專利名稱：一種訓(xùn)練平面可調(diào)式上肢偏癱康復(fù)機(jī)器人裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種中樞神經(jīng)康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備，特別涉及一種對(duì)偏癱患者上肢在多平面多姿態(tài) 調(diào)整下，進(jìn)行多關(guān)節(jié)協(xié)同訓(xùn)練并結(jié)合上肢肌群針對(duì)性訓(xùn)練的康復(fù)平臺(tái)，屬于醫(yī)療康復(fù)器械技 術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
腦卒中具有發(fā)病率高、死亡率高、致殘率高的特點(diǎn)，我國(guó)為該病高發(fā)國(guó)家。據(jù)國(guó)家衛(wèi)生 部統(tǒng)計(jì)，近幾年，我國(guó)腦卒中發(fā)病率約為180/10萬，患病率為620/10萬，死亡率為89. 93/10 萬，每年新發(fā)病例約150萬，死亡近100萬。目前有腦卒中患者總數(shù)約600萬，3/4的幸存 者有不同程度的殘疾，勞動(dòng)能力喪失，生活依賴他人照顧，給家庭及社會(huì)帶來沉重負(fù)擔(dān)。偏 后，及早進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練可以大大減少致殘的可能性，可恢復(fù)絕大部分運(yùn)動(dòng)功能。尋求有效 的康復(fù)手段，幫助患者免去心理生理負(fù)擔(dān)，重新建立全部或者部分運(yùn)動(dòng)功能，不僅有利于提 高患者自身的生活質(zhì)量，更有利于從總體上減輕社會(huì)負(fù)擔(dān)。
傳統(tǒng)的康復(fù)治療中，治療師手把手地對(duì)患者進(jìn)行一對(duì)一的康復(fù)訓(xùn)練，這種方式的訓(xùn)練效 率和訓(xùn)練強(qiáng)度難以保證，訓(xùn)練效果受到治療師水平的影響，而且缺乏評(píng)價(jià)訓(xùn)練參數(shù)和康復(fù)效 果關(guān)系的客觀數(shù)據(jù)，難以對(duì)訓(xùn)練參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化以獲得最佳治療方案。神經(jīng)康復(fù)機(jī)器人是依據(jù) 偏癱康復(fù)的醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)，將機(jī)器人技術(shù)結(jié)合傳感器技術(shù)、信息技術(shù)、電子通信技術(shù)，以代替?zhèn)?統(tǒng)醫(yī)療師進(jìn)行康復(fù)護(hù)理的治療機(jī)器人。此外，機(jī)器人可以記錄詳實(shí)的治療數(shù)據(jù)及圖形，能提 供客觀、準(zhǔn)確的治療和評(píng)價(jià)參數(shù)，有助于機(jī)器人輔助治療偏癱研究的深入開展，具有改善康 復(fù)效果和提高康復(fù)效率的潛力。近年來，國(guó)外一些研究機(jī)構(gòu)開展了上肢康復(fù)機(jī)器人的研究， 已得到一些初步的結(jié)論。
在己有的康復(fù)機(jī)器人中，1984年MIT的Hogan等人申請(qǐng)的US5， 466， 213號(hào)美國(guó)專利"交 互式機(jī)器人治療師(interactive robotics therapist)"中公開了一種上肢運(yùn)動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練設(shè) 備，該設(shè)備采用五連桿機(jī)構(gòu)，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為連桿驅(qū)動(dòng)安裝在同一軸在線，機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)平 面為水平面。該設(shè)備可以牽引患者的上肢完成水平面內(nèi)的指定運(yùn)動(dòng)，采用阻抗控制，能夠?qū)?現(xiàn)反向驅(qū)動(dòng)功能，具有主動(dòng)和被動(dòng)訓(xùn)練方式，能夠記錄動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)軌跡、速度、輔助力等參 數(shù)。然而，Hogan等人發(fā)明的不足之處在于只能實(shí)現(xiàn)上肢在水平面的運(yùn)動(dòng)，發(fā)揮了肩肘協(xié)同 訓(xùn)練的優(yōu)勢(shì)。但在多關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)訓(xùn)練中對(duì)于肩關(guān)節(jié)只能完成水平外展內(nèi)收這一動(dòng)作。而偏癱患 者肩關(guān)節(jié)的臨床康復(fù)訓(xùn)練中至少需要實(shí)現(xiàn)四個(gè)動(dòng)作前方上舉，外展內(nèi)收以及內(nèi)旋外旋。另 外，Hogan等人的發(fā)明沒有提供針對(duì)特定肌群訓(xùn)練，針對(duì)肩、肘關(guān)節(jié)的訓(xùn)練動(dòng)作是小范圍的 水平運(yùn)動(dòng)。
