一种混联混驱的七自由度上肢康复机器人

1.本发明涉及康复器材技术领域，特别是一种混联混驱的七自由度上肢康复机器人。


背景技术：

2.中国老龄人口占总人数的比例正在不断增加，全国老龄化程度不断加深。脑卒中又称中风，是一种引起脑损伤的急性脑血管疾病，是影响老年人群身体健康的一大疾患。针对中风患者肢体运动障碍进行康复治疗，传统的康复训练方式是康复医师一对一手动带动患者患肢进行康复运动训练。通过康复机器人对患者进行治疗是未来康复治疗的趋势，但是目前康复机器人还处于起步阶段，人性化、智能化程度不高，结构上还仍有极大的优化空间。因此，设计合理安全的康复机构对提高患者的康复训练效果具有重要的现实意义。
3.国外对康复机器人的研究起步较早，技术较为成熟，而国内对康复机器人的研究仍处于起步和追赶阶段。按结构形式，上肢康复机器人主要分为两类：一类是末端牵引式，另一类是外骨骼式。末端牵引式结构简单，运动训练方式有限，通常适合平面二维运动。外骨骼式将机器人关节和人类关节一一对应，可以很好地实现空间三维运动。人体上肢运动可以分解为各个关节的单一运动，康复机器人通过带动患者上肢关节运动完成训练任务，因此满足日常训练任务所需的自由度是康复机器人在设计时首要考虑因素。自由度越多，康复机器人越灵活，但操作难度会增加。发明专利cn113425548a公布了一种镜像上肢康复机器人，该发明将镜像疗法和运动康复与机器人相结合，可以实现健肢带动患肢运动的治疗方案。但是该发明体积庞大，适用场所单一，且只能实现平面二维运动。发明专利cn113143684a公布了一种上肢康复机器人，该发明是通过设置在机构上的传感器实时向理疗师反馈康复训练情况，并设计减重装置来克服机构部分零件的重力情况。但该发明肩部没有将二自由度的旋转中心相交于肩关节盂肱关节的转动中心，增加了后续康复训练中出现二次伤害的概率；所设计的自由度较少，也为刚性结构，灵活性相对较弱。因此，在设计上肢康复机器人时，应合理选择机构及驱动形式，合理选取自由度数目，并根据人体结构学选择合适的运动范围，结构上紧凑，在保证安全性的同时应具有一定舒适性。


技术实现要素：

4.本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
5.鉴于上述和/或现有的上肢康复机器人中存在的问题，提出了本发明。
6.因此，本发明所要解决的技术问题是现有上肢康复机器人运动自由度少，不能依据不同康复时期的控制要求，调整被动、主动、助力和阻抗等控制策略的问题。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种混联混驱的七自由度上肢康复机器人，其特征在于：包括，
8.肩关节组件，包括滑动件、外展件、内旋件和前伸件，所述外展件与滑动件滑动连接，所述内旋件与外展件转动连接，所述前伸件与内旋件转动连接；
9.肘关节组件，包括大臂件和小臂件，所述大臂件与前伸件通过皮带连接，所述小臂件与大臂件转动连接；
10.腕关节组件，包括旋转件和弯曲件，所述旋转件与小臂件滑动连接，所述弯曲件与旋转件转动连接；
11.安装组件，包括支撑件和驱动件，所述滑动件固定连接在支撑件上方，所述驱动件固定安装在支撑件下方，驱动件与小臂件、旋转件和弯曲件通过绳索连接。
12.如权利要求所述的混联混驱的七自由度上肢康复机器人，其特征在于：所述滑动件包括横梁、调节部和适应部，所述调节部固定连接在横梁上，所述适应部与调节部通过丝杆连接。
13.作为本发明混联混驱的七自由度上肢康复机器人的一种优选方案，其中：所述外展件包括外展连接板、第一驱动部和第一固定架，所述外展连接板与适应部固定连接，所述第一驱动部通过第一固定架与外展连接板固定连接。
14.作为本发明混联混驱的七自由度上肢康复机器人的一种优选方案，其中：所述内旋件包括外旋连接板、第二驱动部和第二固定架，所述外旋连接板与第一驱动部的输出轴通过键连接，所述第二驱动部通过第二固定架与外旋连接板固定连接。
15.作为本发明混联混驱的七自由度上肢康复机器人的一种优选方案，其中：所述前伸件包括前伸连接板、第三驱动部、第三固定架、第一带轮、第二带轮、传动带和第一连接轴，所述前伸连接板与第二驱动部的输出轴通过键连接，所述第三驱动部与通过第三固定架与前伸连接板固定连接，所述第一带轮与第三驱动部的输出轴通过键连接，所述第二带轮与第一带轮通过传动带连接，所述第二带轮与第一连接轴通过键连接。
