CN101816603B - 带有康复机械臂的电动轮椅装置 - Google Patents

带有康复机械臂的电动轮椅装置 Download PDF

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一种属于康复工程技术领域的带有康复机械臂的电动轮椅装置,包括:电动轮椅、控制驱动机构、安装架和机械臂,安装架设置于电动轮椅的后部,机械臂和安装架相连,控制驱动机构设于电动轮椅的底部,控制驱动机构分别与电动轮椅、安装架和机械臂相连以输出控制驱动信号。被动训练模式下,由电机输出驱动力矩,带动患者患肢模拟完成一些日常动作,主要用于患者恢复初期;主动训练模式下,患者依靠自身力量实现上肢各关节运动,机械臂在跟随运动中对上肢运动参数进行监测,对患者起到一定保护作用,主要用于恢复训练后期;辅助训练模式通过患肢动作分析预测患者运动意图,利用机械臂实现在意图方向上的运动,辅助患者完成相关训练动作。

Description

带有康复机械臂的电动轮椅装置
技术领域
[0001] 本发明涉及的是一种康复工程技术领域的机械装置,尤其涉及的是一种带有康复机械臂的电动轮椅装置。
技术背景
[0002]目前我国由于中风、脊髓损伤以及各种事故引起的肢体功能障碍患者有877万人,而其中半数以上可以通过训练改善肢体功能。相对于下肢的康复,由于人体的上肢以灵活协调和技能性运动为主,一旦发生上肢功能障碍,很难获得代偿,而且运动量和刺激量的不足导致恢复速度明显慢于下肢康复速度。因此,康复训练对上肢功能的恢复尤为重要,上肢康复训练的目的在于促进运动,恢复功能性活动。传统的上肢康复训练是首先是从专业医生手把手的指导下开始,而后由病人的健康上肢或其家属、护士人工对病人患肢进行反 复牵弓I。随着科学技术的发展,医疗机器人技术得到快速发展,康复机器人就是机器人技术在康复医疗方面的新应用。由于机器人不存在疲倦问题,能够满足不同患者的训练强度要求,因而更加适合于患者单独进行康复训练。
[0003] 经对现有技术文献的检索发现,中国发明专利公开号:CN101357097,名称:五自由度外骨骼式上肢康复机器人,该装置包括安装机器人的安装架,安装架设计有导轨,导轨上安装升降架,升降架上带有高度调节机构,可旋转安装臂通过旋转轴安装在升降架上,由横肩、上臂、前臂和手柄构成的康复机械臂本体安装在可旋转安装臂上,5个自由度关节,5个驱动电机分别安装在各个关节的转动轴线上,与驱动电机级联的四个力矩传感器分别安装在肩部、肘部及腕部,其中肩部两个、肘部一个、腕部屈伸处一个,力矩传感器作为传动装置及检测装置连接电机减速器与执行机构。该装置底座下部带有移动滚轮,能够调整装置的位置,但是由于移动滚轮不具有电动驱动能力,使得患者移动装置比较困难,特别是对于那些由于偏瘫造成的一侧上下肢体运动障碍患者,这就限制了患者使用康复机械臂时的活动范围,为患者康复带来不便。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种带有康复机械臂的电动轮椅装置,将康复机械臂和电动轮椅的功能融合起来,使患者能够使用康复机械臂进行一些康复性训练,同时要解决装置移动不灵活导致的患者活动范围受限制问题。
[0005] 本发明是通过以下技术方案实现的,本发明包括:电动轮椅、控制驱动机构、安装架和机械臂,其中:安装架设置于电动轮椅的后部,机械臂和安装架相连,控制驱动机构设于电动轮椅的底部,控制驱动机构分别与电动轮椅、安装架和机械臂相连以输出控制驱动信号。
[0006] 所述的安装架包括:支撑杆、支架扭转电机和横杆,其中:支撑杆设于电动轮椅的后部,支撑杆上设有横杆,横杆和机械臂相连,支架扭转电机固定在支撑杆上端,支架扭转电机的输出轴和横杆相连。[0007] 所述的机械臂包括:肩部屈伸电机、上臂、肘关节、肘关节屈伸扭转电机、前臂、腕关节扭转电机和末端扶手,其中:肩部屈伸电机设置于横杆的末端,肩部屈伸电机的输出轴和上臂相连,肘关节和上臂相连,肘关节屈伸电机设置于肘关节内,前臂和肘关节屈伸电机的输出轴相连,前臂的末端设有腕关节扭转电机,腕关节扭转电机的输出轴和末端扶手相连。
[0008] 所述的电动轮椅包括:主动轮、从动轮、底箱、座椅、控制杆和轮椅扶手,其中:座椅设置在底箱之上,主动轮设于底箱的后部,从动轮设于底箱的前部,座椅的两侧设有轮椅扶手,控制杆设于轮椅扶手上,控制驱动机构放置于底箱内部。
[0009] 所述的主动轮包括:转轮、驱动电机、输出轴套、减速器和编码器,其中:转轮和输出轴套相连,输出轴套设于减速器的输出轴上,减速器设于驱动电机的输出端,编码器固定设于驱动电机的末端,输出轴套的一端和减速器的转轴相连,另一端固定在转轮上。
[0010] 所述的控制驱动机构包括:传感器、驱动器、控制机箱和电源,其中:控制机箱和电源相连,控制杆和控制机箱相连,控制机箱和驱动器相连以传输控制信号,传感器分别与控制机箱、驱动电机、支架扭转电机、肩部屈伸电机、肘关节屈伸电机和腕关节扭转电机相·连以传输位置和速度信号,驱动器分别与驱动电机、支架扭转电机、肩部屈伸电机、肘关节屈伸电机和腕关节扭转电机相连以传输运动控制信号。
