[发明专利]重力平衡末端牵引式上肢康复机器人及工作方法

说明书

本发明公开了一种重力平衡末端牵引式上肢康复机器人及工作方法，属于医疗器械领域。该机器人包括移动机架、机器人基座、腰部、大臂、中臂、小臂、腕部、末端手柄，具有六个自由度；其中大臂、中臂、小臂内部安装有重力平衡装置，用于平衡机器人连杆自重所产生的负载力矩；中臂、小臂关节驱动电机置于腰部，采用套索传递驱动力矩；各电机内置编码器，用于测量机器人姿态；末端手柄模块安装有六维力传感器，用于测量人机交互力。本发明减小了电机所需驱动力，提高了机器人末端负载能力，降低了康复机器人的成本，减轻了机器人的自重，套索驱动关节具有柔顺性，提升了人机交互安全性，能实现患者左、右上肢的康复训练，并且不仅限于康复训练应用。

技术领域

本发明属于医疗器械领域，涉及一种重力平衡末端牵引式上肢康复机器人及工作方法。

背景技术

对于上肢偏瘫患者来说，康复训练是一种必要的辅助治疗手段。传统的医师辅助康复训练护理成本高，康复劳动强度大，并且极依赖于医师的经验与技术。随着我国人口老龄化程度加深，传统的医师辅助康复训练难以满足越老越多上肢偏瘫患者的治疗需求。上肢康复机器人可将康复训练医师从繁重的训练任务中解放出来，减少患者的经济负担，为患者提供有效的康复训练。

康复机器人一般分为末端牵引式康复机器人和外骨骼康复机器人，末端牵引式康复机器人一般为多自由度串联机器臂的形式，具有结构简单、易于控制、价格低廉等优点，且在技术方面较为成熟。目前多自由度串联机器人多采用功率较大的电机及减速器以支撑机器人的自重和负载，由于这类电机较为昂贵，质量和尺寸都较大，造成整个机器人成本高，自重和尺寸大，人机交互安全性较差。重力平衡装置一般基于弹性元件，通过势能或者力的计算而设计。重力平衡装置与机器人结合，可平衡机器人自重所产生的扭矩，选取更便宜，质量、尺寸更小的电机，从而降低成本，减小机器人的整体质量与尺寸。

目前采用重力平衡装置的康复机器人较少，不能满足康复机器人较高的经济性和人机交互安全性需求，且重力平衡装置一般置于机器人本体之外，增加了结构的复杂性；机器人关节往往采用刚性驱动器驱动，人机交互安全性较差；机器人由于结构限制，往往只能实现单侧患肢的康复训练功能。在专利公布号为CN104626101A的发明专利中，公开了一种机器人三维空间重力平衡补偿装置及方法，利用弹簧与绳平衡机器人连杆重力；但是该发明将重力平衡装置放置于机器人连杆之外，增加了机器人结构尺寸。在专利公布号为CN102379793的发明专利中，公开了一种上肢康复训练机器人，该康复机器人为外骨骼式，有五个关节；但该发明将驱动电机置于关节处，自重较大，没有重力平衡装置，电机驱动力矩需求较大。因此，针对上述技术问题，有必要设计一种具有优化结构的采用重力平衡装置的末端牵引式康复机器人。

发明内容

技术问题：本发明提供一种主要适用于上肢偏瘫患者的康复训练，成本较低、结构紧凑、质量较轻的可实现重力平衡的末端牵引式上肢康复机器人及工作方法。

技术方案：

一种重力平衡末端牵引式上肢康复机器人,其特征在于：

包括主体结构和重力平衡机构；

主体结构包括移动机架、机器人基座、腰部、大臂、中臂、小臂、腕部、末端手柄；

上述机器人基座包括安装基座、腰部关节电机、基座外壳、轴承座、圆锥滚子轴承、腰部关节转轴；所述安装基座与移动机架固定连接；腰部关节电机固定安装在安装基座上；基座外壳与安装基座固定连接；轴承座固定安装在基座外壳上方；圆锥滚子轴承外圈安装在轴承座内，内圈安装在腰部关节转轴上；腰部关节转轴下端与腰部关节电机的轴固定键连接；上述腰部关节转轴与安装基座垂直；