16.作为本发明混联混驱的七自由度上肢康复机器人的一种优选方案，其中：所述大臂件包括大臂后板、第一滑动部和大臂前板，所述大臂后板通过第三驱动部的输出轴与前伸连接板转动连接，所述大臂后板与连接轴固定连接，所述大臂后板和大臂前板通过第一滑动部滑动连接；所述小臂件包括固定板，转动部和小臂后板，所述固定板与大臂前板固定连接，所述转动部与固定板和小臂后板通过转轴转动连接。
17.作为本发明混联混驱的七自由度上肢康复机器人的一种优选方案，其中：所述旋转件包括第二滑动部、小臂前板、第一锥齿部和第二锥齿部，所述小臂前板与小臂后板通过第二滑动部滑动连接，所述小臂前板与镂空板为一体成型，所述第一锥齿部与小臂前板转动连接，所述第一锥齿部与第二锥齿部相啮合，所述第二锥齿部与小臂前板转动连接。
18.作为本发明混联混驱的七自由度上肢康复机器人的一种优选方案，其中：所述弯曲件包括定板、转轮、万向节、动板和握持部，所述定板与第二锥齿部固定连接，所述定板和动板通过万向节连接，所述定板和动板上设置有转轮，所述握持部与动板固定连接。
19.作为本发明混联混驱的七自由度上肢康复机器人的一种优选方案，其中：所述支撑件包括支撑部、调节部和靠背，所述支撑部和靠背通过调节部滑动连接，所述靠背上方与横梁固定连接。
20.作为本发明混联混驱的七自由度上肢康复机器人的一种优选方案，其中：所述驱动件包括框架、第四驱动部、预紧轮、预紧块，所述第四驱动部固定安装在框架上，所述预紧
轮与第四驱动部的输出轴通过键连接，所述预紧块与框架固定连接。
21.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明共可以实现七个自由度的运动，每个自由度可以单独进行运动，也可以进行自由度的组合实现各个关节间的复合运动，可以满足大多数患者的康复要求，适用范围广。通过设计肩部滑动件来抵消盂肱关节转动中心在空间上的漂移，使得本发明在使用过程中更安全；本发明采用直接驱动与绳索驱动混合的混合驱动的方式，可以兼顾两种驱动方式的优点，并且能够使机构更加紧凑，成本更低，安全性更高；由于腕部较为脆弱且工作空间较小，采用并联的方式可以增加机构的安全性；本发明肩部三个运动自由度的转动中心交于一点，防止肩关节运动时对使用者造成伤害。并且在机构各运动自由度设置了机械限位，极大限度保障了使用者的安全；通过控制电机的运行来实现不同康复时期对应控制策略调整要求。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
23.图1为本发明提供的实施例所述的一种七自由度上肢康复机器人整体结构示意图。
24.图2为本发明提供的实施例所述的一种七自由度上肢康复机器人肩关节组件中滑动件的结构示意图。
25.图3为本发明提供的实施例所述的一种七自由度上肢康复机器人肩关节组件中外展件、内旋件和前伸件的结构示意图。
26.图4为本发明提供的实施例所述的一种七自由度上肢康复机器人肘关节组件的结构示意图。
27.图5为本发明提供的实施例所述的一种七自由度上肢康复机器人腕关节组件中旋转件的结构示意图。
28.图6为本发明提供的实施例所述的一种七自由度上肢康复机器人腕关节组件中弯曲件的结构示意图。
29.图7为本发明提供的实施例所述的一种七自由度上肢康复机器人安装组件的结构示意图。
30.图8为本发明提供的实施例所述的一种七自由度上肢康复机器人安装组件中驱动件的结构示意图。
具体实施方式
31.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
32.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他与此描述不同的方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
33.其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
