PL218937B1

PL218937B1 - Robot for the upper extremity rehabilitation

Info

Publication number: PL218937B1
Application number: PL394910A
Authority: PL
Inventors: Edward Jezierski; Artur Gmerek
Original assignee: Politechnika Łódzka
Priority date: 2011-05-18
Filing date: 2011-05-18
Publication date: 2015-02-27
Also published as: PL394910A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest robot do rehabilitacji kończyny górnej, jak również do analizy ruchu i oceny motoryki pacjenta. Umożliwia czynną rehabilitację zarówno lewej jak i prawej kończyny górnej, od stawu barkowego, poprzez staw łokciowy aż do stawu nadgarstkowego, osób o różnych cechach antropometrycznych, zarówno w pozycji siedzącej jak i stojącej.The subject of the invention is a robot for the rehabilitation of the upper limb, as well as for the analysis of movement and evaluation of the patient's motor skills. It enables active rehabilitation of both the left and right upper limbs, from the shoulder joint, through the elbow joint to the wrist joint, for people with various anthropometric features, both in a sitting and standing position.

Znane są roboty do rehabilitacji kończyn górnych. Są w nich stosowane różne rodzaje aktuatorów. Najczęściej stosowane są silniki elektryczne. Można jednakże spotkać również konstrukcje z siłownikami pneumatycznymi, hydraulicznymi oraz mięśniami pneumatycznymi.There are robots for the rehabilitation of the upper limbs. Various types of actuators are used in them. Electric motors are the most commonly used. However, there are also constructions with pneumatic, hydraulic and pneumatic muscles.

Prawdopodobnie najbardziej zaawansowaną rodziną robotów do rehabilitacji kończyny górnej są roboty z serii ARMin, konstruowane głównie przez naukowców z ETH w Zurychu. Roboty te zawierają ortezę stawu barkowego i stawu łokciowego w postaci egzoszkieletu, wyposażoną w napędy w stawie łokciowym i barkowym, przymocowaną do pionowej, przemieszczającej się w pionie kolumny. Orteza tego robota posiada cztery aktywnie sterowane stopnie swobody, umożliwiające ruch w stawie barkowym w dwóch niezależnych osiach (nawracanie/odwracanie oraz zginanie/prostowanie ramienia). W robotach tych jest możliwa zmiana długości ogniw w częściach ramiennej i przedramiennej, ale wyłącznie w sposób manualny, poprzez zamocowanie w innym miejscu śrub podtrzymujących określone elementy.Probably the most advanced family of robots for the rehabilitation of the upper limbs are the ARMin series robots, constructed mainly by scientists from the ETH in Zurich. These robots include an exoskeleton shoulder and elbow brace with elbow and shoulder drives attached to a vertical, vertically moving column. The orthosis of this robot has four actively controlled degrees of freedom, enabling movement in the shoulder joint in two independent axes (turning / inverting and bending / straightening the arm). In these works, it is possible to change the length of the links in the shoulder and forearm parts, but only manually, by attaching screws that support specific elements in a different place.

Znany jest także robot o nazwie IntelliArm skonstruowany przez Rehabtek LLC z Illinois w USA, wyposażony także w ortezę stawu barkowego i łokciowego w postaci egzoszkieletu, o położeniu regulowanym w zależności od wysokości ramion pacjenta. Orteza robota posiada także cztery aktywne stopnie swobody w stawie barkowym, z których dwa przypadają na rotację (zginanie/prostowanie i odwodzenie/przywodzenie) ramienia i dwa na translację liniową wzdłuż osi pionowej oraz poziomej (tył-przód). Robot jest wyposażony w mechanizm do otwierania i zamykania uchwytu, na którym pacjent kładzie dłoń.There is also known a robot called IntelliArm constructed by Rehabtek LLC of Illinois, USA, also equipped with shoulder and elbow joint in the form of an exoskeleton, with an adjustable position depending on the height of the patient's shoulders. The robot brace also has four active degrees of freedom in the shoulder joint, two of which are for rotation (flexion / extension and abduction / adduction) of the arm and two for linear translation along the vertical and horizontal (posterior-anterior) axes. The robot is equipped with a mechanism for opening and closing a handle on which the patient places his hand.

