[发明专利]可穿戴式的7自由度上肢运动康复训练外骨骼

摘要

本发明的可穿戴式的7自由度上肢运动康复训练外骨骼包括固定在底座上的支撑杆和外骨骼训练装置，其中外骨骼训练装置由肩部内收/外展关节、屈/伸关节、旋内/旋外关节、肘部屈/伸关节、旋内/旋外关节以及腕部内收/外展关节和屈/伸关节总共七个旋转关节串联而成。采用电机直接驱动关节，其中肩部和肘部两个旋转关节加了一级正齿轮组，结构简单，响应速度快。本发明与现有技术相比，具有更多的运动自由度、能够适应站姿和坐姿训练。外骨骼杆长可以根据患者身材调节，保证穿戴舒适性。关节采用限位结构，提高了安全性。关节处的角度和力矩传感器实时采集每个关节的运动学和动力学数据，方便理疗师后续的分析和制定训练方案，达到最佳康复效果。

主权项

可穿戴式的7自由度上肢运动康复训练外骨骼，其特征包括固定在底座上的支撑杆（1）和外骨骼训练装置，其中外骨骼训练装置包括肩部内收/外展关节（2）、屈/伸关节（3）、旋内/旋外关节（4），肘部屈/伸关节（5）、旋内/旋外关节（6）以及腕部内收/外展关节（7）和屈/伸关节（8）总共七个旋转关节；肩部内收/外展关节（2）由第一姿态调整块（9）、第二姿态调整块（10）、第一关节转接板（14）、第一驱动夹板（11）、第一关节驱动电机（12）和第二驱动夹板（13）组成，第一姿态调整块（9）相邻两侧的其中一侧与支撑杆（1）连接构成移动副，另一侧与第二姿态调整块（10）相邻两侧的其中一侧连接，第二姿态调整块（10）的另一侧与第一关节转接板（14）固定，第一关节转接板（14）的上下两面分别与第一驱动夹板（11）和第二驱动夹板（13）相连构成移动副，第一关节驱动电机（12）固定在第二驱动夹板（13）上；肩部屈/伸关节（3）包括第一关节驱动输出杆（15）、第二关节驱动固定杆（16）和第二关节驱动电机（17），第一关节驱动输出杆（15）的一端与肩部内收/外展关节（2）中的第一关节驱动电机（12）输出轴连接，实现动力传递，另一端与第二关节驱动固定杆（16）的一端相连，第二关节驱动电机（17）固定在第二关节驱动固定杆（16）的另一端，在第一关节驱动输出杆（15）和第一关节驱动电机（12）输出轴连接处安装第一角度和力矩传感器；肩部旋内/旋外关节（4）包括第二关节驱动输出杆（18）、第三关节滑环上固定板（19）、第三关节滑环下固定板（20）、第三关节齿轮保护壳（21）、第三关节正齿轮组（22）、第三关节驱动输出杆（23）、第三关节下滑环（24）、第一限位块（25）、第三关节输出固定杆（26）、第三关节中圈（27）、第三关节上滑环（28）、第二限位块（29）和第三关节驱动电机（30），第二关节驱动输出杆（18）上端与肩部屈/伸关节（3）中的第二关节驱动电机（17）输出轴连接，实现动力传递，第三关节滑环上固定板（19）垂直于第二关节驱动输出杆（18），其一端与第二关节驱动输出杆（18）固定，另一端与第三关节上滑环（28）固定，第三关节滑环下固定板（20）垂直于第二关节驱动输出杆（18），其一端与第二关节驱动输出杆（18）的下端固定，另一端与第三关节下滑环（24）固定，第一限位块（25）和第二限位块（29）均与第三关节上滑环（28）和第三关节下滑环（24）相连，第三关节中圈（27）位于第三关节上滑环（28）和第三关节下滑环（24）中间构成转动副，在第三关节驱动输出杆（23）和第三关节输出固定杆（26）平行于第二关节驱动输出杆（18），它们的上端对称固定在第三关节中圈（27）内侧，实现动力传递，第三关节驱动电机（30）固定在第三关节滑环上固定板（19）上，第三关节驱动电机（30）输出轴连接第三关节正齿轮组（22）中的输入齿轮，第三关节正齿轮