[發(fā)明專利]一種五自由度外骨骼式上肢康復(fù)機(jī)器人

有效

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• 申請日: 2017-09-11
• 公開（公告）號(hào): CN107362000B
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉瑞素;張芮;葉協(xié)通;唐海建;王強(qiáng);劉凱
• 申請（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): A61H1/02
• 分類號(hào): A61H1/02
• 代理公司: 天津翰林知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12210
• 代理人: 李濟(jì)群;王瑞

1.一種五自由度外骨骼式上肢康復(fù)機(jī)器人，其特征在于該康復(fù)機(jī)器人包括上肩關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)組件、上臂旋轉(zhuǎn)組件、肘關(guān)節(jié)屈伸組件、前臂旋轉(zhuǎn)組件、腕關(guān)節(jié)屈伸組件、手臂整體旋轉(zhuǎn)組件和手臂整體高度調(diào)節(jié)箱；所述上肩關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)組件與上臂旋轉(zhuǎn)組件連接；所述上臂旋轉(zhuǎn)組件與肘關(guān)節(jié)屈伸組件連接；所述肘關(guān)節(jié)屈伸組件與前臂旋轉(zhuǎn)組件連接；所述前臂旋轉(zhuǎn)組件與腕關(guān)節(jié)屈伸組件連接；所述手臂整體旋轉(zhuǎn)組件與上肩關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)組件連接；所述手臂整體旋轉(zhuǎn)組件固定在手臂整體高度調(diào)節(jié)箱上；

所述手臂整體高度調(diào)節(jié)箱包括高度調(diào)節(jié)箱支撐板、高度調(diào)節(jié)箱法蘭盤、滑塊、導(dǎo)軌、液壓缸、箱體、腳蹬和電機(jī)；所述箱體內(nèi)部安裝有液壓缸和腳蹬；所述導(dǎo)軌安裝在箱體的內(nèi)壁上；所述高度調(diào)節(jié)箱支撐板和滑塊連接，滑塊與導(dǎo)軌配合；所述高度調(diào)節(jié)箱支撐板通過高度調(diào)節(jié)箱法蘭盤與液壓缸連接；

所述手臂整體旋轉(zhuǎn)組件包括旋轉(zhuǎn)軸、第一手臂整體旋轉(zhuǎn)限位器、第二手臂整體旋轉(zhuǎn)限位器、手臂整體旋轉(zhuǎn)組件從動(dòng)輪、手臂整體旋轉(zhuǎn)組件支撐板、帶底座軸承、連接鍵、手臂整體旋轉(zhuǎn)組件角度位移編碼器、手臂整體旋轉(zhuǎn)組件角度位移編碼器底座、手臂整體旋轉(zhuǎn)組件角度位移編碼器支架、手臂整體旋轉(zhuǎn)組件主動(dòng)輪、手臂整體旋轉(zhuǎn)組件電機(jī)支架和手臂整體旋轉(zhuǎn)組件電機(jī)；所述手臂整體旋轉(zhuǎn)組件支撐板固定于高度調(diào)節(jié)箱支撐板上；所述第二手臂整體旋轉(zhuǎn)限位器、手臂整體旋轉(zhuǎn)組件角度位移編碼器底座、手臂整體旋轉(zhuǎn)組件電機(jī)支架和手臂整體旋轉(zhuǎn)組件電機(jī)分別固定在手臂整體旋轉(zhuǎn)組件支撐板上；手臂整體旋轉(zhuǎn)組件電機(jī)的輸出軸安裝有手臂整體旋轉(zhuǎn)組件主動(dòng)輪，手臂整體旋轉(zhuǎn)組件主動(dòng)輪與手臂整體旋轉(zhuǎn)組件角度位移編碼器支架連接，手臂整體旋轉(zhuǎn)組件主動(dòng)輪與手臂整體旋轉(zhuǎn)組件從動(dòng)輪嚙合；所述手臂整體旋轉(zhuǎn)組件角度位移編碼器分別與手臂整體旋轉(zhuǎn)組件角度位移編碼器底座和手臂整體旋轉(zhuǎn)組件角度位移編碼器支架連接；所述帶底座軸承與高度調(diào)節(jié)箱支撐板連接；所述旋轉(zhuǎn)軸與帶底座軸承連接；所述旋轉(zhuǎn)軸與第二法蘭盤連接；所述第一手臂整體旋轉(zhuǎn)限位器固定在旋轉(zhuǎn)軸上；所述手臂整體旋轉(zhuǎn)組件從動(dòng)輪與旋轉(zhuǎn)軸連接；

