CN112716749B - 一种外骨骼式上肢康复机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种外骨骼式上肢康复机器人，其设有肘关节屈伸组件，包括第一电机、第一减速器、连接轴以及分别呈U型的第一底座、旋转件、第一固定件；第一底座底端与第一固定件底端垂直安装，第一固定件的两个开口端之间通过绑带固定大臂；第一电机通过第一减速器固定安装到旋转件开口的一端，第一减速器输出轴的法兰固定安装到第一底座开口的一端，第一底座开口的另一端与旋转件开口的另一端通过连接轴转动连接；第一底座与旋转件之间形成的空腔肘关节，第一电机转动，经第一减速器减速后，带动旋转件相对于第一底座转动。本发明解决肘关节放置的舒适度低的问题，具有肘关节放置舒适度高、便利进行内收或外展运动训练的特点。

Description

一种外骨骼式上肢康复机器人

技术领域

本发明涉及康复机器人技术领域，更具体地说，本发明涉及一种外骨骼式上肢康复机器人。

背景技术

现代社会，由于老龄化、意外伤害、运动损伤、中风、脑损伤等因素造成的肢体技能衰退，影响到患者的日常生活与工作。相对于传统的康复训练方式，康复机器人作为可进行连续重复康复训练的机械装置，可以提供多种训练模式，极大地提高患者的主动性，节省了大量的人力和时间。

肩关节、肘关节以及腕关节作为大臂和下臂之间重要的关节，其多自由度的运动训练显得尤为重要。发明专利CN110859731A公开了“外骨骼式上肢康复机器人”，可实现肩关节屈曲/伸展、外展/内收，大臂旋内/旋外，肘关节屈曲/伸展，前臂旋内/旋外，腕关节屈曲/伸展六个自由度的康复训练，每个自由度可以实现单独或联合动作。但是，该康复机器人对肘关节的适应性和灵活性差，舒适度低。

发明内容

针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种外骨骼式上肢康复机器人，解决肘关节放置的舒适度低的问题，具有肘关节放置舒适度高、便利进行内收或外展运动训练的特点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，本发明通过以下技术方案实现：

本发明实施例提供一种外骨骼式上肢康复机器人，其包括支撑机构以及依次固定连接到所述支撑机构的肩关节运动机构、肘关节运动机构、腕关节运动机构，所述肘关节运动机构设有肘关节屈伸组件，其包括第一电机、第一减速器、连接轴以及分别呈U型的第一底座、旋转件、第一固定件；所述第一底座底端与所述第一固定件底端垂直安装，所述第一固定件的两个开口端之间通过绑带固定大臂；所述第一电机输出轴固定连接到所述第一减速器，所述第一减速器输出轴固定安装到所述旋转件开口的一端，所述第一减速器输出轴的法兰固定安装到所述第一底座开口的一端，所述第一底座开口的另一端与所述旋转件开口的另一端通过所述连接轴转动连接；所述第一底座与所述旋转件之间形成的空腔用于容纳大臂固定后的肘关节，所述第一电机转动，经所述第一减速器减速后，带动所述旋转件沿所述第一电机轴向相对于第一底座转动，以对肘关节进行包括水平内屈或水平外伸的一个自由度运动训练。

优选的是，所述肘关节运动机构还设有肘关节旋转组件，其包括第二电机、第二减速器、减速箱以及第一连接杆；所述减速箱内设有两个分别对应连接到所述减速箱输入轴和所述减速箱输出轴的锥齿轮，两个所述锥齿轮的齿轮垂直相对滑动连接以换向；所述第二电机经所述第二减速器固定连接到所述减速箱输入轴，所述减速箱输出轴固定连接到所述旋转件的底端；所述第二电机转动，经所述第二减速器减速以及所述减速箱改变传动方向后，驱动所述第一连接杆沿垂直所述第二电机输出轴的方向带动肘关节旋转，以对肘关节进行包括旋转向内或旋转向外的一个自由度运动训练。

优选的是，所述支撑机构包括：第二底座；立柱，其竖直固定安装到所述第二底座上，所述立柱上还固定安装有所述肩关节运动机构；以及，重心调整组件，其包括竖直固定安装到所述第二底座上的自重杆以及匹配套接在所述自重杆上的若干个自重块。

优选的是，还包括高宽度调节机构，其包括：

高度调节组件，其包括第一手轮、第一安装板、第二安装板、第三安装板、第一螺母以及分别贯穿所述第一螺母的第一调节丝杠和两个第一导向杆；所述第一安装板竖直固定安装到所述支撑机构上；所述第一安装板的上下两端分别对应水平安装有所述第二安装板和所述第三安装板，所述第一调节丝杠一端转动安装到所述第二安装板，所述第一调节丝杠另一端贯穿所述第三安装板固定连接到所述第一手轮；两个所述第一导向杆固定安装到所述第二安装板和第三安装板之间且对称位于所述第一调节丝杠两侧；转动所述第一手轮，带动所述第一调节丝杠转动，驱动所述第一螺母沿所述第一调节丝杠轴向滑行；

宽度调节组件，其包括第二手轮、第四安装板、第五安装板、第六安装板、第二螺母以及分别贯穿所述第二螺母的第二调节丝杠和两个第二导向杆；所述第四安装板水平固定安装到所述第一螺母上；所述第四安装板的左右两端分别对应竖直安装有所述第五安装板和所述第六安装板，所述第二调节丝杠一端转动安装到所述第五安装板，所述第二调节丝杠另一端贯穿所述第六安装板固定安装到所述第二手轮；两个所述第二导向杆固定安装到所述第五安装板和第六安装板之间且对称位于所述第二调节丝杠两侧；所述第二螺母上固定有所述肩关节运动机构；转动所述第二手轮，带动所述第二调节丝杠转动，驱动所述第二螺母带动所述肩关节运动机构沿所述第二调节丝杠轴向滑行。

