[发明专利]一种上肢康复机器人悬臂重力支撑装置系统

说明书

技术领域

本发明涉及康复机器人领域，尤其涉及一种上肢康复机器人悬臂重力支撑装置系统。

背景技术

为了高效、低成本地解决由脑卒中、脑外伤等病因造成的人体上肢中枢神经性运动障碍患者的康复治疗这一社会难题，上肢康复机器人的研究受到了国内外学者的重视。由于上肢康复机器人系统的应用对象主要是脑卒中引起上肢运动功能丧失的患者，其自身丧失或者部分丧志运动能力，对其进行康复训练时，必须保证训练的安全性。目前控制上肢康复机器人安全性的方法主要是通过软件控制完成，机械方面的安全措施较少。由于人体上肢结构复杂、自由度较多且构件强度和刚度的要求，上肢康复机器人往往体型较大，笨重的外形需要驱动电机有较高的功率，因为驱动电机除了提供部件转动所需力矩，还有相当部分功率用来克服部件自身重力形成的阻力矩，特别是在串联康复机器人中多数是费力杠杆往往需要较大的驱动力矩，一点的力量变化就需要驱动电机付出多倍的功率输出。同时大功率电机尺寸和质量也比较粗重，成本也较高，这进一步使康复机械更加笨重。在安全方面，如果控制程序错误或者操作不当等，大功率驱动电机在康复训练过程中容易对患者造成肌肉拉伤、脱臼等二次伤害，因此适当控制驱动电机功率可以有效提高康复机器人的安全性和轻便性，并可降低成本。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种上肢康复机器人重力支撑装置，采用气弹簧和普通弹簧相结合为辅助动力源，减小功率损耗和驱动电机的最大输出力矩，以平衡大部分重力矩，有效降低康复机械对驱动电机的功率需求，进而保证了康复机械的安全性。

本发明通过以下技术方案实现：一种上肢康复机器人悬臂重力支撑装置系统，包括悬臂、悬臂重力支撑装置和支架；所述悬臂重力支撑装置包括气弹簧、导向槽轮、钢丝绳、滑块、连杆、导轴和主轴；所述主轴的一端与所述悬臂通过C型平键连接，另一端与所述支架通过滚动轴承连接；所述导轴固定在所述支架的前侧；所述滑块与所述导轴通过直线轴承连接；所述连杆一端与所述滑块铰接，另一端与所述悬臂铰接；所述导向槽轮通过导向槽轮支架安装在所述支架顶部；所述气弹簧包括套筒和活塞杆；所述套筒固定在所述支架的后侧；所述钢丝绳一端与所述滑块固定连接；另一端通过所述导向槽轮与所述活塞杆固定连接。

上述方案中，还包括普通弹簧，所述普通弹簧嵌套在所述气弹簧的下端，所述普通弹簧一端与所述套筒固定连接，另一端与所述活塞杆固定连接；

上述方案中，所述连杆与所述悬臂通过连杆销轴铰接。

上述方案中，所述导轴通过末端的导轴座固定在所述支架上。

上述方案中，所述悬臂重力支撑装置安装在上肢康复机器人上，所述支架为所述上肢康复机器人上肩部T板。

进一步的，还包括轴端槽轮，所述轴端槽轮通过支架连接在所述活塞杆上，

所述钢丝绳的一端与所述所述滑块固定连接，另一端依次通过所述导向槽轮和所述轴端槽轮固定在所述气弹簧一侧的肩部T板的横板上。

有益效果：本发明与现有技术相比，所述气弹簧和所述普通弹簧组成的双弹簧结构由于预压力的作用对所述钢丝绳产生一定的拉力，拉力通过所述钢丝绳传至所述滑块，并对所述滑块产生一向上的拉力，所述滑块通过所述连杆，将拉力分解传递到所述悬臂上，进而对所述悬臂产生一转矩，该转矩与重力对所述悬臂部件所造成的阻力矩方向相反，起到平衡抵消阻力矩的作用；采用所述气弹簧和所述普通弹簧相结合为辅助动力源，减小功率损耗和驱动电机的最大输出力矩，以平衡大部分重力矩，有效降低康复机械对驱动电机的功率需求，进而保证了康复机械的安全性；所述轴端槽轮可有效节省所述气弹簧和所述普通弹簧的行程；所述悬臂重力支撑装置整体安装于所述肩部T型板上，使结构更加简单紧凑轻便稳定，本发明可有效平衡上臂、前臂等因重力造成的阻力矩，所需驱动电机功率及最大转矩要求大大降低，使上肢康复机器人特别是肩部竖直转动关节的安全性和舒适性得到有效提高。

附图说明

图1、2为悬臂重力支撑装置原理图。

图3为悬臂重力支撑装置受力分析图。

图4为悬臂重力支撑装置应用示意图。

图5、6为实施例转动悬臂重力支撑结构图。