一种单电机驱动的肩肘联动上肢康复机器人的制作方法

本发明属于医疗康复设备技术领域，特别涉及一种单电机驱动的肩肘联动上肢康复机器人。

背景技术：

世界人口老龄化的趋势已不可逆转，脑卒中和脊髓损伤引起的偏瘫和截瘫人数也在不断的增加，因偏瘫和截瘫造成上肢功能障碍的患者也在不断增加。由于大脑具有可塑造性，准确、及时的重复康复训练能够促进神经组织功能代偿或者重组，弥补受到损伤的神经细胞所缺失的功能，从而提高患者的运动控制能力，促进各个关节肌群的协调运动，最终恢复上肢功能。早期的康复训练主要由康复训练师完成，但患者多康复训练师工作量大，使得患者不能得到充足的康复训练，随着机器人学、机构学、仿生学、控制理论、通讯技术、信息处理技术等学科的发展，上肢康复机器人逐步成为研究的热点。

申请号201210522351.x提出一种上肢康复机器人，采用多电机驱动，能耗等消耗较大，结构笨重，移动不方便。申请号201420611549.x提出一种上肢康复机器人，采用多电机驱动，具有五个自由度，可针对不同康复时期的运动需求调整患者的康复运动，但结构过大，比较笨重。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的不足，提供了一种单电机驱动的肩肘联动上肢康复机器人，本发明克服了目前上肢康复机器人存在的驱动电机过多、重量大、能耗高、难以移动等问题，本发明利用单个双输出电机同时驱动肩关节和肘关节，构成肩肘联动康复训练，为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

根据本发明提供的一种单电机驱动的肩肘联动上肢康复机器人，包括固定机构、肩关节机构、上臂杆件、驱动机构、肘关节机构、前臂杆件和手柄机构，所述肩关节机构的一端通过连接杆固定在所述固定机构上，该肩关节机构的另一端与所述上臂杆件的一端连接，所述驱动机构安装在上臂杆件中间，所述上臂杆件的另一端与肘关节机构的前端连接，所述肘关节机构的后端与所述前臂杆件连接，所述前臂杆件与所述手柄机构连接。

优选的，所述肩关节机构包括第一大u型筒、第一小u型筒、肩关节固定轴、第一方键、第一大锥齿轮、第一小锥齿轮和第一顶丝；所述肩关节固定轴从第一大u型筒的外壁垂直穿入且固定在所述第一大u型筒的开口两端部处，所述第一小u型筒的开口端伸入所述第一大u型筒的开口端内且可以围绕肩关节固定轴中心转动，第一大锥齿轮通过第一方键与肩关节固定轴固定连接，所述第一大u型筒的底端外壁与所述固定机构连接；所述上杆件的一端与所述第一小u型筒的底端固定，另一端与双输出电机的一端相连,双输出电机的一端扭矩输出通过所述第一输出轴和所述第一导键传递到所述第一小锥齿轮上，从而带动第一小u型筒围绕肩关节固定轴中心转动；

所述上臂杆件包括上杆件和下杆件，所述上杆件的内部安装所述第一输出轴，所述下杆件的内部安装所述第二输出轴；所述驱动机构包括中的双输出电机、第一导键和第二导键，该双输出电机的双输出轴上分别连接有第一输出轴和第二输出轴，所述第一输出轴通过第一导键与第一小锥齿轮连接，且第一小锥齿轮通过第一顶丝固定在所述第一输出轴上，第二输出轴通过第二导键与第二小锥齿轮连接。

优选的，所述肘关节机构包括第二大u型筒、第二顶丝、第二小锥齿轮、第二小u型筒、肘关节固定轴、第二方键和第二大锥齿轮；所述肘关节固定轴从第二大u型筒的外壁垂直穿入且固定在所述第二大u型筒的开口两端处部处；所述第二小u型筒通过第二方键与第二大锥齿轮固定连接，第二大锥齿轮与第二小锥齿轮配合传动。所述下杆件的下端与第二大u型筒的前端固定连接，下杆件的上端与双输出电机的另一端固定连接；所述第二输出轴安装在下杆件内，所述第二输出轴的一端与双输出电机连接，另一端通过第二导键和第二小锥齿轮连接，且第二小锥齿轮通过第二顶丝固定在所述第二输出轴上，从而带动第二小u型筒围绕肘关节固定轴中心转动；所述前臂杆件包括前杆件和后杆件，所述后杆件套设在所述后前杆件内且可在前杆件内进行往返滑动。

