[发明专利]一种上肢多关节等速训练测试装置

权利要求书

1.一种上肢多关节等速训练测试装置，其特征在于，包括安装在一个测试训练座椅上的上肢测试训练机械臂，所述机械臂包括通过六个电机依次连接的七段连杆，所述连杆包括连接所述座椅的第一连杆和末端的手柄；

所述电机可单独控制，包括：

用于控制上肢肩部沿三个方向旋转的三台肩部电机：肩关节内外翻转电机、肩关节屈伸电机和肩关节内外旋转电机；

用于控制肘部作上下旋转的肘关节屈伸电机；

用于控制手掌上下翻动的腕关节屈伸电机；和

用于控制前臂沿轴向翻转的前臂旋转电机；

所述三台肩部电机的三个旋转轴线，相交于肩窝点；

所述肩关节内外旋转电机的旋转轴线与所述肘关节屈伸电机的旋转轴线，相交于肘关节中心；

所述腕关节屈伸电机的旋转轴线和所述前臂旋转电机的旋转轴线，相交于腕关节中心；

所述肩窝点与所述肘关节中心之间设有供测试者的臂部穿过的转盘轴承；

每台所述电机上安装有位置传感器及力矩传感器，用于检测与所述电机连接的两段连杆之间的相对运动；

测试者的手掌握住所述手柄，所述前臂旋转电机驱动所述手柄横向转动；

所述座椅包括椅面和椅背，所述椅背上设有滑轨，所述机械臂的第一连杆可拆卸地安装于所述滑轨上，可沿所述滑轨平移；

所述椅背与所述椅面之间的角度可调整；

所述连杆的长度可调节，包括可相对滑动后固定的两部分，以适应人体的关节距离；

还包括一控制中心，所述控制中心基于旋量理论，并结合所述位置传感器及所述力矩传感器的反馈，计算并输出各参数控制各电机的旋转，实现各关节的等速运动；

所述控制中心通过PID控制方法控制各电机实现等速运动；

所述方法使用旋量理论对所述机械臂的各个关节机构进行分析，通过确定机构中各关节的相关参数及运动旋量坐标，再通过运动旋量坐标变换及指数积公式得出各关节之间的旋量坐标变换关系，然后通过构造基于指数积方法的雅可比矩阵，即可得到各关节之间的速度关系，最后通过控制改变各参数，实现旋量等速及末端等速，最终实现多关节的等速控制。

2.根据权利要求1所述的上肢多关节等速训练测试装置，其特征在于，各个电机通过交叉滚子轴承连接在相应的连杆上。

3.根据权利要求1所述的上肢多关节等速训练测试装置，其特征在于，肘部连杆固定连接所述转盘轴承的外圈，所述肩关节内外旋转电机使用齿轮传动驱动所述转盘轴承的外圈转动。

4.根据权利要求1所述的上肢多关节等速训练测试装置，其特征在于，每一电机的转子所连接的连杆上，还装有角度限位装置，用于防止两条连杆之间的转角超过设定的限值。