一种带有力反馈功能的上肢康复机器人
技术领域
本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种带有力反馈功能的上肢康复机器人。
背景技术
脑卒中或脊柱等损伤导致病人多个肌肉群运动功能的受损。末端神经重塑过程证明了具有力反馈功能的有规律或者无规律的重复训练康复运动，能使患者从神经末端开始恢复部分或者大部分运动功能，并且在120度的范围内可以切换左右手增大训练范围。
现有技术中没有能够使用力反馈功能帮助康复训练的具有多个自由度的上肢康复机器人，并且训练范围无法实现使单手超过100度。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种带有力反馈功能的上肢康复机器人，能够实现在主动训练模式下，实时采集第一换向单元和第二换向单元的位置和角度数据，并发送给力反馈控制单元，当第一换向单元和第二换向单元的位置和角度超出预设的范围值，由力反馈控制单元发出控制信号控制第一换向单元和第二换向单元，使得人体能够得到力反馈的触感，达到刺激末端神经康复的作用。
为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种带有力反馈功能的上肢康复机器人，包括：
主体；
托架，与所述主体相连，设有弧形凹槽；
弧形桌面，与所述弧形凹槽相配合，沿着所述弧形凹槽进行弧形换向；
相连的第一换向单元和第二换向单元；
监测单元，监测所述第一换向单元和第二换向单元的实时位置和角度；
力反馈控制单元，其输入端与所述监测单元的输出端相连，其输出端与所述第一换向单元和第二换向单元的控制端相连；
握把单元，与所述第一换向单元和第二换向单元的控制端相连。
作为本发明的进一步改进，所述第一换向单元包括相连的第一连杆机构和第一驱动电机；所述第一连杆机构设于所述弧形桌面上，在第一驱动电机的作用下能够绕第一连杆机构与弧形桌面的连接点做绕轴转动；所述第一驱动电机分别与所述握把单元和力反馈控制单元相连。
作为本发明的进一步改进，所述第二换向单元包括相连的第二连杆机构和第二驱动电机；所述第二连杆机构设于所述弧形桌面上，与所述第一连杆机构相连，在第二驱动电机的作用下能够相对于其与第一连杆机构的连接点做伸缩运动；所述第二驱动电机分别与所述握把单元和力反馈控制单元相连。
作为本发明的进一步改进，所述监测单元包括第一位置传感器、第一角度传感器、第二位置传感器和第二角度传感器；
所述第一位置传感器和第一角度传感器分别用于测量第一换向单元的实时位置和角度；
所述第二位置传感器和第二角度传感器分别用于测量第二换向单元的实时位置和角度。
作为本发明的进一步改进，所述握把单元包括相连的旋转柄和握把；所述旋转柄带有阻尼，其摆动角度为0-90°；所述握把的旋转角度为0-360°。
作为本发明的进一步改进，所述弧形桌面上还设有手臂支撑座，所述手臂支撑座与所述弧形桌面转动相连，能在水平面内旋转0-120°，且通过支架与所述第二换向单元上远离第一换向单元的一端相连。
作为本发明的进一步改进，所述带有力反馈功能的上肢康复机器人还包括上位机，所述上位机与所述力反馈控制单元相连。
作为本发明的进一步改进，所述带有力反馈功能的上肢康复机器人还包括显示器，所述显示器通过升降轴与所述主体相连，用于沉浸式训练康复程序与游戏图像传递。
作为本发明的进一步改进，所述主体上设有可以轴向直线运动的固定承重脚轮和可以在水平面内360度转向的导向脚轮。
作为本发明的进一步改进，所述弧形桌面设有电源显示灯，所述电源显示灯包括第一LED灯圈和第二LED灯圈，所述第一LED灯圈和第二LED灯圈分别用于进行电源指示与运动指示。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明提出一种带有力反馈功能的上肢康复机器人，能够实现在主动训练模式下，实时采集第一换向单元和第二换向单元的位置和角度数据，并发送给力反馈控制单元，当第一换向单元和第二换向单元的位置和角度超出预设的范围值，由力反馈控制单元发出控制信号控制第一换向单元和第二换向单元，使得人体能够得到力反馈的触感，达到刺激末端神经康复的作用。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1为本发明一种实施例的带有力反馈功能的上肢康复机器人的整体结构图；
图2为本发明一种实施例的带有力反馈功能的上肢康复机器人的局部结构图之一；
图3为本发明一种实施例的带有力反馈功能的上肢康复机器人的局部结构图之二；
图4为本发明一种实施例的带有力反馈功能的上肢康复机器人的局部结构图之三；
图中：
1-显示器，2-弧形桌面，3-手臂支撑座，4-托架，5-主体，6-固定承重脚轮，7-导向脚轮，8-紧急制动开关，9-握把旋转柄，10-握把，11-升降轴，12-电源显示灯，13-支架，14-第二连杆机构，15-链接座，16-第二驱动电机，17-第一连杆机构。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1-4所示，本发明提供了一种带有力反馈功能的上肢康复机器人，包括：
主体5；在具体应用过程中，所述主体5上设有中置方柱，所述中置方柱通过内部丝杆驱动能够上下垂直移动；
