本發(fā)明涉及醫(yī)療康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種五自由度外骨骼式上肢康復(fù)機(jī)器人。

背景技術(shù)：

我國(guó)目前有腦卒中患者約900萬人，每年新增150萬人以上，其中大約75％腦卒中患者在發(fā)病后會(huì)留下不同程度的后遺癥而導(dǎo)致不能獨(dú)立生活。而在腦卒中的眾多后遺癥中，以偏癱發(fā)生率為最，在偏癱的康復(fù)中，又以上肢功能的康復(fù)最為困難和重要?，F(xiàn)代康復(fù)理論和實(shí)踐證實(shí)，腦卒中康復(fù)治療是降低致殘率最有效的方法。有效的上肢康復(fù)訓(xùn)練能是最大限度地減輕殘疾和改善患者的功能，預(yù)防減少各類并發(fā)癥和后遺癥，提高日常生活能力，為其回歸家庭、融入社會(huì)提供幫助。

傳統(tǒng)的康復(fù)訓(xùn)練療法由理療醫(yī)師和患者通過一對(duì)一的長(zhǎng)時(shí)間的肢體接觸來完成，理療醫(yī)師協(xié)助患者進(jìn)行肢體運(yùn)動(dòng)，訓(xùn)練偏癱患者進(jìn)行大量反復(fù)的重復(fù)性運(yùn)動(dòng)。這樣一來，不僅康復(fù)訓(xùn)練效果取決于理療醫(yī)師的主觀臨床經(jīng)驗(yàn)，而且對(duì)醫(yī)師來說工作強(qiáng)度很大。機(jī)器人作為一種適合長(zhǎng)時(shí)間、重復(fù)性勞動(dòng)工作的機(jī)械系統(tǒng)已經(jīng)在醫(yī)療行業(yè)得到了廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用。

目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上還沒有成熟的外骨骼式上肢康復(fù)機(jī)器人，大多數(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)階段或因成本問題限制了市場(chǎng)化的推廣，總體來說市場(chǎng)上同類產(chǎn)品基本處于空白階段。因此，需要研發(fā)一種外骨骼式上肢康復(fù)機(jī)器人應(yīng)用于偏癱患者的康復(fù)理療訓(xùn)練，降低護(hù)理成本，節(jié)約社會(huì)資源，彌補(bǔ)上肢康復(fù)機(jī)器人在醫(yī)療康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備領(lǐng)域的空白。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供了一種五自由度外骨骼式上肢康復(fù)機(jī)器人，既能適應(yīng)不同的使用人群和使用環(huán)境，又能達(dá)到良好的康復(fù)訓(xùn)練效果，且其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于于市場(chǎng)化的推廣。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取如下的技術(shù)方案：

一種五自由度外骨骼式上肢康復(fù)機(jī)器人，包括前臂外骨骼式機(jī)械臂、后臂外骨骼式機(jī)械臂、肩部機(jī)械臂、基座、可移動(dòng)升降平臺(tái)；所述前臂外骨骼式機(jī)械臂與后臂外骨骼式機(jī)械臂固定連接，所述后臂外骨骼式機(jī)械臂與肩部機(jī)械臂鉸接，所述肩部機(jī)械臂與基座直線導(dǎo)軌滑動(dòng)連接，所述基座固定在可移動(dòng)升降平臺(tái)上。

所述前臂外骨骼式機(jī)械臂包括腕部旋轉(zhuǎn)握把、腕部屈伸支架、前臂臂托、臂托桿、前臂桿滑塊、滑塊固定鈕、前臂桿、伺服電機(jī)三、肘部支座；所述腕部旋轉(zhuǎn)握把與腕部屈伸支架鉸接，所述腕部屈伸支架與前臂臂托鉸接，所述前臂臂托和臂托桿固定連接，所述臂托桿與前臂桿滑塊固定連接，所述前臂桿滑塊與前臂桿直線導(dǎo)軌滑動(dòng)連接，且滑塊固定鈕安裝在前臂桿滑塊上固定，所述前臂桿鉸接在肘部支座一側(cè)，且與伺服電機(jī)三的轉(zhuǎn)軸鍵連接，所述伺服電機(jī)三固定在肘部支座上，所述肘部支座頂端孔與后臂外骨骼式機(jī)械臂末端軸固定連接。

所述后臂外骨骼式機(jī)械臂包括肘部支架、肘部前緩沖連桿、肘部后緩沖連桿、后臂伸縮桿、后臂桿、伸縮桿固定鈕、后臂臂托；所述肘部支架末端軸與前臂外骨骼式機(jī)械臂固定連接，另一端與肘部前緩沖連桿鉸接，所述肘部前緩沖連桿與肘部后緩沖連桿鉸接，所述肘部后緩沖連桿與后臂伸縮桿鉸接，所述后臂伸縮桿與后臂桿滑動(dòng)連接，且伸縮桿固定鈕安裝在后臂桿上固定，所述后臂臂托鉸接在后臂桿側(cè)面，后臂桿頂端孔與肩部機(jī)械臂末端鉸接，且與伺服電機(jī)一轉(zhuǎn)軸鍵連接。