优选的是，所述肩关节运动机构包括肩关节屈伸组件，其包括第三底座、第三电机、第三减速器以及第二连接杆，所述第三底座水平固定安装到所述支撑机构，所述第二电机经所述第三减速器水平安装到所述第二连接杆，所述第三减速器的法兰固定安装到所述第三底座上；所述第三电机转动，经所述第三减速器减速后，驱动所述第二连接杆沿水平方向转动，以对肩关节进行包括水平内收或水平外展的一个自由度运动训练。

优选的是，所述肩关节运动机构还包括肩关节抬摆组件，其包括第三连接杆、第四电机、第四减速器以及第四连接杆；所述第三连接杆竖直固定安装到所述第二连接杆；所述第四电机经所述第四减速器固定安装到所述第三连接杆，所述第四减速器的输出轴还转动安装有所述第四连接杆，所述第四电机转动，经所述第四减速器减速后，驱动所述第四连接杆沿竖直方向转动，以对肩关节进行包括竖直上抬或竖直下摆的一个自由度运动训练。

优选的是，所述肩关节运动机构还包括肩关节旋转组件，其包括第四底座、第五电机以及第五减速器；所述第四底座竖直安装到所述第四连接杆的一端；所述第五电机固定安装到所述第四底座上，所述第五电机经所述第五减速器固定连接到所述第一底座上；所述第五电机转动，带动所述第一底座沿水平方向转动，以对肩关节进行包括内旋或外旋的一个自由度运动训练。

优选的是，所述腕关节运动机构包括腕关节屈伸组件，其包括第五底座、第六电机、第六减速器、调节杆以及第二固定件；所述第五底座竖直固定安装到所述肘关节旋转组件，所述第六减速器固定安装到所述第五底座，所述第六电机输出轴安装到所述第六减速器，所述第六减速器输出轴固定安装到所述调节杆，所述第六减速器的法兰固定安装有开口水平朝外的所述第二固定件；所述第二固定件的两个开口端之间通过绑带固定小臂；所述第六电机转动，经所述第六减速器减速后，驱动所述调节杆在竖直平面内转动，以对腕关节进行包括上曲或下伸的一个自由度运动训练。

优选的是，所述腕关节运动机构还包括腕距调节组件，其包括第三螺母、第一螺栓以及设置到所述调节杆上的凹槽，所述第三螺母滑动连接到所述调节杆，所述第一螺栓贯穿所述第三螺母匹配安装到所述调节杆上的所述凹槽，将所述第三螺母固定安装到所述调节杆。

优选的是，还包括长度调节机构，其包括：

大臂长度调节组件，其包括两个并列的第三导向杆、固定安装到所述第四连接杆的第四螺母、第二螺栓、第三螺栓、位于两个所述第三导向杆之间的第三调节丝杠以及第三手轮，所述第三导向杆一端固定安装到所述第四连接杆、所述第三导向杆另一端滑动贯穿所述第四底座后安装有所述第二螺栓，所述第三调节丝杠一端转动连接到所述第四螺母，所述第三调节丝杠另一端滑动贯穿所述第四底座后安装依次有所述第三螺栓和所述第三手轮；转动所述第三手轮，带动所述第三调节丝杠转动，驱动所述第四底座沿所述导向杆长度方向滑行；

小臂长度调节组件，其包括呈直角形的第五连接杆、第六连接杆、第四调节丝杠、第五螺母、第四螺栓以及第四手轮，所述第五连接杆的竖直部垂直固定连接到所述第一连接杆，所述第六连接杆的一端设有滑轨和水平向外的连接片，所述第六连接杆的另一端固定连接到第五底座；所述第四调节丝杠一端垂直固定到所述连接片，所述第四调节丝杠另一端贯穿所述第五底座后通过所述第四螺栓连接到所述第四手轮，所述第四调节丝杠上安装有所述第五螺母，所述第五连接杆的水平部固定连接到所述第五螺母；转动所述第四手轮，带动所述第四调节丝杠转动，驱动所述第五螺母、第五连接杆以及所述第一连接杆一起沿所述滑轨水平滑行。

本发明至少包括以下有益效果：

(1)本发明提供的外骨骼式上肢康复机器人，通过设置包括第一电机、第一减速器、连接轴以及分别呈U型的第一底座、旋转件、第一固定件的肘关节屈伸组件，无论第一电机的如何转动，带动旋转件相对第一底座转动后空腔大小如何相应地变化，均与肘关节的内屈或外伸的运动训练匹配，可调节性强，不会对肘关节训练造成任何束缚感，增强肘关节放置和训练的舒适度，机构简单，易操作。

(2)本发明提供的外骨骼式上肢康复机器人，通过采用减速箱进行传动方向的改变，可实现对位于空腔内的肘关节进行内屈或外伸、旋内或旋外的两个自由度的运动训练，且各自由度运动训练也可相对独立完成。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所述的外骨骼式上肢康复机器人的整体装配示意图；

