申请/专利权人：河北工业大学

申请日：2022-08-04

公开（公告）日：2024-04-16

公开（公告）号：CN115227550B

主分类号：A61H1/02

分类号：A61H1/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.16#授权;2022.11.11#实质审查的生效;2022.10.25#公开

摘要：本发明公开了一种人机相容且避奇异的七自由度上肢外骨骼康复机器人，包括肩部高度调节装置、肩胛带前伸后缩装置、肩关节装置、上臂长度调节装置、肘关节装置、前臂长度调节装置、腕关节装置、肩胛带抬升降低装置、肘关节轴线运动补偿装置和机架。本发明基于人机相容理念，通过主动关节和被动关节的组合设置，将整个人‑机系统设计为一个恰约束系统，机器人与患者上肢形成两个恰约束环链，能够补偿在上肢穿戴和运动中人‑机关节轴线偏差，降低了人‑机连接处的力与力矩，保证人机运动相容，能够实现肩胛带、肩关节、肘关节、前臂、腕关节的单关节与多关节全方位康复训练。

主权项：1.一种人机相容且避奇异的七自由度上肢外骨骼康复机器人，其特征在于，该机器人包括肩部高度调节装置、肩胛带前伸后缩装置、肩关节装置、上臂长度调节装置、肘关节装置、前臂长度调节装置、腕关节装置、肩胛带抬升降低装置、肘关节轴线运动补偿装置和机架；所述肩部高度调节装置包括电动推杆、肩部直线导轨机构、肩部高度调节架和肩胛带连接直线导轨机构；肩部高度调节架通过肩部直线导轨机构滑动安装于机架上，电动推杆为肩部高度调节架滑动的动力；所述肩胛带前伸后缩装置包括肩胛带连接板、肩前伸后缩电机、长度可调的锁骨连杆和肩关节连接板；肩胛带连接板通过肩胛带连接直线导轨机构滑动安装于肩部高度调节架上，被动补偿上肢运动中盂肱关节转心在人体冠状轴方向的位移；两个长度可调的锁骨连杆相互平行设置构成平行四边形机构，其一端均转动安装于肩胛带连接板上，另一端均与肩关节连接板转动连接；一个长度可调的锁骨连杆通过肩前伸后缩电机与肩胛带连接板转动连接；所述肩关节装置包括肩内收外展电机支架、肩内收外展电机、肩内收外展转动支架、肩关节连杆、肩屈伸电机支架、肩屈伸电机、肩屈伸转动支架、肩内旋外旋电机、肩内旋外旋齿圈、肩内旋外旋齿轮和圆弧导轨机构；上臂长度调节装置能够通过直线伸缩实现长度调节，分成固定端和移动端；肩内收外展电机支架固定于肩关节连接板上；肩内收外展转动支架通过肩内收外展电机与肩内收外展电机支架转动连接；肩关节连杆的两端分别与肩内收外展转动支架和肩屈伸电机支架固定连接；肩屈伸转动支架通过肩屈伸电机与肩屈伸电机支架转动连接；上臂长度调节装置的固定端或移动端中的一个固定于肩屈伸转动支架上；肩内旋外旋齿圈通过圆弧导轨机构滑动安装于上臂长度调节装置的固定端或移动端中的另一个上；肩内旋外旋电机的壳体固定于上臂长度调节装置的固定端或移动端中的另一个上，输出端固定安装有肩内旋外旋齿轮；肩内旋外旋齿轮与肩内旋外旋齿圈啮合传动连接；肩内收外展电机的旋转轴线、肩屈伸电机的旋转轴线、肩内旋外旋电机的旋转轴线相交于一点，构成等效球窝关节；肩屈伸电机的旋转轴线和肩内旋外旋电机的旋转轴线相互垂直，肩内收外展电机的旋转轴线和肩屈伸电机的旋转轴线的夹角为锐角；所述肩胛带抬升降低装置包括人机接触半环、压簧一和导杆一；导杆一的两端固定于肩内旋外旋齿圈的U形板中；人机接触半环的端部滑动安装于导杆一中；压簧一嵌套于导杆一上，一端与人机接触半环接触或固定连接，另一端与肩内旋外旋齿圈的U形板接触或固定连接；人机接触半环上设置有绑带，用于与人体上臂连接；所述肘关节装置包括上臂下支架、肘关节电机和前臂转动支架；所述前臂长度调节装置能够通过直线伸缩实现长度调节，分成固定端和移动端；上臂下支架固定在肩内旋外旋齿圈上；前臂转动支架通过肘关节电机与上臂下支架转动连接；前臂长度调节装置的固定端或移动端中的一个固定于前臂转动支架上；所述肘关节轴线运动补偿装置包括导杆二、压簧二、前臂连接板和直线轴承；导杆二的两端固定于前臂长度调节装置的固定端或移动端中的另一个内；前臂连接板通过直线轴承滑动安装于导杆二上；压簧二嵌套于导杆二上，一端与前臂长度调节装置的固定端或移动端中的另一个接触或固定连接，另一端与直线轴承接触或固定连接；所述腕关节装置包括前臂下支架、腕屈伸电机、腕屈伸转动支架、前臂内旋外旋电机、腕转动支架、腕部直线导轨机构和末端手柄；前臂下支架固定于前臂连接板上；腕屈伸转动支架通过腕屈伸电机转动安装于前臂下支架上；腕转动支架通过前臂内旋外旋电机转动安装于腕屈伸转动支架上；末端手柄通过腕部直线导轨机构滑动安装于腕转动支架上；末端手柄上安装有绑带，用于与人体手部连接。

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