專利名稱：上肢康復(fù)機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療器具，具體為一種設(shè)計(jì)具有空間運(yùn)動的上肢康復(fù)機(jī)器人。
背景技術(shù)：
目前老齡化社會問題及中風(fēng)而導(dǎo)致的偏癱問題越來越多，人們對其關(guān)注度也越來越高，繼而出現(xiàn)了許多種類的康復(fù)訓(xùn)練裝置。目前，在國外已研制了許多處于實(shí)驗(yàn)或起步階段的治療偏癱的康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人，通過這些實(shí)驗(yàn)證明了患者通過這些機(jī)器人進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練之后，許多患者的癥狀得到了明顯的改善，甚至痊愈的例子也不少，這樣利用康復(fù)機(jī)器人治療偏癱就變得極具吸引力。上肢康復(fù)裝置即為一種具有廣泛實(shí)用價(jià)值的康復(fù)機(jī)器人。目前關(guān)于上肢康復(fù)裝置的研究方案是多種多樣的，例如，臺灣國立成功大學(xué)設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于平面上肘關(guān)節(jié)屈/伸運(yùn)動的康復(fù)機(jī)器人，利用模糊控制器完成準(zhǔn)確的位置與力控制；在國內(nèi)，清華大學(xué)研制了二連桿機(jī)構(gòu)的復(fù)合康復(fù)裝置，患者可握住機(jī)構(gòu)末端手柄， 由裝置帶動上肢在一定面積的水平面上完成上肢平面復(fù)合運(yùn)動，也可固定在手臂外側(cè)完成肩部3個(gè)自由度的分別訓(xùn)練。目前比較好的同類產(chǎn)品是5D0F(5自由度)新型上肢康復(fù)機(jī)器人，該機(jī)器人的設(shè)計(jì)以人體上肢解剖學(xué)為理論依據(jù)，采用外骨骼式結(jié)構(gòu)，各關(guān)節(jié)的自由度符合人體上肢各關(guān)節(jié)自由度分配情況，并從康復(fù)患者的實(shí)際康復(fù)訓(xùn)練角度出發(fā)，選定上肢運(yùn)動最基本也是最重要的5個(gè)自由度肩部屈/伸、肩部外展/內(nèi)收、肘部屈/伸、腕部屈/ 伸和腕部旋內(nèi)/旋，并結(jié)合機(jī)器人結(jié)構(gòu)及訓(xùn)練要求設(shè)定各個(gè)自由度活動范圍。關(guān)于目前存在的研究方案或多或少都存在一定的問題，平面上肘關(guān)節(jié)屈/伸運(yùn)動的康復(fù)機(jī)器人和二連桿機(jī)構(gòu)復(fù)合康復(fù)裝置的康復(fù)效果存在一定的局限性，都只局限于一個(gè)平面的運(yùn)動，這樣上肢的康復(fù)效果也不夠充分；相對的5D0F新型上肢康復(fù)機(jī)器人能使上肢得到充分的康復(fù)運(yùn)動，但是其結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，成本價(jià)格也更加的昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有上肢康復(fù)裝置要么康復(fù)效果局限性大、要么價(jià)格昂貴的不足，提供一種既能保證康復(fù)運(yùn)動的充分性、又能兼顧成本較低的新型上肢康復(fù)機(jī)器人。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種上肢康復(fù)機(jī)器人，包括底座；固定在所述底座上的直線導(dǎo)軌，滑動設(shè)置在所述直線導(dǎo)軌上的滑塊，驅(qū)動所述滑塊的第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)；固定在所述滑塊上的機(jī)架，轉(zhuǎn)動設(shè)置在所述機(jī)架上的搖桿，驅(qū)動所述搖桿的第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)；沿著所述搖桿的延伸方向運(yùn)動的綁手器，驅(qū)動所述綁手器的第三驅(qū)動機(jī)構(gòu)。優(yōu)選的，所述第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括固定在所述底座上的第一電機(jī)，轉(zhuǎn)動連接在所述第一電機(jī)輸出軸上的曲柄，轉(zhuǎn)動連接在所述曲柄上的連桿，所述連桿還與滑塊轉(zhuǎn)動連接，所述曲柄、連桿以及滑塊組成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。所述底座上固定有直線導(dǎo)軌座，所述直線導(dǎo)軌固定在直線導(dǎo)軌座上。