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CN105796285B - 一种上肢康复机器人手指及手腕训练装置 - Google Patents

一种上肢康复机器人手指及手腕训练装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种上肢康复机器人手指及手腕训练装置。该装置包括安装基座、手腕旋转运动机构和手指抓握及伸展运动机构，所述手腕旋转运动机构由第一伺服电机通过两级减速机构驱动，其中第一级减速机构是齿轮减速箱，安装在第一伺服电机前端，第二级减速机构由轴套和旋转半圆环通过钢丝绳缠绕方式构成，位于第一级减速机构前端；所述第一伺服电机安装在安装基座上；所述手指抓握及伸展运动机构由第二伺服电机通过两级减速机构驱动，其中第一级减速机构是齿轮减速箱，安装在第二伺服电机前端，所述第二伺服电机安装在手掌支撑板上，手掌支撑板固定在手腕旋转运动机构的旋转半圆环上。本发明结构简单，功能性强。

Description

一种上肢康复机器人手指及手腕训练装置
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，尤其涉及康复机器人技术，具体涉及一种上肢康复机器人手指及手腕训练装置。
背景技术
随着中国社会老龄化的加剧，越来越多的老人由于中风等原因造成上肢瘫痪，给日常生活带来非常大的不便。瘫痪患者可以通过大量的康复训练激发大脑可塑性，恢复一定的运动能力，实现生活自理，提高生活质量，最大程度的回归社会。机器人辅助康复训练能够节约大量的人力物力，并能够对患者康复水平进行实时量化的评估，根据患者的康复状况循序渐进的进行训练。
上肢偏瘫患者一般均伴随着手部运动功能障碍，如手指不能抓握和伸展，手腕不能自由旋转，对患者的生活自理能力影响很大。目前的上肢康复机器人以肩肘关节的粗大运动训练为主，而缺乏对患者日常生活最重要的手指、手腕的康复训练。因此，在现有上肢康复机器人中增加患者手指、手腕的手部康复训练，对于患者上肢的精细运动能力的恢复，以及生活自理能力的提高具有非常重要的作用。
发明内容
本发明为了克服现有的上肢康复机器人只具有粗大运动康复训练，缺乏手指、手腕的手部精细训练的缺点，同时克服现有手部康复训练装置仅能被动的由机器带动训练，而无法主动地执行训练任务，训练过程柔顺性差等不足，满足手部康复训练的需求，而提出了一种上肢康复机器人手指、手腕训练装置。
本发明提出了一种上肢康复机器人手指及手腕训练装置，包括安装基座、手腕旋转运动机构和手指抓握及伸展运动机构，
所述手腕旋转运动机构由第一伺服电机通过两级减速机构驱动，其中第一级减速机构是齿轮减速箱，安装在第一伺服电机前端，第二级减速机构由轴套和旋转半圆环通过钢丝绳缠绕方式构成，位于第一级减速机构前端；所述第一伺服电机安装在安装基座上；
所述手指抓握及伸展运动机构由第二伺服电机通过两级减速机构驱动，其中第一级减速机构是齿轮减速箱，安装在第二伺服电机前端，第二级减速机构由轴套和旋转圆盘通过钢丝绳缠绕方式构成，所述第二伺服电机安装在手掌支撑板上，手掌支撑板固定在手腕旋转运动机构的旋转半圆环上，旋转圆盘上同轴安装有主动齿轮，主动齿轮和被动齿轮紧密配合，主动齿轮和被动齿轮上同轴安装有第一旋转连杆和第二旋转连杆，第一手指套和第二手指套插在第一旋转连杆和第二旋转连杆上，第一手指套和第二手指套二可以互换