Z opisu zgłoszenia patentowego US 20070225620 A1 jest znany przenośny egzoszkielet ramienia do rehabilitacji barku, którego działanie porównać można do ruchu ludzkiej ręki. Przyrząd zawiera zestawienie pięciu napędzanych połączeń oraz łączników opartych na sztywnej konstrukcji nośnej umieszczanej na tułowiu. Obrót barku jest możliwy przy użyciu trzech prostokątnych, zawiniętych złączy zamontowanych wokół połączeń i przecinających anatomicznie staw ramienny. Wzniesienie barku stawowego jest możliwe poprzez użycie elementu ogniwa kierowanego przez pojedynczy, zawinięty łącznik w strukturze tułowia. Dopasowanie zmienności anatomicznej długości przedramienia, górnej długości i promienia łopatki stawu ramiennego odbywa się dzięki pasywnej możliwości regulacji połączeń.From the patent application US 20070225620 A1 there is known a portable arm exoskeleton for shoulder rehabilitation, the operation of which can be compared to the movement of a human hand. The apparatus comprises an array of five driven connections and connectors based on a rigid support structure placed on the torso. Shoulder rotation is possible using three rectangular, wraparound joints mounted around the joints and crossing the shoulder joint anatomically. The elevation of the articular shoulder is possible through the use of a link element guided by a single, wrapped link in the torso structure. Adjusting the anatomical variability of the forearm length, the upper length and the radius of the shoulder blade is possible thanks to the passive possibility of adjusting the joints.

W zgłoszeniu patentowym CN101829003 A ujawniono typ egzoszkieletu robota do rehabilitacji kończyny górnej, który umożliwia rehabilitację kończyny górnej poprzez wspomaganie łopatki w ruchu obrotowym. Egzoszkielet działa zgodnie z zasadami napędu łopatki kończyny górnej ludzkiego ciała w kinezjologii stawowej sprawiając, że mechaniczne wspomaganie łopatki kończyny górnej podczas rotacji wspomaga kończynę górną użytkownika w zgięciu umożliwiając przeprowadzenie rehabilitacji kończyny górnej pacjenta.Patent application CN101829003 A discloses a type of robotic exoskeleton for the rehabilitation of the upper limb, which enables the rehabilitation of the upper limb by assisting the scapula in rotational movement. The exoskeleton works in accordance with the principles of the propulsion of the upper limb scapula of the human body in articular kinesiology, making the mechanical support of the upper limb scapula during rotation supports the user's upper limb in flexion, enabling rehabilitation of the patient's upper limb.

Znane jest także, z opisu patentowego DE 102008053410 A1, urządzenie treningowe do implementowania biernego ruchu stawu barkowego ciała pacjenta, wyposażone w źródło światła emitujące skupione promienie światła, umieszczone na osi obrotu tak, iż wytwarzany promień światła rozchodzi się w kierunku pacjenta wzdłuż osi punktu widzenia. Urządzenie jest wyposażone także w ramię robota podtrzymywane na podstawie i obracające się wokół osi obrotu. Źródłem światła jest dioda laserowa.It is also known from the patent description DE 102008053410 A1, a training device for implementing passive movement of the shoulder joint of the patient's body, equipped with a light source emitting focused light rays, arranged on the axis of rotation, so that the generated light beam propagates towards the patient along the axis of the point of view . The device also has a robotic arm that is supported on a base and rotates around an axis of rotation. The light source is a laser diode.