组（22）中的输出齿轮固定在第三关节中圈（27）外侧，在第三关节滑环上固定板（19）和第三关节滑环下固定板（20）之间设有第三关节齿轮保护壳（21），在第二关节驱动输出杆（18）和第二关节驱动电机（17）输出轴连接处安装第二角度和力矩传感器，第三关节中圈（27）和第三关节下滑环（24）连接处安装第三角度和力矩传感器；肘部屈/伸关节（5）包括呈“L”形的第三关节驱动输出调节杆（31）、第四关节驱动固定杆（32）和第四关节驱动电机（33），第三关节驱动输出调节杆（31）一端的矩形槽与肩部旋内/旋外关节（4）中的第三关节驱动输出杆（23）一端连接，构成移动副，第三关节驱动输出调节杆（31）的另一端与第四关节驱动固定杆（32）上端固定，第四关节驱动固定杆（32）下端固定第四关节驱动电机（33）；肘部旋内/旋外关节（6）包括第四关节驱动输出杆（34）、第五关节滑环上固定板（35）、第五关节滑环下固定板（36）、第五关节齿轮保护壳（37）、第五关节正齿轮组（38）、第五关节驱动输出杆（39）、第三限位块（40）、第五关节下滑环（41）、第五关节中圈（42）、第四关节驱动输出固定杆（43）、第四限位块（44）、第五关节上滑环（45）和第五关节驱动电机（46），第四关节驱动输出固定杆（43）上端与肩部旋内/旋外关节（4）中的第三关节输出固定杆（26）下端连接构成转动副，第四关节驱动输出杆（34）上端与肘部屈/伸关节（5）中的第四关节驱动电机（32）输出轴连接，实现动力传递，第五关节滑环上固定板（35）垂直于第四关节驱动输出杆（34），其一端与第四关节驱动输出杆（34）固定，另一端与第五关节上滑环（45）固定，第五关节滑环下固定板（36）垂直于第四关节驱动输出杆（34），其一端与第五关节滑环下固定板（36）的下端固定，另一端与第五关节下滑环（41）固定，第三限位块（40）和第四限位块（44）均与第五关节上滑环（45）和第五关节下滑环（41）相连，第五关节中圈（42）位于第五关节上滑环（45）和第五关节下滑环（41）中间构成转动副，第五关节驱动输出杆（39）平行于第四关节驱动输出杆（34），其上端固定在第五关节中圈（42）内侧，第五关节驱动电机（46）固定在第五关节滑环上固定板（35）上，第五关节驱动电机（46）输出轴连接第五关节正齿轮组（38）中的输入齿轮，第五关节正齿轮组（38）中的输出齿轮固定在第五关节中圈（42）外侧，在第五关节滑环上固定板（35）和第五关节滑环下固定板（36）之间设有第五关节齿轮保护壳（37），在第四关节驱动输出杆（34）和第四关节驱动电机（32）输出轴连接处安装第四角度和力矩传感器，第五关节中圈（42）和第五关节下滑环（41）连接处安装第五角度和力矩传感器；腕部内收/外展关节（7）和屈/伸关节（8）包括第六关节驱动固定杆（47）、第六关节驱动电机（48）、呈“L”形的第六关节驱动输出杆（49）、手部固定杆（50）、第七关节驱动输出杆（51）和第七关节驱动电机（52），第六关节驱动固定杆（47）一端的矩形槽连接肘部旋内/旋外关节（6）中的第五关节驱动输出杆（39）下端构成移动副，另一端固定第六关节驱动电机（48），第六关节驱动电机（48）输出轴与第六关节驱动输出杆（49）的一端连接，实现动力传递，第六关节驱动输出杆（49）的另一端固定第七关节驱动电机（52），第七关节驱动电机（52）输出轴连接第七关节驱动输出杆（51）上端，第七关节驱动输出杆（51）下端固定手部固定杆（50），在第六关节驱动输出杆（49）和第六关节驱动电机（48）输出轴连接处安装第六角度和力矩传感器，第七关节驱动输出杆（51）和第七关节驱动电机（52）输出轴连接处安装第七角度和力矩传感器。