[发明专利]一种可控变刚度柔性肘关节康复机器人

说明书

技术领域

本发明属于医疗康复训练设备技术领域，涉及一种康复训练连机器人，具体为一种可控变刚度柔性肘关节康复机器人，该机器人能直接作用于患者进行康复训练。

背景技术

随着科学技术的进步、医疗水平的提高和居民生活水平的改善，我国正步入老龄化社会，年长人口规模逐年增大。在老龄人群中有大量的脑血管疾病、肌肉萎缩肌无力或神经系统疾病患者，这类患者多数伴有偏瘫症状。由于患心脑血管疾病使中老年患者出现偏瘫的人数不断增多，而且在年龄上呈现年轻化趋势。同时，由于交通运输工具数量的迅速增长，因交通事故而造成肢体损伤的人数也越来越多。临床医学和医学理论证明，这类患者除了前期手术治疗和药物治疗外，正确、科学、合理的康复训练对于肢体运动功能的恢复起到十分重要的作用。然而如果采用人工辅助患者进行康复训练，则需要几个护理人员同时协调工作，而且极易由于疲劳产生运动不准确而达不到训练效果。因此采用康复训练机器人来辅助病人进行康复训练十分必要。康复机器人是一种穿戴式的辅助人们运动的人机系统，是近年来发展起来的一种新的运动神经康复治疗技术。它可辅助或者替代医师完成患肢康复训练，其出现为偏瘫康复开辟了新的技术途径，弥补了临床运动治疗的诸多不足。

人体关节的运动来自于骨骼肌的伸张/收缩，在康复机器人领域关节的驱动主要采用气缸、液压缸、电动缸和气动肌肉。前三者驱动方式使机器人系统在结构上呈刚性，若要在通过控制实现一定的柔顺性会使控制变得复杂；气动肌肉的力/长度输出特性与生物肌肉的力/长度特性很相似，国内外对其应用在柔性关节上研究较多，但也存在一些缺点：气动人工肌肉与传统气动执行元件相比行程小（气动人工肌肉空载时可达20%；有载时只可达到10%；而有的传统气缸可达到40%)；气动人工肌肉的变形为非线性环节，具有时变性,使准确控制其位移十分困难。

发明内容

本发明的目的在针对已有技术存在的缺陷，提供一种可控变刚度柔性肘关节康复机器人，其执行器为柔性驱动器，使患者在康复训练时有较好的舒适性和安全性，并且康复机器人关节的刚度控制和位置控制可以分开，以降低控制难度，实现良好的柔顺性。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种可控变刚度柔性肘关节康复机器人，包括穿戴式外骨骼机构和非线性驱动器，非线性驱动器包括连杆-弹簧非线性机构和电机丝杆直线驱动机构；其特征在于：

1). 所述穿戴式外骨骼机构包括大臂、大臂支撑架、大臂调节轴、大臂支撑架底座、肘关节连接块、关节连接销轴、肘关节驱动轮、编码器安装弹簧片、编码器、小臂、小臂支撑架、小臂调节轴和小臂支撑底座，所述大臂支撑架为U型支架，U字形支架底端与大臂调节轴固连，大臂调节轴通过螺钉与大臂支撑架底座相连，大臂支撑架底座与大臂固连，肘关节连接块分别与肘关节驱动轮、小臂固连，大臂通过关节连接销轴与肘关节连接块转动连接，构成转动副，编码器安装弹簧片将编码器与肘关节驱动轮相连，小臂与小臂支撑底座固连，小臂调节轴通过螺钉与小臂支撑底座相连，小臂支撑底座与小臂支撑架U字型底部固连；

2). 所述连杆-弹簧非线性机构包括机架、从动摇杆底座、从动摇杆转动轴、从动摇杆弹簧、摇杆-连杆连接轴、连杆、主动摇杆、滚筒、主动摇杆转动轴和主动摇杆底座，所述从动摇杆底座固连在机架上，通过从动摇杆转动轴与从动摇杆转动相连，从动摇杆与连杆由摇杆-连杆连接轴转动相连，弹簧一端与从动摇杆转动轴相连，另一端与连杆下端通过销轴相连，摇杆-连杆连接轴将连杆与主动摇杆转动相连，主动摇杆固连在滚筒上，滚筒与前后2个主动摇杆底座由主动摇杆转动轴转动相连构成转动副；

3). 所述电机丝杆直线机构包括动滑轮、销轴、动滑轮支架、丝杆、丝杆螺母套、大带轮、同步带、小带轮、支、电机、套筒和端盖，所述动滑轮通过销轴支承在动滑轮支架上，丝杆前端有螺纹与动滑轮连接架固定相连，大带与丝杆螺母固连，同步带将小带轮与大带轮相连，电机输出轴通过键与小带轮相连，电机固定在支架上，丝杆螺母套与套筒同样固定在支架上，端盖固定在套筒；

4). 所述两个连杆-弹簧非线性机构分别安装在穿戴式外骨骼机构的大臂和小臂的下方，所述两个电机丝杆直线运动机构分别安装在两个连杆-弹簧非线性机构的下方；一根钢丝绳的的一端绕在一个连杆-弹簧非线性机构的滚筒上，然后依次绕过同侧安装的电机丝杆直线运动机构的动滑轮、穿戴式外骨骼机构的肘关节驱动轮、另一电机丝杆直线运动机构的动滑轮，最后另一端绕在另一个连杆-弹簧非线性机构的滚筒上。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著技术进步：