[发明专利]基于串联弹性驱动器的上肢用康复外骨骼机器人

摘要

本发明公开了一种基于串联弹性驱动器的上肢用康复外骨骼机器人，属于医疗器械领域。它包括移动机架、高度调节模块、肩部上提/下降关节、外摆/内收关节、前屈/后伸关节、旋内/旋外关节、肘部前屈/后伸关节、以及手部模块；肩部上提/下降关节通过重力平衡机构实现竖直方向的运动；肩部外摆/内收关节、前屈/后伸关节、旋内/旋外关节以及肘部前屈/后伸关节采用串联弹性驱动器驱动；串联弹性驱动器内置编码器，用于测量外骨骼整体姿态；手部模块安装有六维力传感器，用于测量人机交互力；本专利具有左上肢和右上肢两种工作模式，降低了医疗康复设备成本，并能针对患者的瘫痪程度执行多种康复策略，机器人关节具有柔顺性，提升了训练过程的舒适性和安全性。

主权项

1.一种基于串联弹性驱动器的上肢用康复外骨骼机器人，其特征在于，该机器人包括依次连接的移动机架（1）、高度调节模块（2）、肩部上提/下降关节（3）、肩部外摆/内收关节（4）、肩部前屈/后伸关节（5）、肩部旋内/旋外关节（6）、肘部前屈/后伸关节（7）、以及手部模块（8）；所述移动机架（1）包括控制柜（12）；所述高度调节模块（2）包括手轮（22）、垂直底座（23）、联轴器（24）、丝杠（25）、移动平台（26）、第一光轴（27）、上轴承座（28）、第二光轴（29）以及下轴承座（210）；所述垂直底座（23）与所述控制柜(12) 相固定，上轴承座（28）和下轴承座（210）固定于所述垂直底座（23）一侧，所述丝杠（25）、第一光轴（27）、以及第二光轴（29）的两端分别安装在上轴承座（28）和下轴承座（210）中，所述手轮（22）通过联轴器（24）与丝杠（25）的一端固定连接，所述移动平台（26）中间开有螺纹孔，并与丝杠（25）相互旋合，移动平台（26）两侧装有分别与第一光轴（27）、第二光轴（29）相配合的滑块；所述肩部上提/下降关节（3）包括后侧上杆（31）、后侧左杆（32）、后侧下杆（33）、后侧右杆（34）、前侧上杆（35）、前侧左杆（36）、前侧下杆（37）、前侧右杆（38），还包括左上转轴（39）、左下转轴（310）、右下转轴（311）、右上转轴（312）和平衡弹簧（313）；其中后侧上杆（31）、后侧下杆（33）、前侧上杆（35）、前侧下杆（37）相互平行长短一致；后侧左杆（32）、后侧右杆（34）、前侧左杆（36）、前侧右杆（38）相互平行长短一致；左上转轴（39）、左下转轴（310）、右下转轴（311）、右上转轴（312）相互平行长短一致；其中左上转轴（39）的后端与后侧上杆（31）左端、后侧左杆（32）上端均铰接，左下转轴（310）的后端与后侧左杆（32）的下端、后侧下杆（33）的左端均铰接，右下转轴（311）的后端与后侧下杆（33）的右端、后侧右杆（34）的下端均铰接，右上转轴（312）的后端与后侧右杆（34）的上端、后侧上杆（31）的右端均铰接；左上转轴（39）的前端与前侧上杆（35）左端、前侧左杆（36）上端均铰接，左下转轴（310）的前端与前侧左杆（36）的下端、前侧下杆（37）的左端均铰接，右下转轴（311）的前端与前侧下杆（37）的右端、前侧右杆（38）的下端均铰接，右上转轴（312）的前端与前侧右杆（38）的上端、前侧上杆（35）的右端均铰接；上述平衡弹簧（313）一端连接左上转轴（39），另一端连接右下转轴（311）；后侧左杆（32）和前侧左杆（36）与所述高度调节模块（2）的移动平台（26）固定连接；所述肩部外摆/内收关节（4）包括第一盘式驱动电机（41）、第一电机过渡板（42）、第一减速器组（43）、第一减速器端盖（44）、第一驱动输出板（45）以及第一盘式弹性元件（46）；所述第一盘式驱动电机（41）外侧与第一电机过渡板（42）固定连接，第一电机过渡板（42）与第一减速器组（43）的外缘和第一减速器端盖（44）的外缘固定连接；第一盘式驱动电机（41）输出轴通过联轴器与第一减速器组（43）输入轴相连，第一减速器组（43）的输出轴与第一盘式弹性元