CN101822605B - 中风患者早期康复训练的辅助器械 - Google Patents
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Abstract
本发明属于医疗器械类，有关一种中风患者早期康复训练的辅助器械及方法，其中：气囊夹持器的内部由三个以上的手动充气加压、泄压的气囊，气囊之间由充气导管连通，并粘结在圆环状的支承圈内圆柱表面上，回转圈带动支承圈及气囊可绕回转轴做垂直于回转圈轴线的回转运动，进行康复训练时，首先进行数据采集，康复医师用手握持患者患侧肢体进行康复训练运动，形成一套完整的康复训练动作程式，数据采集完成后被送至计算机进行数据处理，计算机处理后的康复训练运动数据被传送到康复训练室的工业机器人，并由工业机器人将运动数据由康复训练床坐标系表示变换为由工业机器人坐标系表示，由机器人通过气囊夹持器夹持患者的手腕部或脚踝部，按康复训练运动数据要求进行往复训练，直至一次训练的定时终止。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械类，有关一种中风患者早期康复训练的辅助器械及方法，尤其是采用工业机器人帮助中风患者早期康复训练的辅助器械及方法。
背景技术
目前，公知的中风患者早期康复训练主要由康复医师人工实施。康复训练过程中，康复医师与患者一对一，康复医师手持患者患侧肢体的特定部位-手腕部或脚踝部，按照康复训练运动规范进行重复性的康复训练，每次康复训练持续约40分钟。这种康复训练方式占用康复医师数量多，康复医师劳动强度大，且康复训练质量受康复医师技能水平、情绪状态、体能状态的影响而处于波动的不稳定状态。
发明内容
为了克服现有中风患者早期康复训练方法占用康复医师数量多，康复医师劳动强度大，康复训练质量受人为因素干扰不稳定等问题，本发明提出了一种中风患者早期康复训练的辅助器械及方法。
本发明的技术方案是采用康复训练的辅助器械-气囊夹持器和一整套完备的训练方法实现的：
在康复训练中心设置康复训练运动数据采集室一间和与康复训练运动数据采集室相邻的康复训练室一间。康复训练运动数据采集室内设置三维运动捕捉系统一套、能够限定患者平躺方位且设置了坐标系的康复训练床一张；
康复训练运动数据采集时，将中风患者按限定的方位平躺于康复训练床上，康复医师用手握持患者患侧肢体进行康复训练运动，形成一套完整的康复训练动作程式，同时，三维运动捕捉系统开始工作，采集康复医师手背部三测量点信息，形成康复训练运动数据。
数据采集完成后，患者被转至康复训练室，康复训练运动数据被送至计算机进行数据处理。计算机数据处理的内容包括：将康复医师手背部三测量点空间轨迹信息通过平面中心及法矢量求解转换为一条轨迹及一种姿态信息的数据转换，通过判断点与点之间的距离变化和姿态变化是否突破阈值来进行异常点剔除，通过最小二乘法进行曲线与姿态拟合，依据工业机器人的工作速度提取康复训练运动数据，通过坐标变换将康复训练运动数据由三维运动捕捉系统坐 标系表示转换为由康复训练床坐标系表示。计算机处理后的康复训练运动数据被传送到康复训练室的工业机器人。康复训练室安装有数张康复训练床和数台工业机器人。康复训练室中康复训练床的状态、安放方位、对患者平躺方位的限定与康复训练运动数据采集室的康复训练床一样，康复训练室中工业机器人可以在康复训练床附近做一定范围的水平移动，以适应不同体态患者康复训练的需要，工业机器人每次移动的方位与距离被记录，以便标定工业机器人在康复训练床坐标系中的位置。工业机器人收到康复训练运动数据后，要将运动数据由康复训练床坐标系表示变换为由工业机器人坐标系表示，然后调用工业机器人内部程序进行正解运算，将康复训练运动数据转变为工业机器人各关节对应的运动数据。中风患者进入康复训练室后，按限定的方位要求平躺于康复训练床上，工业机器人通过气囊夹持器夹持患者的手腕部或脚踝部，带动患者患侧肢体按康复训练运动数据要求进行往复训练，直至一次训练的定时终止。