34.再其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
35.实施例1
36.参照图1～3为本发明第一个实施例，本实施例提供了一种混联混驱的七自由度上肢康复机器人，本实施例能够实现肩部三个自由度的运动，且可以抵消盂肱关节转动中心在空间上的漂移。
37.如图1所示的一种混联混驱的七自由度上肢康复机器人，包括肩关节组件100，包括滑动件101、外展件102、内旋件103和前伸件104，外展件102与滑动件101滑动连接，内旋件103与外展件102转动连接，前伸件104与内旋件103转动连接；
38.肘关节组件200，包括大臂件201和小臂件202，大臂件201与前伸件104通过皮带连接，小臂件202与大臂件201转动连接；
39.腕关节组件300，包括旋转件301和弯曲件302，旋转件301与小臂件202滑动连接，弯曲件302与旋转件301转动连接；
40.安装组件400，包括支撑件401和驱动件402，滑动件101固定连接在支撑件401上方，驱动件402固定安装在支撑件下方，驱动件402与小臂件202、旋转件301和弯曲件302通过绳索连接。
41.如图2所示，滑动件101包括横梁101a、调节部101b和适应部101c，调节部101b固定连接在横梁101a上，适应部101c与调节部101b通过丝杆连接。调节部101b包括第一滑轨101b-1、滑轨盖101b-2、第一丝杆101b-3和第一滑块101b-4，适应部101c包括导套101c-1、导柱101c-2、第二滑轨101c-3、第一光杆101c-4和第二滑块101c-5，第一滑轨101b-1和固定横梁101a固定连接，滑轨盖101b-2固定连接在第一滑轨101b-1上，第一丝杆101b-3插入第一滑轨101b-1预留的中心孔洞，第一丝杆101b-3与第一滑轨101b-1通过表面螺纹连接，第一滑块101b-4嵌入第一滑轨101b-1的倒t型槽，导套101c-1与第一滑块101b-4固定连接，拧动第一丝杆101b-3带动固定连接在第一滑块101b-4上的导套101c-1移动，实现对不同患者不同肩宽的适应调整。导柱101c-2插入导套101c-1中，第二滑轨101c-3与导柱101c-2固定连接，第二滑块101c-5嵌入第二滑轨101c-3中，由第一光杆101c-4进行导向，从而实现在肩关节运动中，机构对盂肱关节转动中心所出现的空间漂移现象作出自适应移动。
42.如图3所示，外展件102包括外展连接板102a、第一驱动部102b和第一固定架102c，外展连接板102a与适应部101c固定连接，第一驱动部102b通过第一固定架102c与外展连接板102a固定连接。内旋件103包括外旋连接板103a、第二驱动部103b和第二固定架103c，外旋连接板103a与第一驱动部102b的输出轴通过键连接，第二驱动部103b通过第二固定架103c与外旋连接板103a固定连接。前伸件104包括前伸连接板104a、第三驱动部104b、第三固定架104c、第一带轮104d、第二带轮104e、传动带104f和第一连接轴104g，前伸连接板104a与第二驱动部103b的输出轴通过键连接，第三驱动部104b与通过第三固定架104c与前伸连接板104a固定连接，第一带轮104d与第三驱动部104b的输出轴通过键连接，第二带轮
104e与第一带轮104d通过传动带104f连接，第二带轮104e与第一连接轴104g通过键连接。第一驱动部102b包括第一盘式电机102b-1和第一减速器102b-2，第二驱动部103b包括第二盘式电机103b-1和第二减速器103b-2-2，第三驱动部104b包括第三盘式电机104b-1和第三减速器104b-2。外展连接板102a一端和第二滑块101c-5固定连接，另一端与外旋连接板103a相连，第一盘式电机102b-1通过第一固定架102c与外展连接板102a固定相连，第一盘式电机102b-1的电机输出轴与第一减速器102b-2相连，第一减速器102b-2输出轴与外旋连接板103a通过键相连，使得外旋连接板103a能够跟随第一减速器102b-2输出轴转动，并且设置轴端挡圈对轴上零件进行限位，外旋连接板103a开设有以第一减速器102b-2输出轴为圆心的弧形槽，外展连接板102a上设置有限位柱伸入外旋连接板103a上的弧形槽中以对旋转角度进行限制，实现肩关节的外展/内收。