[实用新型]四自由度康复机器人机构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种可应用于各种情况所导致的肢体运动功能丢失或衰退的康复病人的康复训练机器人，尤其是四自由度康复训练机器人机构。

背景技术

对于脑卒中后遗症患者，对其偏瘫部位进行康复训练是十分关键重要的医疗手段，及早进行康复训练可以明显减少残疾的可能性。在国内传统的康复治疗中，治疗师通常手把手地对患者进行单调的一对一的康复训练，缺乏科学评价训练参数和康复效果的客观数据，难以对训练参数进行优化以获得最佳治疗效果。 因此，将机器人技术运用于康复领域，研制一种满足康复需要的康复训练机器人以提高康复训练效率和效果，具有重大的应用价值和实际的紧迫性。

康复机器人技术在欧美国家得到了机器人研究者和医疗机构的普遍重视，许多研究机构都开展了有关的研究工作，并取得了一些有价值的成果。国内对康复机器人的研究起步比较晚，辅助型康复机器人的研究相对较多，而康复训练机器人的研究相对较少，医工跨学科的结合有待加强，国内的康复器械远远不能满足市场对智能化、人机工程化的康复机器人的需求。 

现在国内的多自由度康复机器人大多通过复杂的机械结构来实现多关节多自由度的训练，控制复杂，成本较高，而且容易出现故障。而单自由度的康复机器人又不能满足不同情况患者康复训练的需要。鉴于此，本实用新型提出了一种基于四个电机控制的四自由度上下肢康复训练机器人。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能为患者提供各关节的单关节等速运动，实现被动训练，主动训练，阻尼训练和助力训练四种方式的四自由度康复机器人机构。

本实用新型的目的是这样实现的：一种四自由度康复机器人机构，包括升降基座、U形架及运动输出组件，U形架位于升降基座的上方且U形架通过第一转动机构与升降基座转动连接，运动输出组件通过第二转动机构与U形架转动连接，所述的第一转动机构包括设在升降基座上的第一支架、安装在第一支架上的第一蜗轮及第一蜗杆，在第一支架上设有第二步进电机，第二步进电机的输出轴与第一蜗杆连接，在连接于第一蜗轮的第一转轴上设有转盘，转盘与U形架连接，所述的第二转动机构包括设在U形架上的相互啮合的第二蜗轮及第二蜗杆、第三步进电机以及与第二蜗轮同轴安装的左旋转轴、右旋转轴，第三步进电机的输出轴与第二蜗杆连接，连接于第二蜗轮的第二转轴与右旋转轴连接，运动输出组件包括第二支架，在第二支架上设有力矩电机、减速箱、力矩传感器及磁流变阻尼器，在力矩电机的尾部设有光电编码器，力矩电机与减速箱的输入轴连接，减速箱的输出轴与磁流变阻尼器连接，磁流变阻尼器的输出轴与力矩传感器连接，在力矩传感器的输出轴上连接有运动末端组件。

机器人底部为升降基座，升降基座上装有直流步进电机，可以承重70kg，垂直上下调节，行程为30~50cm，可随患者身高及训练关节调节。升降基座上安装有转盘，转盘可为安装在其上的U形架提供圆周转动。U形架上安装有供调节康复机械臂俯仰角的步进电机。转盘和U形架两个转动均为全圆周转动，均可通过手动或电动调节，且有自锁功能，在训练之前调节到位，以适应对不同关节的训练。U形架中心轴上安装有力矩电机，力矩电机末端装有光电编码器，可以通过闭环准确的控制训练强度和范围，力矩电机通过减速箱可输出高达20N/m的被动训练力矩。力矩电机前端装有磁流变阻尼器，磁流变阻尼器可输出阻尼力矩，因为磁流变阻尼器是无源元件，故不会对患者肢体造成伤害。磁流变阻尼器前端装有力矩传感器，力矩传感器作为传动装置及检测装置连接磁流变阻尼器与执行机构。执行结构包括方向盘、脚蹬等，通过平键安装在力矩传感器前端，可对不同关节进行不同形式的训练。

本实用新型的四自由度康复机器人机构有以下优点：

1.机器人有四个自由度可调节，可适应于不同病人不同关节的康复训练。

2.可通过手动、电动两种方式调节康复机器人的训练姿态。

3.除用于康复训练的力矩电机外，其他用于姿态调整的电机均用蜗轮蜗杆传动，具有自锁功能，机器人的姿态一旦调整好便不再变动，以防训练过程中对患者造成伤害。

4. 康复机器人的末端康复组件是可拆卸的，可针对不同的关节选择合适的组件。

5.通过简单可靠的训练达到恢复运动机能的目的。

附图说明

图1是本实用新型的四自由度康复机器人机构的结构图（上肢训练）。

图2是本实用新型的四自由度康复机器人机构的第一转动机构剖视图。

图3是本实用新型的四自由度康复机器人机构的U形架剖视图。

图4是本实用新型的四自由度康复机器人机构的U形架局部剖视图。