CN114041971B - 一种上肢康复机器人的可调框架 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及康复医疗设备技术领域，尤其是一种上肢康复机器人的可调框架，底座的两侧对称安装有可上下伸缩的立柱，立柱通过底座的移动装置沿底座的轨道前后移动；两立柱的上端安装有横梁，横梁中的槽钢横梁的上方安装有用于调节肩宽的肩宽调节装置，上肢康复机器人置于肩宽调节装置上，槽钢横梁的槽内安装有调节立柱的伸缩高度驱动装置，驱动装置的输出端与蜗轮蜗杆副连接，蜗轮蜗杆副与立柱中的升降机构连接，并驱动升降机构沿立柱中的槽钢侧柱作上下伸缩运动，涵盖前后移动、高度、宽度、前后位置的调节变换，通过隐藏于槽钢横梁内的电机驱动，满足医疗器械美观性的同时，实现动力的提供和上肢康复机器人的个性化康复训练。
Description
技术领域
本发明涉及康复医疗设备技术领域，尤其是一种上肢康复机器人的可调框架。
背景技术
上肢康复机器人所面向的用户是饱经脑卒中、脊髓损伤、骨折、肩周炎等疾病困扰的患者，这类患者的运动能力大多可以通过运动康复疗法恢复。脑卒中是严重危害中国国民健康的重大慢性非传染性疾病之一，它也是1990 年～2017年间我国成人致死、致残的首位病因，截止目前，我国40岁以上人群脑卒中患者人数达到1242万人，并约有196万患者死亡，存活者中约75%致残，丧失了肢体动作能力。同时我国每年新增创伤性脊髓损伤患者10～14万例，患者总数已达200余万。根据国家统计局2018年公布的数据，我国65岁以上老人数量已经超过1.6亿，日趋严重的人口老龄化导致老年抚养比增大，并且随着老年人身体机能的日益退化，易患肩肩周炎等老年消耗病，进一步导致上肢功能障碍患者数量增加。传统的康复训练是通过康复治疗师对患者进行个性化康复训练，训练过程中需要引导患者的障碍肢体开展长时间的重复运动，对康复治疗师的体力是一种挑战。此外，我国康复治疗产业处于起步阶段，经过规范学习的康复治疗师数量仅为0.4人/10万人，数量远远无法满足我国肢体功能障碍患者的需求。
在康复治疗领域引入机器人技术逐渐成为世界各国研究的方向，作为新兴科技产品已然成为各国技术竞争的领域之一。运用前沿的治疗手段，提高患者肢体运动功能恢复能级，令患者尽早恢复肢体运动功能，尽快脱离脊髓损伤、脑卒中等疾病消耗，是致力于攻克康复难题的从业者的毕生追求。康复机器人作为恢复神经代偿功能的高技术医用器材，能够帮助病患进行个性化、机械性、互动性的恢复运动，还可以将患者训练数据进行量化、评价，更科学的制定患者康复训练方案，使患者的运动功能得到科学有效的恢复。上肢康复机器人已经逐渐成为治疗上肢功能障碍患者的重要工具。
当前，外骨骼式上肢康复机器人的研发专注于人机各关节的相容性研究，对于作为其附件模块的机架关注较少，相关的装置、产品比较简陋，好多只能提供简单的固定作用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种克服现有的上肢康复机器人前后、高低及宽度调节的不便，解决当前外骨骼式上肢康复机器人使用过程中不同体型患者的个性化训练要求的上肢康复机器人的可调框架。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种上肢康复机器人的可调框架，包括底座、立柱以及横梁，所述的底座的两侧对称安装有可上下伸缩的立柱，立柱通过底座的移动装置沿底座的轨道前后移动；两立柱的上端安装有横梁，横梁中的槽钢横梁的上方安装有用于调节肩宽的肩宽调节装置，上肢康复机器人置于肩宽调节装置上，槽钢横梁的槽内安装有调节立柱的伸缩高度驱动装置，驱动装置的输出端与蜗轮蜗杆副连接，蜗轮蜗杆副与立柱中的升降机构连接，并驱动升降机构沿立柱中的槽钢侧柱作上下伸缩运动。
进一步的，移动装置包括安装在槽钢侧柱下端的若干地脚移动轮安装架和安装在槽钢侧柱下端侧面上的若干轨道轮支架，每个地脚移动轮安装架上均安装有移动轮和地脚，每个轨道轮支架上安装有轨道轮，轨道轮抵住轨道，用于限制立柱左右方向的晃动并在轨道内前后移动。