[0011] 所述的控制机箱包括控制芯片,控制芯片接收控制杆控制信号和传感器反馈的信号,输出各个电机的驱动信号。
[0012] 所述的电源为交流电和蓄电池组。
[0013] 患者通过轮椅扶手上的控制杆可以控制电动轮椅的自由移动以及机械臂各关节的运动,由控制杆输入的控制信号和传感器反馈的位置和速度信号同时进入控制机箱,经过控制算法运算,得到控制的输出量,输出到各驱动电机执行相应的动作,患者可以手握机械臂末端扶手,由康复机械臂带动上肢完成各种动作。
[0014] 本发明相比现有技术具有以下优点:本发明的使用使得患者在接受治疗时能够方便地进行移动,解决了以往技术要求患者固定在座椅上在相对固定地方进行训练的弊端,同时减轻了家属及护理人员的工作量。本发明中康复机械臂的训练模式多样,主要有被动训练、主动训练和辅助训练模式。被动训练模式下,由电机输出驱动力矩,带动患者患肢模拟完成一些日常动作,主要用于患者恢复初期;主动训练模式下,患者依靠自身力量实现上肢各关节运动,机械臂在跟随运动中对上肢运动参数进行监测,对患者起到一定保护作用,主要用于恢复训练后期;辅助训练模式通过患肢动作分析预测患者运动意图,利用机械臂实现在意图方向上的运动,辅助患者完成相关训练动作。
附图说明
[0015] 图I是本发明的结构示意图;
[0016] 图2是本发明电动轮椅的结构示意图;
[0017] 图3是本发明机械臂的后视图;
[0018] 图4是本发明主动轮的结构示意图;
[0019] 图5是本发明控制驱动机构的结构示意图;
[0020] 图6是本发明的控制原理图。具体实施方式
[0021] 下面对本发明的实施例作详细说明,本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0022] 如图I所示,本实施例包括:电动轮椅I、控制驱动机构2、安装架3和机械臂4,其中:安装架3设置于电动轮椅I的后部,机械臂4和安装架3相连,控制驱动机构2设于电动轮椅I的底部,控制驱动机构2分别与电动轮椅I、安装架3和机械臂4相连以输出控制驱动信号。
[0023] 如图2所示,电动轮椅I包括:脚踏板5、从动轮6、座椅7、主动轮8、支架平台9、底箱10、轮椅扶手11和控制杆12,其中:座椅7设置在底箱10之上,主动轮8设于底箱10的两侧,从动轮6设于底箱10的前部两侧,座椅7的两侧设有轮椅扶手11,扶手11上安装有运动控制杆12,控制驱动机构2放置于底箱10内部,支架平台9设于座椅7的后部,用于 放置安装架3,脚踏板5固定于座椅7的前部,用于放置使用者的脚。
[0024] 如图3所示,机械臂4包括:肘关节13、末端扶手14、腕关节扭转电机15、前臂16、肘关节屈伸电机17、上臂18和肩部屈伸电机19,其中:肩部屈伸电机19设置于安装架3的末端,肩部屈伸电机19的输出轴和上臂18相连,肘关节13和上臂18相连,肘关节屈伸电机17设置于肘关节13内,前臂16和肘关节屈伸电机17的输出轴相连,前臂16的末端设有腕关节扭转电机15,腕关节扭转电机15的输出轴和末端扶手14相连。
[0025] 所述的机械臂4是铝制成,轻便可靠。前臂16和上臂18上设有半圆型或U字形固定套,可以根据患者的患肢情况方便地进行调整。
[0026] 所述的安装架3包括:横杆20、支架扭转电机21和支撑杆22,其中:支撑杆22设于电动轮椅I的后部的支架平台9上,支撑杆22上设有横杆20,横杆20的末端和肩部屈伸电机19相连,支架扭转电机21固定在支撑杆22的顶端,支架扭转电机21的输出轴和横杆20相连。
[0027] 如图4所示,主动轮8包括:转轮23、驱动电机24、输出轴套25、减速器26和编码器27,其中:转轮23和输出轴套25相连,输出轴套25设于减速器26的输出轴上,减速器26设于驱动电机24的输出端,编码器27固定设于驱动电机24的末端,输出轴套25的一端和减速器26的转轴相连,另一端固定在转轮23上。
[0028] 如图5所示,控制驱动机构2包括:传感器(图中未显示)、驱动器28、控制机箱29和电源30,其中:控制机箱29和电源30相连,控制杆12和控制机箱29相连,控制机箱29和驱动器28相连以传输控制信号,传感器分别与控制机箱29、驱动电机24、支架扭转电机21、肩部屈伸电机19、肘关节屈伸电机17和腕关节扭转电机15相连以传输位置和速度信号,驱动器28分别与驱动电机24、支架扭转电机21、肩部屈伸电机19、肘关节屈伸电机17和腕关节扭转电机15相连以传输运动控制信号。
[0029] 所述的控制机箱29包括控制芯片,控制芯片接收控制杆12的控制信号和传感器反馈的信号,输出各个电机的驱动信号。
[0030] 所述的电源30是交流电和/或蓄电池组,可以拓宽使用范围。