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2007年日本大阪大學(xué)的Furusho Junji等人申請(qǐng)的，公開號(hào)為2006247280 A的日本專 利"上肢康復(fù)訓(xùn)練器械(UPPER EXTREMITY REHABILITATION APPARATUS)"中公開了一種6自 由度康復(fù)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練設(shè)備。該設(shè)備具有6自由度，可以實(shí)現(xiàn)帶動(dòng)患者上肢在水平范圍和垂直于 水平面的范圍實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，配合虛擬顯示，可以使患者模擬生活中真實(shí)運(yùn)動(dòng)環(huán)境進(jìn)行訓(xùn)練， 增大肩、肘關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍，完成前方上舉的訓(xùn)練，該設(shè)備還提供腕關(guān)節(jié)訓(xùn)練。然而，F(xiàn)urusho Junji等人的發(fā)明受限于固定的訓(xùn)練桌面，只能在垂直于水平方向?qū)崿F(xiàn)小范圍運(yùn)動(dòng)，由于采 用6自由度的連桿機(jī)構(gòu)，不能實(shí)現(xiàn)患者的自主運(yùn)動(dòng)，不利于患者發(fā)揮患肢的殘余功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于偏癱患者上肢的空間運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人，它不僅 可以實(shí)現(xiàn)患者上肢多關(guān)節(jié)進(jìn)行大范圍的主動(dòng)和被動(dòng)協(xié)同配合訓(xùn)練，以達(dá)到在多關(guān)節(jié)協(xié)同訓(xùn)練 時(shí)對(duì)特定肌群進(jìn)行針對(duì)性訓(xùn)練的目的，而且通過調(diào)整訓(xùn)練平面的姿態(tài)，可以針對(duì)不同身體條 件的患者進(jìn)行個(gè)性化康復(fù)訓(xùn)練環(huán)境選擇，其中相對(duì)水平面角度的調(diào)整和整體平臺(tái)高度的調(diào)整 可以使患者上肢在空間多平面內(nèi)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
一種訓(xùn)練平面可調(diào)式上肢偏癱康復(fù)機(jī)器人裝置，該上肢偏癱康復(fù)機(jī)器人裝置包括座椅7，
底座9，訓(xùn)練平面3，安裝在訓(xùn)練平面上的機(jī)械臂4、腕部固定托架5以及控制系統(tǒng)，還包括 一個(gè)用于調(diào)節(jié)訓(xùn)練平面相對(duì)于地面的高度，以及訓(xùn)練平面與水平面的夾角的訓(xùn)練平面調(diào)節(jié)裝 置。
該訓(xùn)練平面調(diào)節(jié)裝置包括一個(gè)升降立柱1和一個(gè)電動(dòng)推桿2,升降立柱1的一端固定在 底座9上，另一端與訓(xùn)練平面3鉸鏈；電動(dòng)推桿2的兩端分別與底座9和訓(xùn)練平面3鉸鏈。
機(jī)械臂4由機(jī)械大臂12、機(jī)械小臂13、大臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)15、小臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)16和機(jī)械臂安 裝支架14組成；機(jī)械大臂12由雙并聯(lián)桿和齒形帶18組成，齒形帶18布置在并聯(lián)桿之間構(gòu) 成簡(jiǎn)支梁形式；所述機(jī)械大臂12的一端通過機(jī)械臂安裝支架14固定在訓(xùn)練平面3上，另一 端和機(jī)械小臂13的一端通過鉸鏈連接；機(jī)械小臂13的另一端通過萬向聯(lián)軸節(jié)22與腕部固定 托架5連接，并通過滾動(dòng)副與訓(xùn)練平面3連接。