外旋连接板103a与前伸连接板104a相连，第二盘式电机103b-1通过第二固定架103c与外旋连接板103a固定相连，第二盘式电机103b-1的输出轴与第二减速器103b-2相连，第二减速器103b-2输出轴与前伸连接板104a通过键相连，使得前伸连接板104a能够跟随第二减速器103b-2输出轴转动，并且设置轴端挡圈对轴上零件进行限位，前伸连接板104a开设有以第二减速器103b-2输出轴为圆心的弧形槽，外旋连接板103a上设置有限位柱伸入前伸连接板104a所开设的弧形槽中以对旋转角度进行限制，实现肩关节的内旋/外旋。第三盘式电机104b-1通过第三固定架104c与前伸连接板104a固定相连，第三盘式电机104b-1的电机输出轴与第三减速器104b-2相连，第三减速器104b-2输出轴与第一带轮104d通过键相连，第一带轮104d能够跟随第三减速器104b-2进行转动，在第三减速器104b-2输出轴末端设置轴端挡圈进行限位。第一连接轴104g与大臂后板201a固定连接，第二带轮104e的轴心位置开槽与连接轴104g通过键连接，并通过轴端挡圈进行限位。第三盘式电机104b-1转动带动第一带轮104d转动，通过同步带104f带动第二带轮104e转动，实现肩关节的前伸/后屈。
43.实施例2
44.参照图4～6为本发明第二个实施例，本实施例基于上一个实施例，本实施例能够实现肘关节一个自由度上的运动和腕关节三个自由度上的运动，且腕关节处采用并联连接增加机构安全性。
45.如图4所示，大臂件201包括大臂后板201a、第一滑动部201b和大臂前板201c大臂后板201a通过第三驱动部104b的输出轴与前伸连接板104a转动连接，大臂后板201a与第一连接轴104g固定连接，大臂后板201a和大臂前板201c通过第一滑动部201b滑动连接；小臂件202包括固定板202a，转动部202b和小臂后板202c，固定板202a与大臂前板201c固定连接，转动部202b与固定板202a和小臂后板202c通过转轴转动连接。大臂后板201a一侧设置有大臂盖板201a-1，大臂后板201a另一侧设置有大臂支架201a-2，在大臂支架201a-2上绑上魔术贴得以固定使用者的上臂，避免对使用者造成二次伤害。第一滑动部201b包括丝杆挡块201b-1、第二光杆201b-2和第二丝杆201b-3，转动部202b包括定轮202b-1和动轮202b-2和第二连接轴202b-3。大臂盖板104h固定连接在大臂后板201a上，与前伸连接板104a相连接。大臂支架201a-2固定连接在大臂后板201a的另一侧，为了适应不同患者的不同臂长，两个丝杆挡块201b-1分别固定连接在大臂后板201a和大臂前板201c上，两个丝杆挡块201b-1之间嵌有两根第二光杆201b-2和一根第二丝杆201b-3，其中第二光杆201b-2的作用用以导向，通过旋转第二丝杆201b-3从而调节大臂后板201a与大臂前板201c之间的距离，以适应
不同患者大臂的尺寸。固定板202a的一端与大臂前板201c固定连接，另一端与定轮202b-1中心轴转动连接。在大臂前板201c上固定连接肘部引导块201c-1，2个动轮202b-2通过第二连接轴202b-3固定在大臂前板201c上，2个动轮202b-2通过第二连接轴202b-3与小臂后板202c转动连接，将驱动件402所牵引出的鲍登线引导通过定轮202b-1缠绕在动轮202b-2上，通过鲍登线传动，实现定轮202b-1发生相对转动，带动整个前臂转动，实现肘关节屈曲/超伸。在固定板202a上固定设置有前臂引导块202a-1，前臂引导块202a-1上开有线孔用以引导鲍登线作用在腕部组件300上。
