[发明专利]一种基于混合驱动的七自由度上肢康复机器人

摘要

本发明公布了一种基于混合驱动的七自由度上肢康复机器人，涉及医疗康复技术领域，它包括三个模块：肩关节旋内/旋外运动模块；肩关节伸屈、内收/外展和肘关节屈伸、旋前/旋后模块；腕关节桡侧屈/尺侧屈、背伸/掌屈运动模块；可以实现七个自由度的运动。在其七个自由度的配合下，机器人可以模拟并实现人体上肢的各项运动，七个自由度既可以单独实现各个关节的独立运动也可以各个关节的联合运动实现空间运动。本设计更加符合人体结构，运动过程更加趋近人体手臂的活动规律，同时，机器人的腕关节部分采用钢丝绳驱动，而驱动电机则被后移，安装在肩关节悬臂横板上，减轻了腕关节部分的重量，使得腕关节部分的控制更为方便、结构更为简单紧凑。

主权项

1.一种基于混合驱动的七自由度上肢康复机器人，其特征在于，包括肩关节旋内/旋外运动模块部分；肩关节伸屈、内收/外展和肘关节屈伸、旋前/旋后模块部分；腕关节桡侧屈/尺侧屈和背伸/掌屈运动模块部分；所述肩关节旋内/旋外运动模块部分包括肩部悬臂横板(6)、肩关节旋转电机(1)、齿轮系结构(8)、旋转臂(9)、侧臂(13)、肩关节屈伸电机(14)、柔弹性关节(17)、传动齿轮系(15)、导轨(16)、腕关节内收电机(2)、腕关节侧屈电机(3)、短压轮(4)、长压轮(5)、第一短钢丝绳固定板(10)、钢丝绳下部(18)、短齿形皮带(12)、长齿形皮带(11)；所述肩部悬臂横板(6)上端面上固定设置有短压轮(4)、长压轮(5)、腕关节侧屈电机(3)、腕关节内收电机(2)、长钢丝绳固定板(7)和第一短钢丝绳固定板(10)；所述肩部悬臂横板(6)上端面上左侧固定设置有短压轮(4)和长压轮(5)；所述短压轮(4)和长压轮(5)并列分布，所述短压轮(4)和长压轮(5)右侧分别设置有腕关节侧屈电机(3)和腕关节内收电机(2)；所述腕关节侧屈电机(3)和腕关节内收电机(2)右侧分别设置有长钢丝绳固定板(7)和第一短钢丝绳固定板(10)；所述第一短钢丝绳固定板(10)右侧设置有齿轮系结构(8)；所述齿轮系结构(8)中的电机锥型主动齿轮(8‑1)输入端与肩关节旋转电机(1)相连接；所述齿轮系结构(8)中的承重轴(8‑4)的一端凸出于肩部悬臂横板(6)下侧面；所述承重轴(8‑4)凸出肩部悬臂横板(6)下侧面部分通过齿轮系结构(8)中的大轴承(8‑3)安装有旋转臂(9)；所述旋转臂(9)为C形；所述旋转臂(9)一端固定安装有侧臂(13)；所述侧臂(13)为U形结构；所述侧臂(13)上安装有肩关节屈伸电机(14)；所述肩关节屈伸电机(14)通过柔弹性关节(17)与传动齿轮系(15)相连接；所述传动齿轮系(15)中的传动承重轴(15‑5)上还安装有导轨(16)；所述导轨(16)置于侧臂(13)U形结构之间；所述导轨(16)置于肩关节伸屈、内收/外展和肘关节屈伸、旋前/旋后模块部分中的第一支撑架(19)内；所述肩关节伸屈、内收/外展和肘关节屈伸、旋前/旋后模块部分包括第一支撑架(19)、肩关节内收外展电机(29)、内齿轮传动系(20)、连接板(22)、大内外圈圆弧导轨(21)、肘关节伸屈电机(25)、支撑板(23)、齿形轮(24)、小内外圈圆弧导轨(28)、外齿轮系(27)；所述内齿轮传动系(20)包括大C型齿轮(20‑1)、大C型滑轨一(20‑2)、大C型滑轨二(20‑3)、大C型齿轮基板(20‑4)和大C型电机齿轮(20‑5)；所述大内外圈圆弧导轨(21)内侧壁上固定设置有大C型齿轮基板(20‑4)；所述大C型齿轮基板(20‑4)宽度方向上两侧凸出于大内外圈圆弧导轨(21)；所述大C型齿轮基板(20‑4)外侧面上固定有大C型齿轮(20‑1)和大C型滑轨二(20‑3)；其中，大C型齿轮(20‑1)与大C型电机齿轮(20‑5)相啮合；所述大C型齿轮(20‑1)和大C型滑轨二(20‑3)之间设置有大C型滑轨一(20‑2)；所述第一支撑架(19)在大C型滑轨二(20‑3)和大C型滑轨一(20‑2)两滑轨内侧且沿大内外圈圆弧导轨(21)滑动；所述第一支撑架(19)外侧面为U形结构，所述导轨(16)置于第一支撑架(19)外侧面的U形结构内，并可沿U形结构滑动；所述第一支撑架(19)外侧面的U形结构侧面上固定有肩关节内收外展电机(29)；所述大C型齿轮基板(20‑4)外侧面上固定有连接板(22)；所述连接板(22)通过螺栓与支撑板(23)相连接；所述支撑板(23)与连接板(22)螺栓连接处设置有齿形轮(24)；所述齿形轮(24)置于支撑板(23)上；所述外齿轮系(27)包括小C型滑轨一(27‑1)、小C型滑轨二(27‑2)、小C型齿轮(27‑3)和小C型齿轮基板(27‑4)；所述支撑板(23)固定在小内外圈圆弧导轨(28)的外圈上；所述小内外圈圆弧导轨(28)内圈上固定有小C型齿轮基板(27‑4)；所述支撑板(23)与小C型齿轮基板(27‑4)之间固定设置有小C型滑轨一(27‑1)、小C型滑轨二(27‑2)；所述小C型滑轨一(27‑1)、小C型滑轨二(27‑2)之间设置有小内外圈圆弧导轨(28)；所述小C型齿轮(27‑3)固定在小C型齿轮基板(27‑4)的外侧面上，所述小C型齿轮(27‑3)与肘关节旋转电机(26)上连接的齿轮相啮合；所述腕关节桡侧屈/尺侧屈和背伸/掌屈运动模块部分包括调节板(41)、支撑架(32)、L型板(33)、大圆盘槽轮(31)、短钢丝绳固定板(30)、调节钢丝绳(42)、手柄(40)、手托(37)、小圆盘槽轮(35)、小七号轴(39)和长丝绳固定板(34)；所述调节板(41)一端固定在小C型齿轮基板(27‑4)上，另一端安装支撑架(32)；所述短钢丝绳固定板(30)固定在调节板(41)上；所述大圆盘槽轮(31)通过小六号轴(38)支撑；所述小六号轴(38)固定在支撑架(32)上；所述短钢丝绳固定板(30)与大圆盘槽轮(31)在同一侧，并通过调节钢丝绳(42)相连接；所述L型板(33)固定在支撑架(32)的下侧面，L型板(33)安装有小七号轴(39)；所述小七号轴(39)上安装有小圆盘槽轮(35)和手托(37)；且手托(37)置于小圆盘槽轮(35)的上端面；所述手托(37)一端开设有槽；所述槽内设置有手柄(40)。