[發明專利]一種上肢柔順康復外骨骼

有效

• 申請號: 201710518866.5
• 申請日: 2017-06-29
• 公開（公告）號: CN107320910B
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發明（設計）人: 朱秋國;石拓;熊蓉;吳俊
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: A63B23/12
• 分類號: A63B23/12;A63B21/00;A61H1/02;B25J9/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發明公開一種上肢柔順康復外骨骼，包括依次連接的大臂、小臂和手部，大臂包括轉動驅動裝置，驅動小臂轉動，小臂通過被動關節機構調整手部與小臂的位置，轉動驅動裝置還包括具有內環、外環和彈性結構的肘關節執行器和與與其并聯的阻尼模塊，運動過程中，大臂的轉動驅動裝置帶動肘關節執行器的內環轉動，內環通過彈性結構帶動外環轉動，外環帶動小臂轉動，阻尼模塊用來抑制運動過程中由肘關節執行器的彈性結構產生的小臂的機械振動。本發明的上肢柔順康復外骨骼整體機構輕，且能避免運動過程中的剛性沖擊，保證機構本身以及人體的安全性，且大小臂的伸縮機構保證了機構適應不同身材的人，確保了機構的適用性。

技術領域

本發明涉及醫療機器人技術領域，具體涉及一種上肢柔順康復外骨骼。

背景技術

我國人口基數龐大，肢體傷殘人口數量逐年增多，而且隨著老齡化進程加速，生理機能衰退、骨關節病、腦血管疾病等發病率增高，使得我國康復裝備供應和康復臨床的需求出現巨大空缺。我國康復科室和康復設備供給嚴重不足，截止2012年底，擁有康復科的綜合醫院為3288家，遠遠不能滿足要求。另外，很多患者家庭在醫療康復上又面臨著更為嚴重的經濟約束。因此，開發具有我們自主知識產權的康復外骨骼非常緊迫。

康復外骨骼作為一種典型的醫療機器人，是當下機器人研究和產業的熱點，是中國智能制造的重點支持和發展方向之一。常規的康復治療多為由醫師與患者進行一對一、長時間的運動輔助治療，或者通過機器對患者進行持續被動治療。但是，患者在治療后半期仍然需要通過自身神經支配進行康復訓練才能達到較好的治療效果。因此，在康復后半期階段應指導患者多進行半主動和主動訓練。而康復外骨骼不僅可以改善這種重復性一對一訓練的效率低、成本高、且不宜在家操作的工作，而且可以使治療更加量化和科學化，目前一些康復外骨骼產品已經在臨床得到了應用。

上肢康復外骨骼的研究從上世紀開始，已經經過幾十年的研究，開發出了牽引式、人工肌肉氣動式、繩驅動式和外骨骼式等形式的上肢康復設備。

如申請公布號為CN102499857A的專利文獻公開的一種外骨骼可穿戴式上肢康復機器人，包括肩關節外骨骼，肘關節外骨骼，腕關節外骨骼與手部外骨骼。其中，肩關節外骨骼有兩個自由度；肘關節外骨骼有兩個自由度；腕關節外骨骼有一個自由度；手部外骨骼有3個自由度。總共八個自由度。對于大功率電機使用諧波減速器傳動及盤式電機，實現零回轉誤差以及驅動與患者關節的良好貼合，可以通過蓄電池驅動，解決了傳統康復裝置活動范圍受限的問題，具有便攜的特性。但由于為整體驅動機構為剛性，缺少與患者之間的良好交互功能，運動過程中產生的剛性沖擊，易造成減速器以及其他機構的磨損，也會對患者造成不適感。。

申請公布號為CN204562790U的專利文獻提供的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，實現人體上肢肩關節、肘關節、腕關節主要運動功能的康復訓練。機器人包括肩關節，肘關節，腕關節。其中肩關節具有屈曲/伸展、內收/外擺兩個自由度，肘關節具有屈曲/伸展一個自由度，腕關節具有屈曲/伸展一個自由度。所有的關節軸均采用兩條旋向相反的氣動肌肉驅動，機器人關節的運動柔順性能好，較好地滿足了康復訓練人機工程學的要求。但是氣動肌肉位置控制精度低，在運動過程中不可避免顫動，而且氣動設備需要配帶的輔助設備較多，比如氣泵等，工作噪聲較大、使用和攜帶不方便。

申請公布號為CN105411815A的專利文獻提供的一種可穿戴式二自由度肘部康復訓練裝置,它涉及一種肘部康復訓練裝置,具體涉及一種可穿戴式二自由度肘部康復訓練裝置。但是由于未剛性驅動因此同樣存在剛性沖擊問題。

為了解決上述康復機器人所存在的問題，本發明主要研究具有柔順特性的上肢康復外骨骼機器人。

發明內容

針對上述問題，本發明提供了一種上肢柔順康復外骨骼，解決了現有技術運動過程中存在的高剛性、大沖擊、人機交互體驗差、以及缺少主動/半主動反向阻抗訓練功能等問題。

本發明采取的技術方案如下: