技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種便攜式柔性肘關(guān)節(jié)外骨骼機(jī)器人，具體是一種基于串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器（series elastic actuator, SEA）的繩驅(qū)肘關(guān)節(jié)外骨骼機(jī)器人。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)人口老齡化的加劇，上肢運(yùn)動(dòng)功能障礙作為中老年人的常見(jiàn)疾病，病發(fā)率逐年上升。為了解決上肢運(yùn)動(dòng)功能障礙對(duì)患者帶來(lái)的不便，目前康復(fù)治療主要有臨床康復(fù)治療和使用康復(fù)設(shè)備治療。臨床康復(fù)治療主要依賴于康復(fù)治療師與患者一對(duì)一的治療，然而這樣耗費(fèi)太多的人力物力，因此人們?cè)絹?lái)重視對(duì)康復(fù)設(shè)備的研究。上肢外骨骼機(jī)器人相比于其他康復(fù)設(shè)備因能實(shí)現(xiàn)人的智能與機(jī)器力量互補(bǔ)而廣受關(guān)注。將上肢外骨骼機(jī)器人技術(shù)運(yùn)用到醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域，能為患者提供更加針對(duì)、有效的康復(fù)訓(xùn)練。

目前，對(duì)于上肢外骨骼機(jī)器人的研究，國(guó)外起步較早，已有一些不錯(cuò)的成果。而國(guó)內(nèi)的一些科研院校也開(kāi)始展開(kāi)研究，取得了不小的進(jìn)展。對(duì)比現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)外大多數(shù)研究，發(fā)現(xiàn)其存在如下的問(wèn)題：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、穿戴麻煩；機(jī)器人驅(qū)動(dòng)剛性大、不具備柔性，在患者的康復(fù)訓(xùn)練過(guò)程中容易造成二次傷害。

經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?01210244874.2，該技術(shù)公開(kāi)了一種可控變剛度柔性肘關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人，其穿戴式外骨骼機(jī)構(gòu)有一個(gè)自由度，其結(jié)構(gòu)主要包括大臂、小臂、驅(qū)動(dòng)輪和支撐架。驅(qū)動(dòng)方式采用非線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括電機(jī)絲桿和連桿彈簧非線性機(jī)構(gòu)。該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具備一定的柔順性，可以保證患者在使用過(guò)程中有較高的安全性。但該結(jié)構(gòu)過(guò)于繁雜，穿戴很不方便，缺乏便攜性，且控制復(fù)雜。

中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?01410377134.5，該技術(shù)公開(kāi)了一種并聯(lián)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的上肢外骨骼結(jié)構(gòu)，包括肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)解決了現(xiàn)有的上肢外骨骼機(jī)器人運(yùn)動(dòng)精度差，體積大，運(yùn)動(dòng)范圍小的問(wèn)題。但其采用齒輪嚙合傳動(dòng)，要求制造和安裝精度較高，價(jià)格昂貴，采用三組齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)過(guò)于繁瑣，且運(yùn)動(dòng)缺乏柔性。

中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?01410855081.3，該技術(shù)公開(kāi)了一種七自由度外骨骼式上肢康復(fù)機(jī)器人，包括依次相連的前臂和腕關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)、肘關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)、肩關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)、座椅機(jī)構(gòu)。其通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制，輔助偏癱患者對(duì)上肢患肢進(jìn)行主動(dòng)與被動(dòng)訓(xùn)練。該驅(qū)動(dòng)控制過(guò)于復(fù)雜，其驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)與剛性電機(jī)直接相連，運(yùn)動(dòng)缺乏柔性，不能保證安全性，另外，該機(jī)器人要求患者必須坐在座椅上進(jìn)行康復(fù)治療，結(jié)構(gòu)沒(méi)有考慮便攜性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，開(kāi)發(fā)一種便攜式柔性肘關(guān)節(jié)外骨骼機(jī)器人。本發(fā)明借鑒串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器（series elastic actuator, SEA）的驅(qū)動(dòng)原理，開(kāi)發(fā)一種肘關(guān)節(jié)柔性驅(qū)動(dòng)方式。與傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)器相比，SEA是在剛性驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源與負(fù)載之間串聯(lián)入彈簧，其驅(qū)動(dòng)模式更接近于人體肌肉的力學(xué)特性，更適合應(yīng)用在與人體密切接觸的外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)中。柔性驅(qū)動(dòng)器不僅能夠?qū)崿F(xiàn)精確的力控制，而且具有低輸出阻抗，高抗沖擊載荷，穩(wěn)定力輸出等優(yōu)點(diǎn)。

同時(shí)，本發(fā)明采用繩驅(qū)的方式，將驅(qū)動(dòng)器與肘關(guān)節(jié)外骨骼分開(kāi)布置，驅(qū)動(dòng)器輸出部分與繩驅(qū)輪盤連接，通過(guò)鋼絲繩過(guò)渡與肘關(guān)節(jié)外骨骼關(guān)節(jié)相連，在外骨骼關(guān)節(jié)處同樣采用繩驅(qū)輪盤的形式，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)。在穿戴機(jī)器人時(shí)可將驅(qū)動(dòng)器以及控制裝置放入后背包，相比于其他將驅(qū)動(dòng)器直接布置在外骨骼關(guān)節(jié)處的結(jié)構(gòu)，該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔緊湊，穿戴便攜，提高了運(yùn)動(dòng)柔性，減小了外骨骼的重量，并相應(yīng)地增加了其負(fù)載能力。

另外，考慮到人體肘關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)是一種松散的鉸鏈運(yùn)動(dòng)，本發(fā)明在肘關(guān)節(jié)外骨骼的設(shè)計(jì)中除了肘關(guān)節(jié)的伸屈自由度外，另加入了兩個(gè)被動(dòng)自由度。通過(guò)內(nèi)臂套與外臂套的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)被動(dòng)自由度。被動(dòng)自由度一可實(shí)現(xiàn)上臂內(nèi)套相對(duì)上臂外套繞著上臂中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)外骨骼的驅(qū)動(dòng)軸在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。被動(dòng)自由度二可實(shí)現(xiàn)前臂內(nèi)套相對(duì)前臂外套沿著前臂中心軸滑動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)外骨骼驅(qū)動(dòng)軸在矢狀面內(nèi)平動(dòng)。本發(fā)明通過(guò)在外骨骼機(jī)構(gòu)中添加被動(dòng)自由度，使外骨骼驅(qū)動(dòng)軸與穿戴者肘關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)軸在手臂運(yùn)動(dòng)時(shí)達(dá)到一定的自適應(yīng)調(diào)整，使外骨骼穿戴更舒適，更安全。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種便攜式柔性肘關(guān)節(jié)外骨骼機(jī)器人，其特征在于：包括肘關(guān)節(jié)外骨骼機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制裝置。

所述肘關(guān)節(jié)外骨骼機(jī)構(gòu)包括上臂支撐機(jī)構(gòu)、主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及前臂支撐機(jī)構(gòu)，所述上臂支撐機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)上臂支撐板、上臂外套和用于固定手臂上臂的上臂內(nèi)套，上臂外套將兩側(cè)的上臂支撐板固定連接組成能夠放置手臂上臂的空間，上臂內(nèi)套可旋轉(zhuǎn)的設(shè)于上臂外套內(nèi)側(cè)，上臂內(nèi)套可繞上臂外套的中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)；所述前臂支撐機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)前臂支撐板、前臂外套和用于固定手臂前臂的前臂內(nèi)套，所述前臂外套將兩側(cè)的前臂支撐板固定連接組成可以放置手臂前臂的空間，前臂內(nèi)套設(shè)于前臂外套內(nèi)側(cè)，前臂內(nèi)套能夠相對(duì)前后滑動(dòng)的與前臂外套相連，所述兩個(gè)上臂支撐板與兩個(gè)前臂支撐板通過(guò)主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相連；