进一步的，肩宽调节装置包括支撑板、上肢安装板以及肩宽调节电机，所述支撑板的下端安装有转盘轴承，支撑板在转盘轴承上旋转，肩宽调节电机安装在支撑板上，肩宽调节电机的输出端通过联轴器与肩宽丝杠螺母副连接，肩宽丝杠螺母副的上端安装有上肢安装板，肩宽调节电机运动带动肩宽丝杠螺母副移动，调节上肢安装板之间的间距，实现肩宽的调节。
进一步的，升降机构包括移动竖板和安装在所述槽钢侧柱的槽内的升降滑轨滑块模块，所述移动竖板与槽钢横梁之间通过竖板横梁连接件形成刚性连接，移动竖板的反面安装在升降滑轨滑块模块上，移动竖板的内侧面上安装有升降丝杠副，升降丝杠副中的螺母通过螺母立柱连接架安装在槽钢侧柱的槽内，升降丝杠副与蜗轮蜗杆副连接，蜗轮蜗杆副驱动升降丝杠副带动移动竖板沿升降滑轨滑块模块上作上下伸缩运动。
进一步的，轨道的轨道面上开设有若干连接孔，用于移动到位后插入快速定位销，限制立柱水平方向运动。
进一步的，驱动装置包括升降电机和传动轴，所述升降电机与传动轴之间水平设置，升降电机的输出端安装有第一传动齿轮，传动轴上安装有与所述第一传动齿轮相配合的第二传动齿轮，传动轴的两端部均安装有蜗轮蜗杆副，蜗轮蜗杆副与立柱中的升降机构连接，升降电机转动驱动蜗轮蜗杆副带动立柱中的升降机构沿槽钢侧柱作上下伸缩运动。
进一步的，槽钢侧柱的槽内从上往下依次安装有上行程开关限位块和下行程开关限位块。
进一步的，移动竖板的反面还安装有行程开关。
进一步的，升降滑轨滑块模块中的滑轨的上下两端均安装有丝杠限位块。
进一步的，槽钢横梁上还安装有插拔式定位销，用于限制支撑板的转动。
本发明的有益效果是，解决了背景技术中存在的缺陷，
1、本发明的前后可移动式设计、立柱高度可调节式设计，肩宽调节装置旋转式设计、上肢肩宽的自动调节设计的共同配合实现了上肢康复机器人的个性化康复训练；
2、安装于立柱端部的快速定位销用于限制到位后的前后运动，移动竖板上的限位开关实现了高度位置的电气限位，高度调节的动力传递采用蜗轮蜗杆副设计以实现自锁，横梁上部旋转通过其上的插拔式定位销实现限制，以上限位自锁保证了康复者的安全；
3、本发明涵盖前后移动、高度、宽度、前后位置的调节变换，通过隐藏于槽钢横梁内的电机驱动，满足医疗器械美观性的同时，实现了动力的提供；
4、水平轨道轮的设计，既满足了前后移动的需要，同时增加了装置的刚度；通过蝶形螺母固定的地脚，方便移动、固定位置的切换。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的爆炸图；
图3是本发明底座的结构示意图；
图4是本发明升降机构的结构示意图；
图5是本发明中图4的另一方向的结构示意图；
图6是本发明中驱动装置的结构示意图；
图7是本发明中肩宽调节装置的结构示意图；
图8是本发明中图7另一方向的结构示意图。
图中：1.底座，4.轨道，5.地脚移动轮安装架，6.轨道轮支架，7.轨道轮，8.橡胶垫，9.地脚，10.移动轮，
2.立柱，11.槽钢侧柱，12.下行程开关限位块，13. 升降丝杠副，14.移动竖板，15.升降滑轨滑块模块，17.螺母立柱连接架，20.行程开关，22.上行程开关限位块，23.丝杠限位块，26.竖板横梁连接件,
3.横梁，27.槽钢横梁，28.肩宽调节电机，29. 肩宽丝杠螺母副，32.上肢安装板，34.转盘轴承，37.支撑板，38. 滑轨滑块模块，39.传动轴，40.插拔式定位销，41.升降电机，42. 第二传动齿轮，43. 第一传动齿轮，44. 蜗轮蜗杆副。
具体实施方式
现在结合附图和优选实施例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，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1～8所示的一种上肢康复机器人的可调框架，包括底座1、立柱2以及横梁3，所述的底座1的两侧对称安装有可上下伸缩的立柱2，立柱2水平方向上的运动通过底座1的移动装置沿底座1的轨道4前后移动，并限制了立柱2左右方向的晃动，轨道4由槽钢焊接而成，
