CN2569795Y

CN2569795Y - 智能手臂康复训练器

Info

Publication number: CN2569795Y
Application number: CN 02254472
Authority: CN
Inventors: 张立勋; 张今瑜
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2002-09-25
Filing date: 2002-09-25
Publication date: 2003-09-03
Anticipated expiration: 2012-09-25

Abstract

一种智能手臂康复训练器它包括训练桌、左、右机械手、命令按钮板、状态显示板和计算机控制系统，其中左、右机械手分别由力矩电机、位置传感器、主从动带轮、同步齿型带及可伸缩手臂和手柄等组成，计算机控制系统则包括直流稳压电源、主计算机、左、右机械手伺服控制系统、通讯接口、键盘接口，训练时患者面对训练器坐在椅子上，双臂平放在训练桌面上，双手分别握住两只机械手的手柄，两只机械手在计算机控制系统控制下，患者手臂按需要的运动方式，以一定轨迹和速度作康复训练运动，实现锻炼手臂肌肉，恢复手臂神经控制能力，该实用新型适用于医院或家庭，因脑瘫后遗症或因意外手臂受损伤的患者进行手臂康复运动训练，也可用于健康老人手臂的体育锻炼。

Description

智能手臂康复训练器

技术领域

本实用新型涉及一种用于医疗的智能手臂康复训练器。

背景技术

医学理论和实践证明，脑瘫后遗症患者和因为意外事故等造成手臂严重损伤治疗后的患者必须进行手臂的康复运动训练，防止肌肉萎缩，帮助患者恢复运动机能和运动功能。由于患者的功能障碍，不能独立地完成肢体的运动训练，一般由护士或其他人实施，而且需要实施者具有一定的护理知识，同时也是一项消耗实施者体力的工作。但目前尚无一种理想的器械进行这项工作。西方国家的智能手臂康复器比较复杂、成本也比较高。如美国MIME手臂康复器，采用PUMA560型工业机器人控制患病手臂的运动，它以主从方式工作。其缺点是PUMA560型工业机器人具有较大的输出力，对患者存在潜在的危险，其成本也很高。我国目前还没有智能型手臂康复训练器，现有的康复训练器多为机械式阻尼型，功能比较单一，使用范围非常有限。

发明内容

本实用新型的目的是公开一种智能手臂康复训练器，其结构组成包括训练桌[1]、左机械手[2]、右机械手[3]、命令按钮板[4]、状态显示板[5]、控制箱[6]和计算机控制系统[7]。训练桌[1]作为左机械手[2]、右机械手[3]和控制箱[6]的基座，也起到支撑患者的手臂的作用。

左机械手[2]和右机械手[3]具相同的组成，只是控制方式有所区别。以左机械手[2]为例子，它包括力矩电机[21]、位置传感器[22]、主动带轮[23]、同步齿型带[24]、从动带轮[25]、可伸缩手臂[26]、手柄[27]和快速固定带[28]组成。力矩电机[21]通过主动带轮[23]、同步齿型带[24]、从动带轮[25]把力矩电机[21]的运动传递给可伸缩手臂[26]，手臂[26]通过力矩电机[21]的轴承座固定在训练桌[1]上面，手柄[27]通过力矩电机[21]的轴承与可伸缩手臂[26]的端部连接，使手柄[27]可自由转动，快速固定带[28]安装在手柄[27]上，起到把患者的手臂固定到手柄[27]上的作用。在左机械手伺服控制系统[72]的控制下，左机械手[2]做平面内运动。右机械手[3]包括力矩电机[31]、位置传感器[32]、主动带轮[33]、同步齿型带[34]、从动带轮[35]、可伸缩手臂[36]、手柄[37]和快速固定带[38]。右机械手[3]的连接方式与左机械手[2]相同。

计算机控制系统[7]包括直流稳压电源[74]、主计算机[71]、左机械手伺服控制系统[72]、右机械手伺服控制系统[73]、通讯接口[77]、键盘接口[75]和显示接口[76]。直流稳压电源[74]为计算机、接口电路、伺服控制系统等提供直流电源。主计算机[71]通过通讯接口[77]分别与左机械手伺服控制系统[72]和右机械手伺服控制系统[73]相连，控制它们的工作状态。左机械手伺服控制系统[72]和右机械手伺服控制系统[73]具有相同的结构，控制箱[6]的前面板上安装命令按钮板[4]和状态显示板[5]。命令按钮板[4]用来根据患者手臂康复训练需要可供选择的主动、从动、主从或阻尼、独立运动方式而设置的各项启动开关，而状态显示板[5]可以显示患者所选取的手臂的运动状态。

左机械手伺服控制系统[72]包括单片机[721]和功率放大器[722]，右机械手伺服控制系统[73]包括单片机[731]和功率放大器[732]，它们是分别用来接受主计算机[71]的发来的通讯命令，控制机械手[2]和[3]的运动状态，同时分别把机械手[2]和[3]的运动状态实时的反馈给主计算机[71]，主计算机[71]通过键盘接口[75]接受命令按钮板[4]发来的命令，通过显示接口[76]在状态显示板[5]显示康复训练器的工作状态。

