CN101474120A - 组合式上肢康复训练机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合式上肢康复训练机械臂，包括直流电机、第二机械臂、第三机械臂和第二手柄，直流电机双出轴的一端连接有位置传感器，另一端连接有扭矩传感器，在扭矩传感器的另一端上设有第一轴，在第一轴上连接有第一机械臂且第一轴与第一机械臂的一端转动连接，第一机械臂，第二机械臂和第三机械臂上分别设有可以同第一轴，第二轴和第二手柄转动连接的孔，由第一机械臂，第二机械臂，第三机械臂串联或者并联组成五种不同的组合训练方式，可以实现有医护人员参与的康复训练方案，也可以实现由机器人自主完成的康复训练方案。本上肢康复训练机械臂具有结构简单，控制准确，运行安全可靠，灵活多变等优点，能满足康复医学临床的要求。

Description

组合式上肢康复训练机械臂

技术领域

本发明涉及一种应用于中风、脊髓损伤和各种事故引起的肢体功能障碍患者的康复训练器械，尤其涉及一种组合式上肢康复训练机械臂。

背景技术

康复医学是四大医学学科之一，随着康复医学工程的发展，患者的完全康复越来越受重视，运动康复训练是目前应用最广泛的康复医疗项目，康复医学临床研究表明，中风患者进行患侧肢体康复训练是十分重要和关键的医疗手段。对于因中风、脊髓损伤和各种事故引起的肢体功能残障的患者来说，及时进行康复训练，尤其是在病损后的前三个月内进行正确的康复训练，大体上就可以有效恢复神经肌肉的功能，大大减轻残疾的程度，提高其生活质量。目前我国肢体残疾者中的大多数属于后天残疾，而其中相当一部分人的残疾则是因为未能得到及时、正确的康复训练而造成的。因此，肢体康复训练机器人的研究将为这些患者带来福音，具有极其重要的社会意义，人人享有康复服务也因此成为我国“十一五”规划的一个重要目标。

这个领域的一个重要特点是康复训练的方法对康复训练的效果影响很大，而康复训练的方法又依赖于康复训练所采用的器械，因此，智能机器人技术在康复医疗机器人技术成为康复医学工程中极为重要的技术之一，另一方面，作为医学和工程技术结晶的康复医疗机器人技术也成为当前机器人领域研究的前沿和热点。

康复训练通常需要有四种训练模式或过程，即被动训练模式、助力训练模式、主动训练模式、阻尼训练模式。现有的康复训练装置主要是各种类型的CPM(Continuous Passive Motion，连续被动运动)机，CPM机可以实现被动模式，即机械臂带动人手关节进行往复的运动，少量的CPM机可以实现主动训练模式，但总的来说，CPM机结构过于简陋，功能单一，不能进行多种模式的康复训练，也远远不能满足康复医学临床的要求；现在有较多研究的康复训练机器人还处于探索阶段，大多数都考虑了多种康复训练模式，但结构多以工业机器人为蓝本，没有很好的考虑康复训练过程的特点。首先，病人的康复训练首先是在专业医生的指导和参与下完成的，多数情形下是从专业医生手把手的指导下开始的，而后由病人的家属或护士对病肢反复牵引运动，这一过长漫长而且劳动强度很大，其二，此过程的一个重要特点医生在指导病人训练时要靠“感觉”获知病人的“反馈”以对训练方法做出评估，因此人工方式的被动康复训练难以针对病人的训练方法作定量的、精确的评估，也不能针对病人的个体差异制定有针对性的康复训练方案；其三，工业机器人用于康复训练显得比较笨重，控制复杂，只能实现四种模式中的部分模式或功能。综上所述，目前的康复训练器械存在多种欠缺，有必要研究新的多功能综合康复器械来满足康复训练的要求。

发明内容

本发明针对康复训练的特点，提供一种可用于上肢康复训练的多功能组合式上肢康复训练机械臂，它可以实现多种康复训练模式，并且具有结构简单，成本低廉，功能齐全，适用性强的特点。

