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1、(10)授权公告号 CN 102727360 B (45)授权公告日 2014.06.18 CN 102727360 B (21)申请号 201210184232.8 (22)申请日 2012.06.06 A61H 1/00(2006.01) (73)专利权人 常州汉迪机器人科技有限公司 地址 213164 江苏省常州市常武中路 801 号 科教城惠研楼北楼 509 室 (72)发明人 胡建军 (74)专利代理机构 常州市维益专利事务所 32211 代理人 王凌霄 CN 202637381 U,2013.01.02, 权利要求 1-8. CN 101301250 A,2008.11.12, 全。
2、文 . WO 2010/071252 A1,2010.06.24, 全文 . CN 102119902 A,2011.07.13, 说明书 0009 段， 附图 1-7. (54) 发明名称 人体上肢康复机器人 (57) 摘要 本发明涉及一种人体上肢康复机器人 , 包括 第一关节组件、 第二关节组件、 第三关节组件、 第 四关节组件、 第五关节组件和第六关节组件以及 第七关节组件， 第一关节组件、 第二关节组件和第 三关节组件的三个轴线交于一点并且相互垂直， 该点位于使用者肩关节的旋转中心点， 第五关节 组件、 第六关节组件和第七关节组件的三个轴线 交于一点并且相互垂直， 该点位于使用者腕关节。
3、 的旋转中心点。本发明的人体上肢康复机器人， 采用七个旋转关节组件串联构成机械臂的设计结 构， 每个关节组件都带有电机减速器的驱动机构， 能够带动手臂主动运动， 从而有效地实现康复训 练。 (51)Int.Cl. (56)对比文件 审查员 杨则强 权利要求书 2 页 说明书 7 页 附图 11 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 权利要求书2页 说明书7页 附图11页 (10)授权公告号 CN 102727360 B CN 102727360 B 1/2 页 2 1. 一种人体上肢康复机器人， 其特征是 ： 由 7 个旋转运动的关节组件串联而成的外骨 骼式机械臂， 所述。
4、的外骨骼式机械臂包括用于实现使用者肩部关节活动的第一关节组件 （1） 、 与第一关节组件 （1） 相连接的用于实现使用者肩部关节活动的第二关节组件 （2） 、 与 第二关节组件 （2） 相连接的用于实现使用者肩部关节活动并可根据使用者大臂长度调节长 短的第三关节组件 （3） 、 与第三关节组件 （3） 相连接的可根据使用者小臂长度调节长短的 第四关节组件 （4） 、 安装在第四关节组件 （4） 上的用于实现使用者小臂左右转动的第五关 节组件 （5） 和与第五关节组件 （5） 相连接的用于腕关节活动的第六关节组件 （6） 以及与第 六关节组件 （6） 相连接的用于实现使用者腕关节活动的第七关节组。
5、件 （7） ， 所述的第一关 节组件 （1） 与第二关节组件 （2） 之间通过连接件 （8） 相连接， 所述的第一关节组件 （1） 、 第二 关节组件 （2） 和第三关节组件 （3） 的三个轴线交于一点并且相互垂直， 该点位于使用者肩 关节的旋转中心点， 所述的第五关节组件 （5） 、 第六关节组件 （6） 和第七关节组件 （7） 的三 个轴线交于一点并且相互垂直， 该点位于使用者腕关节的旋转中心点， 所述的第一关节组件 （1） 包括用于固定在安装基座上的第一固定壳 （11） 和与第一固 定壳 （11） 连接的第一转动壳 （12） ， 第一固定壳 （11） 和第一转动壳 （12） 绕第一关节组。
6、件 （1） 的回转轴线转动， 所述的第二关节组件 （2） 包括与连接件 （8） 相连接的第二固定壳 （21） 和 与第二固定壳 （21） 连接的第二转动壳 （22） ， 第二固定壳 （21） 和第二转动壳 （22） 绕第二关 节组件 （2） 的回转轴线转动， 所述的第一固定壳 （11） 和第二固定壳 （21） 内均依次安装有第 一编码器 （13） 、 与第一编码器 （13） 相连接的第一电机 （14） 、 与第一电机 （14） 输出轴相连接 的第一减速器 （15） 、 第一十字滑块联轴器 （16） 、 第一准双曲面蜗杆 （17） 、 第一准双曲面蜗 轮 （18） 和用于测量关节转角的第一芯片 。
