[发明专利]一种上肢外骨骼机器人4自由度前臂

说明书

本发明公开了一种上肢外骨骼机器人4自由度前臂，包括掌套、小臂基板、滑动板、肘内外旋模块、腕屈伸模块以及腕桡尺屈模块；该前臂的第一个自由度是小臂绕着肘屈伸转动轴的旋转运动，第二个自由度是整个前臂绕着沿臂长方向的小臂中心轴做内外旋运动，第三个自由度是手掌绕着腕关节背屈、背伸的旋转轴做屈伸运动，第四个自由度是手掌绕着垂直于手背并通过转轴中点的旋转轴做桡屈、尺屈运动。该发明提供了四个运动自由度，即肘关节屈伸、旋内、旋外，腕关节屈伸、桡屈、尺屈，且各自由度转轴均与人体该自由度转轴重合，保证上肢外骨骼在带动手臂运动的过程中更为灵活，能够进行各种康复运动，使上肢康复治疗更为全面。

技术领域

本发明涉及外骨骼机器人机械结构领域，具体为一种上肢外骨骼机器人4自由度前臂。

背景技术

上肢外骨骼机器人是一种集人机工程学、仿生学于一体的机械装置，集成了传感、控制、信息耦合、移动计算等机器人技术,可以为人类肢体提供支撑、保护、助力等作用，主用于康复医疗和军事等领域。无论是对于脑卒中造成的偏瘫还是骨科损伤的术后康复，上肢外骨骼机器人都能方便有效的进行病患上肢的康复训练。

人的前臂是整个上肢的运动末端，作为主要的功能单元，实现手部复杂的运动轨迹。这就要求上肢外骨骼的前臂具备符合人体前臂运动的多个自由度（肘关节屈伸、旋内、旋外，腕关节屈伸、桡屈、尺屈），保证上肢外骨骼在带动手臂运动的过程中更为灵活，能够进行各种康复运动，使上肢康复治疗更为全面。并且，上肢外骨骼上各转动自由度的转轴必须与人体手臂自由度转轴重合。由于偏瘫或者手部骨损伤会造成手掌无法用力、运动，无法实现抓握等功能，所以必须合理的考虑人手在上肢外骨骼的固定方式，保证联接的舒适性。肘关节内部构造复杂，肘屈伸运动时，关节转动中心并非是一个恒定点，要考虑到手掌到肘关节的距离在肘屈伸时产生的微小变化，避免病人的二次伤害，使运动过程更舒适。自由度运动范围也需要进行限位，增加康复过程安全性，避免二次伤害。

目前，已有的上肢外骨骼前臂由于机构限制，总会缺失一些自由度，大部分最多只有3个自由度，这限制手臂的运动，使康复训练效果大打折扣，并且有些转动自由度的转轴与人体手臂该自由度转轴不重合，不仅限制了运动范围，还会造成额外的内力，使康复过程不舒适，甚至造成二次伤害。大部分上肢外骨骼在自由度转动范围内没有增加限位机构，可能出现安全事故。已有上肢外骨骼都是通过把手实现手掌与外骨骼末端的固定，然而并非所有病人都能握紧把手进行康复训练。并且极少有考虑到肘关节转动中心不一致性导致的转动半径微小变化，而外骨骼的长度却是固定的，使运动不舒适，甚至可能造成二次伤害。

现有技术一种外骨骼式上肢康复训练机器人（申请号 CN201610158560.9），其前臂采用了二段四连杆机构实现了肘的旋内、旋外自由度，通过电机直驱实现了肘屈伸自由度，自由度转轴也都通过人手该自由度转轴，但是它没有考虑腕关节处的自由度，没有设计限位机构，且采用把手抓握固定，也没有考虑肘屈伸造成的臂长微小变化。一种负载自适应被动平衡上肢外骨骼（申请号 CN201710086938.3），它手臂仅有2个自由度，且外骨骼腕关节屈伸自由度转轴与人体手臂该自由度转轴不重合。一种五自由度外骨骼式上肢康复机器人（申请号 CN200810064878.6 ），该上肢外骨骼机器人的前臂部分包含3个自由度，不能实现腕关节桡屈、尺屈，且该前臂机构庞大，通过把手抓握，大部分病人不能自主使用，且未考虑肘屈伸过程中的臂长微小变化。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种上肢外骨骼机器人4自由度前臂。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种上肢外骨骼机器人4自由度前臂，包括掌套，还依次设有小臂基板、滑动板、肘内外旋模块、腕屈伸模块以及腕桡尺屈模块；

所述小臂基板的一端设有圆盘；所述圆盘通过螺栓与上肢外骨骼上臂联接；