本发明采用如下技术方案：

一种组合式上肢康复训练机械臂，包括直流电机、第二机械臂、第三机械臂和第二手柄，直流电机双出轴的一端连接有位置传感器，另一端连接有扭矩传感器且与扭矩传感器的一端连接，在扭矩传感器的另一端上设有第一轴，在第一轴上连接有第一机械臂且第一轴与第一机械臂的一端转动连接，在第一机械臂的另一端上设有第二轴，在所述的第二机械臂的一端设有能与第一轴相适配且实现相对转动的一轴第一孔，在所述的第二机械臂的另一端设有能与第二轴相适配且实现相对转动的一轴第二孔，在所述的第三机械臂的一端设有能与第一轴相适配且实现相对转动的二轴第一孔，在所述的第三机械臂的另一端设有能与第二轴相适配且实现相对转动的二轴第二孔，并且，一轴第一孔、一轴第二孔、二轴第一孔和二轴第二孔能与第二手柄相适配且实现相对转动。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明的机械臂为组合式结构，首先，三个机械臂可以组合成五种组合方式以满足康复训练的四种训练模式的需要，即被动训练模式、助力训练模式、主动训练模式、阻尼训练模式，可以实现有医护人员参与的康复训练方案，也可以实现由机器人自主完成的康复训练方案；其次，五种不同的组合方式能让康复程度不同的患者都得到合适且充分的训练，训练的强度以及受训练的肌肉和关节可以随着三个机械臂组合方式的不同而改变，使康复训练更具有针对性。再次，由机械臂多种组合方式易于实现且造价低廉，具有结构简单，操作方便的特点。

2、采用扭矩传感器测量阻尼力，采用位置传感器测量机械臂所在位置，将测量结果反馈给控制器构成闭环控制，使医生能针对病人的训练方法作出定量的、精确的评估，防止病人受到二次伤害。

综上，本上肢康复训练机械臂具有结构简单，控制准确，运行安全可靠，灵活多变且造价低廉等优点，能满足康复医学临床的要求。

附图说明

图1是本发明实施例的上肢康复机械臂的立体示意图。

图2是本发明实施例的上肢康复机械臂组合方式一的立体示意图。

图3是本发明实施例的上肢康复机械臂组合方式二的立体示意图。

图4是本发明实施例的上肢康复机械臂组合方式三的立体示意图。

图5是本发明实施例的上肢康复机械臂组合方式四的立体示意图。

图6是本发明实施例的上肢康复机械臂组合方式五的立体示意图。

具体实施方式

一种用于上肢康复训练的康复训练机械臂，包括机械臂2、8、9，扭矩传感器7，直流电机5，位置传感器6以及支架4组成，该装置由机械臂2、8、9串联或者并联组成五种不同的组合训练方式，可以实现有医护人员参与的康复训练方案，也可以实现由机器人自主完成的康复训练方案。

具体实施方式如下：

一种组合式上肢康复训练机械臂，包括直流电机5、第二机械臂8、第三机械臂9和第二手柄13，直流电机5双出轴的一端连接有位置传感器6，另一端连接有扭矩传感器7且与扭矩传感器7的一端连接，在扭矩传感器7的另一端上设有第一轴1，在第一轴1上连接有第一机械臂2且第一轴1与第一机械臂2的一端转动连接，在第一机械臂2的另一端上设有第二轴3，在所述的第二机械臂8的一端设有能与第一轴1相适配且实现相对转动的一轴第一孔81，在所述的第二机械臂8的另一端设有能与第二轴3相适配且实现相对转动的一轴第二孔82，在所述的第三机械臂9的一端设有能与第一轴1相适配且实现相对转动的二轴第一孔91，在所述的第三机械臂9的另一端设有能与第二轴3相适配且实现相对转动的二轴第二孔92，并且，一轴第一孔81、一轴第二孔82、二轴第一孔91和二轴第二孔92能与第二手柄13相适配且实现相对转动。

下文结合附图以及具体实施例对本发明的上肢康复机械臂的五种组合方式进行详细描述。

参照图2，上肢康复机械臂组合方式一在第一轴1上连接有第一机械臂2且第一轴1与第一机械臂2的一端转动连接，在第一机械臂2的另一端上设有第二轴3，第二机械臂8的一端通过一轴第一孔81转动连接第一轴1，另一端通过一轴第二孔82转动连接第二轴3，患者手臂10握住第一手柄11并摆放如参照图2所示。在康复训练时中此种组合方式可完成四种模式的训练。由直流电机5带动机械臂水平来回摆动，此为康复训练的被动训练模式；由直流电机5输出一定的力矩，患者作为机构的动力源，当患者能完成连续动作时，电机的输出很小或者为零，当患者在某一位置发生运动障碍不能动作，这是扭矩传感器7的读数将要变小或者为零，电机将按一定输出方式工作，帮助患者完成连续运动；由直流电机5提供一定的阻尼力并让患者克服此阻尼力来回水平摆动，此为康复训练的阻尼训练模式；直接由患者自主水平来回摆动，此为康复训练的主动训练模式。被动训练模式可以通过扭矩传感器7和位置传感器6测量得力矩和位置信息并通过闭环控制直流电机5来改变机械臂摆动的速度和力度，可以减轻医护人员的工作强度。助力训练模式适用于患者已经初步恢复运动知觉，要进行连续运动功能训练情形。阻尼训练模式也可以通过扭矩传感器7和位置传感器6测量得力矩和位置信息来监控训练效果，适合于患者已经具有连续的运动知觉，但还不够流畅情形下的康复训练。主动训练模式适用于患者已经具有完整的运动知觉，但肌肉和神经系统还不协调，肌肉运动还不够有力，与采用简单器械(如哑铃)等相比，采用本机械臂的优点是可以有针对性的制定康复训练方案并可以对方案进行实时评价。

