專利名稱：一種平面訓(xùn)練上肢偏癱多階段康復(fù)并聯(lián)機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于醫(yī)療康復(fù)器械領(lǐng)域，特別涉及一種平面訓(xùn)練上肢偏癱多階段康復(fù)并聯(lián)機器人，可應(yīng)用于腦血管疾病，腦或脊柱損傷等中樞神經(jīng)損傷患者康復(fù)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
腦卒中等腦血管疾病、腦或脊柱損傷、中樞神經(jīng)損傷等患者病殘率較高，主要的后遺癥是急性的神經(jīng)性癱瘓，有不同程度的生活能力和勞動能力喪失。而實際上給予此類患者及時的康復(fù)治療，患者可恢復(fù)大部分運動功能。目前對腦卒中等腦血管疾病、腦或脊柱損傷、中樞神經(jīng)損傷等患者，通常采用一對一康復(fù)師治療的方法，此類方法效率低、強度大，并且不能對患者康復(fù)情況給予準確的評價。神經(jīng)康復(fù)機器人是依據(jù)康復(fù)醫(yī)學(xué)，結(jié)合機械學(xué)、神 經(jīng)認知、電子學(xué)等學(xué)科，輔助和部分代替?zhèn)鹘y(tǒng)康復(fù)師進行康復(fù)的治療機器人。與康復(fù)醫(yī)師相t匕，康復(fù)機器人不僅能夠進行康復(fù)護理而且能夠采集患者運動過程中的各種參數(shù)，利于進行準確的康復(fù)評價、進一步制定針對性強的個性康復(fù)方案及進行科學(xué)研究。針對腦血管疾病、中樞神經(jīng)損傷患者不同康復(fù)階段對應(yīng)的實際情況，患者需要不同訓(xùn)練模式和訓(xùn)練任務(wù)。訓(xùn)練模式包括被動訓(xùn)練(助力訓(xùn)練)、主動訓(xùn)練、阻抗訓(xùn)練等，訓(xùn)練任務(wù)軌跡包括直線、圓弧、個性定制軌跡或接近日常運動的軌跡。但是目前已有的牽引式康復(fù)機器人存在一些不足，不能滿足患者訓(xùn)練需求，其主要表現(xiàn)是能夠較好實現(xiàn)被動訓(xùn)練，但是不能夠很好實現(xiàn)患者主動訓(xùn)練，在患者主動運動階段，存在操作困難，造成患者操作的速度和加速度不連續(xù)，也就是患者主動運動時牽引式機器人存在缺陷，結(jié)構(gòu)不靈活，適應(yīng)性不高，導(dǎo)致患者操作能力不能夠準確體現(xiàn)，甚至造成運動障礙，帶給患者心理負擔(dān)；不能提供豐富的訓(xùn)練軌跡，對患者的訓(xùn)練達不到日常生活運動功能康復(fù)，即不能提供多階段、復(fù)雜訓(xùn)練。

發(fā)明內(nèi)容
為克服已有技術(shù)和產(chǎn)品不足，滿足偏癱康復(fù)訓(xùn)練中患者在不同階段的主、被動訓(xùn)練的需求，本發(fā)明提出了一種平面訓(xùn)練上肢偏癱多階段康復(fù)并聯(lián)機器人。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為由安裝在桌面上的可變桿長并聯(lián)機構(gòu)、操作手柄、承載患者肘部的肘托、牛眼萬向輪及控制系統(tǒng)組成。所述可變桿長并聯(lián)機構(gòu)分為左右對稱兩部分，每側(cè)各有兩根導(dǎo)軌，分別是下導(dǎo)軌和上導(dǎo)軌，下導(dǎo)軌和上導(dǎo)軌的兩端均分別設(shè)置限位銷；下導(dǎo)軌的一端通過電機與導(dǎo)軌連接件安裝在電機軸上，并通過電機定位鍵定位；第一滑塊安裝在下導(dǎo)軌上，第二滑塊安裝在上導(dǎo)軌上，第一滑塊和第二滑塊通過法蘭固接；第三滑塊安裝在上導(dǎo)軌上，連桿的一端固接于第三滑塊上；左右兩部分的連桿的另一端通過操作手柄鉸接；在兩個連桿與操作手柄的鉸接處的下方安裝牛眼萬向輪，并安裝于操作手柄鉸接的肘托，左右兩部分的可變桿長并聯(lián)機構(gòu)與肘托構(gòu)成“Y”形結(jié)構(gòu)；控制系統(tǒng)分別與左右兩側(cè)的電機連接；計算機通過伺服電機控制機構(gòu)組成的三角形兩底角角度數(shù)值，確定操作手柄處(三角形頂點)位置，完成目標軌跡，通過控制速度參數(shù)，在被動運動時，在患者的運動可達空間內(nèi)形成了速度場，引導(dǎo)患者被動的沿設(shè)定軌跡運動；在主動運動時，可設(shè)定運動平面內(nèi)的不同點的力參數(shù)，在運動可達空間內(nèi)形成力場，使用于患者主動運動訓(xùn)練及阻抗運動訓(xùn)練等。