显示器1，通过升降轴11与所述主体5相连，用于沉浸式训练康复程序与游戏图像传递；在具体应用过程中，可以选用无级定位锁定，且能上下垂直移动并能绕主轴中心线左右转动的升降轴11，升降轴11垂直于水平面设置；
托架4，与所述主体5相连，设有弧形凹槽；
弧形桌面2，与所述弧形凹槽相配合，沿着所述弧形凹槽进行弧形换向；在具体应用过程中，所述弧形桌面2以长弧边为中心进行弧形换向；
相连的第一换向单元和第二换向单元；
监测单元，监测所述第一换向单元和第二换向单元的实时位置和角度；
力反馈控制单元(图中未示出)，其输入端与所述监测单元的输出端相连，其输出端与所述第一换向单元和第二换向单元的控制端相连；
握把单元，与所述第一换向单元和第二换向单元的控制端相连。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述第一换向单元包括相连的第一连杆机构17和第一驱动电机(图中未示出)；所述第一连杆机构17设于所述弧形桌面2上，在第一驱动电机的作用下能够绕第一连杆机构17与弧形桌面2的连接点做绕轴转动；所述第一驱动电机分别与所述握把单元和力反馈控制单元相连；所述第一连杆机构17可以选用能够左右摆动的连杆机构，通过底座固定在弧形桌面2上，并且用轴连接第一驱动电机，所述第一驱动电机可以采用驱动伺服电机。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述第二换向单元包括相连的第二连杆机构14和第二驱动电机16；所述第二连杆机构14设于所述弧形桌面2上，与所述第一连杆机构17相连，在第二驱动电机16的作用下能够相对于其与第一连杆机构17的连接点做伸缩运动；所述第二驱动电机16分别与所述握把单元和力反馈控制单元相连；所述第二连杆机构14可以选用平行四边形的连杆机构，所述第二连杆机构14与第一连杆机构17通过链接座15相连，所述第二驱动电机16安装在安装在链接座15下方。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述监测单元包括第一位置传感器(图中未示出)、第一角度传感器(图中未示出)、第二位置传感器(图中未示出)和第二角度传感器(图中未示出)；
所述第一位置传感器和第一角度传感器分别用于测量第一换向单元的实时位置和角度；
所述第二位置传感器和第二角度传感器分别用于测量第二换向单元的实时位置和角度。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述握把单元包括相连的旋转柄9和握把10；所述旋转柄9带有阻尼，其摆动角度为0-90°；所述握把10的旋转角度为0-360°。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述弧形桌面2上还设有手臂支撑座3，所述手臂支撑座3与所述弧形桌面2转动相连，能在水平面内旋转0-120°，且通过支架13与所述第二换向单元上远离第一换向单元的一端相连，所述手臂支撑座3用于放置手臂。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述带有力反馈功能的上肢康复机器人还包括上位机(图中未示出)，所述上位机与所述力反馈控制单元相连。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述主体5上设有可以轴向直线运动的固定承重脚轮6和可以在水平面内360度转向的导向脚轮7，在具体实施过程中，所述固定承重脚轮6安装在主体5前下方，所述导向脚轮7安装在所述主体5的后下方。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述弧形桌面2设有电源显示灯12，所述电源显示灯12包括第一LED灯圈和第二LED灯圈，所述第一LED灯圈和第二LED灯圈分别用于进行电源指示与运动指示。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述弧形桌面2上设有长弧两边缘上的紧急制动开关8，所述紧急制动开关8分别与所述第一转向单元和第二转向单元的控制端相连，控制所述第一转向单元和第二转向单元的急停。
所述机器人的工作过程具体为：
调节升降轴11，使得显示器1能够处于用户视场的适宜位置；
调节主体5的中置方柱，使弧形桌面2的高度处于用户使用的适宜高度内；
利用定位孔(设于弧形凹槽里面的中心和两边各偏45度三个位置)调节弧形桌面2在托架4上的位置，以用户使用点为中心，可以增大因为切换左右手使用后的范围；
能在水平面内转动的手臂支撑座3，用于将人手托住。
康复训练时，人手放在手臂支撑座3上，手握住握把10，通过伸缩第二连杆机构14的前后运动以及第一连杆机构17的左右运动，可以实现四个自由度的运动，实现灵活多变的康复训练。
通过监测单元实时采集第一换向单元和第二换向单元的位置和角度数据，并发送给力反馈控制单元，当第一换向单元和第二换向单元的位置和角度超出预设的范围值，由力反馈控制单元发出控制信号控制第一换向单元和第二换向单元，使得人体能够得到力反馈的触感，达到刺激末端神经康复的作用。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
