CN212490661U - 一种用于下肢康复治疗的智能医疗机器人 - Google Patents

Abstract

一种用于下肢康复治疗的智能医疗机器人，涉及到医疗器械技术领域，解决现有的下肢康复治疗的医疗机器人辅助性操作程序过多，患者未能充分发挥自我主观意识，不利于康复治疗等技术不足，包括有足部运动机器人系统，其特征在于，还包括有：支撑系统、减重系统、人体感知系统、微处理器控制系统及上位机控制系统；所述的减重系统包括有：悬吊支撑背带和起吊机构；人体感知系统包括有：传感信息处理器，以及分别与传感信息处理器连接的血压传感器、心率传感器和体温传感器；所述的传感信息处理器还连接有测量小腿处肌电信号的肌电传感器；极大的减少了辅助性操作程序，使患者能充分发挥自我主观意识，避免传统预定固定控制模式对患者肢体损伤。

Description

一种用于下肢康复治疗的智能医疗机器人

技术领域

本实用新型涉及到医疗器械技术领域，具体为一种下肢康复治疗的医疗机器人。

背景技术

近年来，运动障碍的患者主要在各大医院的康复医学科接受专门的康复训练治疗，社会对下肢步行康复训练的需求逐渐增加，而康复医疗师人才非常紧缺，加之传统的康复治疗方法有许多缺点，康复治疗师的康复经验及专业技能参差不齐，极大程度限制了患者康复的有效性，评价患者恢复程度只能通过医师的主观判断，不能获取患者康复状况的定量数据，延误治疗时机。

随着机器人技术飞速发展，智能医疗机器人逐步成为康复治疗的辅助设备，与传统物理疗法相比，智能医疗机器人具有减少治疗师工作量、针对个体情况实施与之适应的康复措施及支持重复训练的优点。根据康复机器人的机构特征和功能需求，主要有框架训练型机器人和辅助行走型机器人。框架训练型下肢康复机器人设计相应的减重机构来承担患者大部分的体重，减少患肢的负担从而帮助患肢进行逐步康复治疗。通过提供特定的训练模式，帮助患者恢复下肢力量，练习正常的行走步态，提高行走协调能力。

尽管目前康复机器人已取得很多研究成果，但其技术含量及学科跨度导致康复机器人的研究仍面临巨大的挑战。已有成果中涉及的人机交互仍存在很大缺陷，表现在康复作业者的姿势不能很好地处于自然状态，辅助性操作程序过多，患者未能充分发挥自我主观意识。为此，设计一种配备良好人机交互功能的下肢康复治疗的智能机器人具有十分重大的社会和经济意义。

发明内容

综上所述，本实用新型的目的在于解决现有的下肢康复治疗的医疗机器人在康复作业者的姿势不能很好地处于自然状态，辅助性操作程序过多，患者未能充分发挥自我主观意识，不利于康复治疗等技术不足，而提出一种用于下肢康复治疗的智能医疗机器人。

为解决本实用新型所提出的技术问题，采用的技术方案为：

一种用于下肢康复治疗的智能医疗机器人，包括有足部运动机器人系统，其特征在于，还包括有：支撑系统、减重系统、人体感知系统、微处理器控制系统及上位机控制系统；

所述的支撑系统包括有：支撑底座、患者支撑平台及悬吊支架；所述的患者支撑平台、悬吊支架及足部运动机器人系统分别设于支撑底座上；

所述的减重系统包括有：用于固定患者身体的悬吊支撑背带和用于牵引悬吊支撑背带的起吊机构；所述的起吊机构包括有驱动悬吊支撑背带升降的升降驱动机构，以及设于所述悬吊支架上用于驱动悬吊支撑背带在所述的患者支撑平台与足部运动机器人系统之间水平移动的水升移动机构；

所述的人体感知系统包括有：内置在悬吊支撑背带中的传感信息处理器，以及分别与传感信息处理器连接的血压传感器、心率传感器和体温传感器；所述的传感信息处理器还连接有用于固定在患者小腿上，测量小腿处肌电信号的肌电传感器；