图2为本发明所述的支撑机构的装配示意图；

图3a为本发明所述的高度调节组件的装配示意图；

图3b为本发明所述的高宽度调节机构的装配示意图；

图4a为本发明所述的肩关节屈伸组件的装配示意图；

图4b为本发明所述的肩关节抬摆组件和大臂长度调节组件的装配示意图；

图4c为本发明所述的大臂长度调节组件、肩关节旋转组件以及肘关节屈伸组件的装配示意图；

图5为本发明所述的肘关节旋转组件、小臂长度调节组件、腕关节屈伸组件以及腕距调节组件之间的装配示意图；

图6为本发明所述的肘关节旋转组件中减速箱的内部结构示意图；

附图标记说明：

00、支撑机构；01、第二底座；02、立柱；03、自重杆；04、自重块；05、储物箱；06、万向轮；

10、高宽度调节机构；11a、第一手轮；11b、第二手轮；12a、第一安装板；12b、第二安装板、12c、第三安装板、13a、第一螺母；13b、第二螺母；14a、第一调节丝杠；14b、第二调节丝杠；15a、第一导向杆；15b、第二导向杆；16a、第四安装板；16b、第五安装板；16c、第六安装板；

20、肩关节屈伸组件；21、第三底座；22、第三电机；23、第三减速器；24、第二连接杆；25a、第一开口；25b、第一通孔；

30、肩关节抬摆组件；31、第三连接杆；32、第四电机；33、第四减速器；34、第四连接杆；35a、第二开口；35b、第二通孔；

40、大臂长度调节组件；41、第三导向杆；42、第四螺母；43、第二螺栓；44、第三螺栓；45、第三调节丝杠；46、第三手轮；

50、肩关节旋转组件；51、第四底座；52、第五电机；53、第五减速器；54、第三通孔；

60、肘关节屈伸组件；61、第一电机；62、第一减速器；63、连接轴；64、第一底座；65、旋转件；66、第一固定件；

70、肘关节旋转组件；71、第二电机；72、第二减速器；73、减速箱；73a、锥齿轮；74、第一连接杆；

80、小臂长度调节组件；81、第五连接杆；82、第六连接杆；821、滑轨；822、连接片；83、第四调节丝杠；84、第五螺母；85、第四螺栓；86、第四手轮；

90、腕关节屈伸组件；91、第五底座；92、第六电机；93、第六减速器；94、调节杆；95、第二固定件；

100、腕距调节组件；101、第三螺母；102、第一螺栓。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做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。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所述的本发明不同实施方式中使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加；所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1-6所示，本发明实施例提供一种外骨骼式上肢康复机器人，其包括支撑机构以及依次固定连接到支撑机构的肩关节运动机构、肘关节运动机构、腕关节运动机构。为了更清楚地表述上肢各关节的各自由度运动训练，本发明在图1中标明X-Y-Z的三维坐标辅助方向说明。

<实施例1>

本发明实施例给出了肘关节运动机构的优选实施方式。

第一方面，作为优选，肘关节运动机构设有肘关节屈伸组件60。如图4c所示，肘关节屈伸组件60包括第一电机61、第一减速器62、连接轴63以及分别呈U型的第一底座64、旋转件65、第一固定件66。第一底座64底端与第一固定件66底端垂直安装，U形的第一固定件66的两个开口端之间通过绑带可以固定大臂。第一电机61输出轴固定连接到第一减速器62，第一减速器62输出轴固定安装到旋转件65开口的一端，第一减速器62输出轴的法兰固定安装到第一底座64开口的一端，第一底座64开口的另一端与旋转件65开口的另一端通过连接轴63转动连接，U形的第一底座64与U形的旋转件65之间形成的空腔，用于容纳大臂固定后的肘关节。为了方便病人坐着测试进行大臂固定和肘关节放置，第一固定件66的两个开口朝向设置为沿X轴的水平方向，U形的第一底座64与U形的旋转件65的两个开口朝向相对且为沿Y轴的水平方向。第一电机61经第一减速器62固定安装到第一底座64上，第一电机61输出轴为沿Z轴的方向。第一电机61转动一定角度，经第一减速器62减速后，进一步驱动与第一减速器62输出轴连接的旋转件65相对第一底座64进行转动相同的角度，从而带动大臂固定到第一固定件66、容纳在空腔中的肘关节绕Z轴进行水平内屈或水平外伸的一个自由度运动训练。并且，无论第一电机61的如何转动，比如正转还是反转，增速还是减速，带动旋转件65相对第一底座64转动后空腔大小如何相应地变化，均与肘关节的内屈或外伸的运动训练匹配，可调节性强，不会对肘关节训练造成任何束缚感，增强肘关节放置和训练的舒适度，机构简单，易操作。

至于连接轴63的转动连接，可优选为，连接轴63一端通过深沟球轴承连接到第一底座64，连接轴63的另一端通过螺栓与旋转件65固接在一起。

第二方面，肘关节的内屈或外伸运动训练是绕Z轴方向转动，而要想进一步实现肘关节旋转向内或旋转向，则应考虑绕Y轴方向转动，此时需要换向，因此，作为进一步的优选，本发明采用减速箱73进行传动方向的改变，即肘关节运动机构还设有肘关节旋转组件70。如图5和图6所示，肘关节旋转组件70包括第二电机71、第二减速器72、减速箱73以及第一连接杆74；减速箱73内设有两个分别对应连接到减速箱73输入轴和减速箱73输出轴的锥齿轮73a，两个锥齿轮73a的齿轮垂直相对滑动连接以换向；第二电机71经第二减速器72固定连接到减速箱73输入轴，减速箱73输出轴固定连接到旋转件65的底端。

该实施方式中，第二电机71转动任意一个角度，经第二减速器72减速以及减速箱73改变传动方向后，驱动第一连接杆74沿垂直第二电机71输出轴的方向即沿Y轴方向带动肘关节旋转相应角度，以对肘关节进行包括旋转向内或旋转向外的一个自由度运动训练。减速箱73输出轴固定连接到旋转件65的底端，可实现对位于空腔内的肘关节进行内屈或外伸、旋内或旋外的两个自由度的运动训练，且各自由度运动训练也可相对独立完成。