機(jī)械臂4位于訓(xùn)練平面3的中心位置，在靠近機(jī)械小臂13末端的訓(xùn)練平面3的一側(cè)安裝 有肘部托架6，肘部托架6通過導(dǎo)軌左右互換安裝，以適應(yīng)于左右患肢的不同訓(xùn)練需求。
腕部固定托架5通過萬向聯(lián)軸節(jié)22固定在機(jī)械小臂13末端，螺栓21通過螺紋將上托架 23和下托架20固定在萬向聯(lián)軸節(jié)22上端面，手柄19套裝在螺栓21外部，腕部固定托架5 用于固定患肢的腕關(guān)節(jié)，在機(jī)械臂帶動(dòng)下可以保持相同方向。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性特點(diǎn)(l)本發(fā)明首次提出訓(xùn)練平面的整 體高度和相對(duì)于人體水平面角度可大范圍調(diào)節(jié)的技術(shù)方案，可以針對(duì)患者進(jìn)行個(gè)性化調(diào)整， 以使康復(fù)訓(xùn)練環(huán)境達(dá)到最適合的患者需求的訓(xùn)練姿態(tài)，避免了對(duì)患側(cè)肢體造成的牽拉或制約;(2)在多關(guān)節(jié)以及關(guān)節(jié)各肌群協(xié)調(diào)訓(xùn)練中，可以針對(duì)上肢不同肌群的訓(xùn)練需要對(duì)訓(xùn)練平面姿態(tài) 進(jìn)行調(diào)整；并在肩、肘關(guān)節(jié)上舉運(yùn)動(dòng)和下擺運(yùn)動(dòng)等多種運(yùn)動(dòng)姿態(tài)大范圍運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中，將重力 逐步引入康復(fù)訓(xùn)練中，以模擬真實(shí)生活環(huán)境，有效提高康復(fù)訓(xùn)練效果；(3)腕部固定托架和肘 部托架部分可以為自主運(yùn)動(dòng)嚴(yán)重喪失的患者在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練時(shí)提供支撐和保護(hù)，可使患者完成訓(xùn) 練的支撐力較小，盡量發(fā)揮殘肢的剩余功能，可以滿足左右側(cè)患肢訓(xùn)練需要。


圖1是訓(xùn)練平面可調(diào)式上肢偏癱康復(fù)機(jī)器人裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是訓(xùn)練平面可調(diào)式上肢偏癱康復(fù)機(jī)器人裝置連接結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3A-3D是訓(xùn)練平面調(diào)整過程的示意圖。
圖4是機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是腕部固定托架的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是肘部托架的安裝示意圖。
圖中l(wèi)一升降立柱；2—電動(dòng)推桿；3 —訓(xùn)練平面；4一機(jī)械臂；5 —腕部固定托架；6 — 肘部托架；7 —座椅；8 —第一鉸鏈；9一底座；IO —可拆卸萬向輪；ll一急停開關(guān)；12_機(jī)械 大臂；13 —機(jī)械小臂；14一機(jī)械臂安裝支架；15 —大臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)；16 —小臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)；17 —
齒輪；18 —齒形帶；19一手柄；20 —下托架；21_螺栓；22 —萬向聯(lián)軸節(jié)；23_上托架；24
一第二鉸鏈；25 —第三鉸鏈。
具體實(shí)施例方式
圖1為訓(xùn)練平面可調(diào)式上肢偏癱康復(fù)機(jī)器人裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，該上肢偏癱康復(fù)機(jī)器人
裝置包括座椅7，底座9，訓(xùn)練平面3，安裝在訓(xùn)練平面上的機(jī)械臂4、腕部固定托架5以及 控制系統(tǒng)，還包括一個(gè)用于調(diào)節(jié)訓(xùn)練平面相對(duì)于地面的高度，以及訓(xùn)練平面與水平面的夾角 的訓(xùn)練平面調(diào)節(jié)裝置。訓(xùn)練平面調(diào)節(jié)裝置包括一端與底座9固定，其另一端與訓(xùn)練平面3鉸 接的升降立柱l，以及兩端分別與底座9和訓(xùn)練平面3鉸接的用于角度調(diào)節(jié)的電動(dòng)推桿2。機(jī) 械臂4在訓(xùn)練平面3所在的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，腕部固定托架5通過萬向聯(lián)軸節(jié)22與機(jī)械臂4連接， 患者的座椅7面向機(jī)械臂正向放置，可進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)。訓(xùn)練過程中，患者坐在座椅面向訓(xùn)練 平面，訓(xùn)練平面3調(diào)整到相應(yīng)需要的訓(xùn)練高度和角度，由左手(或右手)把持腕部固定托架 5上的手柄19，左肘(右肘)受肘部托架6支撐，機(jī)械臂4帶動(dòng)上肢完成一定軌跡運(yùn)動(dòng)。