本发明的康复训练的方法：
在康复训练中心设置康复训练运动数据采集室，进行康复训练运动数据采集时，将患者按限定的方位平躺于康复训练床上，康复医师用手握持患者患侧肢体进行康复训练运动，形成一套完整的康复训练动作程式；
在康复师对患者进行康复训练的同时，三维运动捕捉系统开始工作，采集康复医师手背部三测量点的信息，形成康复训练运动数据，数据采集完成后，患者被转至康复训练室；
康复训练运动数据被送至计算机进行数据处理，计算机数据处理的内容包括：将医师手背部三测量点的空间轨迹信息通过平面中心及法矢量求解转换为一条轨迹及一种姿态信息的数据转换，通过判断点与点之间的距离变化和姿态变化是否突破阈值来进行异常点剔除，通过最小二乘法进行曲线与姿态拟合，依据工业机器人的工作速度提取康复训练运动数据，通过坐标变换将康复训练运动数据由三维运动捕捉系统坐标系表示转换为由康复训练床坐标系表示；
康复训练室安装有康复训练床和工业机器人，计算机处理后的康复训练运动数据被传送到康复训练室的工业机器人，康复训练室安装有数张康复训练床和数台工业机器人，康复训练室中康复训练床的状态、安放方位、对患者平躺方位的限定与康复训练运动数据采集室的康复训练床一样，康复训练室中工业机器人能够在康复训练床附近做一定范围的水平移动，以适应不同体态患者康复训练的需要，工业机器人每次移动的方位与距离被记录，以便标定工业机器人在康复训练床坐标系中的位置；
工业机器人收到康复训练运动数据后，将运动数据由康复训练床坐标系表 示变换为由工业机器人坐标系表示，然后调用工业机器人内部程序进行正解计算，将康复训练运动数据转变为工业机器人各关节对应的运动数据；
中风患者进入康复训练室后，按限定的方位要求平躺于康复训练床上，工业机器人通过气囊夹持器夹持患者的手腕部或脚踝部，由机器人带动患者患侧肢体按康复训练运动数据要求进行往复训练，直至一次训练的定时终止；
根据患者康复训练的需要，重复前述的康复训练步骤，使中风患者身体状况得到一定程度的改善，直至最后痊愈；若训练新内容，则进入康复训练运动数据采集室，重新开始时的步骤以及随后的完整步骤。
为增强工业机器人通过气囊夹持器夹持患者手腕部或脚踝部的可靠性和安全性，本发明设计了一种气囊夹持器，其具体结构包括：
气囊夹持器的内部由三个以上均匀对称分布或不对称分布的手动充气加压、泄压的气囊；
气囊之间由充气导管连通，并粘结在圆环状的支承圈内圆柱表面上；
支承圈的外圆柱表面上制有凹槽，凹槽内安装了带有开口边并由螺钉、螺母紧固的回转圈，支承圈由特氟龙材料制成；
回转圈与支承圈之间留有可做自由同轴回转运动的间隙；
回转圈在开口边上与夹杆用一回转销连接，回转圈带动支承圈及气囊可绕回转轴做垂直于回转圈轴线的回转运动；
夹杆的颈部被工业机器人的末端执行器夹持，并可绕颈部轴线做轴向回转运动。
本发明的有益效果是：
1、把康复医师从繁重的体力劳动中解放出来，并且可以使高水平的康复医师诊疗更多的患者，给更多的中风患者解除病痛带来的痛苦和不便。
2、康复师的训练水平完全体现在康复训练的三维运动捕捉系统采集的康复训练运动数据中，训练过程中不受人为因素干扰，康复训练质量稳定。
3、气囊夹持器夹持患者肢体稳固，并可做三自由度回转运动，避免康复训练过程中患者肢体被扭伤。