综上所述，本发明提供的外骨骼式上肢康复机器人可对肘关节进行内屈或外伸、旋内或旋外两个自由度的运动训练，且各自由度运动训练可相对独立，也可依次关联。

<实施例2>

在实施例1的基础上，本发明实施例给出了支撑机构00的优选实施方式。如图2所示，支撑机构00包括第二底座01、立柱02以及重心调节组件。立柱02竖直固定安装到第二底座01上，即立柱02是沿Z轴方向固定安装。立柱02上还固定安装有肩关节运动机构。重心调整组件，其包括竖直固定安装到第二底座01上的自重杆03以及匹配套接在自重杆03上的若干个自重块04。该实施方式中，整个外骨骼式上肢康复机器人是由肩关节运动机构通过立柱02固定安装到第二底座01上，第二底座01用于提供支撑。由于整个机器人是由立柱02一侧向外延伸的一个大型机构，难免造成第二底座01重心不稳，重心调整组件就是为了调整第二底座01的重心以保证整个设备稳定性，调整的方法为调节第二底座01上自动杆匹配套接的自重块04的数量。

作为进一步的优选，第二底座01上还可以固定安装储物箱05，储物箱05可以设置为上下多层的结构，用来存放康复训练所必须的药品及机器等，提高设备的实用性。至于立柱02与储物箱05之间的位置关系，立柱02和储物箱05可以分别设置在第二底座01上，也可以是立柱02固定安装到储物箱05上方以节省空间、尽量最大化储物箱05容量。本发明给出了立柱02通过螺栓固定安装到储物箱05顶部的示例。

作为进一步的优选，第二底座01下方还设有若干个万向轮06，具体地，本发明给出了第二底座01下方四个边角分别安装一个万向轮06的示例，使得外骨骼式上肢康复机器人具有可移动性。

需要补充说明的是，由于外骨骼式上肢康复机器人是通过肩关节运动机构固定安装到立柱02的一侧，则病人在进行康复的时候，可以在立柱02的同侧、外骨骼式上肢康复机器人的下方设置一张座椅，配合病人坐着进行康复训练。

<实施例3>

在实施例1-2的基础上，本发明实施例给出了设置高宽度调节机构10以从高、宽度调节方面改进去适应不同身材病人做康复的优选实施方式。

第一方面，高宽度调节机构10设置有高度调节组件，用于进行高度调节。如图3a所示，高度调节组件包括第一手轮11a、第一安装板12a、第二安装板12b、第三安装板12c、第一螺母13a以及分别贯穿第一螺母13a的第一调节丝杠14a和两个第一导向杆15a；第一安装板12a竖直固定安装到支撑机构00上；第一安装板12a的上下两端分别对应水平安装有第二安装板12b和第三安装板12c，第一调节丝杠14a一端转动安装到第二安装板12b，第一调节丝杠14a另一端贯穿第三安装板12c固定连接到第一手轮11a；两个第一导向杆15a固定安装到第二安装板12b和第三安装板12c之间且对称位于第一调节丝杠14a两侧。

该实施方式中，第一安装板12a优选为通过螺栓沿Z轴方向竖直固定安装到支撑机构00的立柱02上。第二安装板12b和第三安装板12c优选为沿X-Y平面水平地对应固定安装到第一安装板12a的上下两端。第一调节丝杠14a的两端都装有深沟球轴承，使得丝杠转动灵敏。第一调节丝杠14a以及其两侧的第一导向杆15a为沿Z轴方向设置，转动第一手轮11a，带动第一调节丝杠14a转动，驱动第一螺母13a沿第一调节丝杠14a轴向即Z轴方向滑行，以进行高度调节。第一导向杆15a的两端优选为用螺母固定在第二安装板12b和第三安装板12c上，对第一螺母13a的滑行起到导向作用。

第二方面，高宽度调节机构10设置有宽度调节组件，用于进行宽度调节。如图3b所示，宽度调节组件包括第二手轮11b、第四安装板16a、第五安装板16b、第六安装板16c、第二螺母13b以及分别贯穿第二螺母13b的第二调节丝杠14b和两个第二导向杆15b。第四安装板16a水平固定安装到第一螺母13a上；第四安装板16a的左右两端分别对应竖直安装有第五安装板16b和第六安装板16c，第二调节丝杠14b一端转动安装到第五安装板16b，第二调节丝杠14b另一端贯穿第六安装板16c固定安装到第二手轮11b；两个第二导向杆15b固定安装到第五安装板16b和第六安装板16c之间且对称位于第二调节丝杠14b两侧；第二螺母13b上固定有肩关节运动机构。

该实施方式中，第四安装板16a优选为沿X轴方向水平固定安装到第一螺母13a上。第二调节丝杠14b的两端都装有深沟球轴承，使得丝杠转动灵敏。第二调节丝杠14b及其两侧的第二导向杆15b为沿X轴方向设置。第二螺母13b优选通过螺旋固定到肩关节运动机构。

转动第二手轮11b，带动第二调节丝杠14b转动，驱动第二螺母13b带动肩关节运动机构沿第二调节丝杠14b轴向滑行，以对肩关节运动机构进行X轴水平方向的宽度调节，而第四安装板16a固定安装到第一螺母13a上，则第一螺母13a沿Z轴方向滑行，必然带动通过第四安装板16a固定安装的宽度调节组件整体进行高度调节，从而完整地实现高度、宽度的任意调节，以适应机器人下方座椅上不同身高、胖瘦病人的康复对准需求。

<实施例4>

在实施例1-3的基础上，本发明实施例给出了肩关节运动机构的优选实施方式。

第一方面，肩关节运动机构包括肩关节屈伸组件20，如图4a所示，肩关节屈伸组件20包括第三底座21、第三电机22、第三减速器23及第二连接杆24，第三底座21水平固定安装到支撑机构00，第二电机71经第三减速器23水平安装到第二连接杆24，第三减速器23的法兰固定安装到第三底座21上。

