[發明專利]重力平衡末端牽引式上肢康復機器人及工作方法

在審

• 申請號: 201810201213.9
• 申請日: 2018-03-12
• 公開（公告）號: CN108814890A
• 公開（公告）日: 2018-11-16
• 發明（設計）人: 吳青聰;謝宇珅;吳洪濤;陳柏;邵子宴;陸龍海;張玉明;劉煥瑞;曹燕飛
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: A61H1/02
• 分類號: A61H1/02
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

本發明公開了一種重力平衡末端牽引式上肢康復機器人及工作方法，屬于醫療器械領域。該機器人包括移動機架、機器人基座、腰部、大臂、中臂、小臂、腕部、末端手柄，具有六個自由度；其中大臂、中臂、小臂內部安裝有重力平衡裝置，用于平衡機器人連桿自重所產生的負載力矩；中臂、小臂關節驅動電機置于腰部，采用套索傳遞驅動力矩；各電機內置編碼器，用于測量機器人姿態；末端手柄模塊安裝有六維力傳感器，用于測量人機交互力。本發明減小了電機所需驅動力，提高了機器人末端負載能力，降低了康復機器人的成本，減輕了機器人的自重，套索驅動關節具有柔順性，提升了人機交互安全性，能實現患者左、右上肢的康復訓練，并且不僅限于康復訓練應用。

技術領域

本發明屬于醫療器械領域，涉及一種重力平衡末端牽引式上肢康復機器人及工作方法。

背景技術

對于上肢偏癱患者來說，康復訓練是一種必要的輔助治療手段。傳統的醫師輔助康復訓練護理成本高，康復勞動強度大，并且極依賴于醫師的經驗與技術。隨著我國人口老齡化程度加深，傳統的醫師輔助康復訓練難以滿足越老越多上肢偏癱患者的治療需求。上肢康復機器人可將康復訓練醫師從繁重的訓練任務中解放出來，減少患者的經濟負擔，為患者提供有效的康復訓練。

康復機器人一般分為末端牽引式康復機器人和外骨骼康復機器人，末端牽引式康復機器人一般為多自由度串聯機器臂的形式，具有結構簡單、易于控制、價格低廉等優點，且在技術方面較為成熟。目前多自由度串聯機器人多采用功率較大的電機及減速器以支撐機器人的自重和負載，由于這類電機較為昂貴，質量和尺寸都較大，造成整個機器人成本高，自重和尺寸大，人機交互安全性較差。重力平衡裝置一般基于彈性元件，通過勢能或者力的計算而設計。重力平衡裝置與機器人結合，可平衡機器人自重所產生的扭矩，選取更便宜，質量、尺寸更小的電機，從而降低成本，減小機器人的整體質量與尺寸。

目前采用重力平衡裝置的康復機器人較少，不能滿足康復機器人較高的經濟性和人機交互安全性需求，且重力平衡裝置一般置于機器人本體之外，增加了結構的復雜性；機器人關節往往采用剛性驅動器驅動，人機交互安全性較差；機器人由于結構限制，往往只能實現單側患肢的康復訓練功能。在專利公布號為CN104626101A的發明專利中，公開了一種機器人三維空間重力平衡補償裝置及方法，利用彈簧與繩平衡機器人連桿重力；但是該發明將重力平衡裝置放置于機器人連桿之外，增加了機器人結構尺寸。在專利公布號為CN102379793的發明專利中，公開了一種上肢康復訓練機器人，該康復機器人為外骨骼式，有五個關節；但該發明將驅動電機置于關節處，自重較大，沒有重力平衡裝置，電機驅動力矩需求較大。因此，針對上述技術問題，有必要設計一種具有優化結構的采用重力平衡裝置的末端牽引式康復機器人。

發明內容

技術問題：本發明提供一種主要適用于上肢偏癱患者的康復訓練，成本較低、結構緊湊、質量較輕的可實現重力平衡的末端牽引式上肢康復機器人及工作方法。

技術方案：

一種重力平衡末端牽引式上肢康復機器人,其特征在于：

包括主體結構和重力平衡機構；

主體結構包括移動機架、機器人基座、腰部、大臂、中臂、小臂、腕部、末端手柄；

上述機器人基座包括安裝基座、腰部關節電機、基座外殼、軸承座、圓錐滾子軸承、腰部關節轉軸；所述安裝基座與移動機架固定連接；腰部關節電機固定安裝在安裝基座上；基座外殼與安裝基座固定連接；軸承座固定安裝在基座外殼上方；圓錐滾子軸承外圈安裝在軸承座內，內圈安裝在腰部關節轉軸上；腰部關節轉軸下端與腰部關節電機的軸固定鍵連接；上述腰部關節轉軸與安裝基座垂直；