專利名稱：外骨骼可穿戴式康復(fù)機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種醫(yī)療康復(fù)器械技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種外骨骼可穿戴式 康復(fù)機器人。
背景技術(shù)：
康復(fù)醫(yī)學(xué)是一門研究殘疾人及患者康復(fù)的醫(yī)學(xué)應(yīng)用學(xué)科，其目的在于通過物理療 法，運動療法，生活訓(xùn)練，技能訓(xùn)練，言語訓(xùn)練和心理咨詢等多種手段使病傷殘者盡快的得 到最大限度的恢復(fù)，使身體殘留部分的功能得到最充分的發(fā)揮，達到最大可能的生活自理， 勞動和工作的能力，為病傷殘者重返社會打下基礎(chǔ)。據(jù)統(tǒng)計，目前我國由于中風(fēng)、脊髓損傷 以及各種事故引起的肢體功能障礙患者有877萬人，而其中半數(shù)以上可以通過訓(xùn)練改善肢 體功能。傳統(tǒng)的康復(fù)訓(xùn)練是首先是從專業(yè)醫(yī)生手把手的指導(dǎo)下開始，而后由病人的健康上 肢或其家屬、護士人工對病人患肢進行反復(fù)牽引。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)療機器人技術(shù)得 到快速發(fā)展，康復(fù)機器人就是機器人技術(shù)在康復(fù)醫(yī)療方面的新應(yīng)用。由于機器人不存在疲 倦問題，能夠滿足不同患者的訓(xùn)練強度要求，因而更加適合于患者單獨進行康復(fù)訓(xùn)練。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，中國發(fā)明專利公開號CN101357097A，名稱五自 由度外骨骼式上肢康復(fù)機器人，該裝置包括安裝機器人的安裝架，安裝架設(shè)計有導(dǎo)軌，導(dǎo)軌 上安裝升降架，升降架上帶有高度調(diào)節(jié)機構(gòu)，可旋轉(zhuǎn)安裝臂通過旋轉(zhuǎn)軸安裝在升降架上，由 橫肩、上臂、前臂和手柄構(gòu)成的康復(fù)機械臂本體安裝在可旋轉(zhuǎn)安裝臂上，5個自由度關(guān)節(jié)，5 個驅(qū)動電機分別安裝在各個關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動軸線上，與驅(qū)動電機級聯(lián)的四個力矩傳感器分別安 裝在肩部、肘部及腕部，其中肩部兩個、肘部一個、腕部屈伸處一個，力矩傳感器作為傳動裝 置及檢測裝置連接電機減速器與執(zhí)行機構(gòu)。該裝置底座下部帶有移動滾輪，能夠調(diào)整裝置 的位置，但是由于移動滾輪不具有電動驅(qū)動能力，使得患者移動裝置比較困難，這就限制了 患者使用康復(fù)機械臂時的活動范圍，同時對于那些由于偏癱造成的一側(cè)上下肢體運動障礙 患者，該裝置僅提供上肢康復(fù)訓(xùn)練，在患者康復(fù)訓(xùn)練范圍上存在一定局限性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種外骨骼可穿戴式康復(fù)機器人，能 夠使患者能同時對于上下肢進行康復(fù)訓(xùn)練。同時依靠患者背后的電池驅(qū)動，解決了患者使 用傳統(tǒng)康復(fù)裝置進行康復(fù)訓(xùn)練時活動范圍受限制的問題。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括下肢外骨骼，穿戴于患者下肢及 腰部；肩部外骨骼，穿戴于患者肩部，位于下肢外骨骼上方；上肢外骨骼，分為左右上肢外 骨骼，穿戴于患者上肢，分別位于肩部外骨骼的大臂部分的下方。各個部件直接穿戴，通過 固定支座與固定帶將外骨骼固定在患者四肢上，組成一個外骨骼式機器人康復(fù)系統(tǒng)，由蓄 電池組統(tǒng)一供電，針對不同的康復(fù)患者需求進行治療。