该实施方式中，第三底座21水平固定安装到支撑机构00，即第三底座21沿X-Y平面方向固定安装，可将整个肩关节运动机构固定安装到支撑机构00上。实施例3中给出了设置高宽度调节机构10的示例，则第三底座21可优选水平固定安装到宽度调节组件中的第二螺母13b上。为了结构更紧凑，优选第三底座21上设置沿X-Y水平面的第一开口25a、沿Z轴贯穿该改口的第一通孔25b，则第三电机22输出轴固定安装到第三减速器23上，第三减速器23输出轴贯穿第一通孔25b后，第三减速器23的法兰固定安装到第三底座21上，保证第三减速器23相对于第三底座21固定安装，同时，第二连接杆24插入第一开口25a后固定安装到第三减速器23输出轴，则第三电机22转动任一角度，经第三减速器23减速后，驱动第二连接杆24沿水平方向即X-Y平面相对第三底座21转动对应角度，以对肩关节进行包括水平内收或水平外展的一个自由度运动训练。

第二方面，作为进一步的优选，肩关节运动机构还包括肩关节抬摆组件30。如图4b所示，肩关节抬摆组件30包括第三连接杆31、第四电机32、第四减速器33以及第四连接杆34；第三连接杆31竖直固定安装到第二连接杆24；第四电机32经第四减速器33固定安装到第三连接杆31，第四减速器33的输出轴还转动安装有第四连接杆34。

该实施方式中，第三连接杆31可优选为沿Z轴方向通过螺栓竖直固定安装到第二连接杆24一端下方。为了安装结构紧凑，第三连接杆31作为第四电机32的底座作用，优选设置有开口朝下的第二开口35a以及沿X轴方向贯穿第二开口35a的第二通孔35b，第四电机32输出轴固定安装到第四减速器33上，第四减速器33的输出轴伸入第二通孔35b后，法兰固定到第三连接杆31，同时，第四连接杆34伸入第二开口35a内固定安装到第四减速器33的输出轴上，则第四电机32转动任意角度，经第四减速器33减速后，驱动第四连接杆34沿Z轴的竖直方向相对第三连接杆31转动对应角度，以对肩关节进行包括竖直上抬或竖直下摆的一个自由度运动训练。

第三方面，作为进一步的优选，肩关节运动机构还包括肩关节旋转组件50。如图4c所示，肩关节旋转组件50包括第四底座51、第五电机52以及第五减速器53；第四底座51竖直安装到第四连接杆34的一端；第五电机52固定安装到第四底座51上，第五电机52经第五减速器53固定连接到第一底座64上。

该实施方式中，第四底座51优选为沿Z轴方向竖直安装到第四连接杆34一端，作为第五电机52的底座，则第四底座51设有沿Y轴方向的第三通孔54，第五电机52的输出轴固定安装到第五减速器53上，第五减速器53伸入第三通孔54后通过螺栓固定安装到第四底座51上，同时，第五减速器53的输出轴固定安装到第一底座64上，则第五电机52转动任意角度，经第五减速器53减速后，带动第一底座64沿Y轴的水平方向转动对应角度，以对肩关节进行包括内旋或外旋的一个自由度运动训练。

综上所述，本发明提供的外骨骼式上肢康复机器人可对肩关节进行包括内收或外展、上抬或下摆以及内旋或外旋三个自由度的运动训练，且各自由度运动训练可相对独立，也可依次关联。

<实施例5>

在实施例1-4的基础上，本发明实施例给出了腕关节运动机构的优选实施方式。

第一方面，作为优选，腕关节运动机构包括腕关节屈伸组件90。如图5所示，腕关节屈伸组件90包括第五底座91、第六电机92、第六减速器93、调节杆94以及第二固定件95；第五底座91竖直固定安装到肘关节旋转组件70，第六减速器93固定安装到第五底座91，第六电机92输出轴安装到第六减速器93，第六减速器93输出轴固定安装到调节杆94，第六减速器93的法兰固定安装有开口水平朝外的所述第二固定件95；第二固定件95的两个开口端之间通过绑带固定小臂。

该实施方式中，第五底座91沿Z轴方向竖直固定安装到肘关节旋转组件70，具体地，第五底座91呈L形，且L形的上端固定安装到肘关节旋转组件70，L形的底部设有第三开口用于通过螺栓固定安装到第六减速器93外侧，从而作为第六电机92的支撑座。第六电机92的输出轴固定安装到第六减速器93，第六减速器93的输出轴固定安装到调节杆94，则，第二固定件95两开口端通过绑带固定小臂后，腕关节对准到第六减速器93的输出轴位置，随着第六电机92转动任意角度，经第六减速器93减速后，驱动调节杆94沿着第六减速器93的输出轴即X方向在竖直平面内转动对应角度，以对腕关节进行包括上曲或下伸的一个自由度运动训练。

第二方面，作为进一步地优选，腕关节运动机构还包括腕距调节组件100。如图5所示，腕距调节组件100包括第三螺母101、第一螺栓102以及设置到调节杆94上的凹槽，第三螺母101滑动连接到调节杆94，第一螺栓102贯穿第三螺母101匹配安装到调节杆94上的凹槽，将第三螺母101固定安装到调节杆94。该实施方式中，病人通过第二固定件95固定小臂后，需要进一步确定腕距，此时将第三螺母101在调节杆94上的凹槽滑动到目标腕距的位置，然后调节第一螺栓102对第三螺母101的位置进行紧定，从而保证腕距不变，以达到调整腕距的目的。