Robot do rehabilitacji kończyny górnej, wyposażony w ortezę stawu barkowego i stawu łokciowego, w postaci egzoszkieletu, o regulowanej długości części przedramiennej i ramiennej, zamocowaną przesuwnie, wyposażoną w napędy usytuowane w okolicy stawu barkowego i łokciowego oraz obejmy na rękę, wyposażony nadto w układ do sterowania jego pracą, według wynalazku charakteryzuje się tym, że część przedramienną i ramienną ortezy stanowią ułożyskowane śruby kulowe umieszczone w obudowach, których końce, przedramiennej od strony stawu łokciowego i ramiennej od strony stawu barkowego, są złączone, za pośrednictwem przekładni o wysokim przełożeniu, z silnikami prądu stałego do regulacji ich długości, a nadto w pobliżu tych końców części przedramiennej i ramiennej ortezy są zamocowane ograniczniki ruchu obrotowego w postaci płyt z wkręconymi w nie kołkami, w pobliżu końca części ramiennej w postaci dwóch płyt usytuowanych pionowo i płyty usytuPL 218 937 B1 owanej poziomo, w pobliżu końca części przedramiennej w postaci płyty usytuowanej pionowo. W obudowach części przedramiennej i ramiennej ortezy są usytuowane elektromagnesy do kontrolowania ruchu obrotowego części ortezy. Nadto do wolnego końca części przedramiennej ortezy jest przymocowany uchwyt na dłoń złączony z czujnikami do rejestrowania przemieszczeń nadgarstka. Orteza jest złączona, za pośrednictwem usytuowanej poziomo płyty, z trójosiowym wózkiem liniowym, którego osie x, y i z, w postaci śrub kulowych i precyzyjnych wałków prowadzących, osadzonych w metalowych wspornikach, są złączone, za pośrednictwem przekładni śrubowo-tocznych, z silnikami krokowymi, przy czym przekładnie śrubowo-toczne osi y i z są złączone z silnikami za pośrednictwem sprzęgieł, zaś przekładnia śrubowo-toczna osi x za pośrednictwem paska zębatego. Wózek liniowy wraz ze złączoną z nim ortezą jest osadzony na poziomych prowadnicach, które z kolei są przymocowane do prowadnic pionowych podstawy robota, służących do dostosowywania położenia wózka i ortezy do wysokości i szerokości ramion pacjenta. Zarówno prowadnice poziome jak i pionowe są połączone z silnikami prądu stałego, podczepionymi do końców tych prowadnic. Staw barkowy ortezy jest połączony z napędami odpowiedzialnym za odwodzenie/przywodzenie ramienia, umieszczonym na poziomej płycie łączącej ortezę z wózkiem liniowym, z napędem odpowiedzialnym za nawracanie/odwracanie ramienia oraz z napędem wywołującym unoszenie/prostowanie ramienia. Staw łokciowy ortezy jest połączony z napędem odpowiedzialnym za zginanie/prostowanie przedramienia. Staw barkowy i staw łokciowy ortezy są połączone z napędami za pomocą kształtek. Każdy z napędów stawu barkowego i stawu łokciowego, złączony ze stawem zawiera bezszczotkowy silnik prądu stałego złączony, z przekładnią planetarną i sprzęgłem przeciążeniowym, przy czym przekładnia napędu odpowiedzialnego za odwodzenie/przywodzenie ramienia jest prosta, natomiast pozostałe przekładnie są kątowe. W podstawie robota, wspartej na metalowych formatkach, jest umieszczona aparatura sterująco-pomiarowa oraz zasilacze. Podstawa jest wyposażona w podnośniki z układem jezdnym.Robot for the rehabilitation of the upper limb, equipped with an orthosis of the shoulder and elbow joints, in the form of an exoskeleton, with adjustable length of the forearm and shoulder parts, slidably mounted, equipped with drives located around the shoulder and elbow joints and wrist clamps, additionally equipped with a system for control of its operation, according to the invention, is characterized by the fact that the forearm and shoulder parts of the orthosis are bearing ball screws placed in housings, the ends of which, on the forearm from the elbow joint side and the shoulder from the shoulder joint side, are connected with a high gear ratio, DC motors for adjusting their length, and in addition to these ends of the forearm and shoulder orthosis, there are rotational movement stops in the form of plates with studs screwed into them, near the end of the shoulder part in the form of two vertically arranged plates and the plates situated horizontally, near the end of the pr in the form of a vertically oriented plate. Electromagnets are located in the casings of the forearm and brachial parts of the orthosis to control the rotational movement of the orthosis parts. Furthermore, a hand grip is attached to the free end of the forearm orthosis coupled to sensors for recording wrist movements. The orthosis is connected, via a horizontally arranged plate, to a triaxial linear carriage, the x, y, and z axes of which, in the form of ball screws and precise guide shafts, embedded in metal supports, are connected via helical-ball gears with stepper motors, using the y and z-axis helical gears are connected to the motors via clutches and the x-axis helical via a toothed belt. The linear trolley with the orthosis attached to it is mounted on horizontal guides, which in turn are attached to the vertical guides of the robot base, used to adjust the position of the trolley and the orthosis to the height and width of the patient's arms. Both the horizontal and vertical guides are connected to DC motors attached to the ends of the guides. The shoulder joint of the brace is connected to the drives responsible for the abduction / adduction of the arm, located on the horizontal plate connecting the orthosis with the linear trolley, with the drive responsible for turning / inverting the arm, and the drive causing the lifting / straightening of the arm. The elbow joint of the brace is connected to the drive responsible for bending / extending the forearm. The shoulder and elbow joints of the orthosis are connected to the drives by means of fittings. Each of the shoulder and elbow drives coupled to the joint includes a DC brushless motor coupled to a planetary gear and overload clutch, the arm abduction / adduction drive gear being straight and the other gears being angular. In the robot's base, supported on metal forms, there are control and measuring equipment and power supplies. The base is equipped with jacks with a running gear.