本发明公开的上肢康复机器人手部训练装置，结构设计简洁，可以同时实现手腕旋转和手指的抓握及伸展训练，丰富了手部的康复训练任务，通过绑带和手指套方式，方便了训练时手部的固定，通过滑动槽设计，可以适应不同患者不同的手指长度，通过两级减速机构，使得训练装置输出扭矩大，柔顺性强，实现高质量的被动训练和主动训练。
附图说明
图1为本发明中上肢康复机器人手指及手腕训练装置的侧面结构示意图；
图2为本发明中上肢康复机器人手指及手腕训练装置的腕部旋转结构示意图
图3为本发明中上肢康复机器人手指及手腕训练装置的俯视结构示意图；。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
下面结合附图对本发明进行进一步说明。
如图1～3所示，本发明提出了一种上肢康复机器人手指及手腕训练装置，包括安装基座12、手腕旋转运动机构和手指抓握及伸展运动机构；
其中，所述手腕旋转运动机构包括伺服电机8、第一级减速机构和第二级减速机构，其中第一级减速机构为齿轮减速箱9，安装在伺服电机8前端，第二级减速机构由轴套11和旋转半圆环4通过钢丝绳10缠绕方式构成，伺服电机8尾部安装有编码器7，伺服电机8安装在安装基座12上；所述轴套11安装在齿轮减速箱9输出轴上，所述旋转半圆环4可以相对安装基座12旋转，所述钢丝绳10缠绕在轴套11和旋转半圆环4的外侧表面上。
所述手指抓握及伸展运动机构包括伺服电机16、第一级减速机构和第二级减速机构，其中第一级减速机构包括齿轮减速箱15，安装在电机16前端，第二级减速机构由轴套14和旋转圆盘18通过钢丝绳13缠绕方式构成，电机16尾部安装有编码器17，伺服电机16安装在手掌支撑板32上，手掌支撑板32固定在手腕旋转运动机构的旋转半圆环上，旋转圆盘18上同轴安装有主动齿轮，主动齿轮19和被动齿轮20紧密配合，主动齿轮和被动齿轮上同轴安装有第一旋转连杆21和第二旋转连杆22，第一手指套23和第二手指套24插在第一旋转连杆21和第二旋转连杆22上，第一手指套23和第二手指套24可以互换。
本发明公开的上述装置共有两个旋转自由度，即手腕绕与手臂平行的轴1旋转，以及手掌绕基本垂直于轴1的轴2的抓握和伸展。抓握柄3用于手掌的支撑和抓握，前臂由臂托6支撑，并通过绑带5进行固定。电机8输出经过减速器9的一级减速和扭矩放大，传递到轴套11，轴套11与转动半圆环4通过钢丝绳10缠绕方式构成二级绳传动减速机构。轴承33与转动半圆环4侧面开槽34接触配合，轴承33安装在基座12上，从而转动半圆环4可以相对于基座12转动。电机8输出经过上述一级和二级减速，扭矩放大，控制施加到人体腕关节的扭矩，以及控制腕关节的旋转。编码器7用于检测电机8的旋转角度，以及人体腕关节的旋转角度。减速器9固定在基座12上。
电机16输出经过减速器15的一级减速和扭矩放大，传递到轴套14，轴套14与旋转圆盘18通过钢丝绳13构成二级减速机构。电机16输出经过一级和二级减速，扭矩放大。旋转圆盘18、主动齿轮19和连杆21同轴连接，从动齿轮20和连杆22同轴连接，主动齿轮19和从动齿轮20紧密配合在一起，从而旋转圆盘18转动可以引起第一连杆21和第二连杆22向相反方向转动。以左手训练为例，患者拇指套在第一手指套23上，第一手指套23插在第二连杆22上，而其余四指套在第二手指套24上，手指套24插在第一连杆21上，从而第一连杆21和第二连杆22的转动可以引起手指的张合。以右手训练为例，患者拇指套在第二手指套24上，第二手指套24插在第一连杆21上，而其余四指套在第一手指套23上，第一手指套23插在第二连杆22上，从而第一连杆21和第二连杆22的转动可以引起手指的抓握和伸展。手指套23可以沿着轨道槽25和26运动，手指套23可以沿着滑动槽27在轨道槽25和26之间切换。