专利名称：上肢康复机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及医疗器具，具体为一种设计具有空间运动的上肢康复机器人。
背景技术：
目前老龄化社会问题及中风而导致的偏瘫问题越来越多，人们对其关注度也越来越高，继而出现了许多种类的康复训练装置。目前，在国外已研制了许多处于实验或起步阶段的治疗偏瘫的康复训练机器人，通过这些实验证明了患者通过这些机器人进行康复训练之后，许多患者的症状得到了明显的改善，甚至痊愈的例子也不少，这样利用康复机器人治疗偏瘫就变得极具吸引力。上肢康复装置即为一种具有广泛实用价值的康复机器人。目前关于上肢康复装置的研究方案是多种多样的，例如，台湾国立成功大学设计了一种应用于平面上肘关节屈/伸运动的康复机器人，利用模糊控制器完成准确的位置与力控制；在国内，清华大学研制了二连杆机构的复合康复装置，患者可握住机构末端手柄， 由装置带动上肢在一定面积的水平面上完成上肢平面复合运动，也可固定在手臂外侧完成肩部3个自由度的分别训练。目前比较好的同类产品是5D0F(5自由度)新型上肢康复机器人，该机器人的设计以人体上肢解剖学为理论依据，采用外骨骼式结构，各关节的自由度符合人体上肢各关节自由度分配情况，并从康复患者的实际康复训练角度出发，选定上肢运动最基本也是最重要的5个自由度肩部屈/伸、肩部外展/内收、肘部屈/伸、腕部屈/ 伸和腕部旋内/旋，并结合机器人结构及训练要求设定各个自由度活动范围。关于目前存在的研究方案或多或少都存在一定的问题，平面上肘关节屈/伸运动的康复机器人和二连杆机构复合康复装置的康复效果存在一定的局限性，都只局限于一个平面的运动，这样上肢的康复效果也不够充分；相对的5D0F新型上肢康复机器人能使上肢得到充分的康复运动，但是其结构更为复杂，成本价格也更加的昂贵。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有上肢康复装置要么康复效果局限性大、要么价格昂贵的不足，提供一种既能保证康复运动的充分性、又能兼顾成本较低的新型上肢康复机器人。本发明所采用的技术方案是一种上肢康复机器人，包括底座；固定在所述底座上的直线导轨，滑动设置在所述直线导轨上的滑块，驱动所述滑块的第一驱动机构；固定在所述滑块上的机架，转动设置在所述机架上的摇杆，驱动所述摇杆的第二驱动机构；沿着所述摇杆的延伸方向运动的绑手器，驱动所述绑手器的第三驱动机构。优选的，所述第一驱动机构包括固定在所述底座上的第一电机，转动连接在所述第一电机输出轴上的曲柄，转动连接在所述曲柄上的连杆，所述连杆还与滑块转动连接，所述曲柄、连杆以及滑块组成曲柄滑块机构。所述底座上固定有直线导轨座，所述直线导轨固定在直线导轨座上。优选的，所述第二驱动机构包括固定在所述机架上的第二电机，转动设置在所述机架上且与所述摇杆固定连接的转动轴，连接在所述第二电机的输出轴与所述转动轴之间的齿轮副。所述第二电机的输出轴通过联轴器连接至一个与齿轮副的输入齿轮固定的连接轴，所述与齿轮副的输入齿轮固定的连接轴转动设置在机架上。优选的，所述第三驱动机构包括设置在摇杆上的传动带装置，以及用于驱动所述传动带装置的第三电机，所述传动带装置包括主动带轮、从动带轮、同步带，所述绑手器固定在同步带上，所述第三电机的输出轴与主动带轮连接。所述第三电机的输出轴通过联轴器连接至一个与所述主动带轮固定的连接轴，所述与主动带轮固定的连接轴转动设置在机架上。所述主动带轮的转动轴心线与摇杆的转动轴心线是重合的，所述第三电机固定在机