综上所述，本发明提供的外骨骼式上肢康复机器人可对腕关节进行包括上曲或下伸的一个自由度运动训练，同时还可以根据病人需求进行腕距调整，上曲或下伸的运动训练与腕距调整可相对独立，也可依次关联。

<实施例6>

在实施例1-5的基础上，本发明实施例给出了设置长度调节机构以从大臂、小臂长度调节方面改进去适应不同上肢长度病人做康复的优选实施方式。

第一方面，长度调节机构包括大臂长度调节组件40。如图4a所示，大臂长度调节组件40包括两个并列的第三导向杆41、固定安装到第四连接杆34的第四螺母42、第二螺栓43、第三螺栓44、位于两个第三导向杆41之间的第三调节丝杠45以及第三手轮46，第三导向杆41一端固定安装到第四连接杆34、第三导向杆41另一端滑动贯穿第四底座51后安装有第二螺栓43，第三调节丝杠45一端转动连接到第四螺母42，第三调节丝杠45另一端滑动贯穿第四底座51后安装依次有第三螺栓44和第三手轮46。

该实施方式用于对大臂长度进行调节，按照上肢的结构顺序特点，大臂长度调节组件40应设置于肩关节运动机构之后，即优选大臂长度调节组件40安装在肩关节抬摆组件30之后，则，第三导向杆41和第三调节丝杠45的一端均沿Y轴水平安装到肩关节抬摆组件30中的第三连接杆31；同时考虑对大臂长度进行调节后可继续对肩关节进行运动训练，因此，第三导向杆41和第三调节丝杠45另一端均安装到肩关节旋转组件50的第四底座51。具体地，第三导向杆41的一端固定安装到第四连接杆34的安装孔，第三导向杆41的另一端贯穿第四底座51后通过第二螺栓43固定安装到第四底座51上。第四螺母42为丝杠螺母，第三调节丝杠45一端通过第四螺母42固定安装到第四连接杆34，第三调节丝杠45另一端贯穿第四底座51后通过第三螺栓44滚动连接到第四底座51上，第三调节丝杠45的末端固定安装有第三手轮46。转动第三手轮46，带动第三调节丝杠45沿Y轴方向转动，驱动第四底座51沿第三导向杆41长度方向即Y轴方向水平滑行，从而实现对大臂长度的适应性调节，以提高病人康复训练的匹配度。

第二方面，长度调节机构包括小臂长度调节组件80。如图5所示，小臂长度调节组件80包括呈直角形的第五连接杆81、第六连接杆82、第四调节丝杠83、第五螺母84、第四螺栓85以及第四手轮86。第五连接杆81的竖直部垂直固定连接到第一连接杆74，第六连接杆82的一端设有滑轨821和水平向外的连接片822，第六连接杆82的另一端固定连接到第五底座91；第四调节丝杠83一端垂直固定到连接片822，第四调节丝杠83另一端贯穿第五底座91后通过第四螺栓85连接到第四手轮86，第四调节丝杠83上安装有第五螺母84，第五连接杆81的水平部固定连接到第五螺母84。

该实施方式用于对小臂长度进行调节，按照上肢的结构顺序特点，小臂长度调节组件80应设置于肘关节运动机构之后、腕关节运动机构之前，因此，第五连接杆81的竖直部沿Y轴方向垂直固定连接到肘关节旋转组件70的第一连接杆74，第六连接杆82的另一端沿Y轴方向水平固定安装到腕关节屈伸组件90的第五底座91上。第六连接杆82一端的连接片822为第四调节丝杠83提供固定安装的支撑，滑轨821位第四调节丝杠83转动后带动第一连接件的滑行提供轴向限位。小臂长度调节的过程，分成固定部分和移动部分，固定部分包括第一连接杆74、第五连接杆81以及第五螺母84，移动部分包括第六连接杆82、连接片822以及第五底座91。转动第四手轮86，带动第四调节丝杠83转动，驱动第五螺母84、第五连接杆81、第一连接杆74一起沿滑轨821水平滑行，从而完成小臂长度的适应性调节，以提高病人康复训练的匹配度。

综上所述，本发明提供的外骨骼式上肢康复机器人，通过设置长度调节机构，包括大臂长度调节组件40和小臂长度调节组件80，可分别根据病人的大臂和小臂进行适应性的长度调节，以提高病人康复训练的匹配度。

综上所述，结合实施例1-6的说明，本发明提供的外骨骼式上肢康复机器人，可对病人的肩关节进行包括内收或外展、上抬或下摆以及内旋或外旋三个自由度的运动训练，可对病人的肘关节进行内屈或外伸、旋内或旋外两个自由度的运动训练，还可对病人的腕关节进行包括上曲或下伸的一个自由度运动训练，即可对病人上肢的肩、肘、腕关节进行六个自由度的训练。更进一步地，根据病人高矮、胖瘦的身材条件不同，设置有高宽度调节机构10，分别从高、宽度两个方面去适应性调节；根据病人上肢大臂、小臂的长度不同，设置有大臂长度调节组件40和小臂长度调节组件80，分别从大臂长度和小臂长度两方面去适应性调节；根据病人对腕距的要求不同，设置腕距调节组件100以对腕距进行调节，促使腕距可调。更进一步地，本发明还设置有重心可调、储物箱05以及万向轮06的支撑机构00，保证系统使用的可移动性、安装稳固性，同时具有药品存储的功能。

