[實用新型]四自由度康復(fù)機(jī)器人機(jī)構(gòu)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201020593694.1
• 申請日: 2010-11-05
• 公開（公告）號: CN201847886U
• 公開（公告）日: 2011-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋愛國;王楠;崔建偉;王月嬌;李曉鵬;李會軍;張曉瑞;吳常鋮;朱澄澄
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: A61H1/00
• 分類號: A61H1/00;A63B21/005
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責(zé)任公司 32112
• 代理人: 湯志武

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種可應(yīng)用于各種情況所導(dǎo)致的肢體運動功能丟失或衰退的康復(fù)病人的康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人，尤其是四自由度康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)

對于腦卒中后遺癥患者，對其偏癱部位進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練是十分關(guān)鍵重要的醫(yī)療手段，及早進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練可以明顯減少殘疾的可能性。在國內(nèi)傳統(tǒng)的康復(fù)治療中，治療師通常手把手地對患者進(jìn)行單調(diào)的一對一的康復(fù)訓(xùn)練，缺乏科學(xué)評價訓(xùn)練參數(shù)和康復(fù)效果的客觀數(shù)據(jù)，難以對訓(xùn)練參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化以獲得最佳治療效果。?因此，將機(jī)器人技術(shù)運用于康復(fù)領(lǐng)域，研制一種滿足康復(fù)需要的康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人以提高康復(fù)訓(xùn)練效率和效果，具有重大的應(yīng)用價值和實際的緊迫性。

康復(fù)機(jī)器人技術(shù)在歐美國家得到了機(jī)器人研究者和醫(yī)療機(jī)構(gòu)的普遍重視，許多研究機(jī)構(gòu)都開展了有關(guān)的研究工作，并取得了一些有價值的成果。國內(nèi)對康復(fù)機(jī)器人的研究起步比較晚，輔助型康復(fù)機(jī)器人的研究相對較多，而康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的研究相對較少，醫(yī)工跨學(xué)科的結(jié)合有待加強(qiáng)，國內(nèi)的康復(fù)器械遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足市場對智能化、人機(jī)工程化的康復(fù)機(jī)器人的需求。?

現(xiàn)在國內(nèi)的多自由度康復(fù)機(jī)器人大多通過復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)多關(guān)節(jié)多自由度的訓(xùn)練，控制復(fù)雜，成本較高，而且容易出現(xiàn)故障。而單自由度的康復(fù)機(jī)器人又不能滿足不同情況患者康復(fù)訓(xùn)練的需要。鑒于此，本實用新型提出了一種基于四個電機(jī)控制的四自由度上下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的在于提供一種能為患者提供各關(guān)節(jié)的單關(guān)節(jié)等速運動，實現(xiàn)被動訓(xùn)練，主動訓(xùn)練，阻尼訓(xùn)練和助力訓(xùn)練四種方式的四自由度康復(fù)機(jī)器人機(jī)構(gòu)。

本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的：一種四自由度康復(fù)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，包括升降基座、U形架及運動輸出組件，U形架位于升降基座的上方且U形架通過第一轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)與升降基座轉(zhuǎn)動連接，運動輸出組件通過第二轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)與U形架轉(zhuǎn)動連接，所述的第一轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)包括設(shè)在升降基座上的第一支架、安裝在第一支架上的第一蝸輪及第一蝸桿，在第一支架上設(shè)有第二步進(jìn)電機(jī)，第二步進(jìn)電機(jī)的輸出軸與第一蝸桿連接，在連接于第一蝸輪的第一轉(zhuǎn)軸上設(shè)有轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤與U形架連接，所述的第二轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)包括設(shè)在U形架上的相互嚙合的第二蝸輪及第二蝸桿、第三步進(jìn)電機(jī)以及與第二蝸輪同軸安裝的左旋轉(zhuǎn)軸、右旋轉(zhuǎn)軸，第三步進(jìn)電機(jī)的輸出軸與第二蝸桿連接，連接于第二蝸輪的第二轉(zhuǎn)軸與右旋轉(zhuǎn)軸連接，運動輸出組件包括第二支架，在第二支架上設(shè)有力矩電機(jī)、減速箱、力矩傳感器及磁流變阻尼器，在力矩電機(jī)的尾部設(shè)有光電編碼器，力矩電機(jī)與減速箱的輸入軸連接，減速箱的輸出軸與磁流變阻尼器連接，磁流變阻尼器的輸出軸與力矩傳感器連接，在力矩傳感器的輸出軸上連接有運動末端組件。

機(jī)器人底部為升降基座，升降基座上裝有直流步進(jìn)電機(jī)，可以承重70kg，垂直上下調(diào)節(jié)，行程為30~50cm，可隨患者身高及訓(xùn)練關(guān)節(jié)調(diào)節(jié)。升降基座上安裝有轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤可為安裝在其上的U形架提供圓周轉(zhuǎn)動。U形架上安裝有供調(diào)節(jié)康復(fù)機(jī)械臂俯仰角的步進(jìn)電機(jī)。轉(zhuǎn)盤和U形架兩個轉(zhuǎn)動均為全圓周轉(zhuǎn)動，均可通過手動或電動調(diào)節(jié)，且有自鎖功能，在訓(xùn)練之前調(diào)節(jié)到位，以適應(yīng)對不同關(guān)節(jié)的訓(xùn)練。U形架中心軸上安裝有力矩電機(jī)，力矩電機(jī)末端裝有光電編碼器，可以通過閉環(huán)準(zhǔn)確的控制訓(xùn)練強(qiáng)度和范圍，力矩電機(jī)通過減速箱可輸出高達(dá)20N/m的被動訓(xùn)練力矩。力矩電機(jī)前端裝有磁流變阻尼器，磁流變阻尼器可輸出阻尼力矩，因為磁流變阻尼器是無源元件，故不會對患者肢體造成傷害。磁流變阻尼器前端裝有力矩傳感器，力矩傳感器作為傳動裝置及檢測裝置連接磁流變阻尼器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)。執(zhí)行結(jié)構(gòu)包括方向盤、腳蹬等，通過平鍵安裝在力矩傳感器前端，可對不同關(guān)節(jié)進(jìn)行不同形式的訓(xùn)練。

本實用新型的四自由度康復(fù)機(jī)器人機(jī)構(gòu)有以下優(yōu)點：

1.機(jī)器人有四個自由度可調(diào)節(jié)，可適應(yīng)于不同病人不同關(guān)節(jié)的康復(fù)訓(xùn)練。

2.可通過手動、電動兩種方式調(diào)節(jié)康復(fù)機(jī)器人的訓(xùn)練姿態(tài)。

3.除用于康復(fù)訓(xùn)練的力矩電機(jī)外，其他用于姿態(tài)調(diào)整的電機(jī)均用蝸輪蝸桿傳動，具有自鎖功能，機(jī)器人的姿態(tài)一旦調(diào)整好便不再變動，以防訓(xùn)練過程中對患者造成傷害。

4.?康復(fù)機(jī)器人的末端康復(fù)組件是可拆卸的，可針對不同的關(guān)節(jié)選擇合適的組件。

5.通過簡單可靠的訓(xùn)練達(dá)到恢復(fù)運動機(jī)能的目的。

附圖說明

圖1是本實用新型的四自由度康復(fù)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖（上肢訓(xùn)練）。

圖2是本實用新型的四自由度康復(fù)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的第一轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)剖視圖。

圖3是本實用新型的四自由度康復(fù)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的U形架剖視圖。

圖4是本實用新型的四自由度康復(fù)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的U形架局部剖視圖。