三自由度肩、肘关节力反馈式康复机器人.pdf

本发明提供的是一种三自由度肩、肘关节力反馈式康复机器人。它包括底座，安装在底座上的直行电机，安装在直行电机上的回转电机支座，安装在回转电机支座内的回转电机，与回转电机相连的仰俯电机支座，安装在仰俯电机支座上的仰俯电机，仰俯电机通过小齿轮、大齿轮连接悬臂转轴，悬臂安装在悬臂转轴上，悬臂转轴一侧的悬臂上设置有直线导轨、滚珠丝杠、悬臂电机、丝杠螺母、手柄，悬臂转轴另一侧的悬臂上设置配重。本发明主要特点是针对肩、肘关节既可以分别进行单关节运动训练，也可以进行双关节复合运动训练；肩关节运动训练空间增大；可训练自由度数目多；控制算法简单；有力反馈使运动更加准确、可靠，同时可提供末端力学信息检测。

权利要求书
1、  一种三自由度肩、肘关节力反馈式康复机器人，其特征是：它包括底座[1]，安装在底座[1]上的直行电机[2]，安装在直行电机[2]上的回转电机支座[4]，安装在回转电机支座[4]内的回转电机[3]，与回转电机[3]相连的仰俯电机支座[7]，安装在仰俯电机支座[7]上的仰俯电机[17]，仰俯电机[17]通过小齿轮[8]带动大齿轮[18]，大齿轮[18]连接悬臂转轴[19]，悬臂[9]安装在悬臂转轴[19]上，悬臂转轴[19]一侧的悬臂[9]上设置有直线导轨[20]、滚珠丝杠[21]、连接于滚珠丝杠[21]一端的悬臂电机[10]、与滚珠丝杠[21]相配合且可沿直线导轨[20]移动的丝杠螺母[12]、设置于丝杠螺母[12]上的手柄[13]，悬臂转轴[19]另一侧的悬臂[9]上设置配重[16]。

2、  根据权利要求1所述的三自由度肩、肘关节力反馈式康复机器人，其特征是：悬臂[9]上还带有通过直线轴承副[24]设置于导轨上的水平手柄[23]，导轨上弹簧[22]。

3、  根据权利要求1或2所述的三自由度肩、肘关节力反馈式康复机器人，其特征是：手柄[13]和水平手柄[23]上设置有力传感器[14]。

说明书三自由度肩、肘关节力反馈式康复机器人
(一)技术领域
本发明涉及一种机器人，具体地说是一种用于辅助偏瘫上肢患者肩、肘关节进行康复训练的机器人。
(二)背景技术
据有关资料，我国脑血管患者年发病率为200/10万人，每年新发病例为150万以上，给国家造成的经济损失达100亿/年以上。不言而喻，偏瘫给社会和家庭带来了沉重的经济负担，也严重地影响了患者的生活质量。
神经康复治疗过程是一项艰苦的工作，主要依靠康复医师对患者进行一对一的手工操作。机器人技术在节省劳力、精确控制运动、记录相关参数，针对不同的实际情况提供不同的训练策略等方面具有很强的优势。
目前市场上研发的康复机器人特点是：主要用于单关节康复训练、自由度数目少、运动空间不大以及缺乏力学检测等。针对现状开发了新型上肢康复训练机器人，可以满足临床的进一步要求。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种针对肩、肘关节既可以分别进行单关节运动训练，也可以进行双关节复合运动训练；肩关节运动训练空间大；可训练自由度数目多；运动更加准确、可靠，同时可提供末端力学信息检测的三自由度肩、肘关节力反馈式康复机器人。
本发明的目的是这样实现的：
它包括底座1，安装在底座1上的直行电机2，安装在直行电机2上的回转电机支座4，安装在回转电机支座4内的回转电机3，与回转电机3相连的仰俯电机支座7，安装在仰俯电机支座7上的仰俯电机17，仰俯电机17通过小齿轮8带动大齿轮18，大齿轮18连接悬臂转轴19，悬臂9安装在悬臂转轴19上，悬臂转轴19一侧的悬臂9上设置有直线导轨20、滚珠丝杠21、连接于滚珠丝杠21一端的悬臂电机10、与滚珠丝杠21相配合且可沿直线导轨20移动的丝杠螺母12、设置于丝杠螺母12上的手柄13，悬臂转轴19另一侧的悬臂9上设置配重16。
本发明还可以包括：
1、悬臂9上还带有通过直线轴承副24设置于导轨上的水平手柄23，导轨上弹簧22。
2、手柄13和水平手柄23上设置有力传感器14。
本发明提供了一种针对肩、肘关节康复训练的机器人，其主要特点是针对肩、肘关节既可以分别进行单关节运动训练，也可以进行双关节复合运动训练；肩关节运动训练空间增大；可训练自由度数目多；控制算法简单；有力反馈使运动更加准确、可靠，同时可提供末端力学信息检测。
其中悬臂9承载患者上肢，手掌固定或握持在手柄13上。直行电机2沿垂直方向上下移动，用于调整肩关节位置高度。回转电机3驱动可使悬臂9在水平面内转动，使上肢完成圆弧轨迹训练。仰俯电机17驱动小齿轮以及大齿轮传动，使悬臂9承载患者上肢完成肩关节仰俯训练。悬臂电机10驱动滚珠丝杠21通过丝杠螺母12带动手柄13完成上肢沿直线轨迹训练。配重16用来平衡悬臂9前端承载的重量，保持其平衡。另外，当患肢有一定自主能力时，可使用水平手柄23通过直线轴承副24沿直线进行训练。手柄13、水平手柄23内都安装有力传感器14，通过传感器反馈将使电机输出力控制更加准确、安全，同时利用反馈的信息也能用于康复指标的评价。
(四)附图说明
图1是本发明的主视图；
图2是图1的俯视图。
(五)具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1和图2，三自由度肩、肘关节力反馈式康复机器人的组成包括底座1、直行电机2、回转电机3、回转电机支座4、联轴器5、轴承6、仰俯电机支座7、小齿轮8、悬臂9、悬臂电机10、联轴器11、丝杠螺母12、手柄13、力传感器14、锁紧螺母15、配重16、仰俯电机17、大齿轮18、悬臂转轴19、直线导轨20、滚珠丝杠21、弹簧22、水平手柄23、直线轴承副24、转轴轴承座25、圆柱销26。
直行电机2通过螺栓固定在底座1，回转电机支座4通过螺栓固定在直行电机2输出端。回转电机3固定在回转电机支座4上，它通过联轴器5、轴承6驱动仰俯电机支座7，轴承6安装在回转电机支座4上。仰俯电机17通过螺栓固定在俯电机支座7上，仰俯电机17驱动小齿轮8通过大齿轮18传动，大齿轮18带动转轴转动，大齿轮18与悬臂转轴19通过键相连。悬臂转轴19安装在转轴轴承座25上，它通过两个圆柱销与悬臂9连接，大齿轮18带动悬臂转轴19转动从而使悬臂9完成仰俯动作。悬臂电机10安装在悬臂9上，它通过联轴器11驱动滚珠丝杠21使丝杠螺母12带动手柄13沿直线导轨20运动。两个力传感器14分别安装在手柄13、水平手柄23内，这两个手柄分别固定在丝杠螺母12、直线轴承副24上。直线轴承副24、驱动滚珠丝杠21都安装在悬臂9的支座上，弹簧22安在直线轴承副24上，两端分别和接触面固定。配重16安装在悬臂9末端并用锁紧螺母15锁住，配重16用来平衡悬臂9左侧及其承载的重量。