1 ο本发明所达到的有益效果是本康复机器人拥有三个方向的运动自由度，并且三个方向的运动既可以同时进行、实现上肢的空间运动，也可以分别单独进行、有选择的实现某个方向的平面运动，保证了康复运动的充分性。本康复机器人中设计的曲柄滑块机构、 可左右摆动的摇杆，以及摇杆内实现前后运动的同步带传动结构简单成本也低。并且结构设计简单紧凑，通过单片机控制，运动自主性高，使得偏瘫病人对护理人员的依赖性大大降低，甚至可以完全脱离外人的辅助，只需轻点按钮即可自主进行康复运动，省时省力，方便需要上肢康复的人群。
通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。图1为本发明的整体结构主剖视图。
具体实施例方式参见图1所示的上肢康复机器人的整体结构图，该上肢康复机器人包括底座4，通过一系列运动部件连接在底座4上的绑手器5，绑手器5与病人的手腕绑定。所述绑手器5 能相对底座4实现三个方向的运动上下运动-对应于图1中的上下方向，前后运动-对应于图1中的左右方向，左右摆动-对应于与图1垂直的方向，进而实现病人手腕在三个方向上的运动。以下将对该一系列运动部件进行详细介绍。所述底座4上固定有直线导轨12，所述直线导轨12上滑动设置有滑块13，所述滑块13由第一驱动机构驱动。具体而言，所述第一驱动机构包括固定在底座4上的第一电机16、转动连接在第一电机16的输出轴上的曲柄15、转动连接在所述曲柄15上的连杆14， 所述连杆14还与滑块13转动连接。所述曲柄15、连杆14以及滑块13组成曲柄滑块机构， 实现将第一电机16的转动转换成滑块13在直线导轨12上的滑动。为了加强直线导轨12 的强度，所述底座4上还固定有直线导轨座11，直线导轨12固定贴合在直线导轨座11上。所述滑块13上固定有机架21，所述机架21上转动设置有摇杆27，所述摇杆27由第二驱动机构驱动。所述第二驱动机构包括固定在机架21上的第二电机22，转动设置在机架21上且与摇杆27固定连接的转动轴沈，所述转动轴沈与所述第二电机22的输出轴之间通过齿轮副25连接，所述齿轮副25可以直接与第二电机22的输出轴连接，也可以通过连接轴M以及联轴器23与第二电机22的输出轴连接，所述连接轴M与齿轮副25的输入齿轮固定，且连接轴M转动设置在机架21上。所述转动轴沈与所述第二电机22的输出轴之间还可以通过同步带机构、涡轮蜗杆机构等连接机构实现连接。所述机架21由多个单片通过焊接、螺纹连接等方式拼装而成，根据机器人具体结构设计需要，可以设计成具有尺寸、形状差别的机架21结构。所述绑手器5设置在摇杆27上且能沿着摇杆27的延伸方向运动，所述绑手器5 由第三驱动机构驱动。在本实施例中，所述第三驱动机构包括设置在摇杆27上的传动带装置34，以及用于驱动所述传动带装置34的第三电机31。所述传动带装置43包括主动带轮 341、从动带轮342、同步带343，所述绑手器5固定在同步带343上，所述第三电机31的输出轴与主动带轮341连接。所述第三电机31的输出轴可以直接与主动带轮341连接，也可以通过连接轴33以及联轴器32与主动带轮341连接，图1中采用后者。尤其值得注意的是，所述主动带轮341的转动轴心线与摇杆27的转动轴心线是重合的，由此，第三电机31 就可以固定在机架21上，而非固定在摇杆27上，第三电机31固定在机架21上相比摇杆27 上，可以使得该机器人结构更加稳定。在图1中，绑手器5通过传动带装置34驱动，在其它实施例中还可以通过螺杆、螺母滑块结构实现。