優(yōu)選的，所述第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括固定在所述機(jī)架上的第二電機(jī)，轉(zhuǎn)動設(shè)置在所述機(jī)架上且與所述搖桿固定連接的轉(zhuǎn)動軸，連接在所述第二電機(jī)的輸出軸與所述轉(zhuǎn)動軸之間的齒輪副。所述第二電機(jī)的輸出軸通過聯(lián)軸器連接至一個(gè)與齒輪副的輸入齒輪固定的連接軸，所述與齒輪副的輸入齒輪固定的連接軸轉(zhuǎn)動設(shè)置在機(jī)架上。優(yōu)選的，所述第三驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在搖桿上的傳動帶裝置，以及用于驅(qū)動所述傳動帶裝置的第三電機(jī)，所述傳動帶裝置包括主動帶輪、從動帶輪、同步帶，所述綁手器固定在同步帶上，所述第三電機(jī)的輸出軸與主動帶輪連接。所述第三電機(jī)的輸出軸通過聯(lián)軸器連接至一個(gè)與所述主動帶輪固定的連接軸，所述與主動帶輪固定的連接軸轉(zhuǎn)動設(shè)置在機(jī)架上。所述主動帶輪的轉(zhuǎn)動軸心線與搖桿的轉(zhuǎn)動軸心線是重合的，所述第三電機(jī)固定在機(jī)
1 ο本發(fā)明所達(dá)到的有益效果是本康復(fù)機(jī)器人擁有三個(gè)方向的運(yùn)動自由度，并且三個(gè)方向的運(yùn)動既可以同時(shí)進(jìn)行、實(shí)現(xiàn)上肢的空間運(yùn)動，也可以分別單獨(dú)進(jìn)行、有選擇的實(shí)現(xiàn)某個(gè)方向的平面運(yùn)動，保證了康復(fù)運(yùn)動的充分性。本康復(fù)機(jī)器人中設(shè)計(jì)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、 可左右擺動的搖桿，以及搖桿內(nèi)實(shí)現(xiàn)前后運(yùn)動的同步帶傳動結(jié)構(gòu)簡單成本也低。并且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單緊湊，通過單片機(jī)控制，運(yùn)動自主性高，使得偏癱病人對護(hù)理人員的依賴性大大降低，甚至可以完全脫離外人的輔助，只需輕點(diǎn)按鈕即可自主進(jìn)行康復(fù)運(yùn)動，省時(shí)省力，方便需要上肢康復(fù)的人群。


通過附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的更具體說明，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按實(shí)際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)主剖視圖。
具體實(shí)施例方式參見圖1所示的上肢康復(fù)機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)圖，該上肢康復(fù)機(jī)器人包括底座4，通過一系列運(yùn)動部件連接在底座4上的綁手器5，綁手器5與病人的手腕綁定。所述綁手器5 能相對底座4實(shí)現(xiàn)三個(gè)方向的運(yùn)動上下運(yùn)動-對應(yīng)于圖1中的上下方向，前后運(yùn)動-對應(yīng)于圖1中的左右方向，左右擺動-對應(yīng)于與圖1垂直的方向，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)病人手腕在三個(gè)方向上的運(yùn)動。以下將對該一系列運(yùn)動部件進(jìn)行詳細(xì)介紹。所述底座4上固定有直線導(dǎo)軌12，所述直線導(dǎo)軌12上滑動設(shè)置有滑塊13，所述滑塊13由第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動。具體而言，所述第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括固定在底座4上的第一電機(jī)16、轉(zhuǎn)動連接在第一電機(jī)16的輸出軸上的曲柄15、轉(zhuǎn)動連接在所述曲柄15上的連桿14， 所述連桿14還與滑塊13轉(zhuǎn)動連接。所述曲柄15、連桿14以及滑塊13組成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)， 實(shí)現(xiàn)將第一電機(jī)16的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成滑塊13在直線導(dǎo)軌12上的滑動。為了加強(qiáng)直線導(dǎo)軌12 的強(qiáng)度，所述底座4上還固定有直線導(dǎo)軌座11，直線導(dǎo)軌12固定貼合在直線導(dǎo)軌座11上。所述滑塊13上固定有機(jī)架21，所述機(jī)架21上轉(zhuǎn)動設(shè)置有搖桿27，所述搖桿27由第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動。