Robot według wynalazku należy do robotów typu antropomorficznego z aktywną ortezą. Orteza nie obciąża pacjenta swoim ciężarem, a nadto możliwe jest automatyczne dostosowanie długości jej części ramiennej i przedramiennej do wymiarów kończyny pacjenta. Robot posiada 6 aktywnych i 1 bierny stopień swobody w stawie barkowym, 1 aktywny i 1 bierny stopień swobody w stawie łokciowym oraz 2 bierne stopnie swobody w stawie nadgarstkowym, a więc umożliwia rehabilitację kończyny górnej praktycznie w całym zakresie ruchu. W robocie według wynalazku możliwe jest bardzo łatwe dostosowanie ortezy do rozmiarów kończyny, wysokości pacjenta i szerokości jego ramion. Struktura kinematyczna i układ sterowania robota umożliwiają rehabilitacje zarówno lewej jak i prawej ręki. Dostosowanie położenia ortezy do wysokości i szerokości ramion pacjenta, jak również zmiana długości części ramiennej i przedramiennej ortezy, następuje w sposób automatyczny, z użyciem przyłączonych napędów i wykorzystaniem systemu sterowania. Wózek wraz z ortezą aktywnie porusza się w trakcie rehabilitacji w 3-ech wzajemnie prostopadłych osiach niwelując przesuwy liniowe kończyny górnej i korpusu ciała pacjenta. Robot posiada zabezpieczenia przed przekraczaniem zakresów ruchów. Charakteryzuje się stosunkowo małymi gabarytami, a jego konstrukcja ma charakter modułowy, dzięki czemu większość jego elementów można łatwo wymieniać na nowe bez konieczności demontowania robota. Dzięki zastosowaniu bezszczotkowych silników prądu stałego w napędach, możliwe jest sterowanie w trybach kontroli położenia, prędkości i momentu. Napędy takie zapewniają także lepszą kontrolę nad prędkością obrotową i cechuje je dobry stosunek wagi i objętości do mocy. Przekładnie o wysokim przełożeniu, łączące silniki do regulowania długości części ramiennej i przedramiennej ortezy z ortezą, działają również jako hamulce zapobiegające niekontrolowanym rotacjom części ramiennej i przedramiennej ortezy w stanie braku zasilania silników. Moc napędów jest tak dobrana, że w przypadku błędów sterowania napędy nie zniszczą konstrukcji robota.The robot according to the invention belongs to robots of the anthropomorphic type with an active orthosis. The orthosis does not burden the patient with its weight, and it is also possible to automatically adjust the length of its arm and forearm parts to the dimensions of the patient's limb. The robot has 6 active and 1 passive degrees of freedom in the shoulder joint, 1 active and 1 passive degree of freedom in the elbow joint and 2 passive degrees of freedom in the wrist joint, so it enables rehabilitation of the upper limb practically in the entire range of motion. With the robot according to the invention, it is possible to adapt the orthosis very easily to the dimensions of the limb, the height of the patient and the width of his shoulders. The kinematic structure and robot control system enable rehabilitation of both the left and right hand. Adjusting the position of the orthosis to the height and width of the patient's shoulders, as well as changing the length of the shoulder part and the forearm orthosis, takes place automatically, using connected drives and using the control system. The trolley with the orthosis actively moves during rehabilitation in three mutually perpendicular axes, reducing the linear movements of the upper limb and the patient's body. The robot has protection against exceeding the ranges of movements. It is characterized by relatively small dimensions, and its construction is modular, thanks to which most of its elements can be easily replaced with new ones without the need to disassemble the robot. Thanks to the use of brushless DC motors in drives, it is possible to control position, speed and torque control modes. These drives also provide better speed control and have a good weight-to-volume-to-power ratio. The high-ratio gears that connect the motors for adjusting the length of the shoulder and forearm orthosis to the brace also act as brakes to prevent uncontrolled rotation of the shoulder and forearm brace in the event of a motor power failure. The power of the drives is selected so that in the event of control errors, the drives will not destroy the robot's structure.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia robota w widoku perspektywicznym, fig. 2 - rzuty perspektywiczne robota, fig. 3 - fragment robota - wózek liniowy, w widoku perspektywicznym, fig. 4 - staw barkowy ortezy robota, w widoku perspektywicznym, fig. 5 - ortezę robota w widoku perspektywicznym, fig. 6 - staw łokciowy ortezy robota, w widoku perspektywicznym, fig. 7 - uchwyt na dłoń ortezy robota, w widoku perspektywicznym.The subject of the invention is shown in the embodiment in the drawing, in which fig. 1 shows the robot in perspective view, fig. 2 - perspective views of the robot, fig. 3 - fragment of the robot - linear trolley, in perspective view, fig. 4 - shoulder joint of the robot orthosis in perspective view, fig. 5 - robot orthosis in perspective view, fig. 6 - elbow joint of the robotic orthosis in perspective view, fig. 7 - hand grip of the robot orthosis in perspective view.