所述的下肢外骨骼包括腳部外骨骼、髖關(guān)節(jié)外骨骼、套筒式小腿桿件、膝關(guān)節(jié)外 骨骼、套筒式大腿桿件、髖關(guān)節(jié)外骨骼，其中腳部外骨骼直接穿戴；踝關(guān)節(jié)外骨骼與腳部相連，小腿桿件與踝關(guān)節(jié)外骨骼相連，膝關(guān)節(jié)外骨骼與小腿桿件相連，大腿外骨骼與膝關(guān)節(jié) 外骨骼相連，髖關(guān)節(jié)外骨骼與大腿桿件相連。所述的上肢外骨骼包括所述的上肢外骨骼包括肘關(guān)節(jié)屈伸電機、肘關(guān)節(jié)屈伸 錐齒輪組件、大臂固定平板、小臂固定平板、肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)電機、肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)連桿、腕關(guān)節(jié)屈伸 電機、手掌張握電機、四指張握電機、四指張握錐齒輪組件、手掌擋板、四指桿件，其中上臂 固定平板與患者上臂捆綁，肘關(guān)節(jié)屈伸錐齒輪組件與上臂固定平板連接，肘關(guān)節(jié)屈伸電機 與肘關(guān)節(jié)屈伸錐齒輪組件相連，小臂固定平板與肘關(guān)節(jié)屈伸錐齒輪組件連接并與患者小臂 捆綁，肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)電機與小臂固定平板連接，肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)連桿與肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)電機相連，腕關(guān) 節(jié)屈伸電機與肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)連桿相連，手掌擋板與腕關(guān)節(jié)屈伸電機相連并與患者手掌固定， 手掌張握電機與手掌擋板固定，四指張握錐齒輪組件與手掌擋板相連，四指張握電機與四 指張握錐齒輪組件相連，四指桿件與四指張握錐齒輪組件相連并與患者四指固定。所述的肩部外骨骼包括側(cè)展電機部件，肩關(guān)節(jié)連接部件，屈伸電機部件，其中 側(cè)展電機部件與肩關(guān)節(jié)連接部件相連，屈伸電機部件與肩關(guān)節(jié)連接部件相連，大臂固定平 板與患者大臂綁定。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點貼合各個關(guān)節(jié)，可以針對不同患 者進行上下肢各個關(guān)節(jié)的綜合性康復(fù)訓(xùn)練；采用蓄電池供電，可穿戴，可便攜，解決了患者 活動范圍受限的問題；各個外骨骼桿件采用套筒設(shè)計，可以實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)長度，方便患者穿 戴；同時外骨骼套筒采用輕便材料制造，減輕患者負擔(dān)。本發(fā)明可以有兩種康復(fù)訓(xùn)練方式在主動訓(xùn)練方式中，外骨骼通過肌電接口分析 預(yù)測患者運動意圖，進行助力和保護；在被動訓(xùn)練方式中，外骨骼在電機驅(qū)動下帶動患者完 成一些日常動作，進行訓(xùn)練。
圖1為本發(fā)明下肢外骨骼結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明上肢及肩關(guān)節(jié)外骨骼結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明的左下肢外骨骼結(jié)構(gòu)圖。
圖4為本發(fā)明的左側(cè)髖關(guān)節(jié)外骨骼結(jié)構(gòu)圖。
圖5為本發(fā)明的大腿桿件結(jié)構(gòu)圖。
圖6為本發(fā)明的小腿桿件結(jié)構(gòu)圖。
圖7為本發(fā)明的下肢電機部件結(jié)構(gòu)圖。
圖8為本發(fā)明的肩關(guān)節(jié)外骨骼結(jié)構(gòu)圖。
