本實(shí)用新型涉及一種用于外骨骼康復(fù)機(jī)器臂的旋轉(zhuǎn)裝置，包括大臂旋轉(zhuǎn)以及前臂旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，屬于醫(yī)療康復(fù)訓(xùn)練器械技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近些年來，偏癱等疾病引起的運(yùn)動(dòng)功能障礙患者越來越多，醫(yī)師一對(duì)一的人工康復(fù)的已經(jīng)不能滿足廣大患者的要求，因而用于協(xié)作醫(yī)師進(jìn)行訓(xùn)練的康復(fù)機(jī)器人得到了迅猛的發(fā)展，特別是與人體結(jié)構(gòu)類似的外骨骼康復(fù)機(jī)器人。

人體手臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是一項(xiàng)重要的運(yùn)動(dòng)形式，包括大臂旋轉(zhuǎn)和前臂旋轉(zhuǎn)兩部分。然而，由于外骨骼機(jī)器人自身穿戴式的特點(diǎn)，其內(nèi)部的空間不應(yīng)該被占用，因此導(dǎo)致外骨骼機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)軸為一個(gè)假想的虛軸；此外，在日常生活中的大多數(shù)動(dòng)作中，人體手臂與人體軀干保持接觸，因而外骨骼機(jī)械手臂的結(jié)構(gòu)只能設(shè)計(jì)在手臂外側(cè)。

以上種種原因?qū)е铝送夤趋揽祻?fù)機(jī)器臂的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)不僅其力學(xué)結(jié)構(gòu)難以保證，而且機(jī)器人旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)與人體手臂旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的同軸性設(shè)計(jì)也是一大難題。

鑒于上述情況，有必要在本領(lǐng)域開發(fā)一種新型的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有外骨骼康復(fù)機(jī)器臂的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)技術(shù)存在的問題，提供一種力學(xué)性能優(yōu)良且人機(jī)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)同軸的用于外骨骼康復(fù)機(jī)器臂的旋轉(zhuǎn)裝置。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的用于外骨骼康復(fù)機(jī)器臂的旋轉(zhuǎn)裝置，采用以下技術(shù)方案：

該旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，包括手臂固定架、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和導(dǎo)軌轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)；驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)固定連接在手臂固定架上，導(dǎo)軌轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力輸出端連接；所述導(dǎo)軌轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)動(dòng)固定板、導(dǎo)輪固定底板、半圓導(dǎo)軌、導(dǎo)輪和機(jī)器人旋轉(zhuǎn)板，轉(zhuǎn)動(dòng)固定板連接在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上，導(dǎo)輪固定底板連接在轉(zhuǎn)動(dòng)固定板上，半圓導(dǎo)軌的里圈設(shè)置有連接在導(dǎo)輪固定底板上的導(dǎo)輪，半圓導(dǎo)軌的外圈通過齒輪傳動(dòng)與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力輸出端連接。

所述手臂固定架包括機(jī)器人手臂板和人體手臂固定板，機(jī)器人手臂板和人體手臂固定板通過調(diào)節(jié)螺栓上下連接在一起。

所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括電機(jī)、電機(jī)輸入法蘭、諧波減速器和電機(jī)輸出法蘭，電機(jī)通過電機(jī)架固定連接在手臂固定架上，電機(jī)輸入法蘭連接在電機(jī)前端，諧波減速器固定連接在電機(jī)輸入法蘭上，電機(jī)諧波減速器的輸出端設(shè)置有電機(jī)輸出法蘭，電機(jī)輸出法蘭上安裝有輸出齒輪。

驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)半圓導(dǎo)軌的轉(zhuǎn)動(dòng)，半圓導(dǎo)軌再帶動(dòng)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)板運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了電機(jī)帶動(dòng)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)板運(yùn)動(dòng)。

本實(shí)用新型基于人機(jī)工程學(xué)原理與機(jī)器人外骨骼式結(jié)構(gòu)，通過導(dǎo)輪及齒輪嚙合實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)軌的三點(diǎn)固定；利用齒輪傳動(dòng)的方式完成了旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的同軸運(yùn)動(dòng)。與傳統(tǒng)外骨骼式康復(fù)機(jī)器人中的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)相比，本實(shí)用新型具有如下特點(diǎn)：

①采用三點(diǎn)固定方式有效地實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)軌固定，通過齒輪傳動(dòng)方式完成關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；