Robot jest wyposażony w ortezę 2 stawu barkowego i stawu łokciowego, w postaci egzoszkieletu, której część przedramienną 24 i ramienną 23 stanowią ułożyskowane śruby kulowe umieszczone w obudowach 27. Koniec części przedramiennej 24 ortezy, od strony stawu łokciowego i koniec części ramiennej 23 ortezy, od strony stawu barkowego, są złączone, za pośrednictwem przekładni zębatych o wysokim przełożeniu, z silnikami prądu stałego 28 do regulacji ich długości. W pobliżu końca części przedramiennej 24, od strony stawu łokciowego i w pobliżu końca części ramiennej 23, od strony sta4The robot is equipped with an orthosis 2 of the shoulder joint and elbow joint, in the form of an exoskeleton, the forearm part 24 and shoulder part 23 of which are ball screws placed in housings 27. The end of the forearm part 24 of the orthosis, from the side of the elbow joint and the end of the shoulder part 23 of the orthosis, from the sides of the shoulder joint are coupled, via high-ratio gears, to DC motors 28 for adjusting their length. Near the end of the forearm portion 24, on the elbow side, and near the end of the shoulder portion 23, on the side of the sta4

PL 218 937 B1 wu barkowego, są zamocowane ograniczniki ruchu obrotowego w postaci płyt z wkręconymi w nie kołkami, w pobliżu końca części ramiennej 23 w postaci dwóch płyt 22 usytuowanych pionowo i płyty 18 usytuowanej poziomo, w pobliżu końca części przedramiennej 24 w postaci płyty 22a usytuowanej pionowo. W obudowach 27 części przedramiennej 24 i ramiennej 23 ortezy, są również usytuowane elektromagnesy 25 do kontrolowania ruchu obrotowego części przedramiennej 24 i ramiennej 23 ortezy. Nadto do wolnego końca części przedramiennej 24 ortezy jest przymocowany uchwyt 30 na dłoń, złączony z enkoderami 29 do rejestrowania przemieszczeń kątowych nadgarstka. Orteza 2 jest wyposażona w obejmy 20, 21 na rękę. Orteza 2 jest złączona, za pośrednictwem usytuowanej poziomo płyty 10, z trójosiowym wózkiem liniowym 3, którego osie x, y i z, w postaci śrub kulowych 11 i precyzyjnych wałków prowadzących 14, osadzonych w metalowych wspornikach 31, są złączone, za pośrednictwem przekładni śrubowo-tocznych 12, z silnikami krokowymi 13. Przekładnie 12 osi y i z są złączone z silnikami 13 za pośrednictwem sprzęgieł mieszkowych, zaś przekładnie 12 osi x za pośrednictwem paska zębatego, przy czym wózek liniowy 3 wraz ze złączoną z nim ortezą 2 jest osadzony na prowadnicach poziomych 4, które z kolei są przymocowane do prowadnic pionowych 7 podstawy robota. Prowadnice poziome 4 i prowadnice pionowe 7 są napędzane silnikami prądu stałego 9, podczepionymi do końców tych prowadnic. Staw barkowy ortezy jest połączony z napędami, z których jeden 15, umieszczony na poziomej płycie 10 łączącej ortezę z wózkiem liniowym 3, jest odpowiedzialny za odwodzenie/przywodzenie ramienia, drugi 16 jest odpowiedzialny za nawracanie/odwracanie ramienia, zaś trzeci 17 wywołuje unoszenie/prostowanie ramienia. Staw łokciowy ortezy jest połączony z napędem 19 odpowiedzialnym za zginanie/prostowanie