[發明專利]一種三自由度水平多關節上肢康復訓練機器人

在審

• 申請號: 202011044804.3
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112022634A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 韓建海;李遼遠;李向攀;郭冰菁;王志強;楊元
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: A61H1/02
• 分類號: A61H1/02
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙) 41120
• 代理人: 李現艷

本發明公開一種三自由度水平多關節上肢康復訓練機器人，在康復訓練中將患者的上肢前臂和手固定在機器人的臂托和末端手柄上，機器人手臂驅動人體上肢末端從而帶動上肢在人體水平面和矢狀面內完成各種康復訓練模式。本裝置的驅動共有三個電機，第一關節電機驅動大臂相對于立柱擺動，第二關節電機驅動小臂相對于大臂擺動，第三關節電機驅動絲杠帶動機器人末端做垂直直線運動。采用伺服閉環控制系統精確控制人體上肢的姿態、活動范圍和訓練強度。人機界面由觸摸屏和開關按鈕組成，通過觸摸屏可以選擇康復訓練模式，各康復模式訓練都有對應的動態示意圖顯示，方便易懂，還可以根據病人的情況，調節各康復訓練模式的速度、時間及各關節的活動范圍。

技術領域

本發明屬于醫療保健器械技術領域，具體的說是一種三自由度水平多關節上肢康復訓練機器人。

背景技術

利用上肢康復機器人對上肢進行康復訓練是上肢康復的一種方式,非常適用于上肢腦神經損傷、肌肉損傷導致上肢運動能力喪失患者的康復訓練，如腦中風偏癱患者，他們多數身體一側肢體會部分或全部喪失運動能力，如果常時間缺乏科學有效的康復訓練或活動，患者肢體將出現不同程度肌肉萎縮和關節粘連，最終使上肢失去活動能力。上肢康復訓練機器人可以對此類病人進行有針對性的訓練，使上肢得到充分的活動從而達到神經重塑和肢體恢復運動能力的目的。

早些時間市場上用于上肢康復的大多是CPM機（關節恢復器），此類設備結構簡單，訓練模式固定，只能進行關節的被動訓練。近些年市場上出現的多數是采用6自由度的外骨骼機器人，體積龐大，將人體上肢與外骨骼桿件捆綁在一起，讓上肢關節跟隨外骨骼機器人的關節運動。6自由度的外骨骼機器人的臂長尺寸和不同患者的上肢配合調節不方便或者不能調節，結構復雜，另外采用對整個上肢捆綁的方式進行固定，一旦機器人出現故障，或者患者肌肉痙攣的情況容易對患者造成二次傷害。另外市場上還有2自由度直角坐標的上肢康復機器人，采用直角坐標的方式通過直線運動來合成曲線軌跡使機器人的整體尺寸會很大，不便于移動。另外，2自由度的上肢康復機器人僅能實現上肢在水平面內的運動，存在著對人體上肢關節訓練不全面、模式單一、上肢韌帶不能得到全方位拉伸運動、訓練效果有限等問題。

發明內容

本發明為解決上述問題，提供了一種三自由度水平多關節上肢康復訓練機器人，本裝置操作空間大但整體尺寸小且訓練模式多樣、訓練參數調整方便。

本發明通過以下技術方案來實現：

一種三自由度水平多關節上肢康復訓練機器人，包括機器人本體、機器人支撐機構和控制驅動單元，所述機器人本體包括大臂、與大臂一端連接的小臂和末端組件構成的三自由度，所述機器人支撐機構包括支撐立柱，所述控制驅動單元包括控制器以及電機驅動器，所述電機驅動器設置在支撐立柱內；

所述大臂一端水平連接于支撐立柱的頂部端面上形成第一水平關節，所述小臂水平連接于大臂的另一端平面形成第二水平關節，所述小臂的另一端內腔通過設置的絲杠減速器連接有絲杠螺母以及絲杠形成第三水平關節，所述第一水平關節由驅動傳動機構Ⅰ驅動轉動從而實現大臂相對于支撐立柱的水平擺動，所述第二水平關節由驅動傳動機構Ⅱ驅動轉動從而實現小臂相對于大臂的水平擺動，所述第三水平關節由驅動傳動機構Ⅲ驅動絲杠螺母轉動從而實現絲杠的上下垂直運動；

所述驅動傳動機構Ⅲ包括第三關節電機，所述第三關節電機設置在小臂與大臂連接的一端內腔中，且所述第三關節電機輸出軸設置的主動帶輪Ⅲ通過同步帶Ⅲ與絲杠減速器一端設置的從動帶輪Ⅲ連接，所述絲杠減速器的一端設置在小臂另一端內腔中，所述絲杠減速器的另一端連接有絲杠螺母，所述絲杠螺母與豎直設置的絲杠連接，所述絲杠一端延伸至小臂外部上方，通過第三關節電機帶動絲杠螺母轉動從而帶動絲杠上下移動；

所述末端組件包括聯軸器、三維力傳感器、手托以及臂托，所述絲杠的頂部通過聯軸器與三維力傳感器相連接，所述三維力傳感器的頂部通過腕關節法蘭連接有水平設置的手托，所述手托的一端設置有手柄，所述手托的另一端與三維力傳感器頂部轉動連接，所述臂托與三維力傳感器頂部的一側固定連接。