所述主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)上臂轉(zhuǎn)盤、兩個(gè)前臂轉(zhuǎn)盤以及空心軸編碼器，所述兩個(gè)上臂轉(zhuǎn)盤分別與兩個(gè)前臂轉(zhuǎn)盤通過(guò)兩個(gè)支撐軸連接，上臂轉(zhuǎn)盤和前臂轉(zhuǎn)盤可繞相應(yīng)的支撐軸旋轉(zhuǎn)，所述空心軸編碼器與兩個(gè)支撐軸的其中一個(gè)相連，兩個(gè)上臂轉(zhuǎn)盤分別與兩個(gè)上臂支撐板固定相連，兩個(gè)前臂轉(zhuǎn)盤分別與兩個(gè)前臂支撐板固定相連；兩個(gè)上臂轉(zhuǎn)盤內(nèi)側(cè)分別固定設(shè)有一個(gè)弧形槽導(dǎo)軌，所述上臂內(nèi)套下部?jī)啥朔謩e設(shè)有與弧形槽導(dǎo)軌配合的弧形滑塊，兩個(gè)前臂轉(zhuǎn)盤中的一個(gè)外側(cè)設(shè)有固定相連且同軸的外骨骼驅(qū)動(dòng)輪盤，所述外骨骼驅(qū)動(dòng)輪盤與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出端相連；所述空心軸編碼器檢測(cè)的信號(hào)接入控制裝置，所述控制裝置控制驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)驅(qū)動(dòng)外骨骼驅(qū)動(dòng)輪盤旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動(dòng)兩個(gè)前臂支撐板相對(duì)于兩個(gè)上臂支撐板旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)肘關(guān)節(jié)外骨骼機(jī)構(gòu)手臂運(yùn)動(dòng)。

優(yōu)選的，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括繩驅(qū)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)器、以及繩驅(qū)固定座，所述繩驅(qū)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括兩條鋼絲繩、繩驅(qū)V型支撐塊、兩個(gè)鋼絲繩管、繩驅(qū)支撐座和驅(qū)動(dòng)器繩驅(qū)輪盤，兩條鋼絲繩的兩端分別固定在外骨骼驅(qū)動(dòng)輪盤和驅(qū)動(dòng)器繩驅(qū)輪盤上不同位置，兩條鋼絲繩交叉設(shè)置，兩個(gè)鋼絲繩管分別套在兩條鋼絲繩上，兩個(gè)鋼絲繩管的一端通過(guò)繩驅(qū)V型支撐塊壓緊固定在上臂轉(zhuǎn)盤上，兩個(gè)鋼絲繩管的另一端通過(guò)線管套固定在繩驅(qū)支撐座上；所述驅(qū)動(dòng)器為串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器，所述驅(qū)動(dòng)器繩驅(qū)輪盤與串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器的輸出端相連，所述串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器內(nèi)的編碼器檢測(cè)信號(hào)也接入控制裝置，所述控制裝置提供電源，控制串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器的輸出端的旋轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)幅度；所述繩驅(qū)支撐座和串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器均固定在繩驅(qū)固定座上。

優(yōu)選的，所述弧形滑塊為工字型滑塊，所述弧形槽導(dǎo)軌內(nèi)側(cè)設(shè)有弧形滑塊限位件，所述弧形滑塊限位件上邊沿卡在工字型滑塊的中部凹槽內(nèi)，弧形滑塊限位件兩端與弧形槽導(dǎo)軌另一邊之間距離小于工字型滑塊底部寬度。

優(yōu)選的，所述兩個(gè)前臂外套內(nèi)側(cè)分別設(shè)有方向與前臂外套平行的直線導(dǎo)軌，所述兩個(gè)直線導(dǎo)軌上均設(shè)有可前后滑動(dòng)的直線導(dǎo)軌副，所述兩個(gè)直線導(dǎo)軌副分別與前臂內(nèi)套兩邊相連。