przedramienia. Staw barkowy i staw łokciowy ortezy są złączone z napędami za pomocą metalowych kształtek 18, 22. Każdy z napędów 15, 16, 17 i 19 zawiera bezszczotkowy silnik prądu stałego złączony z przekładnią planetarną i sprzęgłem przeciążeniowym, przy czym przekładnia napędu 15 odpowiedzialnego za odwodzenie/przywodzenie ramienia jest prosta, natomiast pozostałe przekładnie są kątowe. W podstawie 1 robota, wspartej na metalowych formatkach 5, jest umieszczona aparatura sterująco-pomiarowa oraz zasilacze. Podstawa 1 jest wyposażona w podnośniki trapezowe 6 z układem jezdnym.In the shoulder portion, plate-shaped pivot stops with studs screwed into them are attached near the end of the shoulder portion 23 in the form of two plates 22 arranged vertically and a plate 18 located horizontally, near the end of the forearm portion 24 in the form of a plate 22a located vertically. Also housed in the housings 27 of the forearm portion 24 and the shoulder portion 23 of the orthosis are electromagnets 25 for controlling the rotational movement of the forearm portion 24 and the shoulder portion 23 of the orthosis. Moreover, a hand grip 30 is attached to the free end of the forearm portion 24 of the orthosis, coupled to encoders 29 for recording angular movements of the wrist. The orthosis 2 is equipped with wrist bands 20, 21. The orthosis 2 is connected, via a horizontally situated plate 10, to a triaxial linear carriage 3, the x, y, and z axes of which, in the form of ball screws 11 and precision guide shafts 14, embedded in metal supports 31, are connected by means of ball screws 12, with stepper motors 13. The y and z-axis gears 12 are connected to the motors 13 via bellows couplings, and the x-axis gears 12 via a toothed belt, the linear carriage 3 with the orthosis 2 connected thereto being mounted on horizontal guides 4, which in turn are attached to the vertical guides 7 of the robot base. The horizontal guides 4 and the vertical guides 7 are driven by DC motors 9, attached to the ends of these guides. The shoulder joint of the orthosis is connected to drives, one of which 15, located on the horizontal plate 10 connecting the orthosis with the linear trolley 3, is responsible for the abduction / adduction of the arm, the second 16 is responsible for the turning / inversion of the arm, and the third 17 is responsible for the lifting / extension. arm. The elbow joint of the orthosis is connected to the drive 19 responsible for flexing / extending the forearm. The shoulder and elbow joints of the orthosis are connected to the drives by means of metal fittings 18, 22. Each of the drives 15, 16, 17 and 19 comprises a DC brushless motor connected to a planetary gear and an overload clutch, the drive gear 15 responsible for abduction / the adduction of the shoulder is straight, while the other gears are angular. In the robot's base 1, supported on metal forms 5, there are control and measurement devices and power supplies. The base 1 is equipped with trapezoidal lifts 6 with a running gear.