<实施例7>

在实施例1-6的基础上，本发明实施例给出了外骨骼式上肢康复机器人的康复训练使用以及左右换手训练的说明。

第一方面，病人需要进行康复训练时，坐在位于支撑机构00的立柱02一侧、外骨骼式上肢康复机器人下方的椅子上。首先，医护人员根据病人的胖瘦、高矮调整高宽度调节机构10的第一手轮11a、第二手轮11b，分别将外骨骼式上肢康复机器人调整至符合病人身材要求的位置。然后，医护人员通过绑带，分别将大臂固定在肘关节屈伸组件60的第一固定件66上、小臂固定在腕关节屈伸组件90的第二固定件95上。最后，医护人员根据病人的腕距要求，调整腕距调节组件100的第一螺栓102对第三螺母101的位置进行紧定。从而将外骨骼式上肢康复机器人调整至病人舒适的位置，按照规定路径对病人进行六个自由度运动训练中的至少一种进行康复训练。

第二方面，当病人有换手康复训练的需求时，首先，医护人员可将肩关节抬摆组件30的第四电机32启动使第四连接杆34由如图1所示位置向下运动90°，其次，医护人员将肩关节屈伸组件20的第三电机22启动使第二连接杆24由如图1所示位置向右旋转180°，最后，医护人员再将肩关节抬摆组件30的第四电机32启动使第四连接杆34再向上运动90°即可实现左右手换手训练。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种外骨骼式上肢康复机器人，其包括支撑机构以及依次固定连接到所述支撑机构的肩关节运动机构、肘关节运动机构、腕关节运动机构，其特征在于，所述肘关节运动机构设有肘关节屈伸组件(60)，其包括第一电机(61)、第一减速器(62)、连接轴(63)以及分别呈U型的第一底座(64)、旋转件(65)、第一固定件(66)；所述第一底座(64)底端与所述第一固定件(66)底端垂直安装，所述第一固定件(66)的两个开口端之间通过绑带固定大臂；所述第一电机(61)输出轴固定连接到所述第一减速器(62)，所述第一减速器(62)输出轴固定安装到所述旋转件(65)开口的一端，所述第一减速器(62)输出轴的法兰固定安装到所述第一底座(64)开口的一端，所述第一底座(64)开口的另一端与所述旋转件(65)开口的另一端通过所述连接轴(63)转动连接；所述第一底座(64)与所述旋转件(65)之间形成的空腔用于容纳大臂固定后的肘关节，所述第一电机(61)转动，经所述第一减速器(62)减速后，带动所述旋转件(65)沿所述第一电机(61)轴向相对于第一底座(64)转动，以对肘关节进行包括水平内屈或水平外伸的一个自由度运动训练；

所述肘关节运动机构还设有肘关节旋转组件(70)，其包括第二电机(71)、第二减速器(72)、减速箱(73)以及第一连接杆(74)；所述减速箱(73)内设有两个分别对应连接到所述减速箱(73)输入轴和所述减速箱(73)输出轴的锥齿轮(73a)，两个所述锥齿轮(73a)的齿轮垂直相对滑动连接以换向；所述第二电机(71)经所述第二减速器(72)固定连接到所述减速箱(73)输入轴，所述减速箱(73)输出轴固定连接到所述旋转件(65)的底端；所述第二电机(71)转动，经所述第二减速器(72)减速以及所述减速箱(73)改变传动方向后，驱动所述第一连接杆(74)沿垂直所述第二电机(71)输出轴的方向带动肘关节旋转，以对肘关节进行包括旋转向内或旋转向外的一个自由度运动训练;

所述支撑机构(00)包括：

第二底座(01)；

立柱(02)，其竖直固定安装到所述第二底座(01)上，所述立柱(02)上还固定安装有所述肩关节运动机构；以及，

重心调整组件，其包括竖直固定安装到所述第二底座(01)上的自重杆(03)以及匹配套接在所述自重杆(03)上的若干个自重块(04)。

2.如权利要求1所述的外骨骼式上肢康复机器人，其特征在于，还包括高宽度调节机构(10)，其包括：

高度调节组件，其包括第一手轮(11a)、第一安装板(12a)、第二安装板(12b)、第三安装板(12c)、第一螺母(13a)以及分别贯穿所述第一螺母(13a)的第一调节丝杠(14a)和两个第一导向杆(15a)；所述第一安装板(12a)竖直固定安装到所述支撑机构(00上；所述第一安装板(12a)的上下两端分别对应水平安装有所述第二安装板(12b)和所述第三安装板(12c)，所述第一调节丝杠(14a)一端转动安装到所述第二安装板(12b)，所述第一调节丝杠(14a)另一端贯穿所述第三安装板(12c)固定连接到所述第一手轮(11a)；两个所述第一导向杆(15a)固定安装到所述第二安装板(12b)和第三安装板(12c)之间且对称位于所述第一调节丝杠(14a)两侧；转动所述第一手轮(11a)，带动所述第一调节丝杠(14a)转动，驱动所述第一螺母(13a)沿所述第一调节丝杠(14a)轴向滑行；

宽度调节组件，其包括第二手轮(11b)、第四安装板(16a)、第五安装板(16b)、第六安装板(16c)、第二螺母(13b)以及分别贯穿所述第二螺母(13b)的第二调节丝杠(14b)和两个第二导向杆(15b)；所述第四安装板(16a)水平固定安装到所述第一螺母(13a)上；所述第四安装板(16a)的左右两端分别对应竖直安装有所述第五安装板(16b)和所述第六安装板(16c)，所述第二调节丝杠(14b)一端转动安装到所述第五安装板(16b)，所述第二调节丝杠(14b)另一端贯穿所述第六安装板(16c)固定安装到所述第二手轮(11b)；两个所述第二导向杆(15b)固定安装到所述第五安装板(16b)和第六安装板(16c)之间且对称位于所述第二调节丝杠(14b)两侧；所述第二螺母(13b)上固定有所述肩关节运动机构；转动所述第二手轮(11b)，带动所述第二调节丝杠(14b)转动，驱动所述第二螺母(13b)带动所述肩关节运动机构沿所述第二调节丝杠(14b)轴向滑行。