圖9為本發(fā)明的上肢外骨骼結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行 實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施 例。本實施例包括下肢外骨骼、上肢外骨骼，肩部外骨骼，其中如圖1所示，所述的下肢外骨骼包括下肢外骨骼連接部件1 ；連接左右下肢外骨 骼，可以調(diào)節(jié)間距；左下肢外骨骼2 ；右下肢外骨骼3。其中，外骨骼連接部件1的公平板與左下肢外骨骼2連接，外骨骼連接部件的母平板與右下肢外骨骼3連接，公平板含有帶螺 紋的圓柱，母平板帶有槽可以通過圓柱，通過螺母進行固定，可以調(diào)節(jié)左右下肢外骨骼的間距。如圖2所示，所述的上肢及肩關(guān)節(jié)外骨骼包括肩部外骨骼4 ；上肢外骨骼5。肩部 外骨骼的上臂部分與上肢外骨骼的上臂部分都與上臂捆綁，實現(xiàn)固定。如圖3所示，所述的左下肢外骨骼2包括髖關(guān)節(jié)外骨骼6 ；套筒式大腿桿件7 ；膝 關(guān)節(jié)外骨骼8 ；套筒式小腿外骨骼9 ；踝關(guān)節(jié)外骨骼10，腳部外骨骼11。其中，大腿桿件7與 髖關(guān)節(jié)外骨骼6通過錐齒輪組件連接，與患者大腿捆綁；膝關(guān)節(jié)外骨骼8位于大腿桿件7下 部；小腿桿件9位于膝關(guān)節(jié)外骨骼8下方，與患者小腿捆綁；踝關(guān)節(jié)外骨骼10位于小腿桿件 9下方；腳部外骨骼11位于踝關(guān)節(jié)外骨骼10側(cè)面，與患者腳部固定。如圖4所示，所述的髖關(guān)節(jié)外骨骼6包括髖關(guān)節(jié)側(cè)展電機12 ；髖關(guān)節(jié)連接部件 13 ；髖關(guān)節(jié)活動部件14。其中，髖關(guān)節(jié)側(cè)展電機與圖1中的下肢外骨骼連接部件1連接，產(chǎn) 生下肢的側(cè)展驅(qū)動；髖關(guān)節(jié)連接部件13與髖關(guān)節(jié)側(cè)展電機12通過錐齒輪部件連接；髖關(guān) 節(jié)活動部件14與髖關(guān)節(jié)連接部件13通過軸承連接，開放髖關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)自由度。髖關(guān)節(jié)活 動部件14的軸上安裝錐齒輪，與套筒式大腿桿件連接。如圖5所示，所述的套筒式大腿桿件7包括髖關(guān)節(jié)屈伸電機15 ；大腿桿件大套筒 16 ；大腿桿件小套筒17 ；膝關(guān)節(jié)屈伸電機18。其中，髖關(guān)節(jié)屈伸電機15與圖4中的髖關(guān)節(jié) 活動部件14通過錐齒輪連接，實現(xiàn)髖關(guān)節(jié)屈伸自由度；大腿桿件大套筒16位于髖關(guān)節(jié)屈伸 電機15下方；大腿桿件小套筒17與大腿桿件大套筒16相套，通過大腿桿件大套筒的松緊 可以調(diào)節(jié)大腿桿件的長度；膝關(guān)節(jié)屈伸電機18位于大腿桿件小套筒下方，產(chǎn)生膝關(guān)節(jié)屈伸 自由度驅(qū)動。如圖6所示，所述的套筒式小腿桿件9包括膝關(guān)節(jié)錐齒輪組件22 ；小腿桿件大套 筒21 ；小腿桿件小套筒20;踝關(guān)節(jié)屈伸電機19。其中，膝關(guān)節(jié)錐齒輪組件22與圖5中的膝 關(guān)節(jié)屈伸電機18通過錐齒輪部件連接，實現(xiàn)膝關(guān)節(jié)屈伸自由度；小腿桿件大套筒21位于膝 關(guān)節(jié)錐齒輪組建22下方；小腿桿件小套筒20與小腿大套筒相套，通過小腿桿件大套筒的松 緊可以調(diào)節(jié)小腿桿件的長度；踝關(guān)節(jié)屈伸電機19位于小腿小套筒的下方，產(chǎn)生踝關(guān)節(jié)屈伸 自由度驅(qū)動。如圖7所示，所述的下肢各個電機部件包括錐齒輪連接組件23 ；電機保護殼M ； 伺服電機25，；固定平板26。其中，錐齒輪組件23為一個錐齒輪箱，通過錐齒輪將電機產(chǎn)生 的繞Z軸的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為繞X軸的轉(zhuǎn)動；電機保護殼M位于錐齒輪連接組件下方，保護伺服 電機；伺服電機25位于電機保護殼內(nèi)，產(chǎn)生驅(qū)動動力；固定平板沈位于電機保護殼M旁， 與電機保護殼連接，可以用來與患者下肢肢體捆綁固定。