專利名稱：一種串并混聯(lián)肘腕康復(fù)機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于康復(fù)訓(xùn)練機(jī)械領(lǐng)域，特別涉及一種肘腕康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人裝置。
背景技術(shù)：
人體前臂及其兩端肘、腕關(guān)節(jié)骨折是臨床中較為多見的外科創(chuàng)傷，其發(fā)病率隨著社會(huì)老齡化以及交通事故和自然災(zāi)害等因素呈逐年上升的趨勢(shì)。在骨折發(fā)生后，通常會(huì)采用復(fù)位、固定或手術(shù)治療的治療手段，而且一般均需數(shù)月才能愈合。為確保骨折部位的堅(jiān)固愈合需要長(zhǎng)時(shí)間限制肘、腕關(guān)節(jié)的活動(dòng)，這將使其周圍健康組織所受應(yīng)力下降，從而導(dǎo)斂肌肉萎縮、骨密度下降、軟骨和關(guān)節(jié)囊等組織退變。由于肘、腕關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)面接觸弧度大、吻合緊密，隨著結(jié)締組織纖維融合很容易導(dǎo)致其關(guān)節(jié)活動(dòng)障礙，甚至關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)功能喪失。臨床實(shí)踐證明，在不影響固定的前提下，盡快對(duì)患肢采用以運(yùn)動(dòng)治療為主的綜合康復(fù)治療，可以有效增加肌肉力量及關(guān)節(jié)活動(dòng)度，加速骨折愈合，增強(qiáng)機(jī)體抵抗力并可消除腫脹，防止肌萎縮及關(guān)節(jié)僵硬、強(qiáng)直、韌帶攣縮，預(yù)防和減少各類并發(fā)癥，盡早恢復(fù)肢體功能。隨著康復(fù)工程及機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)多種用于關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)的各類康復(fù)機(jī)器人，其有規(guī)律的、可測(cè)的康復(fù)運(yùn)動(dòng)不僅可以改變 醫(yī)患間“一對(duì)一、手把手”的傳統(tǒng)康復(fù)治療手法，減輕醫(yī)生的勞動(dòng)強(qiáng)度，且可以定量評(píng)估患者康復(fù)狀況，使醫(yī)師更加專注與治療方案的制定，方便患者快速?gòu)氐卓祻?fù)。目前國(guó)內(nèi)外正在試驗(yàn)研究或已投放市場(chǎng)的可實(shí)現(xiàn)對(duì)腕肘關(guān)節(jié)康復(fù)治療的機(jī)器人可分為用于人體上肢康復(fù)運(yùn)動(dòng)的康復(fù)機(jī)器人和專門用于肘關(guān)節(jié)或腕關(guān)節(jié)康復(fù)治療的康復(fù)機(jī)器人。其中，包含多個(gè)自由度的人體上肢康復(fù)機(jī)器人通常采用串聯(lián)機(jī)構(gòu)，幫助中風(fēng)患者實(shí)現(xiàn)對(duì)肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)的大范圍運(yùn)動(dòng)，而對(duì)肘腕關(guān)節(jié)的針對(duì)性不強(qiáng)，不能夠?qū)钦刍颊哌_(dá)到很好的治療效果；專門用于肘關(guān)節(jié)或腕關(guān)節(jié)康復(fù)治療的康復(fù)機(jī)器人機(jī)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，通常只具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，不具有腕關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)的牽拉功能，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)肘腕關(guān)節(jié)的全面治療。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)進(jìn)行牽引及多自由度運(yùn)動(dòng)康復(fù)治療的串并混聯(lián)肘腕康復(fù)機(jī)器人。本發(fā)明主要由大臂支座、手腕支座、連接大臂支座與手腕支座的三個(gè)電動(dòng)缸以及手腕旋轉(zhuǎn)部件組成，其中，由3-4個(gè)橫梁連接2個(gè)U形基座構(gòu)成大臂基座，在該U形大臂基座一端的上部，兩個(gè)上電動(dòng)缸的一端分別通過大臂關(guān)節(jié)球軸承對(duì)稱地與大臂基座連接，該兩個(gè)上電動(dòng)缸的另一端分別通過手腕轉(zhuǎn)動(dòng)副與環(huán)形的手腕支座連接，在上述U形大臂基座同一端的下部，下電動(dòng)缸的一端通過大臂轉(zhuǎn)動(dòng)副與大臂基座連接，該下電動(dòng)缸的另一端通過手腕關(guān)節(jié)球軸承與上述手腕支座連接；上述大臂轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與兩個(gè)大臂關(guān)節(jié)球軸承中心連線平行，手腕關(guān)節(jié)球軸承軸線垂直相交與兩個(gè)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)副中心連線的中點(diǎn)。