[发明专利]一种可穿戴式二自由度肘部康复训练装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种肘部康复训练装置，具体涉及一种可穿戴式二自由度肘部康复训练装置，属于医疗器械领域。

背景技术

外骨骼机器人是一种复杂的人机结合的技术，它融合了机械、传感、控制、信息、电子技术以及人工智能等众多科学领域知识，将人的智能和机械动力装置的机械能结合在一起，通过人机物理接触传递力和运动来实现动作辅助和姿态检测等功能，同时依靠传感器与穿戴者实现信息交互。

经过40多年的发展，外骨骼在很多领域都有了越来越普遍的应用。比如，军事上，外骨骼的辅助会使部队在野外作战的持久力增强，外骨骼为士兵提供能量，士兵身上的负重由外骨骼承担，使单兵作战能力大大提高；民用上。外骨骼可以用来搬运东西，在大型工程施工中或者在物料搬运作业中，可以使劳动者耐力更持久；医学上，外骨骼机器人可以广泛应用在康复医学中，患者通过穿戴外骨骼机器人不但可以进行有效的功能康复训练，而且可以通过自身肌电信号控制帮助患者康复肌肉，促进中枢系统恢复。随着社会现代化、工业化进程的进一步深入，机械外骨骼的应用将会涉及到人类生活生产的各个方面，可以预见，机械外骨骼的前景是非常广大的。

在外骨骼设计方面，结构拟人化是它的一个重要特性，也是安全性和舒适性的保障。人体上肢主要包括肩部、肘部和腕部3个生理关节，其能够完成极其复杂精细的运动，如果想完整地复现该运动，上肢外骨骼机器人需要完整地复现该运动，上肢外骨骼机器人需要数目众多的自由度，但这会导致机构笨重和控制冗余等问题。因此，需要分析人体上肢生理运动形式并作适度简化，获取外骨骼设计可用的运动学模型，同时保证良好的人机运动链相容性。现有的上肢外骨骼机器人大多采用七自由度串联运动学模型，即肩部屈/伸(前后摆)，内收/外展(左右摆)，内旋/外旋(大臂自转)；肘部屈/伸；腕部内旋/外旋、内收/外展、屈/伸。由于肩部内旋/外旋自由度既可以看作在肩关节完成也可以看作在肘关节完成，所以，肩关节和肘关节通常有两种布置办法，一种是肩关节三个完整自由度加上肘关节单自由度，一种是肩关节屈/伸，内收/外展自由度加上肘关节屈/伸，绕大臂内旋/外旋自由度，第二种安排更符合人体结构，但是由于肘关节绕大臂的内旋/外旋自由度的转轴是位于人体大臂骨骼中心线，所以在结构设计上更具有难度。现有的结构主要是下面两种：第一种是通过导轨滑块实现，即在小臂与大臂连接处设置弧形滑轨，手腕内旋/外旋时，小臂与大臂之间通过滑块在弧形滑轨里滑动来实现相对运动，也保证了内旋/外旋的旋转轴在手臂中心。第二种是通过回转轮实现的，人手臂直接从回转轮中穿过，手腕内旋/外旋时，回转轮之间相对转动，从而实现在肘关节内旋/外旋时，保证了回转中心与人体手臂中心重合。但是这两种方式都不方便对于肘关节驱动的添加，并且结构比较复杂，精度和效率都比较低，适应性比较小。

发明内容

本发明为解决现有肘部康复装置不方便对于肘关节驱动的添加，且结构复杂，精度和效率较低，适应性差的问题，进而提出一种可穿戴式二自由度肘部康复训练装置。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明包括小臂、大臂、连杆组件、第一电机、第二电机和连接板，第一电机安装在小臂的一端，连接板的一端与第一电机的转动轴连接，连接板的另一端通过连杆组件与大臂的一端连接，第二电机的转动轴与连杆组件连接。

进一步的，连杆组件包括第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆和第六连杆，第一连杆的一端与第二连杆的一端连接，第二连杆的另一端与第四连杆的一端连接，第四连杆的另一端与第六连杆的一端连接，第六连杆的另一端与第五连杆的一端连接，第五连杆的另一端与第三连杆的一端连接，第三连杆的另一端第一连杆的另一端连接，且第三连杆与第一连杆的连接处与大臂的一端连接，第一连杆的另一端与第二电机的转动轴连接，第六连杆的中部与连接板的另一端连接，第四连杆的中部与第六连杆的中部铰接。

进一步的，本发明还包括第一绑带、第二绑带、第三绑带和第四绑带，第一绑带和第二绑带并排设置在小臂的内侧，第三绑带和第四绑带并排设置在大臂的内侧。

本发明的有益效果是：1、本发明利用一种全新的双平行四边形机构实现手腕的内旋或外旋动作，机构简单、稳定性好、精度高、便于穿戴；2、本发明减小了关节体积、重量及复杂程度；3、本发明使得肘关节与人体结构更加匹配，内旋或外旋、屈伸自由度转轴的重合性更好，穿戴更加舒适，不会有干涉。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图，图2是本发明的立体结构示意图，图3是本发明的数学原理图。