[发明专利]一种带自张紧功能钢丝绳传动的上肢康复臂

说明书

本发明涉及仿生结构的机器人，特涉及一种带自张紧功能钢丝绳传动的上肢康复臂。本发明包括气动肌肉执行组件和可穿戴外骨骼组件；可穿戴外骨骼组件由两个结构相同的单臂部件和背部支架组成；两个单臂部件中的肩关节分别安装在背部支架的基座接头上，两个肩关节轴分别经各自的肩部钢丝牵引线与背部支架中各自的气动肌肉连接。本发明的装置将驱动执行器从外骨骼本体剥离出来，大大的降低了外骨骼的重量、简化了结构。

技术领域

本发明涉及仿生结构的机器人，特涉及一种带自张紧功能钢丝绳传动的上肢康复臂。

背景技术

脑卒中(Stroke)，俗称中风，是一种突然起病的脑血管疾病，也是脑血管疾病最严重的并发症。脑卒中被认为是威胁人类健康的三大疾病之一。据统计，中国每年有多达达200万人发生脑中风疾病，脑卒中患者现在尚存700万人，其中450万例患者偏瘫或瘫痪，肢体不同程度丧失活动能力，生活不能自理，致残率高达75％。人体上肢在日常生活中承担着非常重要的责任，完成各种精细复杂的活动，上肢运动功能障碍将严重影响人们的日常生活。因此，偏瘫患者的上肢运动功能重建是康复医学研究领域的重要课题。临床医学的研究表明，大多数的脑卒中患者通过广泛和重复的任务型练习可以一定程度地恢复肢体运动能力。

目前上肢康复机器人按机械结构可分为末端牵引式和外骨骼式两类。末端牵引式康复机器人在康复运动中，其末端通常与患者手腕固联在一起，通过康复机器人末端执行器的运动带动患肢运动，其很难对患者上肢中某单个关节作独立的主动或被动康复运动。此外，该类康复机器人与患者通常仅仅通过手腕相连，康复运动时，其反作用力可能对患者手腕或患者肢体其他部分造成伤害。外骨骼式康复机器人可以直接穿戴于人体，其各自由度受人体关节的运动方式及尺寸的限制，因此机构较为复杂，由于该类康复机器人各关节依附与人体，机器人及患者肢体的重量及惯性会影响机器人的驱动特性和运动特性。然而，外骨骼康复机器人关节空间与人体关节空间几乎一致，安全性高，且在轨迹控制中无需进行空间转换的计算。此外，在康复运动中，机器人对患者上肢即可以对单个关节，也可以对多关节同时作主动、被动康复运动。因此，相比于末端牵引式康复机器人，外骨骼式康复机器人能提供更灵活、更安全、更丰富的康复运动。

上肢康复训练机器人是将机器人技术领域与康复治疗医学领域结合而产生的，是一种补充或替代专业医师完成人体上肢康复训练的新技术，它的出现为上肢偏瘫患者的康复治疗开辟了新的道路，弥补了偏瘫患者临床治疗的不足。康复训练机器人的治疗方法是将患肢与机器人相连，患者肢体在机器人的带动下，完成各种动作，刺激人体上肢关节及肌肉的神经控制系统，从而达到恢复患者肢体运动机能的目的。这种方式减轻了对治疗医师的依赖，它能帮助医疗师完成繁重、反复的康复训练任务，帮助患者更好的恢复肢体运动机能。

外骨骼上肢康复机器人是一种与偏瘫患者身体直接接触的康复医疗装备，其安全性和柔顺性非常重要，此外，康复运动要力求平稳、自然，而这些主要依赖于康复机器人的执行器。目前大多数康复机器人采用电机驱动，其它类型的执行器主要是气动肌肉、气缸及液压等。其中，气动肌肉的主要优点在于其动作方式、响应时间、伸缩范围与生物肌肉较为相似，其非线性特性与人体骨骼肌相近，具备电机等执行器所没有的固有柔顺性；其次，气动肌肉重量轻、输出拉力大、结构紧凑、使用灵活、洁净，而且可直接驱动负载，无需齿轮等减速机构，利于康复机器人的轻型化、简单化。此外，气动肌肉的运动行程受自身长度、输入气压等限制，只能在有限范围内运动，因此气动肌肉在康复机器人的驱动中，比电机更安全、可靠；此外，由两根气动肌肉以双端反向对拉方式驱动的气动肌肉驱动关节的结构与生物关节类似，能同时对气动肌肉驱动关节的位置和刚度进行控制，而这一特性正是单个电机驱动的机械臂所不具备的。因此，气动肌肉相对于电机等其它执行器更能保证康复机器人的安全性与柔顺性。

发明内容