一种混合驱动的上肢康复装置

本发明涉及康复器械，具体涉及一种混合驱动的上肢康复装置。

背景技术：

1、人体腕关节作为椭球型关节，是最复杂的部分之一，传统的腕关节康复是由治疗师对患者进行一对一的反复训练，训练效果主要取决于治疗师的经验。随着电子元件和控制技术的不断发展，机器人康复慢慢成为主流，但是上肢康复机构却又多关注于上肢整体的康复运动，而缺少对腕关节的关注。

2、市面上的大多数上肢康复装置虽然可以实现简单的腕关节运动，但功能简单，成本又较高，同时柔性存在一定问题，容易对腕关节造成二次伤害；且其驱动多采用气缸、电机等装置，结构较复杂，重量与体积较大，增加了使用者的负担；另外，目前的康复机构大多只适用于一侧躯体的康复，不具有镜像互换功能，增加了双侧使用者的成本。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本发明提供一种混合驱动的上肢康复装置，在腕关节处采用电机驱动绳索传动，提高了装置的整体柔性，连接安全可靠，可实现腕关节的耦合运动，同时采用齿轮传动，提高了运动的可靠性。

2、为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

3、一种混合驱动的上肢康复装置，包括肩关节、肘关节、腕关节以及大臂连接件和小臂连接件，所述肩关节通过电机驱动锥齿轮组实现运动，肩关节与肘关节之间通过大臂连接件实现连接，所述肘关节通过电机驱动小齿轮带动大齿轮实现旋转运动，肘关节和腕关节之间通过小臂连接件连接，所述腕关节采用绳驱动方式实现运动，包括卷绳机安装支架、腕关节电机、蜗轮蜗杆减速器、卷绳机、滑轮和末端支架，多个卷绳机安装在卷绳机安装支架上，并通过蜗轮蜗杆减速器与腕关节电机输出端连接，所述卷绳机安装支架和和末端支架上分别安装有滑轮，所述卷绳机上的柔性绳通过滑轮连接在卷绳机安装支架和末端支架之间。

4、进一步地，所述卷绳机的数量为四个，所述卷绳机安装支架为方形支架，所述方形支架的四个边上分别设有安装板，所述安装板上开设多个安装孔，用于安装卷绳机、蜗轮蜗杆减速机以及轴承座，蜗轮蜗杆减速机的输入端连接腕关节电机，蜗轮蜗杆减速机的输出端通过轴承座与卷绳机连接。

5、进一步地，所述末端支架为方形框架，中间设有手部握持杆，所述方形框架的四条边的中部分别安装有所述滑轮，所述卷绳机安装支架的四条边的中间对应地也分别安装有所述滑轮，每组滑轮对应一个卷绳机，柔性绳分别绕过一组滑轮后卷绕在对应的卷绳机上，通过卷绳机控制柔性绳的长度从而驱动末端支架的运动。

6、进一步地，所述肘关节包括大臂安装板、肘关节电机、套筒一、小齿轮和大齿轮，所述小齿轮为圆柱齿轮，所述大齿轮为圆弧形齿圈，肘关节电机安装在大臂安装板上固定不动，通过套筒连接小齿轮轴与肘关节电机轴，小齿轮与大齿轮啮合，在大齿轮的圆弧形齿圈的两侧安装限位板，保证大齿轮转动的角度在合理的范围内。

7、进一步地，所述卷绳机安装支架朝向小臂的一侧固定有小臂连接杆一，所述小臂连接杆一与小臂连接杆二连接，且所述小臂连接杆一上开设有长条形槽孔，并通过螺钉与小臂连接杆二连接，使得小臂部位长度可调。

8、进一步地，所述肘关节靠近小臂一侧设有大臂连接环，所述大臂连接环通过螺钉与大齿轮连接，大臂连接环与小臂连接杆二之间通过螺栓连接，且两者间隙配合能够相对转动以实现肘关节的屈伸运动。

9、进一步地，所述肩关节包括大锥齿轮、小锥齿轮、肩关节电机、电机安装板和肩关节支架，所述肩关节支架为“l”型板，肩关节电机通过电机安装板固定在肩关节支架上，电机轴与小锥齿轮通过套筒二连接，大锥齿轮与小锥齿轮啮合。

10、进一步地，所述肩关节处还设有大臂连接板，所述大锥齿轮与大臂连接板上的连接轴进行键连接，所述肘关节处设有大臂安装板，所述大臂安装板一端为弧形结构且与大齿轮通过卡槽连接，另一端延伸并与大臂连接板通过螺钉固定。

11、进一步地，在柔性绳的中间布置有力传感器和位移传感器。

12、有益效果：

13、本发明在腕关节处采用绳驱动的方式，增加了装置的柔性，且结构简单，传动方便，简化了穿戴部分的传动机构及整体重量，减小了装置的运动惯性，提高了驱动效率；依靠电机和卷绳机的运转，能够实现腕关节的屈伸运动，尺桡偏转以及旋转运动，具有多自由度；还能实现三维空间的运动，能够简单实现小臂和肩关节的旋转，使运动更加灵活，且具有镜像互换功能，降低双侧康复使用成本。