Pacjent staje lub siada na fotelu 8, tyłem do robota, tak aby kończyna górna znajdowała się w pobliżu ortezy 2 robota. Operator robota uruchamia silniki 9 umożliwiające przemieszczanie wózka jezdnego 3 wraz z ortezą i dostosowuje położenie ortezy 2 do wysokości i szerokości ramion pacjenta. Operator zmienia również, przy pomocy silników 28, długości części ramiennej 23 i przedramiennej 24 ortezy 2, dostosowując je do długości ramienia i przedramienia pacjenta. Następnie zamocowuje kończynę pacjenta w obejmach 20 i 21 ortezy 2. Na tym etapie ewentualnie dokonuje jeszcze korekty ustawienia ortezy 2, po czym zablokowuje wózek 3 w ustalonej pozycji, aby nie przemieszczał się w trakcie rehabilitacji. Po wykonaniu tych czynności steruje silnikami 15, 16, 17 i 19 ortezy 2 i wózka liniowego 3 czyli uruchamia robota w jednym z trybów jego pracy. Robot wspomaga ruchy ręki wykonywane przez pacjenta lub uczy się go pewnej trajektorii ruchu, którą będzie następnie powtarzał zadaną ilość razy. W drugim przypadku operator wcześniej przełącza robota do trybu uczenia, po czym przesuwa ortezę 2 robota po wybranej trajektorii w celach zapamiętania przez niego ścieżki ruchu. Podczas tego procesu robot może także wspomagać ruch rehabilitanta. Po zapisaniu trajektorii ruchu robota w sterowniku, nastawia się robota na przemieszczanie się po stworzonej ścieżce zadaną ilość razy. Możliwa jest zmiana prędkości ruchu, jak również generowanego przez silniki momentu (w zależności od trybów pracy). Po wykonaniu zadanego ćwiczenia zatrzymuje się robota i rękę pacjenta odłącza się od ortezy 2. Potrzebne dane biomechaniczne są zapisywane w systemie bazodanowym, stanowiącym część systemu sterowania robota.The patient stands or sits down in the armchair 8 with his back to the robot, so that the upper limb is near the orthosis 2 of the robot. The robot operator activates the motors 9 enabling the carriage 3 to be moved with the orthosis and adjusts the position of the orthosis 2 to the height and width of the patient's shoulders. The operator also changes the lengths of the shoulder portion 23 and the forearm orthosis 2 by means of the motors 28 to suit the length of the patient's arm and forearm. Then he fixes the patient's limb in the clamps 20 and 21 of the orthosis 2. At this stage, he optionally corrects the position of the orthosis 2, and then locks the trolley 3 in a fixed position so that it does not move during rehabilitation. After performing these activities, it controls the motors 15, 16, 17 and 19 of the orthosis 2 and the linear trolley 3, i.e. it starts the robot in one of its operating modes. The robot supports the patient's hand movements or learns a certain movement trajectory, which it will then repeat a given number of times. In the second case, the operator first switches the robot to the learning mode, and then moves the orthosis 2 of the robot along the selected trajectory for the purpose of memorizing the path of movement. During this process, the robot can also assist the physiotherapist's movement. After saving the trajectory of the robot's movement in the controller, the robot is set to move along the created path a given number of times. It is possible to change the speed of movement, as well as the torque generated by the motors (depending on the operating modes). After completing the given exercise, the robot is stopped and the patient's hand is disconnected from the orthosis 2. The necessary biomechanical data is saved in the database system, which is part of the robot's control system.