優(yōu)選的，所述上臂轉(zhuǎn)盤均與支撐軸固定連接，支撐軸與前臂轉(zhuǎn)盤均通過(guò)擋邊軸承相連，支撐軸靠近前臂轉(zhuǎn)盤一端設(shè)有卡簧槽，所述卡簧槽內(nèi)設(shè)有防止擋邊軸承相對(duì)于支撐軸軸向移動(dòng)的卡簧。

優(yōu)選的，所述上臂轉(zhuǎn)盤與相應(yīng)的前臂轉(zhuǎn)盤相對(duì)的內(nèi)側(cè)分別設(shè)有弧形限位塊，所述上臂轉(zhuǎn)盤和前臂轉(zhuǎn)盤上弧形限位塊交錯(cuò)設(shè)置，通過(guò)弧形限位塊限制上臂轉(zhuǎn)盤和前臂轉(zhuǎn)盤相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度。

優(yōu)選的，所述兩條鋼絲繩的一端分別設(shè)有圓柱頭，兩條鋼絲繩的圓柱頭分別通過(guò)氣孔螺釘與外骨骼驅(qū)動(dòng)輪盤相連上下位置固定相連，兩條鋼絲繩的另一端分別設(shè)有鋼絲卡頭，兩條鋼絲繩端部的鋼絲卡頭分別通過(guò)氣孔螺釘與驅(qū)動(dòng)器繩驅(qū)輪盤上下位置固定相連。

本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

串聯(lián)柔性驅(qū)動(dòng)器更適用于與人體密切接觸的外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)將串聯(lián)柔性彈性驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用到肘關(guān)節(jié)外骨骼機(jī)器人中，通過(guò)模擬人體肌肉的收縮方式，實(shí)現(xiàn)在運(yùn)動(dòng)中的主動(dòng)助力和被動(dòng)緩沖作用。本設(shè)計(jì)將驅(qū)動(dòng)器及控制裝置與肘關(guān)節(jié)外骨骼分開(kāi)布置，將驅(qū)動(dòng)器及控制裝置放入后背包，通過(guò)繩驅(qū)方式實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，這樣的設(shè)計(jì)方式不僅具有柔性驅(qū)動(dòng)器控制精度高，輸出阻抗低，抗沖擊載荷強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)兼具有繩驅(qū)傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，穿戴便攜，運(yùn)動(dòng)柔順等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明在外骨骼的設(shè)計(jì)中，模擬人體肘關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)特性，設(shè)計(jì)兩個(gè)被動(dòng)自由度，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)肘關(guān)節(jié)外骨骼相對(duì)人體肘關(guān)節(jié)的自適應(yīng)調(diào)整，提高了安全性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的整體示意圖；

圖2是肘關(guān)節(jié)外骨骼結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是弧形槽導(dǎo)軌和弧形滑塊限位件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)左側(cè)爆炸示意圖；

