[发明专利]外骨骼式上肢康复机器人

说明书

技术领域

本发明涉及一种康复机器人，特别涉及一种通过助动人体肩胛骨旋转来实现上肢康复的外骨骼式上肢康复机器人。

背景技术

人类的上臂在做前屈或外展运动时，要带动肩胛骨在一定的范围内，按一定的比例做旋转运动。若将人类的上臂以自然铅锤放置的位置为基准，上臂前屈或外展运动的转角不超过30°时，肩胛骨不会被带动做任何旋转运动。一旦上臂前屈或外展运动的转角超过30°后，上臂每前屈或外展2°，肩胛骨旋转1°，这就是著名的上臂连带肩胛骨运动的2-1规律。上臂的前屈和外展运动分别发生在两个相互正交的平面内，但不论是前屈运动还是外展运动，肩胛骨都始终在平行于外展运动的平面内，按2-1规律做旋转运动。肩胛骨的旋转运动是通过连接上臂肱骨与肩胛骨的有关肌肉来实现的。当发生中风、偏瘫、肌肉麻痹等疾患时，会造成带动肩胛骨运动的肌肉的收缩功能丧失，从而上臂连带肩胛骨运动的能力也就丧失了。这时若强行驱使上臂做前屈或外展运动，肱骨与肩胛骨之间相连的肌肉反而会被拉伤。

上肢康复的传统治疗方法是康复理疗师手把手辅助患者进行训练，理疗师的一只手在前屈或外展患者的上臂时，另一只手同时要按2-1规律旋转患者的肩胛骨。这种方法存在诸多问题，首先是理疗师的工作劳动强度很大，训练任务繁重，没有更多的时间和精力专注于临床数据的分析及治疗方案的改进，其次是训练效果受理疗师的主观影响较大，最重要的是理疗师不能精确、持久地保证肩胛骨是按照人体运动学的2-1规律做旋转运动的，这样反而会对丧失收缩功能的肌肉造成进一步的拉伤。

现有的用于上肢康复的训练机器人，虽然利用机器人的相关技术减轻了理疗师的负担，提高了训练效率，但存在的问题是其技术并没有涉及上臂连带肩胛骨运动的2-1规律，由于机器人的刚性特点，反而有可能会对丧失收缩功能的肌肉造成进一步的拉伤。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种外骨骼式上肢康复机器人，其遵循人体关节运动学的上臂连带肩胛骨运动的2-1规律，通过助动人体肩胛骨让机械上臂在辅助人的上臂做前屈或外展时，按2-1规律助动肩胛骨做旋转运动。

为实现上述目的，本发明由以下技术方案来实现：本发明是一种外骨骼式上肢康复机器人，包括上臂部100，上臂前屈助动部200，上臂外展助动部300，肩胛骨旋转助动部400，传动部500及支架部600。上臂部100通过箍紧套101将人的上臂与机械上臂102柔性地箍连在一起，机械上臂102固定在与上臂前屈助动部200固连的传动部500的传动轮501上，上臂前屈助动部200通过水平导杆204连接于上臂外展助动部300，上臂外展助动部300通过螺杆604和垂直导杆603固定在支架601上，肩胛骨旋转助动部400通过水平导杆602固定在支架601上，传动部500通过传动轮501和502、细钢缆503和504，转向轮507、前屈传动轮511及外展传动轮512连接连接上臂前屈助动部200、上臂外展助动部300和肩胛骨旋转助动部400，带动上臂部100完成前屈/外展运动，前屈传动轮511的直径是传动轮501直径的2倍，前屈转角与肩胛骨转角按1:2的规律转动，外展传动轮512的直径是传动轮502直径的2倍，外展转角与肩胛骨转角按1:2的规律转动。

所述的上臂部100主要包括箍紧套101和机械上臂102，箍紧套101通过固定件103固定在机械上臂102的上端内侧。

所述的上臂前屈助动部200主要包括直流伺服电机201、法兰盘202、传动轴203、水平导杆204、水平位置调节块205和206，直流伺服电机201与法兰盘202依次固定于水平位置调节块205上，直流伺服电机输出轴207与传动轴203通过紧钉螺钉208连接，水平导杆204贯穿水平位置调节块205和水平位置调节块206，水平位置调节块206通过锁紧螺母211固定于水平导杆204靠近上臂外展助动部300的一端，水平位置调节块205通过紧钉螺钉209连接于水平导杆204靠近上臂部100的一端，松动紧钉螺钉209可沿水平导杆204水平移动水平位置调节块205。