②外骨骼結(jié)構(gòu)全部處于手臂外側(cè)，不會(huì)對(duì)手臂姿態(tài)產(chǎn)生干擾。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型用于外骨骼康復(fù)機(jī)器臂的旋轉(zhuǎn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型中手臂固定機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本實(shí)用新型中驅(qū)動(dòng)電機(jī)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為圖3中去掉電機(jī)輸出法蘭(208)后的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本實(shí)用新型中導(dǎo)軌齒輪旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、手臂固定機(jī)構(gòu)，2、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，3、導(dǎo)軌齒輪旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；

101、機(jī)器人手臂板，102、人體手臂固定板，103、第一人體手臂固定板螺栓，104、第二人體手臂固定板螺栓，105、第三人體手臂固定板螺栓，106、第四人體手臂固定板螺栓，107、第一人體手臂固定板螺母，108、第一機(jī)器人手臂板內(nèi)螺母，109、第一機(jī)器人手臂板外螺母，110、第二人體手臂固定板螺母，111、第二機(jī)器人手臂板內(nèi)螺母，112、第二機(jī)器人手臂板外螺母，113、第三人體手臂固定板螺母，114、第三機(jī)器人手臂板內(nèi)螺母，115、第三機(jī)器人手臂板外螺母，116、第四人體手臂固定板螺母，117、第四機(jī)器人手臂板內(nèi)螺母，118、第四機(jī)器人手臂板外螺母；

201、旋轉(zhuǎn)電機(jī)，202、第一旋轉(zhuǎn)電機(jī)固定架，203、第二旋轉(zhuǎn)電機(jī)固定架，204、電機(jī)輸入法蘭，205、電機(jī)諧波減速器，206、諧波減速器端蓋，207諧波減速器固定圈，208、電機(jī)輸出法蘭；

301、輸出齒輪，302、轉(zhuǎn)動(dòng)固定板，303、導(dǎo)輪固定底板，304、半圓導(dǎo)軌，305、第一導(dǎo)輪，306第二導(dǎo)輪，307、機(jī)器人旋轉(zhuǎn)板。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本實(shí)用新型的用于外骨骼康復(fù)機(jī)器臂的旋轉(zhuǎn)裝置，包括依次連接的手臂固定架1、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)2和導(dǎo)軌齒輪旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)2固定在手臂固定架1上，導(dǎo)軌齒輪旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3固定在驅(qū)動(dòng)電機(jī)機(jī)構(gòu)2的前端，且由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)2提供旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力。

如圖2所示，手臂固定架包括機(jī)器人手臂板101和人體手臂固定板102。機(jī)器人手臂板101和人體手臂固定板102均為長(zhǎng)條形薄板，它們的四個(gè)邊角上設(shè)置有四個(gè)相對(duì)應(yīng)的螺栓孔。機(jī)器人手臂板101可以與外骨骼式康復(fù)機(jī)器人的上端固定配合，人體手臂固定板102與機(jī)器人手臂板101通過第一手臂固定板螺栓103、第二手臂固定板螺栓104、第三手臂固定板螺栓105和第四手臂固定板螺栓106進(jìn)行固定與位置調(diào)節(jié)，四組螺釘固定方式相同。第一手臂固定板螺栓103依次穿過人體手臂固定板102、第一人體手臂固定板螺母107、第一機(jī)器人手臂板內(nèi)螺母108、機(jī)器人手臂板101和第一機(jī)器人手臂板外螺母109；第二手臂固定板螺栓104依次穿過人體手臂固定板102、第一人體手臂固定板螺母110、第一機(jī)器人手臂板內(nèi)螺母111、機(jī)器人手臂板101和第一機(jī)器人手臂板外螺母112；第三手臂固定板螺栓105依次穿過人體手臂固定板102、第一人體手臂固定板螺母113、第一機(jī)器人手臂板內(nèi)螺母114、機(jī)器人手臂板101和第一機(jī)器人手臂板外螺母115；第四手臂固定板螺栓106依次穿過人體手臂固定板102、第一人體手臂固定板螺母116、第一機(jī)器人手臂板內(nèi)螺母117、機(jī)器人手臂板101和第一機(jī)器人手臂板外螺母118。每個(gè)螺栓上通過調(diào)節(jié)三個(gè)螺母的位置，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手臂板101和人體手臂固定板102兩個(gè)板件之間的位置調(diào)節(jié)。