7、（19） 以及第一磁钢 （111） ， 第一减速器 （15） 通过第 一十字滑块联轴器 （16） 与第一准双曲面蜗杆 （17） 相连接， 第一准双曲面蜗杆 （17） 与第一 准双曲面蜗轮 （18） 啮合， 所述的第一转动壳 （12） 和第二转动壳 （22） 内均设置有串联弹性 执行器 （9） 和第一关节轴 （110） ， 第一准双曲面蜗轮 （18） 与第一关节轴 （110） 固联， 第一芯 片 （19） 安装在第一固定壳 （11） 上， 第一磁钢 (111) 与第一准双曲面蜗轮 （18） 固联 , 第一 关节轴 （110） 通过第一压盖 （112） 与串联弹性执行器 （9） 相摩擦连接， 第一。
8、压盖 （112） 通过 螺栓与第一关节轴 （110） 固联 ； 所述的第三关节组件 （3） 包括与第二转动壳 （22） 相连接的第三固定壳 （31） 、 与第三固 定壳 （31） 相连接的第一摆动盘 （32） 、 连接在第一摆动盘 （32） 下表面上的上臂固定板 （33） 和与上臂固定板 （33） 相连接的第一圆柱导轨 （34） 以及在第一圆柱导轨 （34） 上滑动连接的 安装座 （35） ， 所述的第三固定壳 （31） 内安装有第二编码器 （36） 、 与第二编码器 （36） 相连接 的第二电机 （37） 和与第二电机 （37） 输出轴相连接的第二减速器 （38） 以及与第二减速器 （38）。
9、 相连接的第一绞盘 （39） ， 第三固定壳 （31） 底部安装有弧形滑块 （310） ， 所述的第一摆 动盘 （32） 包括弧形摆台 （32-1） 和固定在弧形摆台 （32-1） 两末端上的第二钢丝绳 （32-2） 以 及设置在弧形摆台 （32-1） 上的弧形滑轨 （32-3） ， 第二钢丝绳 （32-2） 缠绕在第一绞盘 （39） 上， 所述的第一绞盘 （39） 通过第二钢丝绳 （32-2） 带动弧形摆台 （32-1） 沿弧形滑块 （310） 摆动， 所述的安装座 （35） 两侧边上设置有一对第一快速夹紧手柄 （311） ； 所述的第四关节组件 （4） 包括安装在安装座 （35） 上的第四。
10、固定壳 （41） 、 与第四固定壳 （41） 连接的第三转动壳 （42） 和设置在第三转动壳 （42） 上的第二圆柱导轨 （43） 以及与第 二圆柱导轨 （43） 滑动连接的连接板 （44） ， 所述的第二圆柱导轨 （43） 与连接板 （44） 之间设 权 利 要 求 书 CN 102727360 B 2 2/2 页 3 置有第二夹紧手柄 （46） ， 所述的第三转动壳 （42） 内安装有第三编码器 （47） 、 与第三编码器 （47） 相连接的第三电机 （48） 、 与第三电机 （48） 输出轴相连接的第三减速器 （49） 、 第二十字 滑块联轴器 （410） 、 第二准双曲面蜗杆 （411。
11、） 、 第二准双曲面蜗轮 （412） 和用于测量关节转 角的第二芯片 （413） 以及第二磁钢 （415） ， 第三减速器 （49） 通过第二十字滑块联轴器 （410） 与第二准双曲面蜗杆 （411） 相连接， 第二准双曲面蜗杆 （411） 与第二准双曲面蜗轮 （412） 啮 合， 所述的第四固定壳 （41） 内设置有串联弹性执行器 （9） 和第二关节轴 （414） ， 第二准双曲 面蜗轮 （412） 与第二关节轴 （414） 固联， 第二芯片 （413） 安装在第三转动壳 （42） 上， 第二磁 钢 （415） 与第二准双曲面蜗轮 （412） 固联， 第二关节轴 （414） 通过第二压盖 （。
12、416） 与串联弹 性执行器 （9） 相摩擦连接， 第二压盖 （416） 通过螺栓与第二关节轴 （414） 固联 ； 所述的串联弹性执行器 （9） 包括滑轮 （91） 、 钢丝绳 （92） 、 第一弹簧 （95） 以及第二弹 簧 （97） ， 所述的滑轮 （91） 上开设有圆球形凹坑， 钢丝绳 （92） 上固定有与圆球形凹坑相对 应的钢球 （92-1） ， 钢丝绳 （92） 的一端连接有第一螺纹杆 （93） ， 另一端上连接有第二螺纹 杆 （94） ， 第一螺纹杆 （93） 上套置有第一弹簧 （95） 并通过第一螺母 （96） 旋合， 第二螺纹杆 （94） 上套置有第二弹簧 （97） 并通过第。
