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。
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、第一滑台和上臂板,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第一滑台中的第一固定导轨连接,所述上臂板的上端与所述第一滑台中的第一滑块连接,且所述第一滑块滑动设于所述第一固定导轨上,所述上臂板通过所述第一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、前臂板和第二滑台,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第二滑台中的第二滑块连接,所述前臂连杆的后端与所述第二滑台中的第二固定导轨连接,且所述第二滑块滑动设于所述第二固定导轨上,所述前臂连杆通过所述第二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,所述第一滑台滑动设于所述第一固定导轨上,第一调节螺母和第一锁紧螺母对称设置在第一滑台的两端,用于所述第一滑台在所述第一固定导轨上位置调节与锁紧,所述第一固定导轨两端设有限位槽,限制所述第一滑台滑动位移;所述第二滑台滑动设于所述第二固定导轨上,第二调节螺母和第二锁紧螺母对称设置在第二滑台的两端,用于所述第二滑台在所述第二固定导轨上位置调节与锁紧,所述第二固定导轨两端设有限位槽,限制所述第二滑台滑动位移。
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。