為了很好地適應(yīng)人體肘關(guān)節(jié)，與大臂支座相連的大臂轉(zhuǎn)動(dòng)副與大臂關(guān)節(jié)球軸承中心成空間等腰三角形布置。環(huán)形旋轉(zhuǎn)大輪通過轉(zhuǎn)動(dòng)副安裝在上述手腕支座上面，在手腕支座一側(cè)旋轉(zhuǎn)大輪外側(cè)設(shè)有與旋轉(zhuǎn)大輪平行的小輪，該大輪和小輪通過一條同步帶傳動(dòng)，或者通過皮帶傳動(dòng)，或者在大輪和小輪外周設(shè)有齒輪，通過齒輪傳動(dòng)。伺服電機(jī)通過電機(jī)調(diào)整基座固定在手腕支座上并與上述小輪固連。在大輪上對(duì)稱地設(shè)有兩個(gè)設(shè)有長(zhǎng)形調(diào)整孔的手部調(diào)整基座，把手的兩端通過兩個(gè)擰緊螺釘固定在兩個(gè)手部調(diào)整基座上，把手與手腕旋轉(zhuǎn)大輪的距離可以由擰緊螺栓進(jìn)行調(diào)節(jié)以適用于不同的患者。使用時(shí)，手握住把手并將大臂固定在大臂支座上，通過調(diào)整三個(gè)電動(dòng)缸的長(zhǎng)度以及把手與旋轉(zhuǎn)大輪之間的距離，使肘關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與大臂支座的兩個(gè)關(guān)節(jié)球軸承中心連線重合，使腕關(guān)節(jié)中心與過手腕支座相連的兩個(gè)關(guān)節(jié)球軸承中心連線中點(diǎn)重合。在下電動(dòng)缸的作用下實(shí)現(xiàn)肘關(guān)節(jié)的屈曲/伸展運(yùn)動(dòng)；在上電動(dòng)缸的作用下，實(shí)現(xiàn)手腕單維轉(zhuǎn)動(dòng)康復(fù)運(yùn)動(dòng)；由于人手與連接在大輪上的把手固連，通過驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)由小輪帶動(dòng)大輪轉(zhuǎn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)前臂的旋前/旋后康復(fù)運(yùn)動(dòng)；將前臂的旋前/旋后與手腕的單維轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)合起來，則可實(shí)現(xiàn)手腕的兩自由度轉(zhuǎn)動(dòng)康復(fù)運(yùn)動(dòng)，該機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)多個(gè)康復(fù)運(yùn)動(dòng)的復(fù)合，以提高康復(fù)效率。整個(gè)裝置可以集成安裝在任何方便人體開展康復(fù)治療的位置上，比如可調(diào)高度的支架上、病床上、座椅上以及其他康復(fù)設(shè)備上。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，成本低，安全可靠，舒適，同時(shí)適用于左右手臂。2、各自由度運(yùn)動(dòng)相互解耦，容易控制。通過三個(gè)電動(dòng)缸的調(diào)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)肘腕關(guān)節(jié)間距離的調(diào)整，一方面可實(shí)現(xiàn)對(duì)肘腕關(guān)節(jié)的牽引治療以增加額外康復(fù)治療功能，另一方面可以方便地完成結(jié)構(gòu)調(diào) 整以適用于不同臂長(zhǎng)的患者，具有廣泛的適用性。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)的主視示意簡(jiǎn)圖。圖2為本發(fā)明的腕部結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明的使用狀態(tài)示意圖。
具體實(shí)施例方式在圖1和圖2所示的串并混聯(lián)肘腕康復(fù)機(jī)器人示意圖中，由3-4個(gè)橫梁連接2個(gè)U形基座構(gòu)成大臂基座1，在該U形大臂基座一端的上部，兩個(gè)上電動(dòng)缸4的一端分別通過大臂關(guān)節(jié)球軸承2對(duì)稱地與大臂基座連接，該兩個(gè)上電動(dòng)缸的另一端分別通過手腕轉(zhuǎn)動(dòng)副6與環(huán)形的手腕支座15連接，在上述U形大臂基座同一端的下部，下電動(dòng)缸5的一端通過大臂轉(zhuǎn)動(dòng)副3與大臂基座連接，該下電動(dòng)缸的另一端通過手腕關(guān)節(jié)球軸承7與上述手腕支座連接；上述大臂轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與兩個(gè)大臂關(guān)節(jié)球軸承中心連線平行，手腕關(guān)節(jié)球軸承軸線垂直相交與兩個(gè)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)副中心連線的中點(diǎn)。與大臂支座相連的大臂轉(zhuǎn)動(dòng)副與大臂關(guān)節(jié)球軸承中心成空間等腰三角形布置。環(huán)形旋轉(zhuǎn)大輪11通過轉(zhuǎn)動(dòng)副安裝在上述手腕支座上面，在手腕支座上另設(shè)有與旋轉(zhuǎn)大輪平行的小輪10，該大輪和小輪通過一條同步帶16連接，伺服電機(jī)8通過電機(jī)調(diào)整基座9固定在手腕支座上并與上述小輪固連。