所述肩部機(jī)械臂包括伺服電機(jī)一，肩部桿，肩部連桿，伺服電機(jī)二，肩部滑動(dòng)支座；所述伺服電機(jī)一固定在肩部桿上，且其轉(zhuǎn)軸與后臂外骨骼式機(jī)械臂固定連接，所述肩部桿末端與后臂外骨骼式機(jī)械臂鉸接，頂端與肩部連桿固定連接，所述肩部連桿與伺服電機(jī)二轉(zhuǎn)軸固定連接，且與肩部滑動(dòng)支座鉸接，所述伺服電機(jī)二與肩部滑動(dòng)支座固定連接，肩部滑動(dòng)支座與基座直線導(dǎo)軌滑動(dòng)連接。

所述可移動(dòng)升降平臺(tái)包括萬向輪，腳輪支架，剎車片，底盤，氣壓活塞桿一，氣壓活塞桿二，氣壓活塞桿三，平臺(tái)；所述萬向輪鉸接在腳輪支架中間，所述剎車片與腳輪支架鉸接，所述腳輪支架鉸接在底盤下方，所述底盤與氣壓活塞桿一固定連接，所述氣壓活塞桿一與氣壓活塞桿二滑動(dòng)連接，所述氣壓活塞桿二與氣壓活塞桿三滑動(dòng)連接，所述氣壓活塞桿三固定在平臺(tái)下側(cè)，平臺(tái)上側(cè)與基座固定連接。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明的上肢康復(fù)機(jī)器人采用可移動(dòng)升降平臺(tái)，可用于調(diào)節(jié)患者與上肢康復(fù)機(jī)器人之間的相對(duì)位置；整個(gè)外骨骼式上肢康復(fù)機(jī)器人涉及五個(gè)自由度，分別對(duì)應(yīng)人體肩部旋內(nèi)/旋外、肩部前屈/后伸、肘部前屈、腕部旋內(nèi)/選外和腕部前屈/后伸五個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)方向，貼合上肢運(yùn)動(dòng)模式；在后臂和前臂外骨骼式機(jī)械臂上安裝有伸縮調(diào)節(jié)裝置，使得兩處機(jī)械臂可根據(jù)患者的上肢尺寸進(jìn)行長(zhǎng)度調(diào)整，讓康復(fù)過程更加舒適；機(jī)械臂均采用伺服電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)康復(fù)訓(xùn)練更加精準(zhǔn)高效，康復(fù)效果良好。

附圖說明

圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明前臂外骨骼式機(jī)械臂結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明后臂外骨骼式機(jī)械臂結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明肩部機(jī)械臂結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例做進(jìn)一步的說明。

如圖1所示，一種五自由度外骨骼式上肢康復(fù)機(jī)器人，包括前臂外骨骼式機(jī)械臂1、后臂外骨骼式機(jī)械臂2、肩部機(jī)械臂3、基座4、可移動(dòng)升降平臺(tái)5；所述前臂外骨骼式機(jī)械臂1與后臂外骨骼式機(jī)械臂2固定連接，所述后臂外骨骼式機(jī)械臂2與肩部機(jī)械臂3鉸接，所述肩部機(jī)械臂3與基座4直線導(dǎo)軌滑動(dòng)連接，所述基座4固定在可移動(dòng)升降平臺(tái)5上。

如圖2所示，所述前臂外骨骼式機(jī)械臂1包括腕部旋轉(zhuǎn)握把101、腕部屈伸支架102、前臂臂托103、臂托桿104、前臂桿滑塊105、滑塊固定鈕106、前臂桿107、伺服電機(jī)三108、肘部支座109；所述腕部旋轉(zhuǎn)握把101與腕部屈伸支架102鉸接，所述腕部屈伸支架102與前臂臂托103鉸接，所述前臂臂托103和臂托桿104固定連接，所述臂托桿104與前臂桿滑塊105固定連接，所述前臂桿滑塊105與前臂桿107直線導(dǎo)軌滑動(dòng)連接，且滑塊固定鈕106安裝在前臂桿滑塊105上固定，所述前臂桿107鉸接在肘部支座109一側(cè)，且與伺服電機(jī)三108的轉(zhuǎn)軸鍵連接，所述伺服電機(jī)三108固定在肘部支座109上，所述肘部支座109頂端孔與后臂外骨骼式機(jī)械臂2末端軸固定連接。

在患者進(jìn)行康復(fù)前臂訓(xùn)練前，首先根據(jù)患者上肢前臂尺寸調(diào)整好前臂桿滑塊105在前臂桿107上的位置，并用滑塊固定鈕106固定；患者進(jìn)行腕部康復(fù)訓(xùn)練時(shí)人體主動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)腕部旋轉(zhuǎn)握把101和腕部屈伸支架102，從而進(jìn)行腕部旋內(nèi)/旋外和腕部前屈/后伸兩個(gè)方向的主動(dòng)訓(xùn)練；患者進(jìn)行上肢康復(fù)訓(xùn)練時(shí)伺服電機(jī)三108帶動(dòng)前臂桿107，從而帶動(dòng)與前臂桿107固定好的前臂臂托103，引導(dǎo)前臂進(jìn)行肘部前屈方向的被動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練；根據(jù)患者身體機(jī)能情況和康復(fù)療程，可控制伺服電機(jī)三108以不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)不同的角度。