所述的微处理器控制系统用于对传感信息处理器的传感信号进行数据处理，控制所述的减重系统和足部运动机器人系统；

所述的上位机控制系统与所述的微处理器控制系统通讯连接，集中监控和管理。

作为对本实用新型作进一步限定的技术方案包括有：

所述的微处理器控制系统连接有用于人机交互的患者控制屏和治疗师控制屏；所述的悬吊支撑背带上设有与所述微处理器控制系统连接的操作手柄。

所述的传感信息处理器连接有患者手势识别传感器。

所述的微处理器控制系统连接还连接有治疗师手势识别传感器。

所述的升降驱动机构包括有减重电机、变速齿轮组、绕绳轮及弹力绳；减重电机的传动轴经变速齿轮组连接驱动绕绳轮，弹力绳一端固定于绕绳轮，另一端连接所述的悬吊支撑背带。

所述的绕绳轮包含左绕绳轮和右绕绳轮，左绕绳轮和右绕绳轮同轴与变速齿轮组连接，左绕绳轮和右绕绳轮分别连接有左弹力绳和右弹力绳，左弹力绳和右弹力绳分别连接在悬吊支撑背带的两侧边。

所述的水升移动机构包括有设于所述悬吊支架上的水平滑轨、设于升降驱动机构上的滑轮及水平牵引机构；所述的滑轮设于水平滑轨，水平牵引机构连接所述悬吊支架和升降驱动机构。

所述的为微处理器控制系统采用ARM处理器模块对所述的减重系统和足部运动机器人系统进行控制，并通过数据接口与上位机进行通信；同时，通过无线模块与智能终端通讯连接。

所述的足部运动机器人系统包括足部运动装置、足部固定装置和足部传感装置；所述的足部运动装置安装于所述支撑底座上；所述的足部传感装置安装于足部固定装置中，其包括有与所述的传感信息处理器信号连接用于测量踝关节运动角度的角度传感器。

所述的足部运动装置包括有踏板支架，踏板支架上通过摆臂轴活动连接有两个摆动连接臂，两个摆动连接臂底端分别连接有左脚踏板和右脚踏板；所述的踏板支架上还设有连接摆臂轴的踏板摆动驱动电机组件。

本实用新型的有益效果为：本实用新型相对现有技术的优点体现在：

（1）本实用新型的人体感知系统将方式个性化的生物识别和肢体识别引入至下肢康复治疗的医疗机器人中，改变了传统下肢康复治疗的医疗机器人仅限于触控的初级阶段交互方式，不利于有效辅助康复治疗的技术不足。

（2）通过监测人体肌电信号采集人体的运动意图，极大的减少了辅助性操作程序，使患者能充分发挥自我主观意识，避免传统预定固定控制模式对患者肢体损伤。

（3）良好的人机交互方式使康复作业者的姿势保持在良好的自然状态，增加康复过程中的舒适性。

（4）微处理器控制系统可以通过无线模块与智能终端通讯连接，可实现在手机APP客户端对本实用新型进行操作控制，便于智能化灵活方便管理。

附图说明

图1为本实用新型的结构原理示意图；

图2为本实用新型的电路原理框图；

图3为本实用新型其中可采用的一种足部运动机器人系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图本实用新型优选的具体实施方式对本实用新型的结构作进一步地说明。

参照图1和图2中所示，本实用新型公开的用于下肢康复治疗的智能医疗机器人，除包括有足部运动机器人系统之外还包括有：支撑系统、减重系统、人体感知系统、微处理器控制系统及上位机控制系统。

足部运动机器人系统1可以采用现有用于下肢康复治疗的智能医疗机器人的任意一种类型的足部运动机器人系统；包含能主动训练模式辅助患者进行坐式训练及立式训练，或被动训练模式辅助患者进行坐式训练的足部运动机器人系统。