两立柱2的上端安装有横梁3，横梁3中的槽钢横梁27的上方安装有用于调节肩宽的肩宽调节装置，上肢康复机器人置于肩宽调节装置上，
槽钢横梁27的槽内安装有调节立柱2的伸缩高度驱动装置，驱动装置的输出端与蜗轮蜗杆副44连接，蜗轮蜗杆副44与立柱2中的升降机构连接，并驱动升降机构沿立柱2中的槽钢侧柱11作上下伸缩运动。
如图1～2所示，底座1通过橡胶垫8固定放置于底面，橡胶垫8用于缓冲吸震，移动装置包括安装在槽钢侧柱11下端的若干截面形状呈“L”形的地脚移动轮安装架5和安装在槽钢侧柱11下端侧面上的若干轨道轮支架6，每个地脚移动轮安装架5上均安装有移动轮10和地脚9，外侧的移动轮10用于前后位置调整，内侧的地脚9用于工作位置的固定，每个轨道轮支架6上安装有轨道轮7，轨道轮7抵住轨道4，用于限制立柱2左右方向的晃动并在轨道4内前后移动。
轨道4的轨道面上开设有若干连接孔（图中未标出），用于移动到位后插入槽钢侧柱11的端面上快速定位销，用于在工作时限制上肢带来的扭矩，限制立柱2水平方向运动。
如图7～8所示，肩宽调节装置包括可旋转的支撑板37、上肢安装板32以及肩宽调节电机28，所述支撑板37的下端安装有转盘轴承34，支撑板37在转盘轴承34上旋转，肩宽调节电机28安装在支撑板37上，肩宽调节电机28的输出端通过联轴器与肩宽丝杠螺母副29连接，肩宽丝杠螺母副29的上端安装有上肢安装板32，动力经由肩宽调节电机28带动肩宽丝杠螺母副29移动，调节上肢安装板32之间的间距，实现肩宽的调节。
支撑板37上还安装有滑轨滑块模块38，滑轨滑块模块38位于肩宽丝杠螺母副29的两侧。
如图4～5所示，立柱2包括水平移动的槽钢侧柱11和移动升降机构，移动升降机构包括移动竖板14和安装在所述槽钢侧柱11的槽内的升降滑轨滑块模块15，所述移动竖板14与槽钢横梁27之间通过竖板横梁连接件26形成刚性连接，达到调节高度的调节效果，移动竖板14的反面安装在升降滑轨滑块模块15上，移动竖板14的内侧面上安装有升降丝杠副13，升降丝杠副13中的螺母通过螺母立柱连接架17安装在槽钢侧柱11的槽内，升降丝杠副13与蜗轮蜗杆副44连接，动力经由升降电机41通过蜗轮蜗杆副44驱动升降丝杠副13带动移动竖板14沿升降滑轨滑块模块15上作上下伸缩运动。
同时，蜗轮蜗杆副44中的蜗杆安装在传动轴39的两端头上，蜗轮蜗杆副44中的蜗轮安装在升降丝杠副13中的丝杠的上端头，蜗轮蜗杆副44的设计，增大扭矩的同时，也为该装置提供了自锁，降低了机构的复杂度，保证了装置的安全性。
另外，槽钢侧柱11的槽内从上往下依次安装有上行程开关限位块22和下行程开关限位块12。
同时，移动竖板14的反面还安装有行程开关20，而且升降滑轨滑块模块15中的滑轨的上下两端均安装有丝杠限位块23。
如图6所示，驱动装置包括升降电机41和传动轴39，所述升降电机41与传动轴39之间水平设置，升降电机41的输出端安装有第一传动齿轮43，传动轴39上安装有与所述第一传动齿轮43相配合的第二传动齿轮42，传动轴39的两端部均安装有蜗轮蜗杆副44，蜗轮蜗杆副44与立柱2中的升降机构连接，升降电机41转动驱动蜗轮蜗杆副44带动立柱2中的升降机构沿槽钢侧柱11作上下伸缩运动。
其中，槽钢横梁27上还安装有插拔式定位销40，用于限制支撑板37的转动。
工作过程：
步骤1：将外骨骼式上肢康复机器人安装于上肢安装板32，调整上肢机器人处以垂下位置，保证调整过程中的安全；
步骤2：推动立柱2前后移动使其满足训练要求，将侧面的快速定位销插入底座轨道内的连接孔内，手动调节安装地脚9的蝶形螺母，使地脚9与地面接触；
步骤3：打开升降电机41，将高度调节至合适高度；打开肩宽调节电机28，调节肩宽至适合康复训练者；
步骤4：开始上肢康复训练；
步骤5：将上肢调整至竖直位置，将肩宽，高度调整至最小，保证安全，升起地脚9，解除快速定位销，将机架推动至合适位置固定，完成使用。
综上所述，本申请提供了一种升降式、平台可旋转的双臂上肢康复机器人可调机架，既解决了康复机器人的姿态变换问题，又加入动力助力调节，为后续的智能化自动调节提供了解决方案。