如圖3所示，所述后臂外骨骼式機(jī)械臂2包括肘部支架201、肘部前緩沖連桿202、肘部后緩沖連桿203、后臂伸縮桿204、后臂桿205、伸縮桿固定鈕206、后臂臂托207；所述肘部支架201末端軸與前臂外骨骼式機(jī)械臂1固定連接，另一端與肘部前緩沖連桿202鉸接，所述肘部前緩沖連桿202與肘部后緩沖連桿203鉸接，所述肘部后緩沖連桿203與后臂伸縮桿204鉸接，所述后臂伸縮桿204與后臂桿205滑動(dòng)連接，且伸縮桿固定鈕206安裝在后臂桿205上固定，所述后臂臂托207鉸接在后臂桿205側(cè)面，后臂桿205頂端孔與肩部機(jī)械臂3末端鉸接，且與伺服電機(jī)一301轉(zhuǎn)軸鍵連接。

在患者進(jìn)行康復(fù)前臂訓(xùn)練前，首先根據(jù)患者上肢前臂尺寸調(diào)整好后臂伸縮桿204在后臂桿205處的位置，并用伸縮桿固定鈕206固定；患者進(jìn)行上肢康復(fù)訓(xùn)練時(shí)伺服電機(jī)一301帶動(dòng)與后臂桿205固定好的后臂臂托207轉(zhuǎn)動(dòng)，引導(dǎo)患者后臂進(jìn)行肩部前屈/后伸方向的被動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練；鉸接肘部支架201和肘部前緩沖連桿202可用于減輕前臂后臂組合復(fù)雜訓(xùn)練時(shí)上肢康復(fù)機(jī)器人對(duì)人體上肢造成的壓力和不適感；根據(jù)患者身體機(jī)能情況和康復(fù)療程，可控制伺服電機(jī)一301以不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)不同的角度。

如圖4所示，所述肩部機(jī)械臂3包括伺服電機(jī)一301，肩部桿302，肩部連桿303，伺服電機(jī)二304，肩部滑動(dòng)支座305；所述伺服電機(jī)一301固定在肩部桿302上，且其轉(zhuǎn)軸與后臂外骨骼式機(jī)械臂2固定連接，所述肩部桿302末端與后臂外骨骼式機(jī)械臂2鉸接，頂端與肩部連桿303固定連接，所述肩部連桿303與伺服電機(jī)二304轉(zhuǎn)軸固定連接，且與肩部滑動(dòng)支座305鉸接，所述伺服電機(jī)二304與肩部滑動(dòng)支座305固定連接，肩部滑動(dòng)支座305與基座4直線導(dǎo)軌滑動(dòng)連接。

在患者進(jìn)行上肢康復(fù)訓(xùn)練時(shí)伺服電機(jī)二304帶動(dòng)與肩部連桿303固定好的肩部桿302轉(zhuǎn)動(dòng)，引導(dǎo)患者進(jìn)行肩部旋內(nèi)/旋外方向的被動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練；在康復(fù)訓(xùn)練過程中肩部滑動(dòng)支座305與基座4可產(chǎn)生相對(duì)直線滑動(dòng)，實(shí)時(shí)調(diào)整患者與上肢康復(fù)機(jī)器人相對(duì)位置，增加訓(xùn)練舒適性；根據(jù)患者身體機(jī)能情況和康復(fù)療程，可控制伺服電機(jī)二304以不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)不同的角度；三個(gè)伺服電機(jī)以不同轉(zhuǎn)速/角度可構(gòu)成復(fù)雜空間上肢康復(fù)訓(xùn)練。

如圖4所示，所述可移動(dòng)升降平臺(tái)5包括萬向輪501，腳輪支架502，剎車片503，底盤504，氣壓活塞桿一505，氣壓活塞桿二506，氣壓活塞桿三507，平臺(tái)508；所述萬向輪501鉸接在腳輪支架502中間，所述剎車片503與腳輪支架502鉸接，所述腳輪支架502鉸接在底盤504下方，所述底盤504與氣壓活塞桿一505固定連接，所述氣壓活塞桿一505與氣壓活塞桿二506滑動(dòng)連接，所述氣壓活塞桿二506與氣壓活塞桿三507滑動(dòng)連接，所述氣壓活塞桿三507固定在平臺(tái)508下側(cè)，平臺(tái)508上側(cè)與基座4固定連接。

要移動(dòng)上肢康復(fù)機(jī)器人位置時(shí)，萬向輪501帶動(dòng)底盤504快速移動(dòng)，到達(dá)患者位置后，通過剎車片503鎖死萬向輪501固定位置，氣壓活塞桿一505、氣壓活塞桿二506和氣壓活塞桿三507通過氣壓控制伸縮長(zhǎng)度帶動(dòng)固定連接的平臺(tái)508完成升降。