支撑系统主要用于为足部运动机器人系统1和减重系统2提供安装固定，使得本实用新型构成一个可以整体方便移动的平台。所述的支撑系统包括有：支撑底座5、患者支撑平台3及悬吊支架8；所述的患者支撑平台3、悬吊支架8及足部运动机器人系统1分别设于支撑底座5上；患者支撑平台3主要是为患者坐式训练时提供身体支撑，或是作为患者立式训练前提供穿戴减重系统准备台。患者支撑平台3两端配有拉手，患者坐在患者支撑平台3上，患者的足部通过绑带固定在足部运动机器人系统1上，启动训练时，手握两端配有拉手，患者的下肢随足部运动机器人系统1规划的路径进行运动。

减重系统2主要用于对患者施加向上的牵引力，减轻患者下肢承受力。所述的减重系统2具体包括有：用于固定患者身体的悬吊支撑背带和用于牵引悬吊支撑背带的起吊机构；所述的起吊机构包括有驱动悬吊支撑背带升降的升降驱动机构，以及设于所述悬吊支架上用于驱动悬吊支撑背带在所述的患者支撑平台与足部运动机器人系统之间水平移动的水升移动机构。也即是患者在足部运动机器人系统1上进行立式训练时，起吊机构对患者施加向上的牵引力，不仅可以减轻患者下肢承受力，也可以防止患者体力不支而摔倒受伤。患者可以坐在患者支撑平台3上穿戴好悬吊支撑背带后，通过起吊机构辅助患者站起，并到达足部运动机器人系统1上进行立式训练。所述的升降驱动机构具体包括有减重电机、变速齿轮组、绕绳轮及弹力绳；减重电机的传动轴经变速齿轮组连接驱动绕绳轮，弹力绳一端固定于绕绳轮，另一端连接所述的悬吊支撑背带。通过减重电机正反转实现绕绳轮收放弹力绳。为了平衡牵引患者，所述的绕绳轮包含左绕绳轮和右绕绳轮，左绕绳轮和右绕绳轮同轴与变速齿轮组连接，左绕绳轮和右绕绳轮分别连接有左弹力绳和右弹力绳，左弹力绳和右弹力绳分别连接在悬吊支撑背带的两侧边。所述的水升移动机构具体结构可以为包括有设于所述悬吊支架上的水平滑轨、设于升降驱动机构上的滑轮及水平牵引机构；所述的滑轮设于水平滑轨，水平牵引机构连接所述悬吊支架和升降驱动机构。水平牵引机构可以是螺杆驱动机构、皮带驱动机构、链条驱动机构、齿轮齿条驱动机构或摩擦行走机构，在水平牵引机构的作用下患者可以在向上牵引力的作用下水平行走。

人体感知系统4主要用于测量患者人体基本生理参数，在患者体力不支，或患者生理体征出现异常时，能及时控制足部运动机器人系统1工作，并将患者复位至患者支撑平台3上，避免意外发生。所述的人体感知系统4具体包括有：内置在悬吊支撑背带中的传感信息处理器，以及分别与传感信息处理器连接的血压传感器、心率传感器和体温传感器；所述的传感信息处理器还连接有用于固定在患者小腿上，测量小腿处肌电信号的肌电传感器。肌电传感器为现有一种能获取人体表面肌电信号(sEMG)，可用来观察和分析人体肌肉和神经的活动情况，从而实现动作识别，手势控制等交互控制，可用于人机交互、人体工程、运动科学等相关应用。现有的肌电传感器一般集成了滤波、放大电路，将范围在±1.5mV内的微弱人体表面肌电信号进行1000倍放大，并通过差分输入、模拟滤波电路的方式对噪音进行有效抑制。输出信号为模拟量形式，以1.5V为基准电压，0～3.0V量程的输出。输出信号的大小取决于选定肌肉的活动量，输出信号的波形可显著指示被观察位置皮下肌肉的运动情况，目前主要用于手势识别；而本实用新型中主要用于患者小腿上的肌肉和神经活动情况，采集人体运动意图，实现对足部运动机器人系统1和减重系统2的运行状态的控制。