优选地，所述固定机构包括支撑体、第一固定件和第二固定件，所述第一固定件固定在所述支撑体上，所述第二固定件的一端与所述第一固定件固定连接，所述第一大u型筒的底端外壁通过第二固定件与所述支撑体连接。

优选的，所述支撑体采用桌子作为支撑，所述第二固定件为圆柱形导杆。

在本发明中，驱动机构为双输出电机，双输出电机输出力矩分别通过输出轴传输到肩关节机构中的小锥齿轮和肘关节机构中的小锥齿轮，从而带动肩关节和肘关节做康复训练。当需要进行单关节训练时，只需松开顶丝滑动小锥齿轮即可，通过调节肩关节机构中的大u型筒与固定机构之间的角度，可以实现在整个上肢运动范围内的康复训练。

综上所述，本发明由于采用了以上技术方案，有益效果在于：本发明的结构轻巧，移动方便，利用单个双输出电机进行驱动，构成肩肘联动机构，相对于多电机更加轻巧，控制更加方便；通过调节滑移齿轮，来选择单关节的康复训练；通过调节固定机构的角度，可以实现在整个上肢运动范围内的康复训练，也可以通过调节固定机构的角度，来实现整个上肢运动范围内的康复训练。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实例或现有技术中的技术方案，下面将对实施实例或现有技术描述中所需要的附图做简单地介绍，显然，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的一种单电机驱动的肩肘联动上肢康复机器人的左右等轴视图；

图2是本发明的一种单电机驱动的肩肘联动上肢康复机器人的俯视图；

图3是本发明的一种单电机驱动的肩肘联动上肢康复机器人的关节部分剖视图；

图4是本发明的一种单电机驱动的肩肘联动上肢康复机器人的肩关节剖视图；

图5是本发明的一种单电机驱动的肩肘联动上肢康复机器人的上臂剖视图；

图6是本发明的一种单电机驱动的肩肘联动上肢康复机器人的肘关节剖视图；

1-固定机构，2-肩关节机构，3-上臂杆件，4-驱动机构，5-肘关节机构，6-前臂杆件，7-手柄机构，11-支撑体，12第一固定件,13-第二固定件，21-第一大u型筒，22-第一小u型筒，23-肩关节固定轴，24-第一方键，25-第一大锥齿轮，26-第一小锥齿轮，27-第一顶丝，31-上杆件，32-下杆件，41-双输出电机，42-第一输出轴，43-第一导键，44-第二输出轴，45-第二导键，51-第二大u型筒，52-第二顶丝，53-第二小锥齿轮，54-第二小u型筒，55-肘关节固定轴，56-第二方键,57-第二大锥齿轮，61-前杆件，62-后杆件。

具体实施方式

下面将结合本发明实例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，根据本发明提供的一种单电机驱动的肩肘联动上肢康复机器人，包括固定机构1、肩关节机构2、上臂杆件3、驱动机构4、肘关节机构5、前臂杆件6和手柄机构7，所述肩关节机构2的一端通过连接杆固定在所述固定机构1上，该肩关节机构2的另一端与所述上臂杆件3的一端连接，所述驱动机构4安装在上臂杆件3中间，所述上臂杆件3的另一端与肘关节机构5的前端连接，所述肘关节机构5的后端与所述前臂杆件6连接，所述前臂杆件6与所述手柄机构7连接。

