上肢肩關節(jié)、肘關節(jié)、腕關節(jié)主要運動功能的康復訓練。機器人包括肩關節(jié)，肘關節(jié)，腕關節(jié)。其中肩關節(jié)具有屈曲/伸展、內收/外擺兩個自由度，肘關節(jié)具有屈曲/伸展一個自由度，腕關節(jié)具有屈曲/伸展一個自由度。所有的關節(jié)軸均采用兩條旋向相反的氣動肌肉驅動，機器人關節(jié)的運動柔順性能好，較好地滿足了康復訓練人機工程學的要求。該機器人結構緊湊，動作安全，有效的提高了人體上肢康復訓練效率。
【IPC分類】A61H1-02, D06F57-10, A47G25-28
【公開號】CN204562790
【申請?zhí)枴緾N201520063416
【發(fā)明人】唐德棟
【申請人】哈爾濱理工大學
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年1月29日