所述的微处理器控制系统用于对传感信息处理器的传感信号进行数据处理，控制所述的减重系统和足部运动机器人系统。所述的为微处理器控制系统具体可以采用ARM处理器模块对所述的减重系统2和足部运动机器人系统1进行控制，并通过数据接口与上位机进行通信；同时，通过无线模块与智能终端通讯连接。每个患者都可以通过自已的智能终端对自己训练情况进行管理，以便制订适于自己的训练计划。为了方便患者和治疗师的操作控制，所述的微处理器控制系统连接有用于人机交互的患者控制屏7和治疗师控制屏6；所述的悬吊支撑背带上设有与所述微处理器控制系统连接的操作手柄。为了更进一步方便智能化控制，所述的传感信息处理器连接有患者手势识别传感器，患者手势识别传感器例如可以采用PAJ7260u2型手势识别传感器，患者手势识别传感器可以固定在患者手臂或手背处，根据手臂或手背运动的加速度和轨迹及时对减重系统2和足部运动机器人系统1进行控制。同样，为了方便治疗师的手势控制，所述的微处理器控制系统连接还连接有治疗师手势识别传感器，治疗师手势识别传感器可以采用与患者手势识别传感器相同的传感器。治疗师控制屏6安装在悬吊支架8上，固定高度可调节。患者控制屏7设于足部运动机器人系统1侧边，方便患者随时操作。

所述的足部运动机器人系统1可以采用与跑步机同理的结构，也可以是包括足部运动装置、足部固定装置和足部传感装置；所述的足部运动装置安装于所述支撑底座上；所述的足部传感装置安装于足部固定装置中，足部传感装置包括有与所述的传感信息处理器信号连接用于测量踝关节运动角度的角度传感器。参照图3中所示，所述的足部运动装置包括有踏板支架11，踏板支架11上通过摆臂轴活动连接有两个摆动连接臂12，两个摆动连接臂12底端分别连接有左脚踏板13和右脚踏板14；所述的踏板支架11上还设有连接摆臂轴的踏板摆动驱动电机组件15；踏板摆动驱动电机组件15由电机和传动齿轮构成，驱动摆臂轴往返旋转，在踏板摆动驱动电机组件15的作用下，左脚踏板13和右脚踏板14交替前后摆动，患者的下肢被动模拟原动行走。足部固定装置可以为固定带，将角度传感器固定在患者的踝关节处，角度传感器检测患者的踝关节运动角度异常时，则有可能是患者有可能歪倒，能及时对减重系统2和足部运动机器人系统1进行控制，安全可靠。

对于下肢受伤严重的患者来说，由于其脚步受伤严重使得其不能下地活动，但如果脚一直不动，则对于下肢康复不利，针对这类无法站立训练的患者，足部运动机器人系统1也可以是直接捆绑固定患者下肢，带动下肢摆动的摆动机构。

所述的上位机控制系统与所述的微处理器控制系统通过有线或无线通讯连接，集中监控和管理；上位机控制系统主要为PC客户端，也可以是手机APP客户端，患者进行相应的训练模式调节时可通过上位机控制系统进行人机交互，执行对足部运动机器人系统1、减重系统、人体感知系统和微处理器控制系统进行控制。

本专利提供一种具有良好人机交互功能的用于下肢康复治疗的智能机器人，克服已有成果中涉及的人机交互方式存在的缺陷，人体感知系统包括血压、心率、体温、肌电等生理参数测量以及手势识别，通过测量人体肌电采集人体运动意图，通过识别康复治疗师或患者手势，进行非接触式调节，康复者或治疗师均可依据训练情况调整训练模式。

Claims (10)

