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,且所述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;
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,且所述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,所述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。
2.根据权利要求1所述的用于关节错位补偿的肘腕关节康复机器人,其特征在于,所述肩部组件包括肩部袖环、连接件、支撑件和斜支撑件,所述肩部袖环呈U型结构状,所述肩部袖环上端面的中间部设有所述连接件,且所述肩部袖环的两端对称设于所述支撑件,所述支撑件的一侧设有所述斜支撑件,且所述斜支撑件的第一端与所述肩部袖环固定连接,所述斜支撑件的第二端与所述支撑件固定连接。
3.根据权利要求2所述的用于关节错位补偿的肘腕关节康复机器人,其特征在于,所述上臂组件包括上臂连接块、上臂连杆、滑台和上臂板,所述上臂连杆的上端通过所述上臂连接块设于所述肩部袖环下端面的中间部,所述上臂连杆的下端与所述滑台中的固定导轨连接,所述上臂板的上端与所述滑台中的滑块连接,且所述滑块滑动设于所述固定导轨上,所述上臂板通过所述滑台能在所述上臂连杆上直线移动。
4.根据权利要求3所述的用于关节错位补偿的肘腕关节康复机器人,其特征在于,所述前臂组件包括前臂连接块、前臂连杆、前臂板和滑台,所述前臂板的后端与所述肘关节电机的输出轴连接,且所述前臂板的前端与所述滑台中的滑块连接,所述前臂连杆的后端与所述滑台中的固定导轨连接,且所述滑块滑动设于所述固定导轨上,所述前臂连杆通过所述滑台能在所述前臂板上直线移动。
5.根据权利要求4所述的用于关节错位补偿的肘腕关节康复机器人,其特征在于,所述滑台滑动设于所述固定导轨上,所述调节螺母和锁紧螺母对称设置在所述滑台的两端,用于所述滑台在所述固定导轨上位置调节与锁紧,所述固定导轨两端设有限位槽,限制所述滑台滑动位移。
6.根据权利要求1所述的用于关节错位补偿的肘腕关节康复机器人,其特征在于,所述固定组件包括导轨、训练握柄、锁紧件和限位块,所述导轨对称设于所述腕部袖环上,所述训练握柄两端滑动嵌设于所述导轨的滑槽内且沿所述导轨直线往复运动,所述锁紧件穿过设于所述训练握柄上的通孔抵接在所述导轨的内侧板上,所述限位块固定设于所述导轨的前端。
7.根据权利要求1所述的用于关节错位补偿的肘腕关节康复机器人,其特征在于,所述驱动组件设置为六组,且所述六组驱动组件对称设于所述机架的顶部,所述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所述机架上,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。
8.一种实现权利要求1~7之一所述的用于关节错位补偿的肘腕关节康复机器人的补偿方法,其特征在于,其包括以下步骤:
S1、将上肢放置于肘部执行机构以及腕部并联机构中,通过肘部护具使上臂和前臂分别固定在上臂连杆以及前臂连杆上;
S2、调节上臂组件以及前臂组件中滑台的位置,使得所述上臂组件以及前臂组件能适应于臂长,同时调节所述固定组件,使得能够手握训练握柄;
S3、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所述腕部并联机构之间的偏角γ以及由于所述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,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;
S4、将计算得到的腕关节与所述腕部并联机构之间的偏角γ以及所述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,所述人机交互系统通过内置的所述腕部并联机构反解程序计算出所述钢丝绳的拉伸长度,进而驱动所述驱动电机控制所述腕部袖环在工作空间内运动。