13、二螺母 （98） 旋合， 第二螺母 （98） 上连接有电位器滑 杆 （99） ， 电位器滑杆 （99） 端部连接有直线电位器 （910） ， 直线电位器 （910） 上安装有电位器 座 （911） ， 电位器座 （911） 与相应的转动壳固联， 第一弹簧 （95） 与第二弹簧 （97） 的靠近滑轮 （91） 端压紧在相应的转动壳上 ； 所述的第五关节组件 （5） 包括安装在连接板 （44） 上的第二摆动盘 （51） 和与第二摆 动盘 （51） 的外弧形边沿相滑移配合的动力盒 （52） ， 所述的第二摆动盘 （51） 包括小臂摆台 （511） 、 分别设置在小臂摆台 （511） 上表面和下表面的。
14、上外弧形滑轨 （512） 和下外弧形滑轨 （513） 以及连接在小臂摆台 （511） 两末端的钢索 （514） ， 所述的动力盒 （52） 内安装有第四编 码器 （53） 、 与第四编码器 （53） 相连接的第四电机 （54） 和与第四电机 （54） 输出轴相连接的 第四减速器 （55） 以及与第四减速器 （55） 相连接的第二绞盘 （56） ， 所述的动力盒 （52） 上连 接有弧形滑块 （57） ， 所述的第二绞盘 （56） 通过钢索 （514） 带动小臂摆台 （511） 沿上外弧形 滑轨 （512） 和下外弧形滑轨 （513） 摆动 ； 所述的第六关节组件 （6） 包括连接在动力盒 （5。
15、2） 上的第五固定壳 （61） 和与第五固定 壳 （61） 连接的第一摆臂 （62） ， 第五固定壳 （61） 内安装有第五编码器 （63） 、 与第五编码器 （63） 相连接的第五电机 （64） 和与第五电机 （64） 输出轴相连接的第五减速器 （65） 以及与第 五减速器 （65） 相连接的第一固定板 （66） ， 第一固定板 （66） 与第一摆臂 （62） 一端相连接 ； 所述的第七关节组件 （7） 包括安装在第一摆臂 （62） 上的第六固定壳 （71） 和与第六固 定壳 （71） 连接的第二摆臂 （72） 以及连接在第二摆臂 （72） 端部的手柄 （73） ， 第六固定壳 （71） 内。
16、安装有第六编码器 （74） 、 与第六编码器 （74） 相连接的第六电机 （75） 和与第六电机 （75） 输出轴相连接的第六减速器 （76） 、 与第六减速器 （76） 相连接的第二固定板 （77） ， 第二 固定板 （77） 与第二摆臂 （72） 相连接。 权 利 要 求 书 CN 102727360 B 3 1/7 页 4 人体上肢康复机器人 技术领域 0001 本发明涉及医疗康复训练器械的领域， 尤其是一种人体上肢康复机器人。 背景技术 0002 事实证明， 正崛起的康复机器人技术通过上下肢康复训练帮助患者康复的潜力是 巨大的， 它们能够代替并减轻理疗师们重体力、 高强度的工作负担。 。
17、机器人适于重复性的工 作， 这使得机器人康复训练程序得到更好的实施， 这类程序的设计主要为了帮助神经受损 的患者恢复其运动机能。 由神经系统损伤导致的功能性残障中最影响患者功能的便是上肢 系统的功能性障碍， 上肢系统功能性障碍导致的残障， 对患者生活的独立性和质量的影响 是非常显著的， 对患者运动机能的康复， 尤其上肢功能的恢复， 被认为是脑外伤及脊髓损伤 患者神经康复训练中最重要的目标之一。 发明内容 0003 本发明要解决的技术问题是 ： 为了克服上述中存在的问题， 提供一种人体上肢康 复机器人， 其可通过直接操作、 交互式监控以及远程临境控制等方式在医院安全稳健地运 行。 0004 本发。
18、明解决其技术问题所采用的技术方案是 ： 一种人体上肢康复机器人， 包括依 次由 7 个旋转运动的关节组件串联而成的外骨骼式机械臂， 所述的外骨骼式机械臂包括用 于实现使用者肩部关节活动的第一关节组件、 与第一关节组件相连接的用于实现使用者肩 部关节活动的第二关节组件、 与第二关节组件相连接的用于实现使用者肩部关节活动并可 根据使用者大臂长度调整长短的第三关节组件、 与第三关节组件相连接的壳根据使用者大 臂长度调节长短的第四关节组件、 安装在第四关节组件上的用于实现使用者腕关节活动的 第五关节组件和与第五关节组件相转动连接的用于实现使用者腕关节活动的第六关节组 件以及与第六关节组件相转动连接的用。
19、于实现使用者腕关节活动的第七关节组件， 所述的 第一关节组件与第二关节组件之间通过连接件相连接， 所述的第一关节组件、 第二关节组 件和第三关节组件的三个轴线交于一点并且相互垂直， 该点位于使用者肩关节的旋转中 心， 第五关节组件、 第六关节组件和第七关节组件的三个轴线交于一点并且相互垂直， 该点 位于使用者腕关节的旋转中心， 第四关节组件的轴线通过患者的肘关节。 0005 所述的第一关节组件包括用于固定在安装基座上的第一固定壳和与第一固定壳 转动连接的第一转动壳， 第一固定壳和第一转动壳绕第一关节组件的回转轴线转动， 所述 的第二关节组件包括与连接件相连接的第二固定壳和与第二固定壳转动连接的。