所述上肩關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)組件包括第一法蘭盤、上肩關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸、第一帶座軸承、上肩關(guān)節(jié)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)限位器、上肩關(guān)節(jié)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)限位器、上肩關(guān)節(jié)主動(dòng)輪、上肩關(guān)節(jié)從動(dòng)輪、上肩關(guān)節(jié)電機(jī)支架、上肩關(guān)節(jié)電機(jī)、上肩關(guān)節(jié)支撐板、第二帶座軸承、上肩關(guān)節(jié)角度位移編碼器底座、上肩關(guān)節(jié)角度位移編碼器和第二法蘭盤；所述上肩關(guān)節(jié)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)限位器和上肩關(guān)節(jié)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)限位器的結(jié)構(gòu)相同，均包括限位器底座和限位器擋板，限位器底座與限位器擋板接觸，達(dá)到旋轉(zhuǎn)限位的效果；所述第二法蘭盤與旋轉(zhuǎn)軸連接；所述上肩關(guān)節(jié)支撐板安裝在第二法蘭盤上；所述第一帶座軸承、限位器底座、上肩關(guān)節(jié)角度位移編碼器底座、上肩關(guān)節(jié)電機(jī)支架與上肩關(guān)節(jié)電機(jī)分別固定在上肩關(guān)節(jié)支撐板上；所述上肩關(guān)節(jié)電機(jī)的輸出軸安裝有上肩關(guān)節(jié)主動(dòng)輪；所述上肩關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸與第一帶座軸承連接；所述第一法蘭盤與上肩關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸連接；所述限位器擋板與上肩關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸連接；所述上肩關(guān)節(jié)從動(dòng)輪與上肩關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸連接；所述第二帶座軸承與上肩關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸連接；所述上肩關(guān)節(jié)角度位移編碼器安裝在上肩關(guān)節(jié)角度位移編碼器底座上，并與上肩關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸連接；

所述上臂旋轉(zhuǎn)組件包括上臂旋轉(zhuǎn)第一連接件、上臂旋轉(zhuǎn)滾珠、上臂旋轉(zhuǎn)第二連接件、上臂旋轉(zhuǎn)第三連接件、上臂旋轉(zhuǎn)限位器、上臂旋轉(zhuǎn)從動(dòng)輪、上臂板、上臂電機(jī)、上臂電機(jī)支架、上臂角度位移編碼器底座、上臂旋轉(zhuǎn)主動(dòng)輪、上臂角度位移編碼器連接件、上臂角度位移編碼器和上臂連接板；所述上臂板與第一法蘭盤連接；所述上臂電機(jī)支架與上臂板連接，上臂電機(jī)固定在上臂電機(jī)支架上；所述上臂電機(jī)的輸出軸與上臂旋轉(zhuǎn)主動(dòng)輪連接；所述上臂角度位移編碼器底座與上臂電機(jī)支架連接；所述上臂角度位移編碼器的測量端與上臂電機(jī)的輸出軸通過上臂角度位移編碼器連接件連接，上臂角度位移編碼器的固定端固定在上臂角度位移編碼器底座上；所述上臂旋轉(zhuǎn)第二連接件與上臂板連接；所述上臂旋轉(zhuǎn)第一連接件上安裝有上臂旋轉(zhuǎn)第二連接件和兩個(gè)上臂旋轉(zhuǎn)第三連接件，上臂旋轉(zhuǎn)第二連接件位于兩個(gè)上臂旋轉(zhuǎn)第三連接件之間；所述上臂旋轉(zhuǎn)第二連接件上具有兩個(gè)凸臺(tái)，凸臺(tái)內(nèi)分別安放有一排上臂旋轉(zhuǎn)滾珠；上臂旋轉(zhuǎn)滾珠與上臂旋轉(zhuǎn)第一連接件接觸，上臂旋轉(zhuǎn)滾珠可在上臂旋轉(zhuǎn)第二連接件內(nèi)槽里滾動(dòng)，進(jìn)而使得上臂旋轉(zhuǎn)第二連接件與上臂旋轉(zhuǎn)第一連接件發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)；兩個(gè)上臂旋轉(zhuǎn)第三連接件的楔形面分別與上臂旋轉(zhuǎn)第二連接件兩個(gè)凸臺(tái)內(nèi)的上臂旋轉(zhuǎn)滾珠接觸配合；所述上臂旋轉(zhuǎn)從動(dòng)輪固定在上臂旋轉(zhuǎn)第一連接件上；上臂旋轉(zhuǎn)限位器固定在上臂旋轉(zhuǎn)從動(dòng)輪上；所述上臂旋轉(zhuǎn)從動(dòng)輪與上臂旋轉(zhuǎn)主動(dòng)輪嚙合；上臂旋轉(zhuǎn)第一連接件的末端與上臂連接板連接；

