(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202111672958.1
(22)申请日 2021.12.31
(71)申请人 安徽中医药大学
地址 230012 安徽省合肥市新站区前江路1
号（少荃湖校区）
(72)发明人 汪宗保 汪宗兵 汪天明 杨永晖
杨秀丽
(74)专利代理机构 北京知联天下知识产权代理
事务所(普通合伙) 11594
代理人 张迎新
(51)Int.Cl.
A61H 1/02(2006.01)
(54)发明名称一种可穿戴式上肢康复外骨骼机器人(57)摘要本发明提出了一种可穿戴式上肢康复外骨骼机器人，所述机器人包括穿戴式背部马甲结构以及穿戴式背部马甲结构背部安装的肩关节结构；所述肩关节结构包括第一齿形轴承外圈，所述第一齿形轴承外圈与肘关节结构连接；所述肘关节结构包括第二齿形轴承外圈，所述第二齿形轴承外圈与腕关节结构连接。本发明通过将下肢分为前臂、上臂和腕部三 个部位进行分段或整体康复训练，且通过设置前后、左右以及长度多个维度的灵活调整，适应性强；通过肩部具有六向自由度的柔性化粘弹性阻尼器自行调节机构，可以使更多患者具有良好的穿戴舒适性和康复训练效果；本发明通过背宽、上臂和前臂均设置有长度调节锁紧机构，可满足绝大多数患者康复训
练需要。权利要求书2页 说明书6页 附图7页CN 114366555 A 2022.04.19
C N 114366555
A
1.一种可穿戴式上肢康复外骨骼机器人，其特征在于：
所述机器人包括穿戴式背部马甲结构以及穿戴式背部马甲结构背部安装的肩关节结构；
所述肩关节结构包括第一齿形轴承外圈(14)，所述第一齿形轴承外圈(14)与肘关节结构连接；
所述肘关节结构包括第二齿形轴承外圈(24)，所述第二齿形轴承外圈(24)与腕关节结构连接。
2.根据权利要求1所述的一种可穿戴式上肢康复外骨骼机器人，其特征在于：
所述穿戴式背部马甲结构包括穿戴式马甲(1)，所述穿戴式马甲(1)背部两边分别设置背带(2)，所述背带(
2)一端与穿戴式马甲(1)连接，所述背带(2)另一端与安全带锁紧螺栓螺母组件连接；
所述穿戴式马甲(1)背部两侧分别设置背部安装板(4)，两个所述背部安装板(4)背向穿戴式马甲(1)背部的一侧安装背部连接板(3)；所述背部安装板(4)与背部连接板(3)设置U形槽。
3.根据权利要求2所述的一种可穿戴式上肢康复外骨骼机器人，其特征在于：
所述背部安装板(4)为弯折板，包括第一安装平面(4‑1)和第二安装平面(4‑2)，所述第一安装平面(4‑1)上安装背部连接板(3)，所述第二安装平面(4‑2)与肩关节结构连接。
4.根据权利要求1所述的一种可穿戴式上肢康复外骨骼机器人，其特征在于：
所述肩关节结构包括肩关节内收/外展动作电机(5)，所述肩关节内收/外展动作电机(5)安装在背部安装板(4)的第二安装平面(4‑2)上，所述肩关节内收/外展动作电机(5)依次向外有肩关节内板(6)、肩关节粘弹性阻尼器(7)和肩关节外板(8)；
所述肩关节外板(8)上安装有肩关节屈/伸电机(9)，所述肩关节屈/伸电机(9)在垂直方向上连接有上臂上连接件(10)；
所述上臂上连接件(10)通过第一内部型腔与上臂下连接件(11)连接，所述第一内部型腔中设置第一滑槽。
5.根据权利要求4所述的一种可穿戴式上肢康复外骨骼机器人，其特征在于：
所述肩关节结构还包括肩关节内外旋驱动电机总成(12)，所述肩关节内外旋驱动电机总成(12)安装在上臂下连接件(11)的下端外侧，所述上臂下连接件(11)的下端内侧安装第一齿形轴承内圈(13)；
所述肩关节内外旋驱动电机总成(12)上安装有第一输出小齿轮，所述第一齿形轴承内圈(13)外周设置第一齿形轴承外圈(14)，所述第一输出小齿轮与第一齿形轴承外圈(14)啮合；
所述第一齿形轴承外圈(14)圆周上对称设置上臂内外旋外侧支架(15)和上臂内外旋内侧支架(16)，所述上臂内外旋外侧支架(15)与肘关节结构连接。
6.根据权利要求1或5所述的一种可穿戴式上肢康复外骨骼机器人，其特征在于：