所述第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括固定在機(jī)架21上的第二電機(jī)22，轉(zhuǎn)動設(shè)置在機(jī)架21上且與搖桿27固定連接的轉(zhuǎn)動軸沈，所述轉(zhuǎn)動軸沈與所述第二電機(jī)22的輸出軸之間通過齒輪副25連接，所述齒輪副25可以直接與第二電機(jī)22的輸出軸連接，也可以通過連接軸M以及聯(lián)軸器23與第二電機(jī)22的輸出軸連接，所述連接軸M與齒輪副25的輸入齒輪固定，且連接軸M轉(zhuǎn)動設(shè)置在機(jī)架21上。所述轉(zhuǎn)動軸沈與所述第二電機(jī)22的輸出軸之間還可以通過同步帶機(jī)構(gòu)、渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)等連接機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)連接。所述機(jī)架21由多個(gè)單片通過焊接、螺紋連接等方式拼裝而成，根據(jù)機(jī)器人具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要，可以設(shè)計(jì)成具有尺寸、形狀差別的機(jī)架21結(jié)構(gòu)。所述綁手器5設(shè)置在搖桿27上且能沿著搖桿27的延伸方向運(yùn)動，所述綁手器5 由第三驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動。在本實(shí)施例中，所述第三驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在搖桿27上的傳動帶裝置34，以及用于驅(qū)動所述傳動帶裝置34的第三電機(jī)31。所述傳動帶裝置43包括主動帶輪 341、從動帶輪342、同步帶343，所述綁手器5固定在同步帶343上，所述第三電機(jī)31的輸出軸與主動帶輪341連接。所述第三電機(jī)31的輸出軸可以直接與主動帶輪341連接，也可以通過連接軸33以及聯(lián)軸器32與主動帶輪341連接，圖1中采用后者。尤其值得注意的是，所述主動帶輪341的轉(zhuǎn)動軸心線與搖桿27的轉(zhuǎn)動軸心線是重合的，由此，第三電機(jī)31 就可以固定在機(jī)架21上，而非固定在搖桿27上，第三電機(jī)31固定在機(jī)架21上相比搖桿27 上，可以使得該機(jī)器人結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。在圖1中，綁手器5通過傳動帶裝置34驅(qū)動，在其它實(shí)施例中還可以通過螺桿、螺母滑塊結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。以上便是對本實(shí)施例上肢康復(fù)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)介紹，其運(yùn)動原理為第一電機(jī)16驅(qū)動曲柄15轉(zhuǎn)動、帶動連桿14擺動，進(jìn)而使得滑塊13帶著機(jī)架21沿直線導(dǎo)軌12滑動，并實(shí)現(xiàn)綁手器5綁住手腕從而帶動上肢上下運(yùn)動；第二電機(jī)22驅(qū)動聯(lián)軸器23、連接軸M轉(zhuǎn)動，通過齒輪副25帶動轉(zhuǎn)動軸沈轉(zhuǎn)動，進(jìn)而使得搖桿27以轉(zhuǎn)動軸沈?yàn)檩S心轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)綁手器5帶動上肢左右擺動；第三電機(jī)31驅(qū)動聯(lián)軸器32、連接軸33轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動主動帶輪 341轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)動同步帶343的運(yùn)動，使得綁手器5沿著搖桿27延伸方向運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)上肢的前后收縮。運(yùn)動時(shí)，在單片機(jī)的控制下，可實(shí)現(xiàn)上肢的上下運(yùn)動、前后收縮和左右擺動，三個(gè)電機(jī)同時(shí)工作時(shí)，使手臂的運(yùn)動成為空間運(yùn)動；三個(gè)電機(jī)分別單獨(dú)啟動時(shí)，形成單個(gè)平面運(yùn)動。這樣既能達(dá)到康復(fù)的充分性，又能有選擇的進(jìn)行某個(gè)方面的平面運(yùn)動。