20、第二转动 壳， 第二固定壳和第二转动壳绕第二关节组件的回转轴转动， 所述的第一固定壳和第二固 定壳内均依次安装有第一编码器、 与第一编码器相连接的第一电机、 与第一电机输出轴相 连接的第一减速器、 第一十字滑块联轴器、 第一准双曲面蜗杆、 第一准双曲面蜗轮和用于测 量关节转角的第一芯片以及第一磁钢， 第一准双曲面蜗杆和第一准双面蜗轮是一种先进的 偏轴齿轮系， 越来越广泛应用于工程领域的各个分支由于其增大了齿轮啮合面积并提供更 说 明 书 CN 102727360 B 4 2/7 页 5 好的啮合表面， 所以它具有更大的载荷能力 （尤其是在过载时表现更为突出） 、 更大的负载 自重比、 更为平滑。
21、的齿轮啮合过程和更小的噪音等优点， 并且其在钢对钢材料接触中也能 够可靠运行， 第一芯片可以选用霍尔芯片， 第一减速器通过第一十字滑块联轴器与第一准 双曲面蜗杆相连接， 第一准双曲面蜗杆与第一准双曲面蜗轮啮合， 所述的第一转动壳和第 二转动壳内均设置有串联弹性执行器和第一关节轴， 第一准双面曲面蜗轮与第一关节轴固 联， 第一芯片安装在第一固定壳上， 第一磁钢与第一准曲面蜗轮固联， 第一关节轴通过第一 压盖与串联弹性执行器相摩擦连接， 第一压盖通过螺栓与第一关节轴固联， 通过调整螺栓 扭矩即可调节第一压盖与滑轮之间的摩擦力。 0006 所述的第三关节组件包括与第二转动壳相连接的第三固定壳、 与第。
22、三固定壳相转 动连接的第一摆动盘、 连接在第一摆动盘下表面上的上臂固定板和与上臂固定板相连接的 第一圆柱导轨以及在第一圆柱导轨上滑动连接的安装座， 所述的第三固定壳内安装有第二 编码器、 与第二编码器相连接的第二电机和与第二电机输出轴相连接的第二减速器以及与 第二减速器相连接的第一绞盘， 第三固定壳底部安装有弧形滑块， 所述的第一摆动盘包括 弧形摆台和固定在弧形摆台两末端上的第二钢丝绳以及设置在弧形摆台上的弧形滑轨， 第 二钢丝绳缠绕在第一绞盘上， 所述的第一绞盘通过第二钢丝绳带动弧形摆台沿弧形滑块摆 动， 所述的安装座两侧边上设置有一对第一快速夹紧手柄。 0007 所述的第四关节组件包括安装。
23、在安装座上的第四固定壳、 与第四固定壳转动连接 的第三转动壳和设置在第三转动壳上的第二圆柱导轨以及与第二圆柱导轨滑动连接的连 接板， 所述的第二圆柱导轨与连接板之间设置有第二夹紧手柄， 所述的第三转动壳内安装 有第三编码器、 与第三编码器相连接的第三电机、 与第三电机输出轴相连接的第三减速器、 第二十字滑块联轴器、 第二准双曲面蜗杆、 第二准双曲面蜗轮和用于测量关节转角的第二 芯片以及第二磁钢， 第三减速器通过第二十字滑块联轴器与第二准双曲面蜗杆相连接， 第 二准双曲面蜗杆与第二准双曲面蜗轮啮合， 所述的第四固定壳内设置有串联弹性执行器和 第二关节轴， 第二准双曲面蜗轮与第二关节轴固联， 第二。
24、芯片安装在第三转动壳上， 第二磁 钢与第二准双曲面蜗轮固联， 第二关节轴通过第二压盖与串联弹性执行器相摩擦连接， 第 二压盖通过螺栓与第二关节轴固联， 通过调整螺栓扭矩即可调节第二压盖与滑轮之间的摩 擦力。 0008 为了能够确保机器人的柔性、 安全性、 灵活性以及用于上肢康复训练系统灵敏操 作的足够的力量， 所述的串联弹性执行器包括滑轮、 钢丝绳和第一弹簧以及第二弹簧， 所述 的滑轮上开设有圆球形凹坑， 钢丝绳上固定有与圆球形凹坑相对应的钢球， 钢丝绳的一端 连接有第一螺纹杆， 另一端上连接有第二螺纹杆， 第一螺纹杆上套置有第一弹簧并通过第 一螺母旋合， 第二螺纹杆上套置有第二弹簧并通过第二。
25、螺母旋合， 第二螺母上连接有电位 器滑杆， 电位器滑杆端部连接有直线电位器， 直线电位器上安装有电位器座， 电位器座与相 应的转动壳固联， 第一弹簧与第二弹簧的靠近滑轮端压紧在相应的转动壳上， 通过测量弹 簧的变形， 可以间接测量机器人关节的扭矩并且对其进行直接控制， 能够将传统力矩量测 的力控制问题转换成对位置控制问题， 从而使得力测量变得很好解决而达到改善力测量的 精确度的目的， 与置于机器上的典型测压元件与应变传感器等相比， 弹簧具有的更大的变 形能力改善了信噪声比， 电机的高减速比也进一步增大了执行器的特定的功率及功率密 度， 串联弹性执行器按照指令施力， 并结合固有弹性使其工作起来与。