所述肘关节结构包括肘关节屈/伸动作驱动电机(17)，所述肘关节屈/伸动作驱动电机(17)安装在上臂内外旋外侧支架(15)上；
所述肘关节屈/伸动作驱动电机(17)连接前臂上连接件(18)，所述前臂上连接件(18)通过第二内部型腔与前臂下连接件(19)连接；
所述肘关节结构靠近穿戴式马甲(1)一侧安装有前臂平衡上连接件(20)和前臂平衡下连接件(21)；所述前臂平衡上连接件(20)通过第三内部型腔与前臂平衡下连接件(21)连接；
所述前臂平衡上连接件(20)和前臂平衡下连接件(21)与所述前臂上连接件(18)和前臂下连接件(19)对应设置。
7.根据权利要求1所述的一种可穿戴式上肢康复外骨骼机器人，其特征在于：
所述肘关节结构还包括肘关节内外旋驱动电机总成(22)，所述肘关节内外旋驱动电机总成(22)安装在前臂下连接件(19)的下端外侧，所述前臂下连接件(19)的下端内侧安装第二齿形轴承内圈(23)；所述肘关节内外旋驱动电机总成(22)上安装有第二输出小齿轮，所述第二齿形轴承内圈(23)外圆周设置第二齿形轴承外圈(24)，所述第二输出小齿轮与第二齿形轴承外圈(24)啮合，所述第二齿形轴承外圈(24)与腕关节结构连接。
8.根据权利要求5或7所述的一种可穿戴式上肢康复外骨骼机器人，其特征在于：
所述第一齿形轴承内圈(13)与第一齿形轴承外圈(14)组成具有齿形单排四点接触球轴承；
所述第二齿形轴承内圈(23)与第二齿形轴承外圈(24)组成具有齿形单排四点接触球轴承。
9.根据权利要求1或7所述的一种可穿戴式上肢康复外骨骼机器人，其特征在于：
所述腕关节结构包括前臂内外旋支架(25)，所述前臂内外旋支架(25)与肘关节结构中的第二齿形轴承外圈(24)连接；
所述前臂内外旋支架(25)内部设置手掌支架(27)，所述手掌支架(27)包括与前臂内外旋支架(25)底部连接的U型架和与U型架U字形垂直连接的支撑架；
所述U型架的开口处外侧安装腕关节内收/外展驱动电机(26)，所述支撑架远离前臂内外旋支架(25)的一端安装有手支架(28)，所述手支架(28)为U型，U型开口之间设置有手固定环(29)。
10.根据权利要求1所述的一种可穿戴式上肢康复外骨骼机器人，其特征在于：
所述肩关节结构的屈伸角度为‑20°～160°，内收/外展角度为‑35°～160°，旋内/旋外角度为‑80°～80°；
所述肘关节结构的屈/伸角度为‑5°～130°，前臂旋内/旋外角度为‑80°～80°；
所述腕关节结构的屈/伸角度为‑80°～80°，桡偏/尺角度为‑20°～10°。
一种可穿戴式上肢康复外骨骼机器人
技术领域
[0001]本发明属于康复医疗器械领域，特别涉及一种可穿戴式上肢康复外骨骼机器人。
背景技术
[0002]各种原因引起的上肢肌肉功能损伤、骨科手术后以及神经损伤包括周围神经和脑、脊髓患者需要通过康复训练获得最大程度的功能改善，由于以上损伤的传统式多以灵活性差的石膏、夹板、支具装置固定或自由度不足的康复方式不仅引起患者行动不便和而且不能满足生物学康复的要求，另一方面康复训练目前多是由康复师、医护人员或患者家属辅助患者长时间人工操作来促进上肢运动功能和神经系统康复，由此消耗了大量人力，效率低、成本高，无法满足现代康复训练日益需求的灵活性、便捷性、即时性、省力性、节约性等特点。以自动化程度高的康复机器人带动患者康复训练，可以弥补人工康复训练不足。
[0003]但现有的康复机器人大都存在适应性不高、穿戴困难以及对考虑人体的生理力学和运动的机理，其康复效果受到影响。公开号为CN213828960U的专利提出了一种绳拉式上肢助力机器人，采用的是连接绳对重物进行抬升，人体上肢辅助完成重物的搬运，改变了传统上肢外骨骼机器人中人体上肢为主体，外骨骼机器人跟随运动的方式，解放了人体双手，减轻了上肢负重，提高了工作效率。但该方案中未对上肢的每个关键部位进行特殊设计，缺少局部关键部位的对应训练。
发明内容
[0004]针对上述问题，本发明提出了一种可穿戴式上肢康复外骨骼机器人，所述机器人包括穿戴式背部马甲结构以及穿戴式背部马甲结构背部安装的肩关节结构；