圖5是上臂左轉(zhuǎn)動(dòng)盤和前臂左轉(zhuǎn)動(dòng)盤內(nèi)側(cè)的弧形限位塊示意圖；

圖6是繩驅(qū)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖；

圖8為主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)右側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1-上臂左支撐板，2-上臂外套，3-上臂右支撐板，4-上臂內(nèi)套，6-弧形滑塊限位件一，5-弧形滑塊一，7-左弧形槽導(dǎo)軌，8-弧形滑塊二，9-弧形滑塊限位件二，10-右弧形槽導(dǎo)軌，11-上臂左轉(zhuǎn)動(dòng)盤，12-上臂右轉(zhuǎn)動(dòng)盤，13-前臂左轉(zhuǎn)動(dòng)盤，14-前臂右轉(zhuǎn)動(dòng)盤，15-左支撐軸，16-右支撐軸，17-卡簧，18-擋邊軸承，19-空心軸編碼器，20-前臂支撐板一，21-前臂支撐板二，22-直線導(dǎo)軌副一，23-直線導(dǎo)軌副二，24-導(dǎo)軌副連接件一，25-導(dǎo)軌副連接件二，26-直線導(dǎo)軌一，27-直線導(dǎo)軌二，28-前臂內(nèi)套，29-前臂外套，30-外骨骼驅(qū)動(dòng)輪盤，31-鋼絲繩一，32-鋼絲繩二，33-繩驅(qū)V型支撐塊，34-鋼絲繩管一，35-鋼絲繩管二，36-線管套，37-繩驅(qū)支撐座，38-鋼絲卡頭，39-氣孔螺釘，40-驅(qū)動(dòng)器繩驅(qū)輪盤，41-柔性驅(qū)動(dòng)模塊，42-旋轉(zhuǎn)編碼器，43-編碼器固定件，44-驅(qū)動(dòng)器支撐件，45-驅(qū)動(dòng)器支撐座，46-驅(qū)動(dòng)器固定底座，47-方鋼固定角件，48-繩驅(qū)固定座。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

如圖1所示，本發(fā)明的機(jī)器人包括：肘關(guān)節(jié)外骨骼機(jī)構(gòu)Ⅰ，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)Ⅱ和控制裝置Ⅲ。

如圖2所示，本發(fā)明的肘關(guān)節(jié)外骨骼機(jī)構(gòu)Ⅰ包括：上臂支撐機(jī)構(gòu)，主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及前臂支撐機(jī)構(gòu)。

上臂支撐機(jī)構(gòu)包括上臂左支撐板1，上臂外套2，上臂右支撐板3，上臂內(nèi)套4，弧形滑塊一5，弧形滑塊二8，左弧形槽導(dǎo)軌7，右弧形槽導(dǎo)軌10，弧形滑塊限位件一6，弧形滑塊限位件二9。如圖3所示，所述弧形滑塊一5為工字型滑塊，所述左弧形槽導(dǎo)軌7內(nèi)側(cè)設(shè)有弧形滑塊限位件一6，所述弧形滑塊限位件一6上邊沿卡在弧形滑塊一5的中部凹槽內(nèi)，弧形滑塊限位件一6兩端與左弧形槽導(dǎo)軌7另一邊之間距離小于工字型滑塊底部寬度。右弧形槽導(dǎo)軌10上的結(jié)構(gòu)與左弧形槽導(dǎo)軌7上的結(jié)構(gòu)一樣。

其中上臂外套2與上臂左支撐板1，上臂右支撐板3緊固連接，達(dá)到支撐穩(wěn)定上臂結(jié)構(gòu)的作用，上臂內(nèi)套4與弧形滑塊一5，弧形滑塊二8固定連接，弧形滑塊限位件一6與左弧形槽導(dǎo)軌7固定連接，弧形滑塊限位件二9與右弧形槽導(dǎo)軌10固定連接，所述弧形滑塊一5和弧形滑塊二8分別可在相應(yīng)的左弧形槽導(dǎo)軌7和右弧形槽導(dǎo)軌10內(nèi)滑動(dòng)，左弧形槽導(dǎo)軌7、右弧形槽導(dǎo)軌10、上臂內(nèi)套4和上臂外套2四者的圓弧圓心重合，通過(guò)弧形滑塊在弧形槽導(dǎo)軌內(nèi)滑動(dòng)，可以帶動(dòng)上臂內(nèi)套4相對(duì)于上臂外套2旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)肘關(guān)節(jié)外骨骼旋轉(zhuǎn)軸在水平面內(nèi)繞著上臂中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

本發(fā)明的主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括上臂左轉(zhuǎn)動(dòng)盤11，上臂右轉(zhuǎn)動(dòng)盤12，前臂左轉(zhuǎn)動(dòng)盤13，前臂右轉(zhuǎn)動(dòng)盤14，左支撐軸15，右支撐軸16，擋邊軸承17，卡簧18，空心軸編碼器19。

