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申请/专利权人：燕山大学

摘要：本发明涉及一种用于关节错位补偿的肘腕关节康复机器人及其补偿方法，其包括肘部执行机构、腕部并联机构、绳驱动机构、机架以及设于机架前方的升降座椅和人机交互系统，肘部执行机构的上端固定设于机架上，腕部并联机构设于肘部执行机构的前端，且绳驱动机构设于肘部执行机构的两侧。本发明采用绳索驱动的腕部并联机构应用于人体腕部康复，同时采用支撑弹簧作为机构的支撑脊柱用于模拟人体腕部的腕骨‑韧带复合体，并通过绳索模拟人体腕部肌肉对机构驱动控制，此外腕部并联机构冗余的自由度能有效消除机构与人体腕关节间的错位，对腕关节进行错位补偿，进而实现人体肘关节屈曲伸展、腕关节屈曲伸展、内收外展和内旋外旋的运动。

主权项：1.一种用于关节错位补偿的肘腕关节康复机器人，其特征在于，其包括肘部执行机构、腕部并联机构、绳驱动机构、机架以及设于所述机架前方的升降座椅，所述肘部执行机构的上端固定设于所述机架上，且所述肘部执行机构包括肩部组件、上臂组件、肘关节电机、力矩传感器、前臂组件和肘部护具，所述肩部组件通过连接件以及支撑件固定设于所述机架上，且所述肩部组件下方设有所述上臂组件，所述上臂组件中上臂连杆与上臂板之间通过滑台滑动连接，且所述上臂组件中上臂板的下端设有所述肘关节电机，所述前臂组件中前臂板的后端转动设于所述上臂组件中上臂板的下端，且所述肘关节电机的输出轴与所述前臂板的后端连接，所述前臂组件中前臂板与前臂连杆之间通过滑台滑动连接，所述力矩传感器设于所述肘关节电机上，且所述肘部护具分别设于所述上臂组件以及所述前臂组件上；所述腕部并联机构设于所述肘部执行机构的前端，且所述腕部并联机构包括前臂袖环、支撑弹簧、腕部袖环、姿态传感器和固定组件，所述前臂袖环通过前臂连接块与所述前臂连杆的前端连接，且所述前臂袖环与所述腕部袖环之间设有所述支撑弹簧，所述前臂袖环与所述腕部袖环上均设有三组安装孔，且相邻两组安装孔之间的夹角为120°，所述姿态传感器设于所述腕部袖环上，且所述固定组件设于所述腕部袖环的前方；根据姿态传感器测得腕关节的转动角度θ，同时通过人体上肢几何学关系计算出腕关节的关节错位距离Lmis，进而计算得到腕关节与腕部并联机构之间的偏角γ以及由于腕部并联机构约束所产生的滑移距离x，其表达式为： 式中，L1表示腕关节与腕部并联机构耦合点到腕关节转动中心的距离，耦合点为机构中腕部袖环的中心，腕关节转动中心初始位置与耦合点重合，其位置在运动中时刻变化，L2表示腕关节与腕部并联机构耦合点到腕部并联机构转动中心的距离，因人体腕骨构造复杂且特殊使腕关节与机构间产生偏角γ和滑移距离x；将计算得到的腕关节与腕部并联机构之间的偏角γ以及腕部并联机构约束所产生的滑移距离x实时传输至人机交互系统中，人机交互系统通过内置的腕部并联机构反解程序计算出钢丝绳的拉伸长度，进而驱动电机控制腕部袖环在一定的工作空间内运动，带动腕关节完成协调运动；所述绳驱动机构设于所述肘部执行机构的两侧，且所述绳驱动机构包括钢丝绳、理绳器、固绳架、套管和多组驱动组件，所述钢丝绳的第一端设有绳堵头，且所述理绳器对称设于所述肩部组件中肩部袖环的两侧，所述固绳架和多组驱动组件均设于所述机架上，且所述钢丝绳设于所述肩部袖环的两侧，且每条钢丝绳的第一端通过所述绳堵头固定在所述腕部袖环上的安装孔中，每条钢丝绳的第二端依次穿过所述前臂袖环上的安装孔、理绳器以及固绳架上的通孔固定于所述驱动组件中的线轮上，且所述钢丝绳的外侧设有所述套管；所述驱动组件设置为六组，且六组驱动组件对称设于所述机架的顶部，每组驱动组件包括驱动电机、电机座、连接轴、线轮和支撑座，所述驱动电机通过所述电机座固定于机架上，且所述驱动电机的输出轴通过联轴器与所述连接轴的第一端连接，且所述线轮设于所述连接轴上，所述连接轴的第二端通过滚动轴承支撑于所述支撑座中，且所述支撑座固定设于所述机架上；所述固绳架包括穿绳器、支撑座和固定座，穿绳器垂直设置在支撑座正上方，方便套管穿设在穿绳器上的通孔中，支撑座两端分别与穿绳器底端和固定座的上端面固定连接，固定座固定安装在机架上，每组驱动组件中的线轮分别对应固绳架上开设的通孔，防止各钢丝绳缠绕交错，且线轮为螺旋形设计，确保钢丝绳在线轮转动时不发生重叠。

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百度查询： 燕山大学 用于关节错位补偿的肘腕关节康复机器人及其补偿方法