如圖8所示，所示肩部外骨骼4包括肩關(guān)節(jié)連接部件27 ；肩關(guān)節(jié)側(cè)展電機錐齒輪 組件30 ；肩關(guān)節(jié)外展電機31 ；肩關(guān)節(jié)屈伸電機觀；肩關(guān)節(jié)屈伸電機錐齒輪組件四；肩關(guān)節(jié) 固定平板32。其中，肩關(guān)節(jié)連接部件的公平板與左側(cè)肩關(guān)節(jié)外骨骼連接，肩關(guān)節(jié)連接部件的 母平板與右側(cè)肩關(guān)節(jié)外骨骼連接，公平板含有帶螺紋的圓柱，母平板帶有槽可以通過圓柱， 通過螺母進行固定，可以調(diào)節(jié)左右肩部外骨骼的間距；肩關(guān)節(jié)側(cè)展電機錐齒輪組件30與肩 關(guān)節(jié)連接部件27相連，實現(xiàn)肩關(guān)節(jié)外展自由度；肩關(guān)節(jié)測站點及31與肩關(guān)節(jié)側(cè)展電機錐齒 輪組件31相連，產(chǎn)生肩關(guān)節(jié)側(cè)展自由度驅(qū)動；肩關(guān)節(jié)屈伸電機錐齒輪組件四位于肩關(guān)節(jié)側(cè)展電機錐齒輪組件30側(cè)面，實現(xiàn)肩關(guān)節(jié)屈伸自由度；肩關(guān)節(jié)屈伸電機觀與肩關(guān)節(jié)屈伸電機 錐齒輪組件四連接，產(chǎn)生肩關(guān)節(jié)屈伸自由度驅(qū)動；肩關(guān)節(jié)固定平板32位于肩關(guān)節(jié)屈伸電機 錐齒輪組件四下方，可以與患者上肢捆綁。 如圖9所示，所述的上肢外骨骼5包括肘關(guān)節(jié)屈伸電機33 ；肘關(guān)節(jié)屈伸錐齒輪組 件；34 ；大臂固定平板35 ；小臂固定平板36 ；肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)電機37 ；肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)連桿38 ；腕關(guān) 節(jié)屈伸電機39 ；手掌張握電機40 ；四指張握電機41 ；四指張握錐齒輪組件42 ；手掌擋板43 ； 四指桿件44。其中，上臂固定平板35與患者上臂捆綁；肘關(guān)節(jié)屈伸錐齒輪組件34與上臂固 定平板35連接，實現(xiàn)肘關(guān)節(jié)屈伸自由度；肘關(guān)節(jié)屈伸電機33與肘關(guān)節(jié)屈伸錐齒輪組件34 相連，產(chǎn)生肘關(guān)節(jié)屈伸自由度驅(qū)動；小臂固定平板36與肘關(guān)節(jié)屈伸錐齒輪組件34連接，可 以與患者小臂捆綁；肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)電機37與小臂固定平板36連接，實現(xiàn)肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)自由度； 肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)連桿與肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)電機37相連，實現(xiàn)肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)自由度；腕關(guān)節(jié)屈伸電機39與 肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)連桿38相連，產(chǎn)生腕關(guān)節(jié)屈伸自由度驅(qū)動；手掌擋板43與腕關(guān)節(jié)屈伸電機39 相連，可以與患者手掌固定；手掌張握電機40與手掌擋板固定，實現(xiàn)手掌張握自由度；四指 張握錐齒輪組件42與手掌擋板43相連，實現(xiàn)四指張握自由度；四指張握電機41與四指張 握錐齒輪組件42相連，產(chǎn)生四指張握自由度驅(qū)動；四指桿件44與四指張握錐齒輪組件相 連，可以與患者四指固定。