[0005]所述肩关节结构包括第一齿形轴承外圈，所述第一齿形轴承外圈与肘关节结构连接；
[0006]所述肘关节结构包括第二齿形轴承外圈，所述第二齿形轴承外圈与腕关节结构连接。
[0007]进一步地，所述穿戴式背部马甲结构包括穿戴式马甲，所述穿戴式马甲背部两边分别设置背带，所述背带一端与穿戴式马甲连接，所述背带另一端与安全带锁紧螺栓螺母组件连接；
[0008]所述穿戴式马甲背部两侧分别设置背部安装板，两个所述背部安装板背向穿戴式马甲背部的一侧安装背部连接板；所述背部安装板与背部连接板设置U形槽。
[0009]进一步地，所述背部安装板为弯折板，包括第一安装平面和第二安装平面，所述第一安装平面上安装背部连接板，所述第二安装平面与肩关节结构连接。
[0010]进一步地，所述肩关节结构包括肩关节内收/外展动作电机，所述肩关节内收/外展动作电机安装在背部安装板的第二安装平面上，所述肩关节内收/外展动作电机依次向外有肩关节内板、肩关节粘弹性阻尼器和肩关节外板；
[0011]所述肩关节外板上安装有肩关节屈/伸电机，所述肩关节屈/伸电机在垂直方向上连接有上臂上连接件；
[0012]所述上臂上连接件通过第一内部型腔与上臂下连接件连接，所述第一内部型腔中设置第一滑槽。
[0013]进一步地，所述肩关节结构还包括肩关节内外旋驱动电机总成，所述肩关节内外旋驱动电机总成安装在上臂下连接件的下端外侧，所述上臂下连接件的下端内侧安装第一齿形轴承内圈；
[0014]所述肩关节内外旋驱动电机总成上安装有第一输出小齿轮，所述第一齿形轴承内圈外周设置第一齿形轴承外圈，所述第一输出小齿轮与第一齿形轴承外圈啮合；
[0015]所述第一齿形轴承外圈圆周上对称设置上臂内外旋外侧支架和上臂内外旋内侧支架，所述上臂内外旋外侧支架与肘关节结构连接。
[0016]进一步地，所述肘关节结构包括肘关节屈/伸动作驱动电机，所述肘关节屈/伸动作驱动电机安装在上臂内外旋外侧支架上；
[0017]所述肘关节屈/伸动作驱动电机连接前臂上连接件，所述前臂上连接件通过第二内部型腔与前臂下连接件连接；
[0018]所述肘关节结构靠近穿戴式马甲一侧安装有前臂平衡上连接件和前臂平衡下连接件；所述前臂平衡上连接件通过第三内部型腔与前臂平衡下连接件连接；
[0019]所述前臂平衡上连接件和前臂平衡下连接件与所述前臂上连接件和前臂下连接件对应设置。
[0020]进一步地，所述肘关节结构还包括肘关节内外旋驱动电机总成，所述肘关节内外旋驱动电机总成安装在前臂下连接件的下端外侧，所述前臂下连接件的下端内侧安装第二齿形轴承内圈；所述肘关节内外旋驱动电机总成上安装有第二输出小齿轮，所述第二齿形轴承内圈外圆周设置第二齿形轴承外圈，所述第二输出小齿轮与第二齿形轴承外圈啮合，所述第二齿形轴承外圈与腕关节结构连接。
[0021]进一步地，所述第一齿形轴承内圈与第一齿形轴承外圈组成具有齿形单排四点接触球轴承；
[0022]所述第二齿形轴承内圈与第二齿形轴承外圈组成具有齿形单排四点接触球轴承。[0023]进一步地，所述腕关节结构包括前臂内外旋支架，所述前臂内外旋支架与肘关节结构中的第二齿形轴承外圈连接；
[0024]所述前臂内外旋支架内部设置手掌支架，所述手掌支架包括与前臂内外旋支架底部连接的U型架和与U型架U字形垂直连接的支撑架；
[0025]所述U型架的开口处外侧安装腕关节内收/外展驱动电机，所述支撑架远离前臂内外旋支架的一端安装有手支架，所述手支架为U型，U型开口之间设置有手固定环。[0026]进一步地，所述肩关节结构的屈伸角度为‑20°～160°，内收/外展角度为‑35°～160°，旋内/旋外角度为‑80°～80°；所述肘关节结构的屈/伸角度为‑5°～130°，前臂旋内/旋外角度为‑80°～80°；所述腕关节结构的屈/伸角度为‑80°～80°，桡偏/尺角度为‑20°～10°。
[0027]本发明的有益效果：
[0028]本发明通过将上肢分为前臂、上臂和腕部三个部位进行分段或整体康复训练，设
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