[发明专利]一种四支链并联机构颈部康复训练机器人及其力控制方法

说明书

本发明公开一种四支链并联机构颈部康复训练机器人及其力控制方法，主要包括第一执行器、第二执行器、第三执行器、第四执行器、肩部固定模块、头部固定模块、力控制系统；本发明采用四支链并联机构构型，四个支链为具有反向驱动能力的直线执行器，使得机器人可以实现无传感器的力控制，可对头部运动保持随动，提升了人机交互的柔顺性；四个执行器的电机独立控制，机器人可向头颈部施加多个自由度的动态载荷，可实现俯仰、侧偏及其复合动作模式下的助力或阻力对抗训练；本发明结构紧凑，可由医师随身携带出诊；自主执行能力，可由患者自行使用；增加网络通讯模块，可从云平台下载医师的治疗处方，并将诊疗数据上传至云平台，提高了医护诊疗效率。

技术领域

本发明涉及自动化康复训练设备及人体外骨骼机器人技术领域，特别是涉及一种四支链并联机构颈部康复训练机器人及其力控制方法。

背景技术

长时间伏案办公易造成颈椎不适，严重时出现疲劳过度反弓、韧带增厚、椎管狭窄等问题，压迫神经根和脊髓引起病变，出现与颈椎相关的综合症状，这类颈椎综合症的发病率在逐年升高并且呈年轻化趋势。另外，交通事故和运动冲击也容易引起颈部损伤。在颈椎病的治疗手段上，由于椎骨的结构复杂性和周边神经血管密布，一般采用牵引康复训练这种保守治疗方法。典型方式有人工康复训练、机械装置牵引康复训练和高端智能大型脊柱牵引康复床。现有的颈部牵引康复训练床式设备体积较大，需要在医疗机构内由医护人员操作，医护人员的劳动强度大，并且这种模式对医护人员数量需求大。另外还有一类依靠弹性元件或绳索悬挂重物构成的牵引装置，功能单一，康复牵引载荷的角度和大小不能实时动态调节，限制了诊疗处方的多样性。

随着老龄人口比例的提高，对医疗设施和医护人员的需求增加，若能增强医疗设备的易用性和自主性，让一位医师可以同时管理多位患者，则可以提高诊疗效率，改善病患和医护人员福利。现有技术虽然实现了设备小型化，降低了对使用环境的要求，便于医护人员出诊携带，也可由患者自行使用，有利于减小医护人员的劳动强度；不过受机构原理的限制，无法实现俯仰、侧偏多自由度混合的动态复合加载训练，机构对人体头颈部的运动适应性有限。另外，康复机器人与人体交互作用的柔顺性非常重要，为降低机器人成本和系统复杂度，在不采取高精度传感器进行补偿控制的条件下，机构对人体运动的随动性是实现柔顺交互的一项重要特性，这种随动性就要求机构具有反向驱动能力。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明提出一种四支链并联机构颈部康复训练机器人及其力控制方法。采用四支链并联机构构型，每个支链都为具有主动力控制功能的直线执行器，四个执行器可单独控制并可反向驱动。通过调整每个执行器的作用力，本发明可向颈部施加多自由度的动态载荷，实现俯仰、侧偏及其复合动作的牵引、运动助力或阻力对抗训练。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种四支链并联机构颈部康复训练机器人，包括第一执行器、第二执行器、第三执行器、第四执行器、肩部固定模块、头部固定模块；

所述第一执行器、第二执行器、第三执行器、第四执行器包括电机定子、电机动子、壳体连接器、联轴器、丝杠轴承、丝杠、丝杠螺母、圆筒壳体、空心输出轴、输出轴防转杆、直线轴承、直线轴承座；

所述壳体连接器一端与电机定子端面固定安装，另一端与圆筒壳体固定安装，并使得电机与圆筒壳体的轴心重合；

所述联轴器连接电机动子的前端输出轴与丝杠，使得丝杠与电机动子同步旋转；

所述输出轴防转杆的两端分别与壳体联轴器和直线轴承座固定安装；

所述丝杠螺母与空心输出轴固定连接，所述丝杠螺母侧面设置有凹槽，凹槽与输出轴防转杆形成滑动摩擦副，当电机驱动丝杠转时，丝杠螺母进行前后运动，与丝杠螺母固定连接的空心输出轴也同步地前后运动；

所述直线轴承安装于直线轴承座的圆柱形凹槽内，与空心输出轴外表面构成滑动摩擦副；