26、人肌肉相似， 与传统的 说 明 书 CN 102727360 B 5 3/7 页 6 力矩或液压传感器相比较， 串联弹性执行器表现出更好的应对强震和意外硬击时控制的稳 定性和稳健性， 串联弹性执行器与人接触的操作行为具有固有的安全性， 在与人突然接触 时， 传统的执行器表现出具有较高危险性的有效惯矩， 此有效惯性矩与齿轮减速比的平方 成正比， 当强度较高时这系数通常能达到一万倍甚至更高， 而串联弹性执行器中的弹性元 件能够在机器与硬物接触时使齿轮箱与机械臂处于解耦状态， 从而使惯性矩仅限于机械本 身的惯性矩。 0009 所述的第五关节组件包括安装在连接板上的第二摆动盘和与第二摆动盘的外弧 形边。
27、沿相滑移配合的动力盒， 所述的第二摆动盘包括小臂摆台、 分别设置在小臂摆台上表 面和下表面的上外弧形滑轨和下外弧形滑轨以及连接在小臂摆台两末端的钢索， 所述的动 力盒内安装有第四编码器、 与第四编码器相连接的第四电机和与第四电机输出轴相连接的 第四减速器以及与第四减速器相连接的第二绞盘， 所述的动力盒上连接有弧形滑块， 所述 的第二绞盘通过钢索带动小臂摆台沿上外弧形滑轨和下外弧形滑轨摆动。 0010 所述的第六关节组件包括连接在动力盒上的第五固定壳和与第五固定壳转动连 接的第一摆臂， 第五固定壳内安装有第五编码器、 与第五编码器相连接的第五电机和与第 五电机输出轴相连接的第五减速器以及与第五减。
28、速器相连接的第一固定板， 第一固定板与 第一摆臂一端相连接。 0011 为了能使手腕左右转动， 所述的第七关节组件包括安装在第一摆臂上的第六固定 壳和与第六固定壳转动连接的第二摆臂以及连接在第二摆臂端部的手柄， 第六固定壳内安 装有第六编码器、 与第六编码器相连接的第六电机和与第六电机输出轴相连接的第六减速 器、 与第六减速器相连接的第二固定板， 第二固定板与第二摆臂相连接。 0012 本发明的有益效果是， 本发明的人体上肢康复机器人， 在关节组件中结合串联弹 性执行器， 能够使得力测量变得更容易， 确保机器人的柔性、 安全性、 灵活性并且提高上肢 康复训练灵敏操作的力量， 采用七个旋转关节组。
29、件串联构成机械臂的设计结构， 每个关节 组件都带有电机减速器的驱动机构， 能够带动手臂主动运动， 从而有效地实现康复训练。 附图说明 0013 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 0014 图 1 是本发明的立体图 ； 0015 图 2 是图 1 中第一关节组件或第二关节组件的立体图 ； 0016 图 3 是图 2 的主视图 ； 0017 图 4 是图 3 中 B-B 剖视图 ； 0018 图 5 是图 3 中 C-C 剖视图 ； 0019 图 6 是图 1 中第三关节组件的立体图 ； 0020 图 7 是图 6 的主视图 ； 0021 图 8 是图 7 中 A-A 剖视图 ； 0022。
30、 图 9 是图 8 中 B-B 剖视图 ； 0023 图 10 是图 1 中第四关节组件的立体图 ； 0024 图 11 是图 10 的主视图 ； 0025 图 12 是图 11 中 A-A 剖视图 ； 说 明 书 CN 102727360 B 6 4/7 页 7 0026 图 13 是图 12 中 B-B 剖视图 ； 0027 图 14 是图 13 中 C-C 剖视图 ； 0028 图 15 是图 1 中第五关节组件的立体图 ； 0029 图 16 是图 1 中第六关节组件的立体图 ； 0030 图 17 是图 16 的主视图 ； 0031 图 18 是图 17 中 A-A 剖视图 ； 00。
31、32 图 19 是图 16 的侧视图 ； 0033 图 20 是图 1 中第七关节组件的立体图 ； 0034 图 21 是图 20 的主视图 ； 0035 图 22 是图 21 的侧视图 ； 0036 图 23 是图 22 中 A-A 的剖视图 ； 0037 图 24 是本发明中串联弹性执行器的结构示意图。 0038 图中 1. 第一关节组件， 11. 第一固定壳， 12. 第一转动壳， 13. 第一编码器， 14. 第 一电机， 15.第一减速器， 16.第一十字滑块联轴器， 17.第一准双曲面蜗轮， 18.第一准双曲 面蜗杆， 19. 第一芯片， 110. 第一关节轴， 111. 第一磁钢。
