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外骨骼式上肢康復機器人.pdf

關 鍵 詞:
骨骼 上肢 康復 機器人
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摘要
申請專利號:

CN201410196915.4

申請日:

20140508

公開號:

CN103948485A

公開日:

20140730

當前法律狀態:

有效性:

失效

法律詳情:
IPC分類號: A61H1/02 主分類號: A61H1/02
申請人: 河北聯合大學
發明人: 程秀芳,徐文墨,陳暉,陶然,侯偉民
地址: 063009 河北省唐山市新華西道46號
優先權: CN201410196915A
專利代理機構: 代理人:
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201410196915.4

授權公告號:

法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

一種外骨骼式上肢康復機器人,涉及醫療器械領域,用于輔助腦卒中患者完成肘關節屈伸,前臂內、外旋兩種運動,模擬運動療法進行康復訓練。其結構主要由伺服電機、減速器、聯軸器、一對直齒輪、一對錐齒輪、電磁離合器、軸、套筒、上臂支撐板、調節螺栓、前臂支撐板、聯接銷、限位銷、限位擋板組成,所述聯軸器與減速器、第一傳動軸聯接;所述電磁離合器與第三傳動軸、第四傳動軸聯接;所述套筒通過連接銷聯接第一傳動軸、第二傳動軸;所述圓柱齒輪二和齒輪支撐板構成鉸鏈聯接;所述前臂支撐板一和前臂支撐板二用調節螺栓聯接;所述前臂支撐板二與第三傳動軸固定聯接。本裝置結構緊湊,可穿戴,安全,成本低,可用于醫院和家庭使用。

權利要求書

1.一種外骨骼式上肢康復機器人,包括驅動部分、傳動部分、執行部分,其特征在于:所述驅動部分采用交流伺服電機(1);所述傳動部分由減速器(2)、聯軸器(3)、圓錐齒輪一(4)、圓錐齒輪二(23)、圓柱齒輪一(11)、圓柱齒輪二(13)、電磁離合器(21)、第一傳動軸(5)、第二傳動軸(10)、第三傳動軸(20)、第四傳動軸(22)、套筒(8)、聯接銷一(7)、聯接銷二(9)組成,所述執行部分由前臂支撐板一(15)、調節螺栓(16)、前臂支撐板二(17)、齒輪支撐板(12)、下極限定位銷(6)、限位擋板(19)、限位銷一(14)、限位銷二(18)、上臂支撐板(24)組成,所述聯軸器(3)與減速器(2)、第一傳動軸(5)聯接;所述電磁離合器(21)與第三傳動軸(20)、第四傳動軸(22)聯接;所述套筒(8)使用聯接銷一(7)、聯接銷二(9)分別與第一傳動軸(5)、第二傳動軸(10)聯接;所述圓錐齒輪一(4)和第一傳動軸(5)固定聯接;所述圓錐齒輪二(23)和第四傳動軸(22)固定聯接;所述圓柱齒輪一(11)和第二傳動軸(10)固定聯接;所述圓柱齒輪二(13)和齒輪支撐板(12)構成鉸鏈聯接;所述齒輪支撐板(12)與前臂支撐板一(15)固定聯接;所述前臂支撐板一(15)和前臂支撐板二(17)用調節螺栓(16)聯接;所述前臂支撐板二(17)與第三傳動軸(20)固定聯接;所述限位銷一(14)與圓柱齒輪二(13)固定聯接;所述限位銷二(18)與上臂支撐板(24)固定聯接;所述限位擋板(19)與第三傳動軸(20)固定聯接;電磁離合器(21)接合,斷開套筒(8)和第二傳動軸(10)的聯接時,所述伺服電機(1)通過減速器(2)、聯軸器(3)驅動第一傳動軸(5)轉動,通過圓錐齒輪一(4)和圓錐齒輪二(23)嚙合實現第四傳動軸(22)的90°運動轉換,通過電磁離合器(21)把運動傳給第三傳動軸(20),帶動前臂支撐板二(17)、前臂支撐板一(15)、齒輪支撐板(12)、圓柱齒輪二(13)一起運動,即實現肘關節的屈伸運動;電磁離合器(21)斷開,套筒(8)和第二傳動軸(10)聯接時,所述伺服電機(1)通過減速器(2)、聯軸器(3)驅動第一傳動軸(5),通過聯接銷一(7)把運動傳給套筒(8),經過聯接銷二(9)帶動第二傳動軸(10)轉動,通過圓柱直齒輪一(11)和圓柱直齒輪二(13)嚙合,實現前臂的內、外旋運動。2.根據權利要求1所述的外骨骼式上肢康復機器人,其特征在于:調整所述調節螺栓(16),實現前臂支撐板一(15)與前臂支撐板二(17)之間的相對位置變化,同時調整所述聯接銷一(7),實現第一傳動軸(5)與第二傳動軸(10)之間的相對位置變化,且這兩者相對位置變化的調節刻度相同,以適應不同患者個體的前臂長度,所述下極限定位銷(6)為調節的下極限位置。

