[发明专利]一种含被动滑动副的上肢康复外骨骼机构

说明书

本发明涉及一种含被动滑动副的上肢康复外骨骼机构，该上肢康复外骨骼机构包括5个主动关节、4个被动滑动副及3个调整单元，5个主动关节借鉴人体上肢的形态呈串联排布，通过引入4个被动滑动副，将该上肢康复外骨骼机构转化为恰约束系统。第一被动滑动和第二被动滑动副采用双导轨和滑块结构，第三被动滑动副和第四被动滑动副采用双光杆和直线轴承机构，同时，在被动滑动副中增设拉伸弹簧和压簧，使得被动滑动副具有一定的柔弹性，能够对外骨骼主动关节及人体上肢提供一定的支撑作用。在该上肢康复外骨骼机构中引入3个调整单元，能够适应不同患者的身体尺寸，增加该机构的通用性。

技术领域

本发明涉及一种上肢康复外骨骼机构，具体说，涉及含被动滑动副的上肢康复外骨骼机构。

背景技术

为弥补传统人工康复训练的不足，降低医师繁重的工作强度并为患者提供准确、有效的康复医疗服务，国内外一些院校的实验室和康复医疗机构相继开展了穿戴型上肢康复外骨骼机构的相关研究。从运动解剖学、生物力学和人因工程学的角度出发，根据人体上肢的形态构造和功能，对人体上肢的自由度进行分析，得出上肢(不含手掌)具有5个自由度(5-DOF)：肩关节前屈/后伸、内收/外展、旋内/旋外，肘关节屈/伸，前臂旋内/旋外。针对人体上肢各关节的活动范围和自由度要求，设计和综合上肢康复机器人的本体构型和驱动方式，实现对患者上肢的精确康复训练、柔性训练，并且实时准确地调整施加在患肢上的运动参数和力/矩参数。

目前，华盛顿大学的Perry开发了7-DOF外骨骼式上肢康复机器人CADEN-7，从机构学角度看，两者自由度数量相，CADEN-7与人体上肢形成恰约束人机闭链；除上臂、前臂旋内/旋外，其余转动关节采用绳驱动方式，具有一定的柔性，但动力传递路线长、结构较为复杂。加拿大女王大学的Ball将肩胛带对上肢运动的影响考虑在内，开发了一种绳驱动的6-DOF上肢康复机器人MEDARM，在肩锁关节处、肩胛骨设置了两转动副，其余分布在肩、肘部位，以使外骨骼机构中心运动轨迹逼近肩部盂肱关节的自然运动轨迹。加州大学欧文分校的Norman基于患者的主动训练与运动参数研制了5-DOF机器人外骨骼T-WREX，不设置驱动装置，在各关节处增加运动参数测量系统；随后Wolbrecht开发了用于上肢的肩、肘被动训练的5-DOF Pneu-WREX，采用具有一定柔弹性的气动驱动，帮助患者进行被动康复训练。美国亚利桑那大学的He JP(何际平)与华中科技大学的Huang J(黄剑)研发了基于人工气动息肉(PM)的4-DOF、5-DOF的上肢往复训练装置RUPERT，其中，5-DOF的RUPERT能够针对患者的肩、肘和腕屈/伸进行训练，其系统运动特征与人体上肢相似，具较好的柔顺性。瑞典皇家理工学院的Nef T与Balgrist大学附属医院合作开发了电机驱动的上肢康复机器人系统—ARMin(6-DOF)、ARMinII、ARMinIII，采用运动解剖学和人机工程学分析上肢肩关节的运动规律和特性，拟合出肩部盂肱关节中心的位置函数，并将CGH位置映射到机器人系统。国内一些高校和研究单位同样开发和研制了人体上肢康复机器人系统，如哈尔滨工业大学的HIT系统、华中科技大学的AERR系统、浙江大学的ZJUARM系统、广州一康的A6系统。

当前外骨骼机构的肩关节主要由二或三个轴线彼此正交于定转心的转动副复合而成，肘关节为定轴线单自由度转动副，肩、肘关节拟人体上肢对应关节的分布特征布置，构件尺度则参照人体上肢的体征参数来确定。在人机连接方式上，固连于外骨骼的穿戴具以紧致穿戴的方式与上臂、前臂的中下部连接。这类外骨骼机构设计的优点是借鉴了人体上肢的运动解剖结构特征，人机关节之间对应性好，能够获得构型简约的外骨骼机构。