1.一种用于下肢康复治疗的智能医疗机器人，包括有足部运动机器人系统，其特征在于，还包括有：支撑系统、减重系统、人体感知系统、微处理器控制系统及上位机控制系统；

所述的支撑系统包括有：支撑底座、患者支撑平台及悬吊支架；所述的患者支撑平台、悬吊支架及足部运动机器人系统分别设于支撑底座上；

所述的减重系统包括有：用于固定患者身体的悬吊支撑背带和用于牵引悬吊支撑背带的起吊机构；所述的起吊机构包括有驱动悬吊支撑背带升降的升降驱动机构，以及设于所述悬吊支架上用于驱动悬吊支撑背带在所述的患者支撑平台与足部运动机器人系统之间水平移动的水升移动机构；

所述的人体感知系统包括有：内置在悬吊支撑背带中的传感信息处理器，以及分别与传感信息处理器连接的血压传感器、心率传感器和体温传感器；所述的传感信息处理器还连接有用于固定在患者小腿上，测量小腿处肌电信号的肌电传感器；

所述的微处理器控制系统用于对传感信息处理器的传感信号进行数据处理，控制所述的减重系统和足部运动机器人系统；

所述的上位机控制系统与所述的微处理器控制系统通讯连接，集中监控和管理。

2.根据权利要求1所述的一种用于下肢康复治疗的智能医疗机器人，其特征在于：所述的微处理器控制系统连接有用于人机交互的患者控制屏和治疗师控制屏；所述的悬吊支撑背带上设有与所述微处理器控制系统连接的操作手柄。

3.根据权利要求1所述的一种用于下肢康复治疗的智能医疗机器人，其特征在于：所述的传感信息处理器连接有患者手势识别传感器。

4.根据权利要求3所述的一种用于下肢康复治疗的智能医疗机器人，其特征在于：所述的微处理器控制系统连接还连接有治疗师手势识别传感器。

5.根据权利要求1所述的一种用于下肢康复治疗的智能医疗机器人，其特征在于：所述的升降驱动机构包括有减重电机、变速齿轮组、绕绳轮及弹力绳；减重电机的传动轴经变速齿轮组连接驱动绕绳轮，弹力绳一端固定于绕绳轮，另一端连接所述的悬吊支撑背带。

6.根据权利要求5所述的一种用于下肢康复治疗的智能医疗机器人，其特征在于：所述的绕绳轮包含左绕绳轮和右绕绳轮，左绕绳轮和右绕绳轮同轴与变速齿轮组连接，左绕绳轮和右绕绳轮分别连接有左弹力绳和右弹力绳，左弹力绳和右弹力绳分别连接在悬吊支撑背带的两侧边。

7.根据权利要求5所述的一种用于下肢康复治疗的智能医疗机器人，其特征在于：所述的水升移动机构包括有设于所述悬吊支架上的水平滑轨、设于升降驱动机构上的滑轮及水平牵引机构；所述的滑轮设于水平滑轨，水平牵引机构连接所述悬吊支架和升降驱动机构。

8.根据权利要求1所述的一种用于下肢康复治疗的智能医疗机器人，其特征在于：所述的微处理器控制系统采用ARM处理器模块对所述的减重系统和足部运动机器人系统进行控制，并通过数据接口与上位机进行通信；同时，通过无线模块与智能终端通讯连接。

9.根据权利要求1所述的一种用于下肢康复治疗的智能医疗机器人，其特征在于：所述的足部运动机器人系统包括足部运动装置、足部固定装置和足部传感装置；所述的足部运动装置安装于所述支撑底座上；所述的足部传感装置安装于足部固定装置中，其包括有与所述的传感信息处理器信号连接用于测量踝关节运动角度的角度传感器。

10.根据权利要求9所述的一种用于下肢康复治疗的智能医疗机器人，其特征在于：所述的足部运动装置包括有踏板支架，踏板支架上通过摆臂轴活动连接有两个摆动连接臂，两个摆动连接臂底端分别连接有左脚踏板和右脚踏板；所述的踏板支架上还设有连接摆臂轴的踏板摆动驱动电机组件。

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