如圖3所示，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)2包括電機(jī)201、電機(jī)輸入法蘭204、諧波減速器205和電機(jī)輸出法蘭208。電機(jī)201通過第一旋轉(zhuǎn)電機(jī)固定架202和第二旋轉(zhuǎn)電機(jī)固定架203固定在手臂固定架1中的機(jī)器人手臂板101上。第一旋轉(zhuǎn)電機(jī)固定架202和第二旋轉(zhuǎn)電機(jī)固定架203均為與旋轉(zhuǎn)電機(jī)201相匹配的U形凹槽結(jié)構(gòu)，且兩端有螺紋孔，通過螺栓將旋轉(zhuǎn)電機(jī)201固定在機(jī)器人手臂板101上。旋轉(zhuǎn)電機(jī)201的前端固定有電機(jī)輸入法蘭204，電機(jī)輸入法蘭204為帶有凸臺(tái)的圓形法蘭。電機(jī)諧波減速器205的輸入端通過螺釘固定在電機(jī)輸入法蘭204的圓形法蘭上，電機(jī)諧波減速器205的輸入端固定連接有諧波減速器端蓋206(參見圖4)，電機(jī)諧波減速器205上還設(shè)置有諧波減速器固定圈207。旋轉(zhuǎn)電機(jī)201的電機(jī)輸出軸與諧波減速器端蓋206連接。電機(jī)諧波減速器205的輸出端外側(cè)設(shè)置有電機(jī)輸出法蘭208，電機(jī)諧波減速器205的輸出端和電機(jī)輸出法蘭208一起通過螺釘固定在諧波減速器固定圈207上，實(shí)現(xiàn)電機(jī)輸出法蘭208與諧波減速器205輸出端的固定。電機(jī)輸出法蘭208上安裝有輸出齒輪301。工作時(shí)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)201帶動(dòng)諧波減速器端蓋206轉(zhuǎn)動(dòng)，通過諧波減速器205內(nèi)部傳動(dòng)結(jié)構(gòu)帶動(dòng)其輸出端和電機(jī)輸出法蘭208轉(zhuǎn)動(dòng)，完成電機(jī)力矩的放大。

如圖5所示，導(dǎo)軌齒輪旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3包括輸出齒輪301、轉(zhuǎn)動(dòng)固定板302、導(dǎo)輪固定底板303、半圓導(dǎo)軌304、第一導(dǎo)輪305、第二導(dǎo)輪306和機(jī)器人旋轉(zhuǎn)板307。轉(zhuǎn)動(dòng)固定板302為長(zhǎng)條形薄板，導(dǎo)輪固定底板303為“凸”形薄板，轉(zhuǎn)動(dòng)固定板302的一端通過螺釘固定在電機(jī)輸入法蘭204的凸臺(tái)上，另一端通過螺釘與導(dǎo)輪固定底板303的凸出端固定。第一導(dǎo)輪305和第二導(dǎo)輪306固定在一個(gè)滑輪架上，該滑輪架固定在導(dǎo)輪固定底板303上，兩個(gè)導(dǎo)輪上都設(shè)置有與半圓導(dǎo)軌304的內(nèi)圈相匹配的槽，可沿半圓導(dǎo)軌304的內(nèi)圈轉(zhuǎn)動(dòng)。半圓導(dǎo)軌304的外圈加工有與輸出齒輪301相嚙合的齒。半圓導(dǎo)軌304利用輸出齒輪301、第一導(dǎo)輪305和第二導(dǎo)輪306三者形成的平面保持位置的固定。半圓導(dǎo)軌304的一端固定連接有長(zhǎng)方形的機(jī)器人旋轉(zhuǎn)板307，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的輸出。

工作時(shí)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)半圓導(dǎo)軌304的轉(zhuǎn)動(dòng)，半圓導(dǎo)軌304再帶動(dòng)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)板307運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了電機(jī)帶動(dòng)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)板運(yùn)動(dòng)。

與現(xiàn)有外骨骼康復(fù)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)相比較，本實(shí)用新型通過導(dǎo)軌齒輪的結(jié)構(gòu)，利用三點(diǎn)固定的方式，完成了用于外骨骼康復(fù)機(jī)器臂的旋轉(zhuǎn)裝置的設(shè)計(jì)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)同軸，適用面廣闊的特點(diǎn)，非常適合用于康復(fù)治療訓(xùn)練。