46.如图5所示，旋转件301包括第二滑动部301a、小臂前板301b、第一锥齿部301d和第二锥齿部301e，小臂前板301b与小臂后板202c通过第二滑动部301a滑动连接，小臂前板301b与镂空板301c固定连接，第一锥齿部301d与小臂前板301b转动连接，第一锥齿部301d与第二锥齿部301e相啮合，第二锥齿部301e与小臂前板301b转动连接。第二滑动部301a包括第二丝杆导向块301a-1、第三丝杆301a-2和第三光杆301a-3，第一锥齿部301d包括第一锥齿轮301d-1、第一旋转轴301d-2，第二锥齿部301e包括第二锥齿轮301e-1、第二旋转轴301e-2、旋转套筒301e-3和固定套筒301e-4。两个第二丝杆导向块301a-1分别固定连接在小臂后板202c和小臂前板301b上，两个第二丝杆导向块301a-1之间嵌有两根第三光杆301a-2和一根第三丝杆301a-3，其中第三光杆301a-2的作用用以导向，通过旋转第三丝杆301a-3从而调节机构的尺寸，适应不同使用者小臂长度的差别。第一旋转轴301d-2固定连接在小臂前板301b上，第一旋转轴301d-2上套有第一锥齿轮301d-1，并使用第三轴端挡圈对第一旋转轴301d-2进行限位，防止第一锥齿轮301d-1掉落，第一旋转轴301d-2上开设弧形槽，第一锥齿轮301d-1上有限位柱伸入弧形槽中限位。第二旋转轴301e-2上和第二锥齿轮301e-1为一体连接，并使用旋转套筒301e-3、固定套筒301e-4和轴端挡圈进行定位使得第二锥齿轮301e-1能够在旋转套筒301e-3内旋转，固定套筒301e-4固定连接在小臂前板301b上的镂空板301c中，保证第二锥齿轮301e-1在镂空板301c中不会晃动，从而实现轴向定位，第二锥齿轮301e-1与第一锥齿轮301d-1相啮合，绳索缠绕在第一锥齿轮301d-1上开设的槽中，绳索带动第一锥齿轮301d-1转动，从而第二锥齿轮301e-1发生啮合转动，实现腕关节旋内/旋外。
47.如图6所示，弯曲件302包括定板302a、转轮302b、万向节302c、动板302d和握持部302e，定板302a与第二锥齿部301e固定连接，定板302a和动板302d通过万向节302c连接，定板302a和动板302d上设置有转轮302b，握持部302e与动板302d固定连接。定板302a侧边设置有支撑架302a-1，用以固定患者前臂，保证训练效果。万向节302c包括万向节上体302c-1、万向节中体302c-2、万向节下体302c-3和支撑柱302c-4，握持部302e包括法兰302e-1、六维传感器302e-2和握把302e-3。定板302a与第二锥齿轮301e-1固定连接，万向节上体302c-1固定连接在定板302a另一侧上，万向节中体302c-2置入万向节上体302c-1中，并将万向节中体302c-2所突出的轴插入万向节上体302c-1的孔洞，实现竖直方向上的转动角度限位。万向节下体302c-3的凸起部分与万向节上体302c-1的凹槽部分相对应，将万向节中体302c-2所突出的轴插入万向节下体302c-3凸起部分的孔洞中，实现水平方向上的转动角度限位。支撑柱302c-4一端与万向节下体302c-3固定连接，另一端与动板302d固定连接。法兰302e-1固定插入动板302d中，法兰302e-1另一侧与六维传感器302e-2固定连接，握把302e-3与六维传感器302e-2固定连接，实时传输患者对握把302e-3所施加的力。8个转轮302b对
应分布在定板302a和动板302d的四周，绳索穿过固定在小臂前板301b镂空板上的绳索定位孔，从定板302a所开设的弧形槽中接入，缠绕在一组对应的转轮302b上，通过自驱动件402引出的绳索拉动转轮302b，使得万向节302c进行对应方向上的转动来控制腕部运动，实现腕关节掌曲/背伸和尺偏/桡偏运动。
48.实施例3
49.参照图7、8为本发明第二个实施例，本实施例基于上一个实施例，本实施例可以通过调节靠背401c的高度以适应不同使用者的身高，且为使用者提供了以一个较舒适的使用条件。