手指套24可以沿着轨道槽28和29运动，手指套24可以沿着滑动槽30在轨道槽28和29之间切换。抓握手柄3可以沿着滑动槽31滑动。轨道槽25、26是两段并行设置且半径不同的同心圆弧开槽，滑动槽27是连接轨道槽25和26圆弧端的一段直线开槽，轨道槽25、26、27形成连通的第一滑动结构，轨道槽28、29是两段并行设置且半径不同的同心圆弧开槽，滑动槽30是连接轨道槽28和29圆弧端的一段直线开槽，轨道槽28、29、30形成连通的第二滑动结构，其中第一滑动结构和第二滑动结构对称邻近设置在手掌支撑板32上。滑动槽31沿着在第一滑动结构和第二滑动结构对称轴设置。
在具体应用过程中，滑动槽27、30、31设计可以调节手指与抓握柄之间的距离，适应不同患者的手指长度，手指套可以方便的互换，满足左右手训练需求。伺服电机经过齿轮减速箱和绳传动减速机构，速度降低，满足手部康复训练的运动速度需要，同时扭矩放大，满足康复训练的驱动力需要，绳传动减速机构与齿轮减速箱配合使用，一方面有助于减小设备尺寸，另一方面有助于减小齿轮减速箱齿隙及摩擦带来的扭矩脉动和噪声问题，提高系统的柔顺性和反向驱动能力，使得患者能够主动的驱动机构运动，实现主动康复训练。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种上肢康复机器人手指及手腕训练装置，包括安装基座、手腕旋转运动机构和手指抓握及伸展运动机构，其特征在于：
所述手腕旋转运动机构由第一伺服电机通过两级减速机构驱动，其中第一级减速机构是齿轮减速箱，安装在第一伺服电机前端，第二级减速机构由轴套和旋转半圆环通过钢丝绳缠绕方式构成，位于第一级减速机构前端；所述第一伺服电机安装在安装基座上，旋转半圆环能够相对于安装基座转动；
所述手指抓握及伸展运动机构由第二伺服电机通过两级减速机构驱动，其中第一级减速机构是齿轮减速箱，安装在第二伺服电机前端，第二级减速机构由轴套和旋转圆盘通过钢丝绳缠绕方式构成，所述第二伺服电机安装在手掌支撑板上，手掌支撑板固定在手腕旋转运动机构的旋转半圆环上，旋转圆盘上同轴安装有主动齿轮，主动齿轮和被动齿轮紧密配合，主动齿轮和被动齿轮上同轴安装有第一旋转连杆和第二旋转连杆，第一手指套和第二手指套插在第一旋转连杆和第二旋转连杆上，第一手指套和第二手指套能够互换。
2.根据权利要求1所述的一种上肢康复机器人手指及手腕训练装置，其特征在于：所述旋转半圆环侧面有槽，通过轴承卡装在安装基座上，所述旋转半圆环能够通过所述轴承相对于安装基座转动。
3.根据权利要求1所述的一种上肢康复机器人手指及手腕训练装置，其特征在于：所述手掌支撑板上有抓握手柄和滑动槽，抓握手柄能够沿滑动槽滑动。
4.根据权利要求3所述的一种上肢康复机器人手指及手腕训练装置，其特征在于：所述手掌支撑板上有第一滑动结构和第二滑动结构，第一手指套和第二手指套分别沿着第一滑动结构和第二滑动结构滑动，改变手指套与抓握手柄之间的距离。
5.根据权利要求4所述的一种上肢康复机器人手指及手腕训练装置，其特征在于：所述第一滑动结构和第二滑动结构对称设置，分别包括两段并行设置且半径不同的同心圆弧开槽和连通两段圆弧开槽一端的直线开槽。
6.如权利要求4或5所述的一种上肢康复机器人手指及手腕训练装置，其特征在于：所述滑动槽沿第一滑动结构和第二滑动结构的对称轴设置。
7.根据权利要求1所述的一种上肢康复机器人手指及手腕训练装置，其特征在于：所述安装基座上安装有臂托，臂托上有绑带。
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