圖2為升降和角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)示意圖，如圖所示，包括一個(gè)可以調(diào)節(jié)傾斜角度和升降高度 的訓(xùn)練平面3，訓(xùn)練平面3與升降立柱1通過鉸鏈8鉸接，可實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練平面3圍繞第一鉸鏈8 轉(zhuǎn)動(dòng)，電動(dòng)推桿2與訓(xùn)練平面3通過第二鉸鏈24鉸接，與底座9通過第三鉸鏈25鉸接，訓(xùn) 練時(shí)，控制系統(tǒng)分別控制升降立柱1和電動(dòng)推桿2的伸縮量，以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)訓(xùn)練平面相對(duì)于地 面的高度和訓(xùn)練平面與水平面的夾角，以適應(yīng)不同體型患者的需要。底座四周布置有四組可 拆卸的萬向輪IO，方便搬運(yùn)，在底座9上安裝有急停開關(guān)11，可以在異常情況下緊急制動(dòng)。
圖3為訓(xùn)練平面調(diào)整過程的示意圖。其中圖3A和圖3B表示的訓(xùn)練平面3進(jìn)行上舉訓(xùn)練 時(shí)的調(diào)整極限角度示意圖，電動(dòng)推桿2伸出達(dá)到設(shè)計(jì)極限位置，與水平面的最大角度為+70 度，圖3C和3D表示的是進(jìn)行下擺運(yùn)動(dòng)時(shí)的調(diào)整極限角度示意圖，升降立柱l伸出達(dá)到極限 位置，此時(shí)與水平面的最大角度為-50度。
圖4為機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)示意圖。機(jī)械臂4主要由機(jī)械大臂12和機(jī)械小臂13構(gòu)成，機(jī)械大 臂12的一端通過機(jī)械臂安裝支架14固定在訓(xùn)練平面3上，另一端和機(jī)械小臂13的一端通過 鉸鏈連接；機(jī)械小臂13的另一端通過萬向聯(lián)軸節(jié)22與腕部固定托架5連接，并通過滾動(dòng)副 與訓(xùn)練平面3連接；腕部固定托架5可以實(shí)現(xiàn)軸向旋轉(zhuǎn)和前后俯仰，以適應(yīng)運(yùn)動(dòng)中患者腕部 的姿態(tài)變換。大臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)15和小臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)16平行固定在機(jī)械臂安裝支架14上，大臂 驅(qū)動(dòng)電機(jī)15通過齒輪17傳動(dòng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)械大臂12運(yùn)動(dòng)，小臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)16和機(jī)械大臂12的一 端同軸布置，驅(qū)動(dòng)齒形帶18運(yùn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)機(jī)械小臂13運(yùn)動(dòng)。
圖5為腕部固定托架的結(jié)構(gòu)示意圖，腕部固定托架5由手柄19、上托架23和下托架20 組成，上托架和下托架通過螺栓21固定在萬向聯(lián)軸節(jié)22上，手柄19套裝在螺栓21的外部。 腕部固定托架可以實(shí)現(xiàn)角度和位置隨動(dòng)調(diào)整。上托架23與人體接觸，由塑料材料加工而成。
圖6為肘部托架的安裝示意圖，機(jī)械臂4位于訓(xùn)練平面3的中心位置，在靠近機(jī)械小臂 13末端的訓(xùn)練平面3的一側(cè)安裝有肘部托架6，肘部托架6通過導(dǎo)軌左右互換安裝。機(jī)械臂 4的布置是適合左側(cè)和右側(cè)患肢訓(xùn)練設(shè)計(jì)的，在左側(cè)患肢訓(xùn)練時(shí)肘部托架6需要安裝在訓(xùn)練 平面左側(cè)。
權(quán)利要求