其中左側(cè)部分，上臂左轉(zhuǎn)動(dòng)盤11設(shè)有與上臂左支撐板1緊固連接的凹槽，這樣上臂左轉(zhuǎn)動(dòng)盤11與上臂左支撐板1整體上處于一個(gè)平面，有利于保護(hù)手臂，上臂左轉(zhuǎn)動(dòng)盤11內(nèi)側(cè)面設(shè)有通過(guò)螺釘固定相連的左弧形槽導(dǎo)軌7，左支撐軸15右軸端也與上臂左轉(zhuǎn)動(dòng)盤11內(nèi)側(cè)緊固連接，擋邊軸承18的內(nèi)圈與左支撐軸15固定連接，擋邊軸承18的外圈與前臂左轉(zhuǎn)動(dòng)盤13固定連接，實(shí)現(xiàn)前臂左轉(zhuǎn)動(dòng)盤13相對(duì)上臂左轉(zhuǎn)動(dòng)盤11繞著左支撐軸15旋轉(zhuǎn)。在左支撐軸15另一端上設(shè)計(jì)了卡簧槽，卡簧槽內(nèi)設(shè)有卡簧17，實(shí)現(xiàn)擋邊軸承18與前臂左轉(zhuǎn)動(dòng)盤13相對(duì)左支撐軸15的軸向定位，左支撐軸15另一端插入空心軸編碼器19中固定，具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。另外，為了保護(hù)人體肘關(guān)節(jié)，在上臂左轉(zhuǎn)動(dòng)盤11與前臂左轉(zhuǎn)動(dòng)盤13相對(duì)的內(nèi)側(cè)分別設(shè)有弧形限位塊，所述上臂左轉(zhuǎn)動(dòng)盤11和前臂左轉(zhuǎn)動(dòng)盤13上弧形限位塊交錯(cuò)設(shè)置，如圖5所示，通過(guò)弧形限位塊限制上臂左轉(zhuǎn)動(dòng)盤11和前臂左轉(zhuǎn)動(dòng)盤13相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度，使得其相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)角度在0°到150°之內(nèi)。主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)右側(cè)機(jī)構(gòu)除了沒(méi)有空心軸編碼器19之外與左側(cè)機(jī)構(gòu)相似，這里不作贅述。

本發(fā)明的前臂支撐機(jī)構(gòu)包括前臂支撐板一20，前臂支撐板二21，直線導(dǎo)軌一26，直線導(dǎo)軌二27，直線導(dǎo)軌副一22，直線導(dǎo)軌副二23，導(dǎo)軌副連接件一24，導(dǎo)軌副連接件二25，前臂外套29，前臂內(nèi)套28。

其中前臂支撐板一20與前臂左轉(zhuǎn)動(dòng)盤13緊固連接，前臂支撐板二21與前臂右轉(zhuǎn)動(dòng)盤14緊固連接，前臂支撐板一20和前臂支撐板二21內(nèi)側(cè)分別固定設(shè)有直線導(dǎo)軌一26和直線導(dǎo)軌二27，直線導(dǎo)軌一26和直線導(dǎo)軌二27上分別設(shè)有直線導(dǎo)軌副一22和直線導(dǎo)軌副二23，前臂內(nèi)套28一邊通過(guò)導(dǎo)軌副連接件一24與直線導(dǎo)軌副一22固定連接，前臂內(nèi)套28另一邊通過(guò)導(dǎo)軌副連接件二25與直線導(dǎo)軌副二23固定連接；通過(guò)直線導(dǎo)軌副在直線導(dǎo)軌上滑動(dòng)可以帶動(dòng)前臂內(nèi)套28相對(duì)于前臂外套29前后滑動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)肘關(guān)節(jié)外骨骼旋轉(zhuǎn)軸在矢狀面內(nèi)的平動(dòng)。

本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)Ⅱ包括：繩驅(qū)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)器、以及繩驅(qū)固定座48。