Claims (4)

1. 一种带有康复机械臂的电动轮椅装置,包括:电动轮椅、控制驱动机构、安装架和机械臂,其特征在于,所述的电动轮椅包括:主动轮、从动轮、底箱、座椅、控制杆和轮椅扶手,其中:座椅设置在底箱之上,主动轮设于底箱的后部,从动轮设于底箱的前部,座椅的两侧设有轮椅扶手,控制杆设于轮椅扶手上,控制驱动机构放置于底箱内部; 所述的安装架包括:支撑杆、支架扭转电机和横杆,其中:支撑杆设于座椅的后部,支撑杆上设有横杆,支架扭转电机固定在支撑杆上端,支架扭转电机的输出轴和横杆相连;所述的机械臂包括:肩部屈伸电机、上臂、肘关节、肘关节屈伸电机、前臂、腕关节扭转电机和末端扶手,其中:肩部屈伸电机设置于横杆的末端,肩部屈伸电机的输出轴和上臂相连,肘关节和上臂相连,肘关节屈伸电机设置于肘关节内,前臂和肘关节屈伸电机的输出轴相连,前臂的末端设有腕关节扭转电机,腕关节扭转电机的输出轴和末端扶手相连; 所述的控制驱动机构包括:传感器、驱动器、控制机箱和电源,其中:控制机箱和电源相连,控制杆和控制机箱相连,控制机箱和驱动器相连以传输控制信号,传感器分别与控制机箱、主动轮、支架扭转电机、肩部屈伸电机、肘关节屈伸电机和腕关节扭转电机相连以传输位置和速度信号,驱动器分别与主动轮、支架扭转电机、肩部屈伸电机、肘关节屈伸电机 和腕关节扭转电机相连以传输运动控制信号; 所述的安装架设置于电动轮椅的后部,机械臂和安装架相连,控制驱动机构设于电动轮椅的底部,控制驱动机构分别与电动轮椅、安装架和机械臂相连以输出控制驱动信号;所述的主动轮包括:转轮、驱动电机、输出轴套、减速器和编码器,其中:转轮和输出轴套相连,输出轴套设于减速器的输出轴上,减速器设于驱动电机的输出端,编码器固定设于驱动电机的末端,输出轴套的一端和减速器的转轴相连,另一端固定在转轮上,驱动电机分别与传感器和驱动器相连; 所述的控制机箱包括控制芯片,控制芯片接收控制杆控制信号和传感器反馈的信号,输出各个电机的驱动信号。
2.根据权利要求I所述的带有康复机械臂的电动轮椅装置,其特征是,所述的机械臂是铝制成。
3.根据权利要求I所述的带有康复机械臂的电动轮椅装置,其特征是,所述的前臂和上臂上设有半圆型或U字形固定套。
4.根据权利要求I所述的带有康复机械臂的电动轮椅装置,其特征是,所述的电源是交流电或/和蓄电池组。
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