1.一種訓(xùn)練平面可調(diào)式上肢偏癱康復(fù)機(jī)器人裝置，包括座椅(7)，底座(9)，訓(xùn)練平面(3)，安裝在訓(xùn)練平面上的機(jī)械臂(4)和腕部固定托架(5)以及控制系統(tǒng)，其特征在于該上肢偏癱康復(fù)機(jī)器人還包括一個(gè)用于調(diào)節(jié)訓(xùn)練平面相對(duì)于地面的高度，以及訓(xùn)練平面與水平面的夾角的訓(xùn)練平面調(diào)節(jié)裝置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的訓(xùn)練平面可調(diào)式上肢偏癱康復(fù)機(jī)器人裝置，其特征在于所述 訓(xùn)練平面調(diào)節(jié)裝置包括一個(gè)升降立柱(1)和一個(gè)電動(dòng)推桿(2)，所述的升降立柱(1)的一 端固定在底座(9)上，另一端與訓(xùn)練平面(3)鉸接；所述的電動(dòng)推桿(2)的兩端分別與底 座(9)和訓(xùn)練平面(3)鉸接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的訓(xùn)練平面可調(diào)式上肢偏癱康復(fù)機(jī)器人裝置，其特征在于 所述機(jī)械臂(4)由機(jī)械大臂(12)、機(jī)械小臂(13)、大臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)(15)、小臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)(16) 和機(jī)械臂安裝支架(14)組成；所述機(jī)械大臂(12)由雙并聯(lián)桿和齒形帶(18)組成，齒形 帶(18)布置在并聯(lián)桿之間構(gòu)成簡(jiǎn)支梁形式，機(jī)械大臂的一端通過機(jī)械臂安裝支架(14)固定 在訓(xùn)練平面(3)上，另一端和機(jī)械小臂(13)的一端通過鉸鏈連接；所述機(jī)械小臂(13)的 另一端通過萬向聯(lián)軸節(jié)(22)與腕部固定托架(5)連接，并通過滾動(dòng)副與訓(xùn)練平面(3)連 接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的訓(xùn)練平面可調(diào)式上肢偏癱康復(fù)機(jī)器人裝置，其特征在于機(jī)械 臂(4)位于訓(xùn)練平面(3)的中心位置，在靠近機(jī)械小臂(13)末端的訓(xùn)練平面(3) —側(cè)安 裝有肘部托架(6)，肘部托架(6)通過導(dǎo)軌在訓(xùn)練平面(3)的側(cè)面左右互換安裝。
5. 按照權(quán)利要求4所述的訓(xùn)練平面可調(diào)式上肢偏癱康復(fù)機(jī)器人裝置，其特征在于所述 的肘部托架(6)手柄(19)、上托架和下托架組成，上托架和下托架通過螺栓固定在萬向聯(lián) 軸節(jié)(22)，手柄(19)套裝在螺栓(21)的外部。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的訓(xùn)練平面可調(diào)式上肢偏癱康復(fù)機(jī)器人裝置，其特征在于所述 腕部固定托架(5)由手柄(19)、上托架(23)和下托架(20)組成，上托架和下托架通過 螺栓固定在萬向聯(lián)軸節(jié)(22)，手柄(19)套裝在螺栓(21)的外部。
全文摘要
一種訓(xùn)練平面可調(diào)式上肢偏癱康復(fù)機(jī)器人裝置，屬于醫(yī)療康復(fù)器械技術(shù)領(lǐng)域。為了滿足偏癱康復(fù)訓(xùn)練中對(duì)于醫(yī)療機(jī)器人提出的空間訓(xùn)練的要求，本發(fā)明提出了一種訓(xùn)練平面可調(diào)式康復(fù)機(jī)器人裝置，包括座椅、訓(xùn)練平面、訓(xùn)練平面調(diào)節(jié)裝置，安裝在訓(xùn)練平面上的機(jī)械臂、腕部固定托架和肘部托架。訓(xùn)練平面調(diào)節(jié)裝置可以調(diào)節(jié)訓(xùn)練平面相對(duì)于地面的高度，以及訓(xùn)練平面與水平面的夾角，以適應(yīng)不同患者在多平面內(nèi)完成多種康復(fù)訓(xùn)練動(dòng)作的需要。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通過作業(yè)面位姿調(diào)整，可以滿足患者在各種斜面上做大幅度的主被動(dòng)訓(xùn)練，并且有針對(duì)性的調(diào)節(jié)斜面可以有目的的對(duì)受損關(guān)節(jié)以及相應(yīng)肌群進(jìn)行專項(xiàng)訓(xùn)練，達(dá)到更好的康復(fù)效果。
文檔編號(hào)A61H1/00GK101347380SQ200810119668
公開日2009年1月21日 申請(qǐng)日期2008年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月5日
發(fā)明者姚重陽, 王子羲, 群 謝, 陳里寧 申請(qǐng)人:清華大學(xué)