32、， 112. 第一压盖， 2. 第二关节组件， 21.第二固定壳， 22.第二转动壳， 3.第三关节组件， 31.第三固定壳， 32.第一摆动盘， 32-1. 弧形摆台， 32-2. 第二钢丝绳， 32-3. 弧形滑轨， 33. 上臂固定板， 34. 第一圆柱导轨， 35. 安 装座， 36. 第二编码器， 37. 第二电机， 38. 第二减速器， 39. 第一绞盘， 310. 弧形滑块， 311. 第一快速夹紧手柄， 4. 第四关节组件， 41. 第四固定壳， 42. 第三转动壳， 43. 第二圆柱导 轨， 44. 连接板， 46. 第二夹紧手柄， 47. 第三编码器， 48. 第三电机， 。
33、49. 第三减速器， 410. 第 二十字滑块联轴器， 411. 第二准双曲面蜗杆， 412. 第二准双曲面蜗轮， 413. 第二芯片， 414. 第二关节轴， 415.第二磁钢， 416.第二压盖， 5.第五关节组件， 51.第二摆动盘， 511.小臂摆 台， 512. 上外弧形滑轨， 513. 下外弧形滑轨， 514. 钢索， 52. 动力盒， 53. 第四编码器， 54. 第 四电机， 55. 第四减速器， 56. 第二绞盘， 57. 弧形滑块， 6. 第六关节组件， 61. 第五固定壳， 62. 第一摆臂， 63. 第五编码器， 64. 第五电机， 65. 第五减速器， 66. 第一固。
34、定板， 7. 第七关 节组件， 71. 第六固定壳， 72. 第二摆臂， 73. 手柄， 74. 第六编码器， 75. 第六电机， 76. 第六 减速器， 77. 第二固定板， 8. 连接件， 9. 串联弹性执行器， 91. 滑轮， 92. 钢丝绳， 92-1. 钢球 93. 第一螺纹杆， 94. 第二螺纹杆， 95. 第一弹簧， 96. 第一螺母， 97. 第二弹簧， 98. 第二螺 母， 99. 电位器滑杆， 910. 直线电位器， 911. 电位器座。 具体实施方式 0039 现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图， 仅以 示意方式说明本发明的基本结构， 因此其。
35、仅显示与本发明有关的构成。 0040 如图 1 所示的人体上肢康复机器人， 包括依次由 7 个旋转运动的关节组件串联构 成的外骨骼式机械臂， 外骨骼式机械臂包括用于实现使用者肩部关节活动的第一关节组件 1、 与第一关节组件 1 相连接的用于实现使用者肩部关节活动的第二关节组件 2、 与第二关 节组件 2 相连接的用于实现使用者肩部关节活动并可根据使用者大臂长度调节长短的第 三关节组件 3、 与第三关节组件 3 相连接的可根据使用者小臂长度调节长短的第四关节组 件4、 安装在第四关节组件4上的用于实现使用者腕关节活动的第五关节组件5和与第五关 说 明 书 CN 102727360 B 7 5/7。
36、 页 8 节组件5相转动连接的用于实现使用者腕关节活动的第六关节组件6以及与第六关节组件 6相转动连接的用于实现使用者腕关节活动的第七关节组件7， 第一关节组件1与第二关节 组件 2 之间通过连接件 8 相连接， 第一关节组件 1、 第二关节组件 2 和第三关节组件 3 的三 个轴线交于一点并且相互垂直， 穿戴后， 该点位于使用者肩关节的旋转中心点， 第一关节组 件 1、 第二关节组件 2 和第三关节组件 3 可以模拟肩关节的三个旋转自由度， 第五关节组件 5、 第六关节组件 6 和第七关节组件 7 的三个轴线交于一点并且相互垂直， 该点位于使用者 的腕关节旋转中心点， 第五关节组件 5、 第。
37、六关节组件 6 和第七关节组件 7 可以模拟腕关节 的三个旋转自由度。 0041 如图 2、 图 3、 图 4 和图 5 所示的人体上肢康复机器人， 第一关节组件 1 包括用于固 定在安装基座上的第一固定壳 11 和与第一固定壳 11 转动连接的第一转动壳 12， 第一固定 壳 11 和第一转动壳 12 绕第一关节组件的回转轴线转动， 第二关节组件 2 包括与连接件 8 相连接的第二固定壳21和与第二固定壳21转动连接的第二转动壳22， 第二固定壳21和第 二转动壳 22 绕第二关节组件 2 的回转轴线转动， 第一固定壳 11 和第二固定壳 21 内均依次 安装有第一编码器 13、 与第一编码。