本發(fā)明雖然以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定權(quán)利要求，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種上肢康復(fù)機(jī)器人，包括底座，其特征在于，還包括固定在所述底座上的直線導(dǎo)軌，滑動設(shè)置在所述直線導(dǎo)軌上的滑塊，驅(qū)動所述滑塊的第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)；固定在所述滑塊上的機(jī)架，轉(zhuǎn)動設(shè)置在所述機(jī)架上的搖桿，驅(qū)動所述搖桿的第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)；沿著所述搖桿的延伸方向運(yùn)動的綁手器，驅(qū)動所述綁手器的第三驅(qū)動機(jī)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的上肢康復(fù)機(jī)器人，其特征在于所述第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括固定在所述底座上的第一電機(jī)，轉(zhuǎn)動連接在所述第一電機(jī)輸出軸上的曲柄，轉(zhuǎn)動連接在所述曲柄上的連桿，所述連桿還與滑塊轉(zhuǎn)動連接，所述曲柄、連桿以及滑塊組成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的上肢康復(fù)機(jī)器人，其特征在于所述底座上固定有直線導(dǎo)軌座， 所述直線導(dǎo)軌固定在直線導(dǎo)軌座上。
4.如權(quán)利要求1所述的上肢康復(fù)機(jī)器人，其特征在于所述第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括固定在所述機(jī)架上的第二電機(jī)，轉(zhuǎn)動設(shè)置在所述機(jī)架上且與所述搖桿固定連接的轉(zhuǎn)動軸，連接在所述第二電機(jī)的輸出軸與所述轉(zhuǎn)動軸之間的齒輪副。
5.如權(quán)利要求4所述的上肢康復(fù)機(jī)器人，其特征在于所述第二電機(jī)的輸出軸通過聯(lián)軸器連接至一個(gè)與齒輪副的輸入齒輪固定的連接軸，所述與齒輪副的輸入齒輪固定的連接軸轉(zhuǎn)動設(shè)置在機(jī)架上。
6.如權(quán)利要求1所述的上肢康復(fù)機(jī)器人，其特征在于所述第三驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在搖桿上的傳動帶裝置，以及用于驅(qū)動所述傳動帶裝置的第三電機(jī)，所述傳動帶裝置包括主動帶輪、從動帶輪、同步帶，所述綁手器固定在同步帶上，所述第三電機(jī)的輸出軸與主動帶輪連接。
7.如權(quán)利要求6所述的上肢康復(fù)機(jī)器人，其特征在于所述第三電機(jī)的輸出軸通過聯(lián)軸器連接至一個(gè)與所述主動帶輪固定的連接軸，所述與主動帶輪固定的連接軸轉(zhuǎn)動設(shè)置在機(jī)架上。
8.如權(quán)利要求6所述的上肢康復(fù)機(jī)器人，其特征在于所述主動帶輪的轉(zhuǎn)動軸心線與搖桿的轉(zhuǎn)動軸心線是重合的，所述第三電機(jī)固定在機(jī)架上。
全文摘要
本發(fā)明涉及醫(yī)療器具，尤其是一種上肢康復(fù)機(jī)器人，包括底座；固定在所述底座上的直線導(dǎo)軌，滑動設(shè)置在所述直線導(dǎo)軌上的滑塊，驅(qū)動所述滑塊的第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)；固定在所述滑塊上的機(jī)架，轉(zhuǎn)動設(shè)置在所述機(jī)架上的搖桿，驅(qū)動所述搖桿的第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)；沿著所述搖桿的延伸方向運(yùn)動的綁手器，驅(qū)動所述綁手器的第三驅(qū)動機(jī)構(gòu)。本康復(fù)機(jī)器人擁有三個(gè)方向的運(yùn)動自由度，并且三個(gè)方向的運(yùn)動既可以同時(shí)進(jìn)行，也可以分別單獨(dú)進(jìn)行，保證了康復(fù)運(yùn)動的充分性。本康復(fù)機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡單成本也低，并且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單緊湊；通過單片機(jī)控制，運(yùn)動自主性高，使得偏癱病人對護(hù)理人員的依賴性大大降低。
文檔編號A61H1/02GK102283761SQ201110176549
公開日2011年12月21日 申請日期2011年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月28日
發(fā)明者馮敏杰, 廖斌洪, 林驍雯, 許曉承, 辛紹杰, 顧愷駿 申請人:上海電機(jī)學(xué)院