說明書

技術領域

本發明屬于醫療器械領域,它涉及一種上肢康復訓練機器人,特別適用于腦卒中病人的上肢康復訓練。

背景技術

根據全國腦血管病防治辦公室的估計,在存活的腦卒中患者中,75%左右的患者不同程度地喪失勞動能力,40%重度致殘,給家庭和社會造成了沉重的負擔。臨床醫學證明,訓練開始越早,腦的可塑性越大,運動功能恢復的潛力越大。人體上肢從事各種復雜、精細活動,它的運動功能直接影響人類的日常生活能力。在臨床康復中,醫師通常以徒手方式或機械器具對患肢進行一對一的連續被動訓練,反復的引導患者患肢運動直到其能夠復現正常的動作。我國患者數量多、治療師資源缺乏,同時很多家屬因不能協同完成這種高強度訓練而放棄治療,使病人錯過了康復的最好時機。為此,設計安全、定量、有效、可以進行重復訓練的上肢康復機器人具有實際意義。人體上肢康復主要涉及肘關節屈伸和前臂內、外旋兩個自由度。目前,已存在幾種訓練上肢康復的機構,但結構笨重,對于腦卒中患者康復效果不佳。

發明內容

本發明針對腦卒中病人上肢康復訓練過程中所遇到的問題,提供了一種結構簡單、可穿戴、能夠輔助患者完成肘關節屈伸,前臂內、外旋兩種運動的外骨骼式上肢康復機器人,模擬運動療法進行康復訓練。

實現上述目的采用的技術方案是:一種外骨骼式上肢康復機器人,包括驅動部分、傳動部分、執行部分,所述驅動部分采用交流伺服電機;所述傳動部分由減速器、聯軸器、一對錐齒輪、一對直齒輪、電磁離合器、四根軸、套筒、二根聯接銷組成,所述聯軸器與減速器、第一傳動軸聯接;所述電磁離合器與第三傳動軸、第四傳動軸聯接;所述套筒使用聯接銷一、聯接銷二分別與第一傳動軸、第二傳動軸聯接;所述圓錐齒輪一和第一傳動軸固定聯接;所述圓錐齒輪二和第四傳動軸固定聯接;所述圓柱齒輪一和第二傳動軸固定聯接;所述執行部分由齒輪支撐板、前臂支撐板一、前臂支撐板二、限位銷一、限位銷二、限位擋板、上臂支撐板組成,所述齒輪支撐板和圓柱齒輪二構成鉸鏈聯接,與前臂支撐板一固定聯接;所述前臂支撐板一和前臂支撐板二用調節螺栓聯接,通過調節螺栓以及聯接銷一的位置協同變化來調節上臂長度;所述前臂支撐板二與第三傳動軸固定聯接;所述限位銷一與圓柱齒輪二固定聯接;所述限位銷二與上臂支撐板固定聯接;所述限位擋板與第三傳動軸固定聯接;所述上臂支撐板和人體上臂固定。

本發明的有益效果是:本發明模擬了人體肘關節屈伸,前臂內、外旋兩種康復運動,當分離電磁離合器、連接套筒與第二傳動軸時,進行前臂內、外旋康復訓練,當接合電磁離合器、斷開套筒與第二傳動軸時,進行肘關節屈伸康復訓練,本裝置結構緊湊,可穿戴,安全,成本低,可用于醫院和家庭的康復訓練。