所述肘關(guān)節(jié)屈伸組件包括肘關(guān)節(jié)繩索固定件、肘關(guān)節(jié)第一屈伸限位器、肘關(guān)節(jié)角度位移編碼器、肘關(guān)節(jié)角度位移編碼器底座、肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)第一連接件、肘關(guān)節(jié)屈伸限位桿、肘關(guān)節(jié)第一驅(qū)動(dòng)繩索、肘關(guān)節(jié)第二驅(qū)動(dòng)繩索、肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)從動(dòng)輪、肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸、肘關(guān)節(jié)前臂板和肘關(guān)節(jié)滑軌板；兩個(gè)肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)第一連接件的一端與上臂連接板連接；所述肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸通過軸承與兩個(gè)肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)第一連接件連接；所述肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸穿有肘關(guān)節(jié)前臂板和肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)從動(dòng)輪，肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)從動(dòng)輪與肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸連接；所述肘關(guān)節(jié)前臂板的一端與肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)從動(dòng)輪連接；所述肘關(guān)節(jié)前臂板與肘關(guān)節(jié)滑軌板連接；所述肘關(guān)節(jié)第一驅(qū)動(dòng)繩索的一端和肘關(guān)節(jié)第二驅(qū)動(dòng)繩索的一端分別固定在肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)從動(dòng)輪的兩個(gè)輪上，并排安裝；所述肘關(guān)節(jié)繩索固定件固定在上臂連接板上；肘關(guān)節(jié)第一驅(qū)動(dòng)繩索的另一端和肘關(guān)節(jié)第二驅(qū)動(dòng)繩索的另一端分別穿過肘關(guān)節(jié)繩索固定件與手臂整體高度調(diào)節(jié)箱中的電機(jī)連接；所述肘關(guān)節(jié)角度位移編碼器底座固定在上臂連接板上；所述肘關(guān)節(jié)角度位移編碼器的測量端與肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸連接，肘關(guān)節(jié)角度位移編碼器的固定端固定在肘關(guān)節(jié)角度位移編碼器底座上；所述肘關(guān)節(jié)第一屈伸限位器固定在上臂連接板上，肘關(guān)節(jié)屈伸限位桿與肘關(guān)節(jié)第一屈伸限位器連接；