如圖6所示，本發(fā)明的繩驅(qū)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括：外骨骼驅(qū)動(dòng)輪盤30，鋼絲繩一31，鋼絲繩二32，繩驅(qū)V型支撐塊33，鋼絲繩管一34，鋼絲繩管二35，線管套36，繩驅(qū)支撐座37，鋼絲卡頭38，氣孔螺釘39，驅(qū)動(dòng)器繩驅(qū)輪盤40。

其中鋼絲繩一31、鋼絲繩二32通過(guò)固定在外骨骼驅(qū)動(dòng)輪盤30上的兩個(gè)氣孔螺釘39內(nèi)孔繞在外骨骼驅(qū)動(dòng)輪盤30上，本實(shí)施例所用的鋼絲繩一31和鋼絲繩二32是標(biāo)準(zhǔn)自行車剎車線，其一端是圓柱頭，由于繞在外骨骼驅(qū)動(dòng)輪盤30上的鋼絲繩一31和鋼絲繩二32一端是圓柱頭，所以不需要鋼絲卡頭38固定末端，將鋼絲繩管一34、鋼絲繩管二35套在鋼絲繩一31、鋼絲繩二32上，鋼絲繩管一34和鋼絲繩管二35的長(zhǎng)度要小于鋼絲繩一31和鋼絲繩二32的長(zhǎng)度，在鋼絲繩管一34和鋼絲繩管二35兩端分別套上線管套36，鋼絲繩管一34和鋼絲繩管二35一端通過(guò)螺釘固定在繩驅(qū)V型支撐塊33上，繩驅(qū)V型支撐塊33與上臂左轉(zhuǎn)動(dòng)盤11緊固連接，鋼絲繩管一34和鋼絲繩管二35另一端固定在繩驅(qū)支撐座37上，繩驅(qū)支撐座37通過(guò)螺釘固定在繩驅(qū)固定座48上，鋼絲繩一31、鋼絲繩二32通過(guò)固定在驅(qū)動(dòng)器繩驅(qū)輪盤40上的兩個(gè)氣孔螺釘39內(nèi)孔繞在驅(qū)動(dòng)器繩驅(qū)輪盤40上，其末端通過(guò)鋼絲卡頭38與驅(qū)動(dòng)器繩驅(qū)輪盤40緊固連接。鋼絲繩一31和鋼絲繩二32上下交叉布置。

如圖7所示，本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器為串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器，所述串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器包括：柔性驅(qū)動(dòng)模塊41，旋轉(zhuǎn)編碼器42，編碼器固定件43，驅(qū)動(dòng)器支撐件44，驅(qū)動(dòng)器支撐座45，驅(qū)動(dòng)器固定底座46，方鋼固定角件47。

其中柔性驅(qū)動(dòng)模塊41包括伺服電機(jī)、內(nèi)套筒、外套筒、線性彈簧以及四岔彈簧連接件，其中伺服電機(jī)末端自帶電機(jī)編碼器，伺服電機(jī)與內(nèi)套筒緊固連接，伺服電機(jī)輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器與旋轉(zhuǎn)編碼器42緊固連接，伺服電機(jī)另一端與驅(qū)動(dòng)器繩驅(qū)輪盤40緊固連接，伺服電機(jī)可相對(duì)柔性驅(qū)動(dòng)模塊41的外套筒轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)編碼器42通過(guò)編碼器固定件43與柔性驅(qū)動(dòng)模塊41的外套筒緊固連接，柔性驅(qū)動(dòng)模塊41水平擺放，柔性驅(qū)動(dòng)模塊41通過(guò)驅(qū)動(dòng)器支撐件44與驅(qū)動(dòng)器支撐座45緊固連接，驅(qū)動(dòng)器固定底座46通過(guò)螺釘與驅(qū)動(dòng)器支撐座45緊固連接，驅(qū)動(dòng)器支撐座45與繩驅(qū)固定座48通過(guò)方鋼固定角件47緊固連接。

所述控制裝置Ⅲ接收空心軸編碼器19、旋轉(zhuǎn)編碼器42以及柔性驅(qū)動(dòng)模塊41的電機(jī)編碼器的信號(hào)，并控制柔性驅(qū)動(dòng)模塊41的伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)動(dòng)幅度。