件（46）固定连接，第一盘式弹性元件（46）的外缘与第一驱动输出板（45）的一端固定连接构成第一转动副（R1），第一驱动输出板（45）的另一端与后侧右杆（34）及前侧右杆（38）固定连接；所述肩部前屈/后伸关节（5）包括第二盘式驱动电机（51）、第二电机过渡板（52）、第二减速器组（53）、第二减速器端盖（54）、第二驱动输出板（55）、第二盘式弹性元件（56）以及第一上臂杆（57）；所述第二盘式驱动电机（51）外端与第二电机过渡板（52）固定连接，第二电机过渡板（52）与第二减速器组（53）的外缘和第二减速器端盖（54）的外缘固定连接，第二盘式驱动电机（51）输出轴通过联轴器与第二减速器组（53）输入轴相连，第二减速器组（53）的输出轴与第二盘式弹性元件（56）固定连接，第二盘式弹性元件（56）的外缘与第二驱动输出板（55）的一端固定连接构成第二转动副（R2），所述第一上臂杆（57）的一端与第一减速器组（43）外缘固定连接，另一端与第二减速器组（53）外缘固定连接；所述肩部旋内/旋外关节（6）包括第二上臂杆（61）、弧形支架（62）、弧形齿条（63）、第一弧形滑块（64）、第二弧形滑块（65）、弧形滑块底板（66）、电机挡圈（67）、弹性齿轮（68）、电机支座（69）、圆柱式驱动电机（610）、第三上臂杆（611）、上臂绑带固定板（612）、第一上臂绑带（613）、第二上臂绑带（614）、弧形导轨（615）、第一限位块（616）以及第二限位块（617）；所述第二上臂杆（61）的一端和第二驱动输出板（55）通过移动副结构连接并紧固，第二上臂杆（61）的另一端与弧形支架（62）固定连接，所述弧形齿条（63）、弧形导轨（615）与所述弧形支架（62）相对固定，所述第一弧形滑块（64）和第二弧形滑块（65）安装在弧形导轨（615）上，第一弧形滑块（64）和第二弧形滑块（65）与弧形滑块底板（66）固定连接，所述第三上臂杆（611）的一端的分别与弧形滑块底板（66）和电机支座（69）固定连接，构成第三转动副（R3），所述圆柱式驱动电机（610）固定安装在电机支座（69）上，圆柱式驱动电机（610）的转轴穿过电机支座（69）中部的安装孔后与弹性齿轮（68）连接，所述电机挡圈（67）通过螺栓固定在圆柱式驱动电机（610）的转轴的顶端，弹性齿轮（68）和弧形齿条（63）保持啮合，所述上臂绑带固定板（612）固定安装在第三上臂杆（611）上，所述第一上臂绑带（613）和第二上臂绑带（614）固定在上臂绑带固定板（612）上，所述第一限位块（616）和第二限位块（617）分别固定安装在弧形支架（62）两端；所述肘部前屈/后伸关节（7）包括第三盘式驱动电机（71）、第三电机过渡板（72）、第三减速器组（73）、第三减速器端盖（74）、第三盘式弹性元件（75）、第一前臂杆（76）、第一前臂绑带（77）、前臂绑带固定板（78）以及第二前臂绑带（79）；所述第三盘式驱动电机（71）外端与第三电机过渡板（72）固定连接，第三电机过渡板（72）与第三减速器组（73）外缘和第三减速器端盖（74）外缘固定连接，第三盘式驱动电机（71）输出轴通过联轴器与第三减速器组（73）输入轴相连，第三减速器组（73）的输出轴与第三盘式弹性元件（75）固定连接，第三盘式弹性元件（75）外缘与第三上臂杆（611）的另一端固定连接，构成第四转动副（R4），所述第一前臂杆（76）的一端与第三减速器组（73）外缘固定连接，所述前臂绑带固定板（78）固定安装在第一前臂杆（76）上，所述第一前臂绑带（77）和第二前臂绑带（79）固定在前臂绑带固定板（78）上；所述手部模块（8）包括第二前臂杆（81）、六维力传感器（82）、手部弯曲杆（83）以及末端操作手柄（84）；所述第二前臂杆（81）的一端和第一前臂杆（76）通过移动副结构连接并紧固，第二前臂杆（81）的另一端与六维力传感器（82）的外侧固定连接，六维力传感器（82）的内侧与手部弯曲杆（83）的中部固定连接，所述末端操作手柄（84）固定在手部弯曲杆（83）的两端之间。