權(quán)利要求
1.一種外骨骼可穿戴式康復(fù)機器人，其特征在于，包括下肢外骨骼，穿戴于患者下肢及腰部；肩部外骨骼，穿戴于患者肩部，位于下肢外骨骼上方；上肢外骨骼，分為左右上肢外骨骼，穿戴于患者上肢，分別位于肩部外骨骼的大臂部分 的下方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外骨骼可穿戴式康復(fù)機器人，其特征是，所述的下肢外骨骼 包括腳部外骨骼、髖關(guān)節(jié)外骨骼、套筒式小腿桿件、膝關(guān)節(jié)外骨骼、套筒式大腿桿件、髖關(guān) 節(jié)外骨骼，其中腳部外骨骼直接穿戴；踝關(guān)節(jié)外骨骼與腳部相連，小腿桿件與踝關(guān)節(jié)外骨 骼相連，膝關(guān)節(jié)外骨骼與小腿桿件相連，大腿外骨骼與膝關(guān)節(jié)外骨骼相連，髖關(guān)節(jié)外骨骼與 大腿桿件相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外骨骼可穿戴式康復(fù)機器人，其特征是，所述的上肢外骨骼 包括所述的上肢外骨骼包括肘關(guān)節(jié)屈伸電機、肘關(guān)節(jié)屈伸錐齒輪組件、大臂固定平板、 小臂固定平板、肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)電機、肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)連桿、腕關(guān)節(jié)屈伸電機、手掌張握電機、四指張 握電機、四指張握錐齒輪組件、手掌擋板、四指桿件，其中上臂固定平板與患者上臂捆綁， 肘關(guān)節(jié)屈伸錐齒輪組件與上臂固定平板連接，肘關(guān)節(jié)屈伸電機與肘關(guān)節(jié)屈伸錐齒輪組件相 連，小臂固定平板與肘關(guān)節(jié)屈伸錐齒輪組件連接并與患者小臂捆綁，肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)電機與小 臂固定平板連接，肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)連桿與肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)電機相連，腕關(guān)節(jié)屈伸電機與肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn) 連桿相連，手掌擋板與腕關(guān)節(jié)屈伸電機相連并與患者手掌固定，手掌張握電機與手掌擋板 固定，四指張握錐齒輪組件與手掌擋板相連，四指張握電機與四指張握錐齒輪組件相連，四 指桿件與四指張握錐齒輪組件相連并與患者四指固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外骨骼可穿戴式康復(fù)機器人，其特征是，所述的肩部外骨骼 包括側(cè)展電機部件，肩關(guān)節(jié)連接部件，屈伸電機部件，其中側(cè)展電機部件與肩關(guān)節(jié)連接 部件相連，屈伸電機部件與肩關(guān)節(jié)連接部件相連，大臂固定平板與患者大臂綁定。
全文摘要
一種醫(yī)療康復(fù)器械技術(shù)領(lǐng)域的外骨骼可穿戴式康復(fù)機器人，包括下肢外骨骼，穿戴于患者下肢及腰部；肩部外骨骼，穿戴于患者肩部，位于下肢外骨骼上方；上肢外骨骼，分為左右上肢外骨骼，穿戴于患者上肢，分別位于肩部外骨骼的大臂部分的下方。本發(fā)明能夠使患者能同時對于上下肢進行康復(fù)訓(xùn)練。同時依靠患者背后的電池驅(qū)動，解決了患者使用傳統(tǒng)康復(fù)裝置進行康復(fù)訓(xùn)練時活動范圍受限制的問題。
文檔編號A63B23/12GK102113949SQ20111002953
公開日2011年7月6日 申請日期2011年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月21日
發(fā)明者葉雯珺, 孫楠, 曹曉青, 李智軍, 王文 申請人:上海交通大學(xué)