附圖說明

圖1是本發明整體結構示意圖。

圖2是肘關節屈伸安全限位示意圖。

圖3是齒輪支撐板和圓柱齒輪二連接示意圖。

圖中:1-伺服電機;2-減速器;3-聯軸器;4-圓錐齒輪一;5-第一傳動軸;6-下極限定位銷;7-聯接銷一;8-套筒;9-聯接銷二;10-第二傳動軸;11-圓柱齒輪一;12-齒輪支撐板;13-圓柱齒輪二;14-限位銷一;15-前臂支撐板一;16-調節螺栓;17-前臂支撐板二;18-限位銷二;19-限位擋板;20-第三傳動軸;21-電磁離合器;22-第四傳動軸;23-圓錐齒輪二;24-上臂支撐板;25-前臂內、外旋運動;26-肘關節屈伸運動。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步說明。

參見附圖1、附圖2和附圖3,本發明的外骨骼式上肢康復機器人,包括驅動部分、傳動部分、執行部分。其結構由伺服電機1、減速器2、聯軸器3、圓錐齒輪一4、圓錐齒輪二23、圓柱齒輪一11、圓柱齒輪二13、電磁離合器21、前臂支撐板一15、調節螺栓16、前臂支撐板二17、齒輪支撐板12、套筒8、第一傳動軸5、第二傳動軸10、第三傳動軸20、第四傳動軸22、聯接銷一7、聯接銷二9、下極限定位銷6、限位擋板19、限位銷一14、限位銷二18、上臂支撐板24組成。

聯軸器3,一端聯接減速器2,一端聯接第一傳動軸5;電磁離合器21安裝在第三傳動軸20和第四傳動軸22之間,其結合和分離用于控制在肘關節屈伸和前臂內、外旋兩種運動之間的切換;機構中的四根傳動軸5、10、20、22由耐磨軸套支撐,其中傳動軸5、20、22的軸套安裝在上臂支撐板24的軸孔中,第二傳動軸10的軸套安裝在前臂支撐板一15的軸孔中;套筒8一端與第一傳動軸5用聯接銷一7聯接,另一端與第二傳動軸10用聯接銷二9聯接,套筒8與第二傳動軸10通過聯接銷二9的聯接和斷開用于控制在前臂內、外旋和肘關節屈伸兩種運動之間的切換;前臂支撐板二17與第三傳動軸20固定聯接;前臂支撐板一15與前臂支撐板二17用調節螺栓16固定聯接,通過調節螺栓16以及聯接銷一7的位置協同變化來調節上臂長度;下極限定位銷6和第一傳動軸5固定聯接,用于限定套筒8的下極限位置;前臂支撐板一15與齒輪支撐板12固定聯接;圓柱齒輪二13與齒輪支撐板12構成鉸鏈聯接;圓錐齒輪一4和第一傳動軸5固定聯接;圓錐齒輪二23和第四傳動軸22固定聯接;圓柱齒輪一11和第二傳動軸10固定聯接;限位銷一14與圓柱齒輪二13固定聯接,用于前臂內、外旋運動的安全限位;限位銷二18與上臂支撐板24固定聯接,用于肘關節屈伸的安全限位;限位擋板19與第三傳動軸20固定聯接;上臂支撐板24和人體上臂固定。

本發明的具體工作過程:

調整調節螺栓16,實現前臂支撐板一15與前臂支撐板二17之間的相對位置變化,同時調整聯接銷一7,實現第一傳動軸5與第二傳動軸10之間的相對位置變化,且這兩者相對位置變化的調節刻度相同,以適應不同患者個體的前臂長度,下極限定位銷6為調節的下極限位置。

當電磁離合器21接合,通過拔出聯接銷一7、聯接銷二9來斷開套筒8和第二傳動軸10的聯接時,伺服電機1通過減速器2、聯軸器3驅動第一傳動軸5轉動,通過圓錐齒輪一4和圓錐齒輪二23嚙合實現第四傳動軸22的90°運動轉換,通過電磁離合器21把運動傳給第三傳動軸20,經過第三傳動軸20帶動前臂支撐板二17、前臂支撐板一15和齒輪支撐板12一起運動,人的手腕固定在圓柱齒輪二13的齒圈內,即實現肘關節的屈伸運動。

當電磁離合器21斷開,套筒8通過聯接銷一7、聯接銷二9分別和第一傳動軸5與第二傳動軸10聯接時,伺服電機1通過減速器2、聯軸器3驅動第一傳動軸5,通過聯接銷一7把運動傳給套筒8,經過聯接銷二9帶動第二傳動軸10轉動,圓柱直齒輪一11和第二傳動軸10固定聯接,通過圓柱直齒輪一11和圓柱直齒輪二13嚙合,實現前臂的內、外旋運動。

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