38、器 13 相连接的第一电机 14、 与第一电机 14 输出轴相连 接的第一减速器 15、 第一十字滑块联轴器 16、 第一准双曲面蜗杆 17、 第一准双曲面蜗轮 18 和用于测量关节转角的第一芯片19以及第一磁钢111， 第一减速器15通过第一十字滑块联 轴器 16 与第一准双曲面蜗杆 17 相连接， 第一准双曲面蜗杆 17 与第一准双曲面蜗轮 18 啮 合， 在第一转动壳 12 和第二转动壳 22 内均设置有串联弹性执行器 9 和第一关节轴 110， 第 一准双曲面蜗轮 18 与第一关节轴 110 固联， 第一芯片 19 安装在第一固定壳 11 上， 第一磁 钢 111 与第一准双曲面蜗轮 。
39、18 固联， 第一磁钢 111 和第一芯片 19 构成霍尔传感器， 两者相 对转动， 第一芯片19输出转角信号， 第一关节轴110通过第一压盖112与串联弹性执行器9 上的滑轮 91 相摩擦连接， 第一压盖 112 通过螺栓与第一关节轴 110 固联， 通过调整螺栓扭 矩即可调整第一压盖112与滑轮91之间的摩擦力， 利用串联弹性执行器9， 可以通过测量电 阻变化量可以算出弹簧变形量， 进而得到钢丝绳的拉力和关节扭矩。 0042 如图 6、 图 7、 图 8 和图 9 所示的人体上肢康复机器人， 第三关节组件 3 包括与第二 转动壳 22 相连接的第三固定壳 31、 与第三固定壳 31 相转动。
40、连接的第一摆动盘 32、 连接在 第一摆动盘 32 下表面上的上臂固定板 33 和与上臂固定板 33 相连接的第一圆柱导轨 34 以 及在第一圆柱导轨 34 上滑动连接的安装座 35， 第三固定壳 31 内安装有第二编码器 36、 与 第二编码器 36 相连接的第二电机 37 和与第二电机 37 输出轴相连接的第二减速器 38 以及 与第二减速器 38 相连接的第一绞盘 39， 第三固定壳 31 底部安装有弧形滑块 310， 第一摆动 盘 32 包括弧形摆台 32-1 和固定在弧形摆台 32-1 两末端上的第二钢丝绳 32-2 以及设置在 弧形摆台 32-1 上的弧形滑轨 32-3， 第二钢丝。
41、绳 32-2 缠绕在第一绞盘 39 上， 第一摆动盘 32 和第三固定壳 31 通过弧形滑块 310 和弧形滑轨 32-3 相连， 当电机转动时， 第一绞盘 39 通 过第二钢丝绳 32-2 带动弧形摆台 32-1 沿弧形滑块 310 摆动， 安装座 35 两侧边上设置有一 对第一快速夹紧手柄 311。 0043 如图 10、 图 11、 图 12、 图 13 和图 14 所示的人体上肢康复机器人， 第四关节组件 4 包括安装在安装座 35 上的第四固定壳 41、 与第四固定壳 41 转动连接的第三转动壳 42 和 设置在第三转动壳 42 上的滑动导向轴 43 以及与第二圆柱导轨 43 滑动连。
42、接的连接板 44， 第二圆柱导轨 43 与连接板 44 之间设置有快速夹具 45， 快速夹具 45 上连接有第二夹紧手 说 明 书 CN 102727360 B 8 6/7 页 9 柄 46， 可以便于对小臂不同长度的适应， 调节时先扳动第二夹紧手柄 46 至立起， 将连接板 44滑动至合适位置后放下快速夹具扳手46， 锁紧即可， 第三转动壳42内安装有第三编码器 47、 与第三编码器 47 相连接的第三电机 48、 与第三电机 48 输出轴相连接的第三减速器 49、 第二十字滑块联轴器 410、 第二准双曲面蜗杆 411、 第二准双曲面蜗轮 412 和用于测量关节 转角的第二芯片 413 以。
43、及第二磁钢 415， 第三减速器 49 通过第二十字滑块联轴器 410 与第 二准双曲面蜗杆 411 相连接， 第二准双曲面蜗杆 411 与第二准双曲面蜗轮 412 啮合， 第四固 定壳 41 内放置有串联弹性执行器 9 和第二关节轴 414， 第二准双曲面蜗轮 412 与第二关节 轴414固联， 第二芯片413安装在第三转动壳42上， 第二磁钢415与第二准双曲面蜗轮412 固联， 第二芯片 413 和第二磁钢 415 构成霍尔传感器， 两者相对转动， 第二芯片 413 输出转 角信号， 第二关节轴 414 通过第二压盖 416 与串联弹性执行器 9 相摩擦连接， 以达到柔性制 动的目的， 。