附图说明：
图1是康复训练工作流程图。
图1中序号含义如下：1.康复训练运动数据采集室，2.康复训练床，3.三维运动捕捉系统，4.计算机，5.康复训练室，6、8、n.工业机器人，7、9、n+1.康复训练床。
图2是计算机数据处理主程序流程图。
图3是工业机器人数据处理程序流程图。
图4是气囊夹持器结构图。
图4中序号含义如下：1.手动充气胶袋，2.控制阀，3.回转圈，4.支承圈，5.气囊，6.导管，7.螺钉螺母，8.回转销，9.夹杆，10.螺母，11.滑动垫圈，12.开口销。
具体实施方式
康复训练的过程如附图1所示：患者首先被送入康复训练运动数据采集室1中，并按限定的方位平躺于康复训练床2上，康复医师用手握持患者患侧肢体的手腕部或脚踝部进行康复训练运动，形成一套完整的、合理的康复训练动作程式，同时，三维运动捕捉系统3采集康复训练运动数据；数据采集完成后，患者被转至康复训练室5内，康复训练运动数据被传送至计算机4中进行数据处理，计算机处理后的康复训练运动数据被传送到康复训练室5内的工业机器人6或8或n。工业机器人6或8或n收到康复训练运动数据后，要进行坐标变换、工业机器人各运动关节运动参数求解；中风患者进入康复训练室5后，按限定的方位要求平躺于康复训练床7或9或n+1上。工业机器人通过气囊夹持器夹持患者的手腕部或脚踝部，带动患者患侧肢体按康复训练运动数据要求进行反复训练，直至一次训练的定时终止。
计算机数据处理主程序流程如附图2所示。数据处理内容为数据转换、异常点剔除、曲线与姿态拟合、运动数据提取、运动数据的坐标变换。
工业机器人数据处理程序流程如附图3所示。数据处理内容为坐标变换、工业机器人各运动关节运动参数求解。
如附图4所示，气囊夹持器由手动充气胶袋1、控制阀2、回转圈3、支承圈4、气囊5、导管6、螺钉螺母7、回转销8、夹杆9、螺母10、滑动垫圈11和开口销12组成。其中手动充气胶袋1用于提供给气囊夹持器一定的压力，由人工适当加压而完成充气，并通过导管6充斥到4个气囊5中，以便以一定的压力且是柔软地使气囊5夹紧在人体保健部位的手臂或脚踝上，控制气阀2用于控制气囊夹持器保持一定的压力范围，气囊5粘结在圆环状的支承圈4内圆柱表面上；支承圈4由特氟龙材料制成，外圆柱表面上制有凹槽，凹槽内安装了带有开口边并由螺钉螺母7紧固的回转圈3，回转圈3与支承圈4之间留有一定的间隙，可做自由的同轴回转运动；回转圈3在开口边上与夹杆9用回转销8连接，回转销8上穿有开口销12，防止回转销8轴向串动，回转圈3带动支承圈4及气囊5可绕回转销8做回转运动；夹杆9的颈部(滑动垫圈11以下部分)被工业机器人的末端执行器做间隙夹持，滑动垫圈11和螺母12配合作用防止夹持脱落，使夹杆9可绕其颈部轴线做回转运动。气囊夹持器具有三个转动自由度，在夹持患者肢体运动时，防止对患者肢体扭伤。
Claims (1)
1.一种中风患者早期康复训练的辅助器械，其特征在于：
一气囊夹持器，其内部由三个以上均匀对称分布或不对称分布的手动充气加压、泄压的气囊；
气囊之间由充气导管连通，并粘结在圆环状的支承圈内圆柱表面上；
支承圈的外圆柱表面上制有凹槽，凹槽内安装了带有开口边并由螺钉、螺母紧固的回转圈，支承圈由特氟龙材料制成；
回转圈与支承圈之间留有可做自由同轴回转运动的间隙；
回转圈在开口边上与夹杆用一回转销连接，回转圈带动支承圈及气囊可绕回转轴做垂直于回转圈轴线的回转运动；
夹杆的颈部被工业机器人的末端执行器夹持，并可绕颈部轴线做回转运动。
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