[發明專利]一種上肢外骨骼機器人4自由度前臂

有效

• 申請號: 201711102641.8
• 申請日: 2017-11-10
• 公開（公告）號: CN107648013B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 周呈科;邱靜;程洪;李展;王露;劉薆恒;吳家海;薛澤文;趙恩盛;鄭曉娟;陳曄
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: A61H1/02
• 分類號: A61H1/02
• 代理公司: 成都金英專利代理事務所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

本發明公開了一種上肢外骨骼機器人4自由度前臂，包括掌套、小臂基板、滑動板、肘內外旋模塊、腕屈伸模塊以及腕橈尺屈模塊；該前臂的第一個自由度是小臂繞著肘屈伸轉動軸的旋轉運動，第二個自由度是整個前臂繞著沿臂長方向的小臂中心軸做內外旋運動，第三個自由度是手掌繞著腕關節背屈、背伸的旋轉軸做屈伸運動，第四個自由度是手掌繞著垂直于手背并通過轉軸中點的旋轉軸做橈屈、尺屈運動。該發明提供了四個運動自由度，即肘關節屈伸、旋內、旋外，腕關節屈伸、橈屈、尺屈，且各自由度轉軸均與人體該自由度轉軸重合，保證上肢外骨骼在帶動手臂運動的過程中更為靈活，能夠進行各種康復運動，使上肢康復治療更為全面。

技術領域

本發明涉及外骨骼機器人機械結構領域，具體為一種上肢外骨骼機器人4自由度前臂。

背景技術

上肢外骨骼機器人是一種集人機工程學、仿生學于一體的機械裝置，集成了傳感、控制、信息耦合、移動計算等機器人技術,可以為人類肢體提供支撐、保護、助力等作用，主用于康復醫療和軍事等領域。無論是對于腦卒中造成的偏癱還是骨科損傷的術后康復，上肢外骨骼機器人都能方便有效的進行病患上肢的康復訓練。

人的前臂是整個上肢的運動末端，作為主要的功能單元，實現手部復雜的運動軌跡。這就要求上肢外骨骼的前臂具備符合人體前臂運動的多個自由度（肘關節屈伸、旋內、旋外，腕關節屈伸、橈屈、尺屈），保證上肢外骨骼在帶動手臂運動的過程中更為靈活，能夠進行各種康復運動，使上肢康復治療更為全面。并且，上肢外骨骼上各轉動自由度的轉軸必須與人體手臂自由度轉軸重合。由于偏癱或者手部骨損傷會造成手掌無法用力、運動，無法實現抓握等功能，所以必須合理的考慮人手在上肢外骨骼的固定方式，保證聯接的舒適性。肘關節內部構造復雜，肘屈伸運動時，關節轉動中心并非是一個恒定點，要考慮到手掌到肘關節的距離在肘屈伸時產生的微小變化，避免病人的二次傷害，使運動過程更舒適。自由度運動范圍也需要進行限位，增加康復過程安全性，避免二次傷害。

目前，已有的上肢外骨骼前臂由于機構限制，總會缺失一些自由度，大部分最多只有3個自由度，這限制手臂的運動，使康復訓練效果大打折扣，并且有些轉動自由度的轉軸與人體手臂該自由度轉軸不重合，不僅限制了運動范圍，還會造成額外的內力，使康復過程不舒適，甚至造成二次傷害。大部分上肢外骨骼在自由度轉動范圍內沒有增加限位機構，可能出現安全事故。已有上肢外骨骼都是通過把手實現手掌與外骨骼末端的固定，然而并非所有病人都能握緊把手進行康復訓練。并且極少有考慮到肘關節轉動中心不一致性導致的轉動半徑微小變化，而外骨骼的長度卻是固定的，使運動不舒適，甚至可能造成二次傷害。

現有技術一種外骨骼式上肢康復訓練機器人（申請號 CN201610158560.9），其前臂采用了二段四連桿機構實現了肘的旋內、旋外自由度，通過電機直驅實現了肘屈伸自由度，自由度轉軸也都通過人手該自由度轉軸，但是它沒有考慮腕關節處的自由度，沒有設計限位機構，且采用把手抓握固定，也沒有考慮肘屈伸造成的臂長微小變化。一種負載自適應被動平衡上肢外骨骼（申請號 CN201710086938.3），它手臂僅有2個自由度，且外骨骼腕關節屈伸自由度轉軸與人體手臂該自由度轉軸不重合。一種五自由度外骨骼式上肢康復機器人（申請號 CN200810064878.6 ），該上肢外骨骼機器人的前臂部分包含3個自由度，不能實現腕關節橈屈、尺屈，且該前臂機構龐大，通過把手抓握，大部分病人不能自主使用，且未考慮肘屈伸過程中的臂長微小變化。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種上肢外骨骼機器人4自由度前臂。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種上肢外骨骼機器人4自由度前臂，包括掌套，還依次設有小臂基板、滑動板、肘內外旋模塊、腕屈伸模塊以及腕橈尺屈模塊；

所述小臂基板的一端設有圓盤；所述圓盤通過螺栓與上肢外骨骼上臂聯接；