[发明专利]一种外骨骼式上肢康复训练机器人

说明书

技术领域

本发明涉及机器人技术、人体生物力学、康复医学及康复工程领域，尤其涉及一种外骨骼式上肢康复训练机器人。

背景技术

外骨骼式机器人是一种能够穿戴于人体，辅助或扩展人体运动能力的机电装置。外骨骼式机器人的应用范围是非常广泛的，包括远程操控、人体机能增强、人体机能补偿以及肢体康复训练。目前在全球范围内，已经研制出了数款用于脑卒中患者肢体康复训练的机器人。使用机器人进行脑卒中的肢体康复训练，有望缩短患者恢复的时间、提升恢复的效果并降低总的治疗花费。

在外骨骼式机康复训练器人的设计中，机械关节运动轴与人体关节运动轴的匹配性是非常重要的。失配时，外骨骼式康复训练机器人就会在患者关节连接处产生非预期的作用力。这不仅会造成关节疼痛，对患者造成损伤，也会限制患者肢体的运动空间，降低康复训练的效果。所以为了避免上述不利结果，外骨骼康复训练机器人的设计必须使得机械关节运动轴与人体关节运动轴尽可能的相匹配。然而，目前的外骨骼式上肢康复机器人在这方面仍有较大缺陷。

以肩部的运动为例，早期的外骨骼式康复训练机器人使用球窝关节来提供肩部的三个自由度运动，但这是因为当时人们仅仅认为肩部仅由盂肱关节组成。然而，肩部是由肩关节（盂肱关节）以及肩胛带组成的复合体。肩胛带包含胸锁关节、肩锁关节以及肩胛胸壁关节（非通常关节）。盂肱关节的旋转中心会随着肩胛带的运动沿着肱骨的方向有滑移，所以外骨骼式康复训练机器人的运动学结构必须考虑肩胛带的运动。这三个关节的运动正是造成盂肱关节中心（CGH）滑移的原因。这三个关节共同组成了运动链，所以任意单个关节都无法独立运动。在肩关节复合体的运动中，盂肱关节是一个具有三自由度的球窝关节，肩胛带则提供了两个自由度的运动，但主要是在冠状面的上提/下降，在水平面的前伸/后缩两个运动。

脑卒中患者由于神经损伤，无法自主产生肩胛带的运动。所以机器人辅助患者实现肩胛带的运动是十分关键的。在康复训练过程中，患者由于肩胛带运动十分困难，所以会移动躯干来进行补偿，这将降低康复训练的效果。所以在临床中，常常需要限制患者用躯干来补偿肩胛带的运动，并诱导患者提高肩胛带运动的频率，这对肩部运动功能的康复是十分关键的。

然而现有的外骨骼式上肢康复训练机器人在肩关节的运动实现上并没有考虑肩胛带的运动，这使得人机关节轴失配，此时若将躯干固定后再进行训练，易对用户造成损伤。

发明内容

本发明的目的：提供一种外骨骼式上肢康复训练机器人，可用于辅助人体上肢在三维空间内运动，进行康复训练。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种外骨骼式上肢康复训练机器人，包括基座、机械肩胛带组件、机械肩关节组件、机械肘关节组件、机械前臂组件、机械腕关节组件、机械手部组件及电机驱动组件；所述的基座支撑整个外骨骼式上肢康复训练机器人，所述的机械肩胛带组件与所述的基座连接，所述的机械肩关节组件与所述的机械肩胛带组件连接，所述的机械肘关节组件与所述的机械肩关节组件连接，所述的机械前臂组件与所述的机械肘关节组件连接，所述的机械腕关节组件与所述的机械前臂组件连接，所述的机械手部组件与所述的机械腕关节组件连接，所述的电机驱动组件作为整个外骨骼式上肢康复训练机器人的动力源。

上述的外骨骼式上肢康复训练机器人，其中，所述的基座包括移动组件、升降组件及支架，所述的移动组件通过脚轮整体移动所述的外骨骼式上肢康复训练机器人，并在移动后进行锁定，使所述的外骨骼式上肢康复训练机器人保持固定；所述的升降组件通过电动升降台调节所述的外骨骼式上肢康复训练机器人的高度。