Claims

Patent claims

1. Robot for the rehabilitation of the upper limb, equipped with an orthosis of the shoulder joint and elbow joint, in the form of an exoskeleton, with adjustable length of the forearm and shoulder parts, slidably mounted, equipped with drives located around the shoulder and elbow joints, and wrist clamps, additionally equipped with a system for controlling its operation, characterized in that the forearm (24) and shoulder (23) parts of the orthosis (2) are ball screws (26) placed in housings (27), the ends of which, in the forearm (24), on the side of the elbow joint and the shoulder (23) on the shoulder joint side, are connected, via a high-ratio gear, to DC motors (28) for adjusting their length and, moreover, near these ends of the forearm (24) and shoulder (23) parts. ) the orthoses (2) are fixed to the rotational movement stops in the form of plates with pins screwed into them, near the end of the shoulder part (23) in the form of two vertically oriented plates (22) and the plate (18) positioned horizontally, near the end of the forearm portion (24) in the form of a vertically disposed plate (22a), as well as in the housings (27) of the forearm (24) and shoulder (23) orthosis (2), electromagnets (26) are provided to control the movement of the rotating part of the orthosis (2), a grip (30) for a hand is attached to the free end of the forearm part (24) of the orthosis (2), connected to sensors for recording the movements of the wrist, the orthosis (2) being connected via a horizontally arranged plate (10), with a triaxial linear carriage (3), the x, y and z axes of which, in the form of ball screws (11) and precision guide shafts (14), mounted in metal supports (31), are connected via ball screws (12), with stepper motors (13) so that the y and z-axis ball screw gears (12) are connected to the motors (13) via clutches, and the x-axis bevel helical gears (12) via a toothed belt, moreover the trolley line (3) with PLN the orthosis (2) connected to it is mounted on horizontal guides (4), which in turn are attached to vertical guides (7), while the horizontal guides (4) and vertical guides (7) are connected to the DC motors (9) attached to their ends, the shoulder joint of the orthosis (2) is connected to the drive (15) causing the abduction / adduction of the arm, placed on the horizontal plate (10) connecting the orthosis (2) with the linear trolley (3), with the drive (16) causing the conversion / turning the arm and with the drive (17) causing the lifting / straightening of the arm, and the elbow joint of the orthosis (2) is connected with the drive (19) causing the bending / straightening of the forearm, while in the base (1) of the robot, supported on metal blocks (5) equipped with trapezoidal lifts (6) with a running gear, control and measurement equipment and power supplies are located.

2. Robot according to p. The method of claim 1, wherein the shoulder joint drives (15, 16, 17) and the elbow drive (19) each comprise a DC brushless motor coupled to a planetary gear and overload clutch, the abduction / adduction drive gear (15) arm is straight and the gears (16, 17, 19) are angular.