患者训练前首先根据自己的需要通过命令按钮板[4]选择左、右手臂的训练方式，计算控制系统[7]接通220V市网电源，训练时患者面对智能手臂康复训练器坐在椅子上，双臂平放在训练桌[1]上，双手分别握住左、右两只机械手[2]和[3]的手柄[27]和[37]，并通过快速固定带[28]和[38]将双手固定牢后，通过命令按钮板[4]上工作开关，使智能手臂康复训练器开始工作，两只机械手[2]和[3]在计算机控制系统[7]的控制下带动患者左右手臂按计算机[71]事先设定好的运动程序运动，由于左、右机器手[2]和[3]的组成相同，只是控制方式根据需要有所区别，现以左机械手为例，当通过命令按钮板[4]根据患者需要选取左手臂运动训练方式后，该信号通过键盘接口[75]使主计算机[71]按事先设定的程序发出指令，通过通讯接口[77]控制左机械手伺服控制系统[72]，单片机[721]经功率放大器[722]将信号放大后，使力矩电机[21]转动带动主动带轮[23]，通过同步齿型带[24]和从动带轮[25]带动可伸缩手臂[26]使手柄[27]按事选定的运动方式运动，使患者手臂与手柄[27]同步运动，同时位置传感器[22]把机械手[2]的运动状态实时的反馈给主计算机[71]，再通过显示接口[76]通过状态显示器[5]实时的显示出患者左手臂的运动状态。同理右机械手[3]也可以按患者的需要，接受主计算机[71]发出的控制指令，控制右机械手[3]的运动状态。因此，患者可以限据自身需要单独进行左手或右手或左右手同时康复训练，并可实现左、右机械手[2]和[3]在计算机控制系统[7]的控制下以多种方式运动，如同步运动方式、主从运动方式、阻尼方式和独立运动方式等，和该实用新型使患者的手臂以一定的运动规律作康复训练运动，锻炼手臂的肌肉，恢复神经系统对手臂行为的控制能力，运动速度和训练强度可根据患者体能情况自主调整，从而达到最佳康复锻炼效果。

本实用新型可用于因脑瘫后遗症造成手臂运动障碍的患者和因为意外事故等造成手臂损伤的患者手臂的康复运动训练，也可用于健康老年人手臂的体育锻炼。

附图说明

图1智能手臂康复训练器外观示意图

图2智能手臂康复训练器结构原理示意图

图3智能手臂康复训练器计算机控制系统连接示意图

图4智能手臂康复训练器的主计算机与通讯接口、键盘接口和显示接口的电路连接图

图5智能手臂康复训练器的通讯接口与左、右机械手伺服控制系统电路连接图

图6智能手臂康复训练器的命令按钮板一键盘接口的电路连接图

具体实施方式

根据康复医学理论、人机合作机器人原理和目前患者群手臂康复训练的需要，事先在该实用新型的计算机控制系统[7]中的主计算机[71]中存贮有实现左、右机械手[1]、[2]的同步运动方式、主从运动方式、阻尼和独立运动方式等多种控制程序，所以患者可以很方便的根据自己的病情需要或在医生指导下安排康复训练计划，当患者进行手臂康复训练时，按康复训练计划，根据自身左、右手病情的需要，患者很方便的在命令按钮板[4]上分别选择左、右机械手[2]和[3]的运动方式，这时患者可舒服坐在椅子上将双臂平放在训练桌[1]上，双手分别握住左、右两只机械手[2]、[3]的手柄[27]和[37]，两只机械手[2]和[3]在主计算机[71]的控制下控制患者手臂按选取的运动方式运动，训练桌[1]的高度可同常用桌子相同，其桌面长1米、宽0.8米为宜，力矩电机[21]选取SYL-5力矩电机，位置传感器[22]选取WDD35电位计，主动带轮[23]和从动带轮[25]的半径比例为2∶1，同步齿型带选取AJ-5型，可伸缩手臂[26]采用可伸缩式，其长度可以快速手动调节，可在同步齿型带[24]的驱动下，保证患者手臂在训练桌[1]上以一定轨迹、一定速度运动。主计算机[71]一般选用单片机，放大器[722]、[732]的放大系数大小可根据左右机械手伺服控制系统[72]和[73]的要求确定。

该实用新型具有结构简单，使用方便，成本低，可适用于因脑瘫后遗症或因意外事故造成手臂运动障碍的患者手臂的康复运动训练，也可用于健康老年人的手臂的体能训练，因此可适用于医院及家庭中。

Claims

1.一种智能手臂康复训练器，其特征在于它包括训练桌[1]、左机械手[2]右机械手[3]、命令按钮板[4]、状态显示板[5]、控制箱[6]、和计算机控制系统[7]，其中命令按钮板[4]和状态显示板[5]安装在控制箱[6]的前面板上，计算机控制系统[7]安装在控制箱[6]体内，而控制箱体[6]安装在训练桌[1]上面后部。

2.如权利要求1所述一种智能手臂康复训练器，其特征在于左、右机械手[2]和[3]分别由相同的力矩电机[21]和[31]、位置传感器[22]和[32]、主动带轮[23]和[33]、同步齿型带[24]和[34]、从动带轮[25]和[35]、可伸缩手臂[26]和[36]、手柄[27]和[37]和快速固定带[28]和[38]组成，其中力矩电机[21]和[31]、位置传感器[22]和[32]和主动带轮[23]和[33]都安装在控制箱[6]里面，而其它部分安装在训练桌[1]上面。

3.如权利要求1所述一种智能手臂康复训练器，其特征在于计算机控制系统[7]包括直流稳压电源[74]、主计算机[71]、具有相同构成的左、右机械手伺服控制系统[72]和[73]、通讯接口[77]、键盘接口[75]和显示接口[76]、其中直流稳压电源[74]为主计算机[71]和左、右机械手伺服控制系统[72]和[73]提供直流电压信号，键盘接口[75]将命令按钮板[4]的信号传给一计算机[71]，显示接口[76]将主计算机信号按控制指令要求传送给状态显示板[5]，通讯接口[77]按控制指令要求将主计算机[71]控制指令信号分别传给左、右机械手伺服控制系统[72]和[73]。