技术特征：

1.一种混合驱动的上肢康复装置，包括肩关节、肘关节、腕关节以及大臂连接件和小臂连接件，其特征在于：所述肩关节通过电机驱动锥齿轮组实现旋转运动，肩关节与肘关节之间通过大臂连接件实现连接，所述肘关节通过电机驱动小齿轮带动大齿轮实现旋转运动，肘关节和腕关节之间通过小臂连接件连接，所述腕关节采用绳驱动方式实现运动，腕关节包括卷绳机安装支架、腕关节电机、蜗轮蜗杆减速器、卷绳机、滑轮和末端支架，多个卷绳机安装在卷绳机安装支架上，并通过蜗轮蜗杆减速器与腕关节电机输出端连接，所述卷绳机安装支架和和末端支架上分别安装有滑轮，所述卷绳机上的柔性绳通过滑轮连接在卷绳机安装支架和末端支架之间。

2.根据权利要求1所述的一种混合驱动的上肢康复装置，其特征在于，所述卷绳机的数量为四个，所述卷绳机安装支架为方形支架，所述方形支架的四个边上分别设有安装板，所述安装板上开设多个安装孔，用于安装卷绳机、蜗轮蜗杆减速机以及轴承座，蜗轮蜗杆减速机的输入端连接腕关节电机，蜗轮蜗杆减速机的输出端通过轴承座与卷绳机连接。

3.根据权利要求2所述的一种混合驱动的上肢康复装置，其特征在于，所述末端支架为方形框架，中间设有手部握持杆，所述方形框架的四条边的中部分别安装有所述滑轮，所述卷绳机安装支架的四条边的中间对应地也分别安装有所述滑轮，每组滑轮对应一个卷绳机，柔性绳分别绕过一组滑轮后卷绕在对应的卷绳机上，通过卷绳机控制柔性绳的长度从而驱动末端支架的运动。

4.根据权利要求1所述的一种混合驱动的上肢康复装置，其特征在于，所述肘关节包括大臂安装板、肘关节电机、套筒一、小齿轮和大齿轮，所述小齿轮为圆柱齿轮，所述大齿轮为圆弧形齿圈，肘关节电机安装在大臂安装板上固定不动，通过套筒连接小齿轮轴与肘关节电机轴，小齿轮与大齿轮啮合，在大齿轮的圆弧形齿圈的两侧安装限位板，保证大齿轮转动的角度在合理的范围内。

5.根据权利要求1所述的一种混合驱动的上肢康复装置，其特征在于，所述卷绳机安装支架朝向小臂的一侧固定有小臂连接杆一，所述小臂连接杆一与小臂连接杆二连接，且所述小臂连接杆一上开设有长条形槽孔，并通过螺钉与小臂连接杆二连接，使得小臂部位长度可调。

6.根据权利要求5所述的一种混合驱动的上肢康复装置，其特征在于，所述肘关节靠近小臂一侧设有大臂连接环，所述大臂连接环通过螺钉与大齿轮连接，大臂连接环与小臂连接杆二之间通过螺栓连接，且两者间隙配合能够相对转动以实现肘关节的屈伸运动。

7.根据权利要求1所述的一种混合驱动的上肢康复装置，其特征在于，所述肩关节包括大锥齿轮、小锥齿轮、肩关节电机、电机安装板和肩关节支架，所述肩关节支架为“l”型板，肩关节电机通过电机安装板固定在肩关节支架上，电机轴与小锥齿轮通过套筒二连接，大锥齿轮与小锥齿轮啮合。

8.根据权利要求7所述的一种混合驱动的上肢康复装置，其特征在于，所述肩关节处还设有大臂连接板，所述大锥齿轮与大臂连接板上的连接轴进行键连接，所述肘关节处设有大臂安装板，所述大臂安装板一端为弧形结构且与大齿轮通过卡槽连接，另一端延伸并与大臂连接板通过螺钉固定。

9.根据权利要求1所述的一种混合驱动的上肢康复装置，其特征在于，在柔性绳的中间布置有力传感器和位移传感器。

技术总结本发明涉及一种混合驱动的上肢康复装置，包括肩关节、肘关节、腕关节以及大臂连接件和小臂连接件，所述肩关节通过电机驱动锥齿轮组实现肩部的旋转运动，肩关节与肘关节之间通过大臂连接件连接，所述肘关节通过电机驱动小齿轮带动大齿轮实现旋转运动，肘关节和腕关节之间通过小臂连接件连接实现小臂屈伸运动，所述腕关节采用绳驱动方式实现腕部屈伸和旋转运动，本发明采用混合驱动方式，通过电机驱动绳索传动，提高了装置的整体柔性，连接安全可靠，可实现腕关节的耦合运动，同时在其他关节采用电机驱动齿轮传动，提高了运动的可靠性。技术研发人员：赵萍,程悦,徐宏伟,龚龙晓,赵熙然,韩旭受保护的技术使用者：合肥工业大学技术研发日：技术公布日：2024/8/5