[發明專利]一種可控變剛度柔性肘關節康復機器人

有效

• 申請號: 201210244874.2
• 申請日: 2012-07-16
• 公開（公告）號: CN102764188A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發明（設計）人: 潘宏偉;崔澤
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: A61H1/02
• 分類號: A61H1/02
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

技術領域

本發明屬于醫療康復訓練設備技術領域，涉及一種康復訓練連機器人，具體為一種可控變剛度柔性肘關節康復機器人，該機器人能直接作用于患者進行康復訓練。

背景技術

隨著科學技術的進步、醫療水平的提高和居民生活水平的改善，我國正步入老齡化社會，年長人口規模逐年增大。在老齡人群中有大量的腦血管疾病、肌肉萎縮肌無力或神經系統疾病患者，這類患者多數伴有偏癱癥狀。由于患心腦血管疾病使中老年患者出現偏癱的人數不斷增多，而且在年齡上呈現年輕化趨勢。同時，由于交通運輸工具數量的迅速增長，因交通事故而造成肢體損傷的人數也越來越多。臨床醫學和醫學理論證明，這類患者除了前期手術治療和藥物治療外，正確、科學、合理的康復訓練對于肢體運動功能的恢復起到十分重要的作用。然而如果采用人工輔助患者進行康復訓練，則需要幾個護理人員同時協調工作，而且極易由于疲勞產生運動不準確而達不到訓練效果。因此采用康復訓練機器人來輔助病人進行康復訓練十分必要。康復機器人是一種穿戴式的輔助人們運動的人機系統，是近年來發展起來的一種新的運動神經康復治療技術。它可輔助或者替代醫師完成患肢康復訓練，其出現為偏癱康復開辟了新的技術途徑，彌補了臨床運動治療的諸多不足。

人體關節的運動來自于骨骼肌的伸張/收縮，在康復機器人領域關節的驅動主要采用氣缸、液壓缸、電動缸和氣動肌肉。前三者驅動方式使機器人系統在結構上呈剛性，若要在通過控制實現一定的柔順性會使控制變得復雜；氣動肌肉的力/長度輸出特性與生物肌肉的力/長度特性很相似，國內外對其應用在柔性關節上研究較多，但也存在一些缺點：氣動人工肌肉與傳統氣動執行元件相比行程小（氣動人工肌肉空載時可達20%；有載時只可達到10%；而有的傳統氣缸可達到40%)；氣動人工肌肉的變形為非線性環節，具有時變性,使準確控制其位移十分困難。

發明內容

本發明的目的在針對已有技術存在的缺陷，提供一種可控變剛度柔性肘關節康復機器人，其執行器為柔性驅動器，使患者在康復訓練時有較好的舒適性和安全性，并且康復機器人關節的剛度控制和位置控制可以分開，以降低控制難度，實現良好的柔順性。

為達到上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種可控變剛度柔性肘關節康復機器人，包括穿戴式外骨骼機構和非線性驅動器，非線性驅動器包括連桿-彈簧非線性機構和電機絲桿直線驅動機構；其特征在于：

1).?所述穿戴式外骨骼機構包括大臂、大臂支撐架、大臂調節軸、大臂支撐架底座、肘關節連接塊、關節連接銷軸、肘關節驅動輪、編碼器安裝彈簧片、編碼器、小臂、小臂支撐架、小臂調節軸和小臂支撐底座，所述大臂支撐架為U型支架，U字形支架底端與大臂調節軸固連，大臂調節軸通過螺釘與大臂支撐架底座相連，大臂支撐架底座與大臂固連，肘關節連接塊分別與肘關節驅動輪、小臂固連，大臂通過關節連接銷軸與肘關節連接塊轉動連接，構成轉動副，編碼器安裝彈簧片將編碼器與肘關節驅動輪相連，小臂與小臂支撐底座固連，小臂調節軸通過螺釘與小臂支撐底座相連，小臂支撐底座與小臂支撐架U字型底部固連；

2).?所述連桿-彈簧非線性機構包括機架、從動搖桿底座、從動搖桿轉動軸、從動搖桿彈簧、搖桿-連桿連接軸、連桿、主動搖桿、滾筒、主動搖桿轉動軸和主動搖桿底座，所述從動搖桿底座固連在機架上，通過從動搖桿轉動軸與從動搖桿轉動相連，從動搖桿與連桿由搖桿-連桿連接軸轉動相連，彈簧一端與從動搖桿轉動軸相連，另一端與連桿下端通過銷軸相連，搖桿-連桿連接軸將連桿與主動搖桿轉動相連，主動搖桿固連在滾筒上，滾筒與前后2個主動搖桿底座由主動搖桿轉動軸轉動相連構成轉動副；

3).?所述電機絲桿直線機構包括動滑輪、銷軸、動滑輪支架、絲桿、絲桿螺母套、大帶輪、同步帶、小帶輪、支、電機、套筒和端蓋，所述動滑輪通過銷軸支承在動滑輪支架上，絲桿前端有螺紋與動滑輪連接架固定相連，大帶與絲桿螺母固連，同步帶將小帶輪與大帶輪相連，電機輸出軸通過鍵與小帶輪相連，電機固定在支架上，絲桿螺母套與套筒同樣固定在支架上，端蓋固定在套筒；

4).?所述兩個連桿-彈簧非線性機構分別安裝在穿戴式外骨骼機構的大臂和小臂的下方，所述兩個電機絲桿直線運動機構分別安裝在兩個連桿-彈簧非線性機構的下方；一根鋼絲繩的的一端繞在一個連桿-彈簧非線性機構的滾筒上，然后依次繞過同側安裝的電機絲桿直線運動機構的動滑輪、穿戴式外骨骼機構的肘關節驅動輪、另一電機絲桿直線運動機構的動滑輪，最后另一端繞在另一個連桿-彈簧非線性機構的滾筒上。

本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著技術進步：