在本发明中，如图1、图2、图3和图4所示，所述固定机构1包括支撑体11、第一固定件12和第二固定件13，所述第一固定件12固定在所述支撑体11上，所述第二固定件13的一端与所述第一固定件12固定连接，所述肩关节机构2包括第一大u型筒21、第一小u型筒22、肩关节固定轴23、第一方键24、第一大锥齿轮25、第一小锥齿轮26和第一顶丝27；所述第一大u型筒21的底端外壁通过第二固定件13与所述支撑体11连接，所述支撑体11采用桌子作为支撑，所述第二固定件13为圆柱形导杆，所述肩关节固定轴23从第一大u型筒21的外壁垂直穿入且固定在所述第一大u型筒21的开口两端部处，所述第一小u型筒22的开口端伸入所述第一大u型筒21的开口端内且可以围绕肩关节固定轴23中心转动，第一大锥齿轮25通过第一方键24与肩关节固定轴23固定连接，所述第一大u型筒21的底端外壁与所述固定机构1连接；所述上杆件31的一端与所述第一小u型筒22的底端固定，另一端与双输出电机41的一端相连,双输出电机41的一端扭矩输出通过所述第一输出轴42和所述第一导键43传递到所述第一小锥齿轮26上，从而带动第一小u型筒22围绕肩关节固定轴23中心转动；所述上臂杆件3包括上杆件31和下杆件32，所述上杆件31的内部安装所述第一输出轴42，所述下杆件32的内部安装所述第二输出轴44；所述驱动机构4包括中的双输出电机41、第一导键43和第二导键45，该双输出电机41的双输出轴上分别连接有第一输出轴42和第二输出轴44，所述第一输出轴42通过第一导键43与第一小锥齿轮26连接，且第一小锥齿轮26通过第一顶丝27固定在所述第一输出轴42上，当需要单关节训练时，松开第一顶丝27，并滑移第一小锥齿轮26使之离开锥齿轮配合，所述第二输出轴44通过第二导键45与第二小锥齿轮53连接。

在本发明中，结合图1、图3、图5和图6所示，所述肘关节机构5包括第二大u型筒51、第二顶丝52、第二小锥齿轮53、第二小u型筒54、肘关节固定轴55、第二方键56和第二大锥齿轮57；所述肘关节固定轴55从第二大u型筒51的外壁垂直穿入且固定在所述第二大u型筒51的开口两端处部处；所述第二小u型筒54通过第二方键56与第二大锥齿轮57固定连接，第二大锥齿轮57与第二小锥齿轮53配合传动。所述下杆件32的下端与第二大u型筒51的前端固定连接，下杆件32的上端与双输出电机41的另一端固定连接；所述第二输出轴44安装在下杆件32内，所述第二输出轴44的一端与双输出电机41连接，另一端通过第二导键45和第二小锥齿轮53连接，且第二小锥齿轮53通过第二顶丝52固定在所述第二输出轴44上，从而带动第二小u型筒54围绕肘关节固定轴55中心转动；当需要单关节训练时，松开第二顶丝52，滑移第二小锥齿轮53使之离开锥齿轮配合。所述前臂杆件6包括前杆件61和后杆件62，所述后杆件62套设在所述前杆件61内且可在前杆件61内进行往返滑动；所述前臂杆件6中的前杆件61与肘关节机构5中的第二小u型筒54连接，后杆件62可以在前杆件61中滑动，后杆件62和手柄机构（7）连接。

在本发明中结合图1至图6，进一步阐述本发明的工作原理，首先手动调节好肩关节机构2中的第一大u型筒21相对于固定机构1的角度，再通过绑带让使用者穿戴上该单电机驱动的肩肘联动上肢康复机器人，启动驱动机构4中的双输出电机41，双输出电机41的扭矩分别通过安装在上臂杆件3中的第一输出轴42、第二输出轴44传输到肩关节机构2中与第一输出轴42通过第一导键43连接的第一小锥齿轮26和肘关节机构5中与第二输出轴44通过第二导键45连接的第二小锥齿轮53中。由于肩关节机构2的肩关节固定轴23和第一大u型筒21固定，第一大锥齿轮25又通过第一方键24和肩关固定轴23连接，从而第一小锥齿轮26在第一大锥齿轮25上滚动，也既带动第一小u型筒22围绕肩关固定轴23中心转动以此实现肩关节的康复训练。由于肘关节机构5中的肘关固定轴55和第二大u型筒51固连，第二大锥齿轮57通过第二方键56和第二小u型筒54连接，第二小锥齿轮53传输的扭矩通过第二大锥齿轮57传递到第二小u型筒54，使得第二小u型筒54围绕肘关节固定轴55中心转动，也既实现肘关节的康复训练，从而达到肩肘联动时，双输出电机带动肩关节和肘关节一起运动。当需要进行肩关节单独训练时，需松开肘关节机构5中的第二顶丝52，并滑动第二小锥齿轮53使之退出与第二大锥齿轮57啮合，启动双输出电机41，从而只带动肩关节单独训练，肘关节单独训练和以上类似，在此不再累述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本使用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在发明的保护范围之内。