[發明專利]一種用于上肢康復機器人的新型機械臂

在審

• 申請號: 201710480141.1
• 申請日: 2017-06-22
• 公開（公告）號: CN107307972A
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: 戴麗玲;李云霞;孫學強;孫艷萍
• 申請（專利權）人: 昆明學院
• 主分類號: A61H1/02
• 分類號: A61H1/02
• 代理公司: 廣州天河萬研知識產權代理事務所(普通合伙)44418
• 代理人: 劉強,陳軒

技術領域

本發明屬于機械臂元件技術領域，尤其涉及一種用于上肢康復機器人的新型機械臂。

背景技術

事實證明，正崛起的康復機器人技術通過上下肢康復訓練幫助患者康復的潛力是巨大的，它們能夠代替并減輕理療師們重體力、高強度的工作負擔。機器人適于重復性的工作，這使得機器人康復訓練程序得到更好的實施，這類程序的設計主要為了幫助神經受損的患者恢復其運動機能。由神經系統損傷導致的功能性殘障中最影響患者功能的便是上肢系統的功能性障礙，上肢系統功能性障礙導致的殘障，對患者生活的獨立性和質量的影響是非常顯著的，對患者運動機能的康復，尤其上肢功能的恢復，被認為是腦外傷及脊髓損傷患者神經康復訓練中最重要的目標之一。

目前，國內外上肢康復訓練機器人在用于上肢運動功能障礙患者進行治療和康復訓練時存在諸多缺點和不足，主要有：支持活動的關節單一或較少、尤其是未把小臂旋轉和腕部指部等關節的運動集成于系統和裝置中；個體適應性差，不能根據不同患者進行裝置的調整或調整不方便；支持的運動模式單一，只能進行被動運動或者裝置不具備驅動功能；舒適性較差，不能較好地實現人機協調和統一；不能激發患者訓練的興趣；不能較好地解決力量和位置過載等安全問題。CN101357097A公布了一種五自由度外骨骼式上肢康復機器人，該機器人包括安裝架、控制柜、康復機械臂本體，康復機械臂由橫肩、上臂、前臂和手柄構成，5個自由度關節，提供患者各關節的單關節運動與三維空間多關節復合運動。該發明的機械臂結構單一、不夠輕巧緊湊，轉動慣量大；調整很不方便，個體適應性差；不能支持患者上肢較多關節的康復運動，尤其是不能實現患者指關節的康復訓練；在安全設計方面存在不足。

在上肢康復機器人的機械結構中，一個非常重要的部件就是康復機器人的機械臂。

綜上所述，現有技術存在的問題是：現有技術中，上肢康復機器人的機械臂不能通過直接操作、交互式監控以及遠程臨境控制等方式在訓練場合安全穩健地智能運行；而且現有技術不能滿足其運動范圍要求。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種用于上肢康復機器人的新型機械臂。

本發明是這樣實現的，一種用于上肢康復機器人的新型機械臂，所述用于上肢康復機器人的新型機械臂包括：

鉸接在上肢康復肩關節殼體上，用于在180°范圍內圍繞肩關節來回轉動的大臂；

與大臂焊接，用于容納小臂自由運動的圓弧導軌；

與大臂通過肘關節鉸接，用于圍繞肘關節做屈伸和擺動的小臂；

與小臂通過腕關節鉸接，用于圍繞腕關節做擺動的手腕；

與大臂通過轉軸連接，用于帶動大臂運動的第一電機；

與小臂通過轉軸連接，用于帶動小臂運動的第二電機；

與手腕通過轉軸連接，用于帶動手腕運動的第三電機；

鑲嵌在大臂上的第一位置感應器；

鑲嵌在小臂上的第二位置感應器；

鑲嵌在手腕上的第三位置感應器；

鑲嵌在大臂上的第一加速度感應器；

鑲嵌在小臂上的第二加速度感應器；

鑲嵌在手腕上的第三加速度感應器；

分別通過導線連接第一電機、第二電機、第三電機、第一位置感應器、第二位置感應器、第三位置感應器、第一加速度感應器、第二加速度感應器以及第三加速度感應器，用于接受第一位置感應器、第二位置感應器、第三位置感應器、第一加速度感應器、第二加速度感應器以及第三加速度感應器的傳感信息，控制第一電機、第二電機、第三電機進行相應動作的控制器；

所述第一位置感應器、第二位置感應器、第三位置感應器的數字調制信號x(t)的分數低階模糊函數表示為：

其中，τ為時延偏移，f為多普勒頻移，0＜a,b＜α/2，x^*(t)表示x(t)的共軛，當x(t)為實信號時，x(t)^＜p＞＝|x(t)|^＜p＞sgn(x(t))；當x(t)為復信號時，[x(t)]^＜p＞＝|x(t)|^p-1x^*(t)；

所述第一加速度感應器、第二加速度感應器以及第三加速度感應器的接收信號y(t)表示為：

y(t)＝x(t)+n(t)；

其中，x(t)為數字調制信號，n(t)為服從標準SαS分布的脈沖噪聲，x(t)的解析形式表示為：