以上便是对本实施例上肢康复机器人的结构介绍，其运动原理为第一电机16驱动曲柄15转动、带动连杆14摆动，进而使得滑块13带着机架21沿直线导轨12滑动，并实现绑手器5绑住手腕从而带动上肢上下运动；第二电机22驱动联轴器23、连接轴M转动，通过齿轮副25带动转动轴沈转动，进而使得摇杆27以转动轴沈为轴心转动，实现绑手器5带动上肢左右摆动；第三电机31驱动联轴器32、连接轴33转动，进而带动主动带轮 341转动，从而驱动同步带343的运动，使得绑手器5沿着摇杆27延伸方向运动，实现上肢的前后收缩。运动时，在单片机的控制下，可实现上肢的上下运动、前后收缩和左右摆动，三个电机同时工作时，使手臂的运动成为空间运动；三个电机分别单独启动时，形成单个平面运动。这样既能达到康复的充分性，又能有选择的进行某个方面的平面运动。本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。
权利要求
1.一种上肢康复机器人，包括底座，其特征在于，还包括固定在所述底座上的直线导轨，滑动设置在所述直线导轨上的滑块，驱动所述滑块的第一驱动机构；固定在所述滑块上的机架，转动设置在所述机架上的摇杆，驱动所述摇杆的第二驱动机构；沿着所述摇杆的延伸方向运动的绑手器，驱动所述绑手器的第三驱动机构。
2.如权利要求1所述的上肢康复机器人，其特征在于所述第一驱动机构包括固定在所述底座上的第一电机，转动连接在所述第一电机输出轴上的曲柄，转动连接在所述曲柄上的连杆，所述连杆还与滑块转动连接，所述曲柄、连杆以及滑块组成曲柄滑块机构。
3.如权利要求1所述的上肢康复机器人，其特征在于所述底座上固定有直线导轨座， 所述直线导轨固定在直线导轨座上。
4.如权利要求1所述的上肢康复机器人，其特征在于所述第二驱动机构包括固定在所述机架上的第二电机，转动设置在所述机架上且与所述摇杆固定连接的转动轴，连接在所述第二电机的输出轴与所述转动轴之间的齿轮副。
5.如权利要求4所述的上肢康复机器人，其特征在于所述第二电机的输出轴通过联轴器连接至一个与齿轮副的输入齿轮固定的连接轴，所述与齿轮副的输入齿轮固定的连接轴转动设置在机架上。
6.如权利要求1所述的上肢康复机器人，其特征在于所述第三驱动机构包括设置在摇杆上的传动带装置，以及用于驱动所述传动带装置的第三电机，所述传动带装置包括主动带轮、从动带轮、同步带，所述绑手器固定在同步带上，所述第三电机的输出轴与主动带轮连接。
7.如权利要求6所述的上肢康复机器人，其特征在于所述第三电机的输出轴通过联轴器连接至一个与所述主动带轮固定的连接轴，所述与主动带轮固定的连接轴转动设置在机架上。
8.如权利要求6所述的上肢康复机器人，其特征在于所述主动带轮的转动轴心线与摇杆的转动轴心线是重合的，所述第三电机固定在机架上。
全文摘要
本发明涉及医疗器具，尤其是一种上肢康复机器人，包括底座；固定在所述底座上的直线导轨，滑动设置在所述直线导轨上的滑块，驱动所述滑块的第一驱动机构；固定在所述滑块上的机架，转动设置在所述机架上的摇杆，驱动所述摇杆的第二驱动机构；沿着所述摇杆的延伸方向运动的绑手器，驱动所述绑手器的第三驱动机构。本康复机器人拥有三个方向的运动自由度，并且三个方向的运动既可以同时进行，也可以分别单独进行，保证了康复运动的充分性。本康复机器人结构简单成本也低，并且结构设计简单紧凑；通过单片机控制，运动自主性高，使得偏瘫病人对护理人员的依赖性大大降低。
文档编号A61H1/02GK102283761SQ201110176549
公开日2011年12月21日 申请日期2011年6月28日 优先权日2011年6月28日
发明者冯敏杰, 廖斌洪, 林骁雯, 许晓承, 辛绍杰, 顾恺骏 申请人:上海电机学院