50.如图7所示，支撑件401包括支撑部401a、调节部401b和靠背401c，支撑部401a和靠背401c通过调节部401b滑动连接，靠背401c上方与横梁101a固定连接。支撑部401a包括支撑架401a-1、座板401a-2和第一绳索导向板401a-3，调节部401b包括导柱401b-1、导套401b-2和螺纹松紧环401b-3，在靠背401c的一侧设置有第二绳索导向板401c-1，用以引导绳索到达肘关节和腕关节的驱动处。导柱401b-1的一端插入靠背401c，另一端插入导套401b-2中，通过螺纹松紧环401b-3对导柱401b-1进行固定，使得可调节座椅模块400上所固定的机构的高度可以根据不同患者的肩高度进行调整。导套401b-2与座板401a-2通过螺纹固定连接，4个第一绳索导向板401a-3固定在座板401a-2上，实现将鲍登线引导至第二绳索导向板401c-1的功能。
51.如图8所示，驱动件402包括框架402a、第四驱动部402b、预紧轮402c、预紧块402d，第四驱动部402b固定安装在框架402a上，预紧轮402c与第四驱动部402b的输出轴通过键连接，预紧块402d与框架402a固定连接，第四驱动部402b包括伺服电机402b-1和第四减速器402b-2，框架402a包括立柱402a-1、电机架上板402a-2、电机架板402a-3、电机座402a-4和绳索导向块402a-5，预紧块402d包括预紧上板402d-1、预紧下板402d-2、预紧弹簧402d-3和预紧螺丝402d-4。电机架上板402a-2固定连接在立柱402a-1的最上层和第三层，电机架板402a-3分别固定连接在第二层和最下层。预紧下板402d-2固定连接在电机架上板402a-2上，预紧上板402d-1通过螺栓与预紧下板402d-2相连，预紧螺丝402d-4拧入预紧上板402d-1后，将预紧弹簧402d-3套在预紧螺丝402d-4上，再将预紧螺丝402d-4下端拧入预紧下板402d-2中，实现对预紧轮402c所伸出绳索的预紧。电机座402a-4固定连接在电机架板402a-3和电机架上板402a-2之间，伺服电机402b-1固定连接在电机座402a-4中，伺服电机402b-1的电机输出轴与第四减速器402b-2相连，第四减速器402b-2输出轴与预紧轮402c通过键相连，使得预紧轮402c能够跟随第四减速器402b-2的输出轴旋转，在第四减速器402b-2上的输出轴末端设置轴端挡圈以对预紧轮402c进行限位。绳索一端缠绕在预紧轮402c上，通过伺服电机402b-1带动预紧轮402c转动，实现对绳索拉伸的控制。下层预紧轮402c所引出的鲍登线容易与上层机构发生干涉，故在电机架板402a-3侧边设置绳索导向块402a-5来引导鲍登线通过第一绳索导向板401a-3。
52.本发明通过设置肩部滑动件101使得装置可以跟随使用者肩部的移动而移动，减少由于使用者手臂与机器人之间的相对运动而导致装置节点与使用者关节不对应而造成损伤的问题。外展件102、内旋件103和前伸件104转动中心交于一点，并与使用者的肩关节相对应，通过第一盘式电机102b-1、第二盘式电机103a和第三盘式电机104b-1来实现转动，模拟人体肩关节的运动，肘关节运动模块200设置定轮202b-1和动轮202b-2，将自电机架模
块500中引出的绳索通过定轮202b-1缠绕在动轮202b-2，通过伺服电机402b-1拉动绳索传动，实现定轮202b-1发生转动，从而带动小臂后板202c转动，模拟人体肘关节的运动。在旋转件301中通过绳索拉动设置在小臂前板301b上的第一锥齿轮301d-1转动，使得与第一锥齿轮301d-1啮合的第二锥齿轮301e-1转动从而带动定板302a转动，模拟人体腕关节的旋内/旋外运动，通过在弯曲件302中设置万向节使得动板302d能够向各个方向旋转，同时在定板302a和动板302d上设置4对转轮302b，并将自驱动件402中引出的绳索缠绕在转轮302b上，使得绳索可以拉动转轮302b从而控制万向节转动的方向，模拟腕关节的掌曲/背伸和齿偏/桡偏运动。
53.本发明的有益效果为：
54.(1)、本发明可以实现肩关节的外展/内收、内旋/外旋以及前伸/后屈，肘关节的屈曲/超伸，腕关节的旋内/旋外、掌曲/背伸和尺偏/桡偏，共七个自由度运动，每个自由度可以单独进行运动，也可以进行自由度的组合实现各个关节间的复合运动，七个自由度的灵活设计可以满足大多数患者的康复要求，适用范围广。并且本发明考虑了人体上肢运动规律，通过设计肩部滑动件来抵消盂肱关节转动中心在空间上的漂移，使得本发明在使用过程中更安全。