3.如权利要求1所述的外骨骼式上肢康复机器人，其特征在于，所述肩关节运动机构包括肩关节屈伸组件(20)，其包括第三底座(21)、第三电机(22)、第三减速器(23)以及第二连接杆(24)，所述第三底座(21)水平固定安装到所述支撑机构(00)，所述第三电机（22）经所述第三减速器(23)水平安装到所述第二连接杆(24)，所述第三减速器(23)的法兰固定安装到所述第三底座(21)上；所述第三电机(22)转动，经所述第三减速器(23)减速后，驱动所述第二连接杆(24)沿水平方向转动，以对肩关节进行包括水平内收或水平外展的一个自由度运动训练。

4.如权利要求3所述的外骨骼式上肢康复机器人，其特征在于，所述肩关节运动机构还包括肩关节抬摆组件(30)，其包括第三连接杆(31)、第四电机(32)、第四减速器(33)以及第四连接杆(34)；所述第三连接杆(31)竖直固定安装到所述第二连接杆(24)；所述第四电机(32)经所述第四减速器(33)固定安装到所述第三连接杆(31)，所述第四减速器(33)的输出轴还转动安装有所述第四连接杆(34)，所述第四电机(32)转动，经所述第四减速器(33)减速后，驱动所述第四连接杆(34)沿竖直方向转动，以对肩关节进行包括竖直上抬或竖直下摆的一个自由度运动训练。

5.如权利要求4所述的外骨骼式上肢康复机器人，其特征在于，所述肩关节运动机构还包括肩关节旋转组件(50)，其包括第四底座(51)、第五电机(52)以及第五减速器(53)；所述第四底座(51)竖直安装到所述第四连接杆(34)的一端；所述第五电机(52)固定安装到所述第四底座(51)上，所述第五电机(52)经所述第五减速器(53)固定连接到所述第一底座(64)上；所述第五电机(52)转动，带动所述第一底座(64)沿水平方向转动，以对肩关节进行包括内旋或外旋的一个自由度运动训练。

6.如权利要求5所述的外骨骼式上肢康复机器人，其特征在于，所述腕关节运动机构包括腕关节屈伸组件(90)，其包括第五底座(91)、第六电机(92)、第六减速器(93)、调节杆(94)以及第二固定件(95)；所述第五底座(91)竖直固定安装到所述肘关节旋转组件(70)，所述第六减速器(93)固定安装到所述第五底座(91)，所述第六电机(92)输出轴安装到所述第六减速器(93)，所述第六减速器(93)输出轴固定安装到所述调节杆(94)，所述第六减速器(93)的法兰固定安装有开口水平朝外的所述第二固定件(95)；所述第二固定件(95)的两个开口端之间通过绑带固定小臂；所述第六电机(92)转动，经所述第六减速器(93)减速后，驱动所述调节杆(94)在竖直平面内转动，以对腕关节进行包括上曲或下伸的一个自由度运动训练。

7.如权利要求6所述的外骨骼式上肢康复机器人，其特征在于，所述腕关节运动机构还包括腕距调节组件(100)，其包括第三螺母(101)、第一螺栓(102)以及设置到所述调节杆(94)上的凹槽，所述第三螺母(101)滑动连接到所述调节杆(94)，所述第一螺栓(102)贯穿所述第三螺母(101)匹配安装到所述调节杆(94)上的所述凹槽，将所述第三螺母(101)固定安装到所述调节杆(94)。

8.如权利要求6所述的外骨骼式上肢康复机器人，其特征在于，还包括长度调节机构，其包括：

大臂长度调节组件(40)，其包括两个并列的第三导向杆(41)、固定安装到所述第四连接杆(34)的第四螺母(42)、第二螺栓(43)、第三螺栓(44)、位于两个所述第三导向杆(41)之间的第三调节丝杠(45)以及第三手轮(46)，所述第三导向杆(41)一端固定安装到所述第四连接杆(34)、所述第三导向杆(41)另一端滑动贯穿所述第四底座(51)后安装有所述第二螺栓(43)，所述第三调节丝杠(45)一端转动连接到所述第四螺母(42)，所述第三调节丝杠(45)另一端滑动贯穿所述第四底座(51)后安装依次有所述第三螺栓(44)和所述第三手轮(46)；转动所述第三手轮(46)，带动所述第三调节丝杠(45)转动，驱动所述第四底座(51)沿所述导向杆长度方向滑行；

小臂长度调节组件(80)，其包括呈直角形的第五连接杆(81)、第六连接杆(82)、第四调节丝杠(83)、第五螺母(84)、第四螺栓(85)以及第四手轮(86)，所述第五连接杆(81)的竖直部垂直固定连接到所述第一连接杆(74)，所述第六连接杆(82)的一端设有滑轨(821)和水平向外的连接片(822)，所述第六连接杆(82)的另一端固定连接到第五底座(91)；所述第四调节丝杠(83)一端垂直固定到所述连接片(822)，所述第四调节丝杠(83)另一端贯穿所述第五底座(91)后通过所述第四螺栓(85)连接到所述第四手轮(86)，所述第四调节丝杠(83)上安装有所述第五螺母(84)，所述第五连接杆(81)的水平部固定连接到所述第五螺母(84)；转动所述第四手轮(86)，带动所述第四调节丝杠(83)转动，驱动所述第五螺母(84)、第五连接杆(81)以及所述第一连接杆(74)一起沿所述滑轨(821)水平滑行。

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