参照图3，上肢康复机械臂组合方式二在第一轴1上连接有第一机械臂2且第一轴1与第一机械臂2的一端转动连接，在第一机械臂2的另一端上设有第二轴3，第二机械臂8的一端通过一轴第一孔81转动连接第二轴3，患者手臂10握住第一手柄11并摆放如参照图3所示。在康复训练中此种组合方式同样可完成四种模式的训练，即主动训练模式、被动训练模式、阻尼训练模式和助力训练模式。与组合方式一不同的是，第一机械臂2和第二机械臂8可放置为任意的θ角，使康复训练的运动轨迹更加灵活，随着患者康复训练程度的不同可设置不同的θ角。

参照图4，上肢康复机械臂组合方式三在第一轴1上连接有第一机械臂2且第一轴1与第一机械臂2的一端固接，在第一机械臂2的另一端上设有第一手柄11，在第一轴1上还连接有第二机械臂8且第一轴1与第二机械臂8的一端固接，在第二机械臂8的另一端上设有第二手柄13，患者手臂10握住第一手柄11和医护人员12握住第二手柄13并摆放如参照图4所示。在康复训练中此种组合方式同样可完成四种模式的训练，但此种组合方式具有医护人员人工康复训练或示教功能，处于主动地位的医护人员能准确、直接的体会患者感觉，制定更合适的康复训练方案。医护人员操作第二手柄13来回水平摆动带动患者运动，从而完成在医护人员指导下的康复训练。

参照图5，上肢康复机械臂组合方式四在第一轴1上连接有第一机械臂2且第一轴1与第一机械臂2的一端固接，在第一机械臂2的另一端上设有第二轴3，第二机械臂8的一端通过一轴第一孔81转动连接第二轴3，在第一轴1上还连接有第三机械臂9且第一轴1与第三机械臂9的一端固接，在第二机械臂8的另一端上设有第二手柄13，第一机械臂2和第二机械臂8成θ角，患者手臂10握住第一手柄11和医护人员12握住第二手柄13并摆放如参照图5所示。在康复训练中此种组合方式同样可完成四种模式的训练，此种组合方式具有医护人员人工康复训练或示教功能，并适用于患者肌肉无力时可将手臂重量压在第二机械臂8上，第一机械臂2和第二机械臂8之间的θ角可随着患者康复训练程度的不同而改变，运动方式更加灵活，运动范围和运动幅度也相对比较大。

参照图6，上肢康复机械臂组合方式五由第一机械臂2、第二机械臂8和第三机械臂9组合成三角形的结构，患者手臂10握住第一手柄11放置于第一机械臂2上，医护人员手臂12握住第二手柄13并摆放如参照图6所示。此种组合方式可由医护人员推动三角架带动患者手臂完成康复训练，此种结构使运动轨道更加灵活多变，且处于主动地位的医护人员能准确、直接的体会患者感觉，制定更合适的康复训练方案。

Claims (1)

1、一种组合式上肢康复训练机械臂，其特征在于包括直流电机(5)、第二机械臂(8)、第三机械臂(9)和第二手柄(13)，直流电机(5)双出轴的一端连接有位置传感器(6)，另一端连接有扭矩传感器(7)且与扭矩传感器(7)的一端连接，在扭矩传感器(7)的另一端上设有第一轴(1)，在第一轴(1)上连接有第一机械臂(2)且第一轴(1)与第一机械臂(2)的一端转动连接，在第一机械臂(2)的另一端上设有第二轴(3)，在所述的第二机械臂(8)的一端设有能与第一轴(1)相适配且实现相对转动的一轴第一孔(81)，在所述的第二机械臂(8)的另一端设有能与第二轴(3)相适配且实现相对转动的一轴第二孔(82)，在所述的第三机械臂(9)的一端设有能与第一轴(1)相适配且实现相对转动的二轴第一孔(91)，在所述的第三机械臂(9)的另一端设有能与第二轴(3)相适配且实现相对转动的二轴第二孔(92)，并且，一轴第一孔(81)、一轴第二孔(82)、二轴第一孔(91)和二轴第二孔(92)能与第二手柄(13)相适配且实现相对转动。

Images