55.(2)、本发明采用混合驱动的方式，直接驱动具有精度高、速度快、效率高等优点，绳索驱动有零回差、低摩擦、低惯量、柔顺性好等良好特性，采用混合驱动可以兼顾两种驱动方式的优点，并且能够使机构更加紧凑，成本更低，安全性更高。
56.(3)、本发明采用串联与并联混合连接的方式，串联连接具有结构简单，工作空间大的特点，而并联连接具有安全性高，刚度大的特别。腕部较为脆弱且工作空间较小，采用并联的方式可以增加机构的安全性。
57.(4)、本发明肩部三个运动自由度的转动中心交于一点，更符合人体上肢运动规律。保证在进行肩关节运动时，机构不会对使用者造成伤害。并且在机构各运动自由处设置了机械限位，极大限度保障了使用者的安全。
58.(5)、通过控制电机的运行来实现不同康复时期对应控制策略调整要求。被动康复时期，通过控制策略的设定根据康复要求按照规划的轨迹拖动患者患肢运动；主动康复时期，可以结合虚拟游戏任务，患者自主运动；助力和阻抗康复时期需要读取各关节的空间位置以及安装力传感器等，推测患者的运动意图，通过设定的控制策略为患者患肢运动提供助力或提供阻力。
59.重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本技术的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行
状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。
60.此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征(即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或于实现本发明不相关的那些特征)。
61.应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。
62.应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：
1.一种混联混驱的七自由度上肢康复机器人，其特征在于：包括，肩关节组件(100)，包括滑动件(101)、外展件(102)、内旋件(103)和前伸件(104)，所述外展件(102)与滑动件(101)滑动连接，所述内旋件(103)与外展件(102)转动连接，所述前伸件(104)与内旋件(103)转动连接；肘关节组件(200)，包括大臂件(201)和小臂件(202)，所述大臂件(201)与前伸件(104)通过皮带连接，所述小臂件(202)与大臂件(201)转动连接；腕关节组件(300)，包括旋转件(301)和弯曲件(302)，所述旋转件(301)与小臂件(202)滑动连接，所述弯曲件(302)与旋转件(301)转动连接；安装组件(400)，包括支撑件(401)和驱动件(402)，所述滑动件(101)固定连接在支撑件(401)上方，所述驱动件(402)固定安装在支撑件下方，驱动件(402)与小臂件(202)、旋转件(301)和弯曲件(302)通过绳索连接。2.如权利要求1所述的混联混驱的七自由度上肢康复机器人，其特征在于：所述滑动件(101)包括横梁(101a)、调节部(101b)和适应部(101c)，所述调节部(101b)固定连接在横梁(101a)上，所述适应部(101c)与调节部(101b)通过丝杆连接。3.如权利要求1或2所述的混联混驱的七自由度上肢康复机器人，其特征在于：所述外展件(102)包括外展连接板(102a)、第一驱动部(102b)和第一固定(102c)，所述外展连接板(102a)与适应部(101c)固定连接，所述第一驱动部(102b)通过第一固定架(102c)与外展连接板(102a)固定连接。4.如权利要求3所述的混联混驱的七自由度上肢康复机器人，其特征在于：所述内旋件(103)包括外旋连接板(103a)、第二驱动部(103b)和第二固定架(103c)，所述外旋连接板(103a)与第一驱动部(102b)的输出轴通过键连接，所述第二驱动部(103b)通过第二固定架(103c)与外旋连接板(103a)固定连接。