[发明专利]一种具有人-机运动相容性和无源重力平衡特性的上肢康复训练外骨骼机构

摘要

一种具有人‑机运动相容性和无源重力平衡特性的上肢康复训练机构，主要采用串联的结构形式，包括外骨骼机构、人‑机连接机构和支撑件。外骨骼机构与背后的支撑件固连，且通过人‑机连接机构与人体上肢紧致连接构成人‑机闭链；人‑机连接机构分为上臂连接机构和前臂连接机构，使人‑机闭链具有恰定的约束。外骨骼由肩关节等效机构、肘关节等效机构和前臂、上臂等效构件组成，其中肩关节等效机构和上臂等效构件辅助上臂实现屈/伸、收/展、内/外旋运动；肘关节等效机构和前臂等效构件辅助前臂实现屈/伸运动，前臂连接机构与前臂构件相连，辅助前臂实现旋前/旋后运动；完全允许人‑机轴线存在偏差，且人‑机闭链中不会产生与训练无关的作用力。

主权项

1.一种具有人‑机运动相容性以及无源重力平衡特性的上肢康复外骨骼机构，其特征在于：包括肩关节等效机构(A)、上臂等效机构(B)、肘关节等效机构(C)、前臂构件(30)、上臂连接机构(D)、前臂连接机构(E)、支撑件(1)以及两个平衡机构，肩关节等效机构(A)、上臂等效机构(B)、肘关节等效机构(C)和前臂构件(30)以及两个平衡机构构成具有无源重力平衡特性的上肢外骨骼机构，上臂连接机构(D)和前臂连接机构(E)构成人‑机连接机构，外骨骼机构与支撑件(1)固连，且通过人‑机连接机构与人体上臂(F)和人体前臂(G)紧致连接构成具有人‑机运动相容性以及无源重力平衡特性的上肢康复外骨骼机构；所述的肩关节等效机构(A)由2自由度的五杆并联机构(12)、第三转动副连接件(13)、上臂屈/伸转动副(14)依次串联组成；其中五杆并联机构(12)由第一杆件(2)、第二杆件(4)、第三杆件(6)、第四杆件(8)、第五杆件(10)和第一转动副(3)、第二转动副(5)、第三转动副(7)、第四转动副(9)、第五转动副(11)首尾连接组成，布置在水平面内，并通过第一杆件(2)与支撑件(1)相连，第三转动副连接件(13)一端与五杆并联机构的第三转动副(7)同轴心连接，另一端与上臂屈/伸转动副(14)连接；所述的上臂等效机构(B)由两个相互平行的杆件上臂第一构件(16)和上臂第二构件(17)一端分别连接上臂屈/伸转动副(14)，另一端与屈/伸转动副(18)连接而组成平行四边形机构；所述的上臂连接机构(D)由上臂移动副(22)、上臂移动副连接件(23)、上臂内/外旋转动副(20)和上臂绑带(21)依次串联组成，其中上臂移动副连接件(23)一端与上臂移动副(22)相连，并沿着上臂移动副(22)移动，另一端与上臂内/外旋转动副(20)连接，上臂移动副(22)位于上臂第二构件(17)的末端，上臂绑带(21)与上臂内/外旋转动副(20)相连，绕上臂内/外旋转动副(20)回转中心做回转运动，并紧致穿戴于上臂(F)的末端；所述的肘关节等效机构(C)由两个前臂屈/伸转动副(24)(26)、前臂屈/伸转动副连接件(25)、前臂抬升转动副(28)、前臂屈/伸转动副与抬升转动副连接件(27)组成，其中前臂屈/伸转动副(24)(26)和前臂抬升转动副(28)呈转动副轴线垂直布置，前臂抬升转动副(28)和前臂旋前/旋后转动副(33)呈转动副轴线垂直布置；所述的前臂连接机构(E)由前臂移动副(31)、前臂移动副连接件(32)、前臂旋前/旋后转动副(33)及前臂绑带(34)依次串联组成，其中前臂移动副(31)与前臂构件(30)相连，位于前臂构件(30)的末端，前臂构件(30)与前臂抬升转动副(28)相连；前臂移动副连接件(32)一端与前臂移动副(31)连接，沿前臂移动副(31)移动，另一端与前臂旋前/旋后转动副(33)相连，前臂绑带(34)绕前臂旋前/旋后转动副(33)转动，并紧致穿戴于前臂(G)的近腕端。