本實(shí)施例的便攜式繩驅(qū)肘關(guān)節(jié)外骨骼機(jī)器人工作時(shí)：首先將肘關(guān)節(jié)外骨骼Ⅰ裝置穿戴在人的手臂上，通過(guò)上臂內(nèi)套4、前臂內(nèi)套28以及彈性繃帶固定。當(dāng)柔性驅(qū)動(dòng)模塊41工作時(shí)，可帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)器繩驅(qū)輪盤40轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)鋼絲繩一31和鋼絲繩二32過(guò)渡實(shí)現(xiàn)外骨骼驅(qū)動(dòng)輪盤30轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)外骨骼及患者手臂進(jìn)行屈伸運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練功能及各類助力功能。

具體的驅(qū)動(dòng)工作為：當(dāng)柔性驅(qū)動(dòng)模塊41中伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)器繩驅(qū)輪盤40順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，由于鋼絲繩一31和鋼絲繩二32兩端分別固定在驅(qū)動(dòng)器繩驅(qū)輪盤40和外骨骼驅(qū)動(dòng)輪盤30上，鋼絲繩一31上產(chǎn)生拉力，從而帶動(dòng)外骨骼驅(qū)動(dòng)輪盤30逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)肘關(guān)節(jié)外骨骼Ⅰ的前屈運(yùn)動(dòng)。通過(guò)柔性驅(qū)動(dòng)模塊41中伺服電機(jī)自帶的編碼器測(cè)量電機(jī)軸相對(duì)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)量以及旋轉(zhuǎn)編碼器42測(cè)量柔性驅(qū)動(dòng)模塊41內(nèi)部彈簧的壓縮量實(shí)現(xiàn)對(duì)柔性驅(qū)動(dòng)模塊41的力控制，安裝在外骨骼關(guān)節(jié)處的空心軸編碼器19通過(guò)測(cè)量外骨骼驅(qū)動(dòng)輪盤30相對(duì)上臂左轉(zhuǎn)動(dòng)盤11的轉(zhuǎn)動(dòng)量實(shí)現(xiàn)對(duì)肘關(guān)節(jié)外骨骼機(jī)構(gòu)Ⅰ的阻抗控制。

在肘關(guān)節(jié)外骨骼機(jī)構(gòu)Ⅰ的前屈或后伸運(yùn)動(dòng)時(shí)，上臂內(nèi)套4可相對(duì)上臂外套2具有一定幅度的旋轉(zhuǎn)，因此可以防止上臂和前臂在單一平面內(nèi)屈伸時(shí)而對(duì)手臂造成損失，同時(shí)由于手臂彎曲過(guò)程中，手臂前端相對(duì)于肘關(guān)節(jié)外骨骼機(jī)構(gòu)Ⅰ會(huì)有一定幅度的滑動(dòng)，因此前臂外套29內(nèi)設(shè)置可前后滑動(dòng)的前臂內(nèi)套28，前臂內(nèi)套28與手臂固定，這樣可大大減少手臂因與肘關(guān)節(jié)外骨骼機(jī)構(gòu)Ⅰ相對(duì)滑動(dòng)帶來(lái)的損傷。

當(dāng)柔性驅(qū)動(dòng)模塊41中電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，同理在鋼絲繩二32上產(chǎn)生拉力，可實(shí)現(xiàn)肘關(guān)節(jié)外骨骼機(jī)構(gòu)Ⅰ的后伸運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明的一種便攜式柔性肘關(guān)節(jié)外骨骼機(jī)器人，其柔性驅(qū)動(dòng)形式不僅可以用于本肘關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同樣適用于上肢其余各單關(guān)節(jié)以及下肢各單關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。該機(jī)器人不只適用于康復(fù)醫(yī)療訓(xùn)練，還具備助力功能，適合在各類搬運(yùn)、攀爬等方面應(yīng)用推廣。