在大輪上對(duì)稱地設(shè)有兩個(gè)設(shè)有長(zhǎng)形調(diào)整孔的手部調(diào)整基座12，把手14的兩端通過兩個(gè)擰緊螺釘13固定在兩個(gè)手部調(diào)整基座上，把手與手腕旋轉(zhuǎn)大輪的距離可以由擰緊螺栓進(jìn)行調(diào)節(jié)以適用于不同的患者。如圖3所示，使用時(shí)，手握住把手并將大臂固定在大臂支座上，通過調(diào)整三個(gè)電動(dòng)缸的長(zhǎng)度以及把手與旋轉(zhuǎn)大輪之間的距離，使肘關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與大臂支座的兩個(gè)關(guān)節(jié)球軸承中心連線重合，使腕關(guān)節(jié)中心與過手腕支座相連的兩個(gè)關(guān)節(jié)球軸承中心連線中點(diǎn)重合。在下電動(dòng)缸的作用下實(shí)現(xiàn)肘關(guān)節(jié)的屈曲/伸展運(yùn)動(dòng)；在上電動(dòng)缸的作用下，實(shí)現(xiàn)手腕單維轉(zhuǎn)動(dòng)康復(fù)運(yùn)動(dòng)；由于人手與連接在大輪上的把手固連，通過驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)由小輪帶動(dòng)大輪轉(zhuǎn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)前臂的旋前/旋后康復(fù)運(yùn)動(dòng)；將前臂的旋前/旋后與手腕的單維轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)合起來，則可實(shí)現(xiàn)手腕的兩自由度轉(zhuǎn)動(dòng)康復(fù)運(yùn)動(dòng)，該機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)多個(gè)康復(fù)運(yùn)動(dòng)的復(fù)合，以提高康復(fù)效率?！?br> 權(quán)利要求
1.一種串并混聯(lián)肘腕康復(fù)機(jī)器人，其由大臂支座、手腕支座、連接大臂支座與手腕支座的三個(gè)電動(dòng)缸以及手腕旋轉(zhuǎn)部件組成，其特征在于其大臂基座是由3-4個(gè)橫梁連接2個(gè)U形基座構(gòu)成，在該U形大臂基座一端的上部，兩個(gè)上電動(dòng)缸的一端分別通過大臂關(guān)節(jié)球軸承對(duì)稱地與大臂基座連接，該兩個(gè)上電動(dòng)缸的另一端分別通過手腕轉(zhuǎn)動(dòng)副與環(huán)形的手腕支座連接，在上述U形大臂基座同一端的下部，下電動(dòng)缸的一端通過大臂轉(zhuǎn)動(dòng)副與大臂基座連接，該下電動(dòng)缸的另一端通過手腕關(guān)節(jié)球軸承與上述手腕支座連接；上述大臂轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與兩個(gè)大臂關(guān)節(jié)球軸承中心連線平行，手腕關(guān)節(jié)球軸承軸線垂直相交與兩個(gè)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)副中心連線的中點(diǎn)，與大臂支座相連的大臂轉(zhuǎn)動(dòng)副與大臂關(guān)節(jié)球軸承中心成空間等腰三角形布置；環(huán)形旋轉(zhuǎn)大輪通過轉(zhuǎn)動(dòng)副安裝在上述手腕支座上面，在手腕支座一側(cè)旋轉(zhuǎn)大輪外側(cè)設(shè)有與旋轉(zhuǎn)大輪平行的小輪，該大輪和小輪通過一條同步帶傳動(dòng)，伺服電機(jī)通過電機(jī)調(diào)整基座固定在手腕支座上并與上述小輪固連；在大輪上對(duì)稱地設(shè)有兩個(gè)設(shè)有長(zhǎng)形調(diào)整孔的手部調(diào)整基座，把手的兩端通過兩個(gè)擰緊螺釘分別固定在上述手部調(diào)整基座上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種串并混聯(lián)肘腕康復(fù)機(jī)器人，其特征在于所述大輪和小輪或通過皮帶傳動(dòng)，或在大輪和小輪外周設(shè)有齒輪，通過齒輪傳動(dòng)。
全文摘要
一種串并混聯(lián)肘腕康復(fù)機(jī)器人，其主要由大臂支座、手腕支座、連接大臂支座與手腕支座的三個(gè)電動(dòng)缸以及手腕旋轉(zhuǎn)部件組成，在U形大臂基座一端，兩個(gè)上電動(dòng)缸的一端與大臂基座連接，其另一端與手腕支座連接，下電動(dòng)缸的一端與大臂基座連接，其另一端與手腕支座連接；旋轉(zhuǎn)大輪安裝在手腕支座上面，在旋轉(zhuǎn)大輪外側(cè)設(shè)有小輪，該大輪和小輪通過一條同步帶連接，伺服電機(jī)固定在手腕支座上并與上述小輪固連；在大輪上設(shè)有兩個(gè)設(shè)有長(zhǎng)形調(diào)整孔的手部調(diào)整基座，把手的兩端通過兩個(gè)擰緊螺釘固定手部調(diào)整基座上。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，成本低，安全可靠，舒適，同時(shí)適用于左右手臂；各自由度運(yùn)動(dòng)相互解耦，容易控制。
文檔編號(hào)A61H1/02GK103251493SQ201310141180
公開日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月19日
發(fā)明者邊輝, 王唱, 劉曉, 趙鐵石 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)