5.如权利要求4所述的混联混驱的七自由度上肢康复机器人，其特征在于：所述前伸件(104)包括前伸连接板(104a)、第三驱动部(104b)、第三固定架(104c)、第一带轮(104d)、第二带轮(104e)、传动带(104f)和第一连接轴(104g)，所述前伸连接板(104a)与第二驱动部(103b)的输出轴通过键连接，所述第三驱动部(104b)通过第三固定架(104c)与前伸连接板(104a)固定连接，所述第一带轮(104d)与第三驱动部(104b)的输出轴通过键连接，所述第二带轮(104e)与第一带轮(104d)通过传动带(104f)连接，所述第二带轮(104e)与第一连接轴(104g)通过键连接。6.如权利要求5所述的混联混驱的七自由度上肢康复机器人，其特征在于：所述大臂件(201)包括大臂后板(201a)、第一滑动部(201b)和大臂前板(201c)所述大臂后板(201a)通过第三驱动部(104b)的输出轴与前伸连接板(104a)转动连接，所述大臂后板(201a)与连接轴(104g)固定连接，所述大臂后板(201a)和大臂前板(201c)通过第一滑动部(201b)滑动连接；所述小臂件(202)包括固定板(202a)，转动部(202b)和小臂后板(202c)，所述固定板(202a)与大臂前板(201c)固定连接，所述转动部(202b)与固定板(201a)和小臂后板(202c)通过转轴转动连接。7.如权利要求6所述的混联混驱的七自由度上肢康复机器人，其特征在于：所述旋转件(301)包括第二滑动部(301a)、小臂前板(301b)、第一锥齿部(301d)和第二锥齿部(301e)，所述小臂前板(301b)与小臂后板(202c)通过第二滑动部(301a)滑动连接，所述小臂前板
(301b)与镂空板(301c)为一体成型，所述第一锥齿部(301d)与小臂前板(301b)转动连接，所述第一锥齿部(301d)与第二锥齿部(301e)相啮合，所述第二锥齿部(301e)与小臂前板(301b)转动连接。8.如权利要求7所述的混联混驱的七自由度上肢康复机器人，其特征在于：所述弯曲件(302)包括定板(302a)、转轮(302b)、万向节(302c)、动板(302d)和握持部(302e)，所述定板(302a)与第二锥齿部(301e)固定连接，所述定板(302a)和动板(302d)通过万向节(302c)连接，所述定板(302a)和动板(302d)上设置有转轮(302b)，所述握持部(302e)与动板(302d)固定连接。9.如权利要求8所述的混联混驱的七自由度上肢康复机器人，其特征在于：所述支撑件(401)包括支撑部(401a)、调节部(401b)和靠背(401c)，所述支撑部(401a)和靠背(401c)通过调节部(401b)滑动连接，所述靠背(401c)上方与横梁(101a)固定连接。10.如权利要求9所述的混联混驱的七自由度上肢康复机器人，其特征在于：所述驱动件(402)包括框架(402a)、第四驱动部(402b)、预紧轮(402c)、预紧块(402d)，所述第四驱动部(402b)固定安装在框架(402a)上，所述预紧轮(402c)与第四驱动部(402b)的输出轴通过键连接，所述预紧块(402d)与框架(402a)固定连接。

技术总结
本发明涉及康复器材技术领域，特别是一种混联混驱的七自由度上肢康复机器人。肩关节组件，包括滑动件、外展件、内旋件和前伸件，所述外展件与滑动件滑动连接，所述内旋件与外展件转动连接，所述前伸件与内旋件转动连接；肘关节组件，包括大臂件和小臂件；腕关节组件，包括旋转件和弯曲件；安装组件，包括支撑件和驱动件。本发明采用串联与并联混合连接，电机驱动与绳索驱动混合驱动，安全性高，柔顺性强；从人体结构学考虑，佩戴方便，运动范围大，可以实现上肢单一关节运动和上肢多关节复合运动，可依据不同康复时期的控制要求，调整主动、助力或被动等控制策略，满足不同康复时期患者的训练需求。需求。需求。


技术研发人员：潘礼正 唐自勤 闵云霄 刘希 姚江伟 赵红飞 唐伟
受保护的技术使用者：常州大学
技术研发日：2023.04.19
技术公布日：2023/7/25