所述前臂旋轉(zhuǎn)組件包括前臂旋轉(zhuǎn)第一連接件、前臂旋轉(zhuǎn)第二連接件、前臂旋轉(zhuǎn)滾珠、前臂旋轉(zhuǎn)第三連接件、前臂旋轉(zhuǎn)限位器、前臂旋轉(zhuǎn)從動(dòng)輪、前臂連接板、前臂電機(jī)、前臂電機(jī)支架、前臂旋轉(zhuǎn)主動(dòng)輪、前臂角度位移編碼器連接件、前臂角度位移編碼器底座和前臂角度位移編碼器；所述前臂電機(jī)支架與肘關(guān)節(jié)滑軌板連接，前臂電機(jī)固定在前臂電機(jī)支架上；所述前臂電機(jī)的輸出軸與前臂旋轉(zhuǎn)主動(dòng)輪連接；所述前臂角度位移編碼器底座與前臂電機(jī)支架連接；所述前臂角度位移編碼器的測量端與前臂電機(jī)的輸出軸通過前臂角度位移編碼器連接件連接，前臂角度位移編碼器的固定端固定在前臂角度位移編碼器底座上；所述前臂旋轉(zhuǎn)第三連接件與肘關(guān)節(jié)滑軌板連接；所述前臂旋轉(zhuǎn)第一連接件上安裝有前臂旋轉(zhuǎn)第三連接件和兩個(gè)前臂旋轉(zhuǎn)第二連接件，前臂旋轉(zhuǎn)第三連接件位于兩個(gè)前臂旋轉(zhuǎn)第二連接件之間；所述前臂旋轉(zhuǎn)第三連接件上具有兩個(gè)凸臺(tái)，凸臺(tái)內(nèi)分別安放有一排前臂旋轉(zhuǎn)滾珠；前臂旋轉(zhuǎn)滾珠與前臂旋轉(zhuǎn)第一連接件接觸，前臂旋轉(zhuǎn)滾珠可在前臂旋轉(zhuǎn)第三連接件內(nèi)槽里滾動(dòng)，進(jìn)而使得前臂旋轉(zhuǎn)第三連接件與前臂旋轉(zhuǎn)第一連接件發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)；兩個(gè)前臂旋轉(zhuǎn)第二連接件的楔形面分別與前臂旋轉(zhuǎn)第三連接件兩個(gè)凸臺(tái)內(nèi)的前臂旋轉(zhuǎn)滾珠接觸配合；所述前臂旋轉(zhuǎn)從動(dòng)輪固定在前臂旋轉(zhuǎn)第一連接件上；所述前臂旋轉(zhuǎn)從動(dòng)輪與前臂旋轉(zhuǎn)主動(dòng)輪嚙合；前臂旋轉(zhuǎn)限位器固定在前臂旋轉(zhuǎn)從動(dòng)輪上；所述前臂連接板與前臂旋轉(zhuǎn)第一連接件連接；

所述腕關(guān)節(jié)屈伸組件包括腕關(guān)節(jié)屈伸第一限位器、腕關(guān)節(jié)角度位移編碼器底座、手柄、腕關(guān)節(jié)角度位移編碼器、腕關(guān)節(jié)屈伸第二限位器、腕關(guān)節(jié)繩索固定件、腕關(guān)節(jié)第一驅(qū)動(dòng)繩索、腕關(guān)節(jié)軸承、腕關(guān)節(jié)第二驅(qū)動(dòng)繩索、腕關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸、腕關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)從動(dòng)輪和腕關(guān)節(jié)限位桿；所述腕關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸通過兩個(gè)腕關(guān)節(jié)軸承與前臂連接板連接；所述腕關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸與腕關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)從動(dòng)輪連接；所述手柄穿在腕關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸上緊固在腕關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)從動(dòng)輪上；所述腕關(guān)節(jié)第一驅(qū)動(dòng)繩索的一端和腕關(guān)節(jié)第二驅(qū)動(dòng)繩索的一端分別固定在腕關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)從動(dòng)輪的兩個(gè)輪上，并排安裝；所述腕關(guān)節(jié)繩索固定件固定在前臂連接板上；腕關(guān)節(jié)第一驅(qū)動(dòng)繩索的另一端和腕關(guān)節(jié)第二驅(qū)動(dòng)繩索的另一端分別穿過腕關(guān)節(jié)繩索固定件與手臂整體高度調(diào)節(jié)箱中的電機(jī)連接；腕關(guān)節(jié)屈伸第二限位器固定在前臂連接板；所述腕關(guān)節(jié)限位桿與腕關(guān)節(jié)屈伸第二限位器連接；所述腕關(guān)節(jié)角度位移編碼器底座固定在前臂連接板上；所述腕關(guān)節(jié)角度位移編碼器的測量端與腕關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸連接，腕關(guān)節(jié)角度位移編碼器的固定端固定在腕關(guān)節(jié)角度位移編碼器底座上；所述腕關(guān)節(jié)屈伸第一限位器固定在前臂連接板上。