以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式，各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式做修改或变形，而不背离发明的实质和范围。
Claims (8)
1.一种上肢康复机器人的可调框架，其特征在于：包括底座（1）、立柱（2）以及横梁（3），所述的底座（1）的两侧对称安装有可上下伸缩的立柱（2），立柱（2）通过底座（1）的移动装置沿底座（1）的轨道（4）前后移动；
两立柱（2）的上端安装有横梁（3），横梁（3）中的槽钢横梁（27）的上方安装有用于调节肩宽的肩宽调节装置，上肢康复机器人置于肩宽调节装置上，
槽钢横梁（27）的槽内安装有调节立柱（2）的伸缩高度驱动装置，驱动装置的输出端与蜗轮蜗杆副（44）连接，蜗轮蜗杆副（44）与立柱（2）中的升降机构连接，并驱动升降机构沿立柱（2）中的槽钢侧柱（11）作上下伸缩运动；所述的驱动装置包括升降电机（41）和传动轴（39），所述升降电机（41）与传动轴（39）之间水平设置；蜗轮蜗杆副（44）中的蜗杆安装在传动轴（39）的两端头上，蜗轮蜗杆副（44）中的蜗轮安装在升降丝杠副（13）中的丝杠的上端头；
所述的移动装置包括安装在槽钢侧柱（11）下端的若干地脚移动轮安装架（5）和安装在槽钢侧柱（11）下端侧面上的若干轨道轮支架（6），每个地脚移动轮安装架（5）上均安装有移动轮（10）和地脚（9），
每个轨道轮支架（6）上安装有轨道轮（7），轨道轮（7）抵住轨道（4），用于限制立柱（2）左右方向的晃动并在轨道（4）内前后移动。
2.如权利要求1所述的一种上肢康复机器人的可调框架，其特征在于：所述的肩宽调节装置包括支撑板（37）、上肢安装板（32）以及肩宽调节电机（28），所述支撑板（37）的下端安装有转盘轴承（34），支撑板（37）在转盘轴承（34）上旋转，肩宽调节电机（28）安装在支撑板（37）上，肩宽调节电机（28）的输出端通过联轴器与肩宽丝杠螺母副（29）连接，肩宽丝杠螺母副（29）的上端安装有上肢安装板（32），肩宽调节电机（28）运动带动肩宽丝杠螺母副（29）移动，调节上肢安装板（32）之间的间距，实现肩宽的调节；所述的槽钢横梁（27）上还安装有插拔式定位销（40），用于限制支撑板（37）的转动。
3.如权利要求1所述的一种上肢康复机器人的可调框架，其特征在于：所述的升降机构包括移动竖板（14）和安装在所述槽钢侧柱（11）的槽内的升降滑轨滑块模块（15），移动竖板（14）的反面安装在升降滑轨滑块模块（15）上，移动竖板（14）的内侧面上安装有升降丝杠副（13），升降丝杠副（13）与蜗轮蜗杆副（44）连接，蜗轮蜗杆副（44）驱动升降丝杠副（13）带动移动竖板（14）沿升降滑轨滑块模块（15）上作上下伸缩运动。
4.如权利要求2所述的一种上肢康复机器人的可调框架，其特征在于： 所述的轨道（4）的轨道面上开设有若干连接孔，用于移动到位后插入快速定位销，限制立柱（2）水平方向运动。
5.如权利要求1所述的一种上肢康复机器人的可调框架，其特征在于：升降电机（41）的输出端安装有第一传动齿轮（43），传动轴（39）上安装有与所述第一传动齿轮（43）相配合的第二传动齿轮（42），传动轴（39）的两端部均安装有蜗轮蜗杆副（44），蜗轮蜗杆副（44）与立柱（2）中的升降机构连接，升降电机（41）转动驱动蜗轮蜗杆副（44）带动立柱（2）中的升降机构沿槽钢侧柱（11）作上下伸缩运动。
6.如权利要求3所述的一种上肢康复机器人的可调框架，其特征在于：所述的槽钢侧柱（11）的槽内从上往下依次安装有上行程开关限位块（22）和下行程开关限位块（12）。
7.如权利要求3所述的一种上肢康复机器人的可调框架，其特征在于：所述的移动竖板（14）的反面还安装有行程开关（20）。
8.如权利要求3所述的一种上肢康复机器人的可调框架，其特征在于：所述的升降滑轨滑块模块（15）中的滑轨的上下两端均安装有丝杠限位块（23）。
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