44、第二压盖416通过螺栓与第二关节轴414固联， 通过调整螺栓扭矩即可调节第二 压盖 416 与滑轮 91 之间的摩擦力。 0044 如图 15 所示的人体上肢康复机器人， 第五关节组件 5 包括安装在连接板 44 上的 第二摆动盘51和与第二摆动盘51的外弧形边沿相滑移配合的动力盒52， 第二摆动盘51包 括小臂摆台511、 分别设置在小臂摆台511上表面和下表面的上外弧形滑轨512和下外弧形 滑轨 513 以及连接在小臂摆台 511 两末端的钢索 514， 动力盒 52 内安装有第四编码器 53、 与第四编码器 53 相连接的第四电机 54 和与第四电机 54 输出轴相连接的第四减速器 55。
45、 以 及与第四减速器55相连接的第二绞盘56， 在第二绞盘56上缠绕若干圈钢索514， 动力盒52 上连接有弧形滑块 57， 当电机转动时， 第二绞盘 56 通过钢索 514 带动小臂摆台 511 沿上外 弧形滑轨 512 和下外弧形滑轨 513 摆动， 当小臂放在小臂摆台上时， 第五关节组件 5 就会使 小臂左右转动。 0045 如图 16、 图 17、 图 18 和图 19 所示的人体上肢康复机器人， 第六关节组件 6 包括连 接在动力盒 52 上的第五固定壳 61 和与第五固定壳 61 转动连接的第一摆臂 62， 第五固定 壳 61 内安装有第五编码器 63、 与第五编码器 63 相连接。
46、的第五电机 64 和与第五电机 64 输 出轴相连接的第五减速器 65 以及与第五减速器 65 相连接的第一固定板 66， 第一固定板 66 与第一摆臂 62 一端相连接， 当小手臂放置在第五关节组件 5 上时， 第六关节组件 6 上第五 固定壳 61 内的驱动系统带动第一摆臂 62 转动， 第一摆臂与第七关节组件 7 相连接， 从而使 手腕与小手臂进行上下运动。 0046 如图 20、 图 21、 图 22 和图 23 所示的人体上肢康复机器人， 第七关节组件 7 包括安 装在第一摆臂 62 上的第六固定壳 71 和与第六固定壳 71 转动连接的第二摆臂 72 以及连接 在第二摆臂 72 端。
47、部的手柄 73， 第六固定壳 71 内安装有第六编码器 74、 与第六编码器 74 相 连接的第六电机 75 和与第六电机 75 输出轴相连接的第六减速器 76、 与第六减速器 76 相 连接的第二固定板 77， 第二固定板 77 与第二摆臂 72 相连接， 当手臂固定在第六关节组件 6 上， 手抓住手柄时， 第七关节组件7上第六固定壳71内的驱动系统转动带动摆臂摆动， 这样 就促进手腕左右转动。 0047 图 24 所示的人体上肢康复机器人， 串联弹性执行器 9 包括滑轮 91、 钢丝绳 92、 钢 球 92-1、 第一弹簧 95、 第二弹簧 97、 第一螺母 96、 第二螺母 98 和第一。
48、螺纹杆 93 以及第二 螺纹杆 94， 滑轮 91 上开设有圆球形凹坑， 钢丝绳 92 上固定有与圆球形凹坑相对应的钢球 92-1， 钢丝绳 92 的一端连接有第一螺纹杆 93， 另一端上连接有第二螺纹杆 94， 第一螺纹杆 说 明 书 CN 102727360 B 9 7/7 页 10 93 上套有第一弹簧 95 并在末端与第一螺母 96 旋合， 第二螺纹杆 94 上套有第二弹簧 97 并 在末端与第二螺母 98 旋合， 第二螺母 98 上连接有电位器滑杆 99， 电位器滑杆 99 端部连接 有直线电位器 910， 直线电位器 910 上安装有电位器座 911， 当电机驱动滑轮转动时， 滑轮。
49、 91 通过固定在钢丝绳 92 上的钢球 92-1 拉动钢丝绳 92， 钢丝绳 92 末端的螺母随钢丝绳 92 移动压缩弹簧， 弹簧再推动转动壳使其转动， 弹簧的变形量可以通过直线电位器 910 测出， 进而可以算出弹簧压力和关节扭矩， 其此串联弹性执行器 9 具有被动柔性及较快的响应速 度， 能够保护使用者不受电机输出力矩过大的伤害。 0048 串联弹性执行器的滑轮 91 及与其相连的关节轴通过压盖及 6 个压紧螺栓连接在 一起， 压盖与滑轮91之间通过摩擦力传递动力， 当外界负载过大时， 滑轮91打滑， 以保护电 机及齿轮， 通过调节压紧螺栓的扭矩， 可以调整打滑时的负载力矩。 0049 本发明的人体上肢康复机器人， 上肢康复训练具有三个步骤 ： 1. 抓取训练 ： 达到 令人满意的运动速度， 均匀一致的伸臂动作时长和执行末端的准确性， 主要用于训练伸手 触及物体 ； 2. 触摸 ： 手臂的旋转、 触摸和运动轨迹的精确性 ； 3. 流程 ： 约束补偿既能够改善 关节功能， 提高其同步性， 还能够提升其速度性能， 当抓取和触摸同时成为主要动作时， 其 过程更加复杂化。 0050 以上。