被動運動時，兩側(cè)的電機同時帶動下導(dǎo)軌擺動，連桿與三個滑塊從動，當?shù)谌瑝K滑動到限位銷處停止滑動時，第一滑塊和第二滑塊仍可滑動，此過程中第二滑塊與第三滑塊隨機選擇滑動，直到達到極限范圍，通過控制對稱的導(dǎo)軌的擺角完成被動模式下操作手柄的規(guī)劃軌跡；主動運動時，人為控制操作手柄，連桿與第三滑塊固定連接組成的部分成為主動件，第一滑塊、第二滑塊、下導(dǎo)軌和上導(dǎo)軌成為從動件，連桿與第三滑塊在上導(dǎo)軌上滑動同時擺動，帶動同側(cè)滑塊和導(dǎo)軌從動，左右兩部分機構(gòu)根據(jù)受力變化自由伸縮，實現(xiàn)操作手柄處要完成的軌跡。 所述肘托上設(shè)置固定綁帶。本發(fā)明的有益效果為訓(xùn)練時根據(jù)患者康復(fù)的不同階段提供所需的被動或主動訓(xùn)練，滿足不同個體及不同階段的患者需求。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，布局合理，穩(wěn)定可靠?？勺儣U長機構(gòu)是將多個滑塊與連桿組合，操作過程中的滑塊和連桿的移動自主分配，實現(xiàn)機構(gòu)穩(wěn)定慣性，對患者操作不產(chǎn)生障礙，達到操作的速度、加速度連續(xù)，機器人末端運動不產(chǎn)生突變，使患者沒有心理負擔(dān)，達到好的康復(fù)效果。同時能夠準確采集患者訓(xùn)練過程中的運動參數(shù)，滿足多種康復(fù)方案制定需求及科學(xué)研究需要。本機器人通過冗余提高運動的平順與機構(gòu)容錯能力，機構(gòu)靈活性高，具有良好的人機交互能力。本發(fā)明在上肢康復(fù)技術(shù)領(lǐng)域特別是早期、中期、后期多階段康復(fù)領(lǐng)域?qū)⒂袕V泛的應(yīng)用前景。


圖I是平面訓(xùn)練上肢偏癱多階段康復(fù)并聯(lián)機器人的機構(gòu)示意圖；圖2是上肢偏癱康復(fù)冗余可變桿長并聯(lián)機構(gòu)示意圖。圖中標號I-電機與導(dǎo)軌連接件；2_下導(dǎo)軌；3_第一滑塊；4_第二滑塊；5_第三滑塊；6-上導(dǎo)軌；7_連桿；8_操作手柄；9-肘托；10_牛眼萬向輪；16_電機定位鍵；17_桌面。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種平面訓(xùn)練上肢偏癱多階段康復(fù)并聯(lián)機器人，下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步說明。本發(fā)明的工作原理為在康復(fù)過程中，輔助裝置帶入的影響越小越好，理想狀態(tài)為無不良負載，在患者運動時不帶入影響情緒的因素，這樣的機構(gòu)能夠體現(xiàn)患者的神經(jīng)控制和肌肉運動能力。當患者運動意識受到干擾與延遲、機構(gòu)不符合患者操作意志，人機交互產(chǎn)生障礙時，偏癱患者心理和生理都會受到影響，情況嚴重時甚至產(chǎn)生痙攣。特別是在需要觀察患者和記錄運動參數(shù)的情況下，不良負載使訓(xùn)練運動受到干擾，導(dǎo)致不能記錄準確數(shù)據(jù)，不能進行準確的康復(fù)評價。本發(fā)明是基于以上訓(xùn)練時對機構(gòu)的要求，找到能夠?qū)崿F(xiàn)符合要求的機構(gòu)，特別是符合主動運動的機構(gòu)。使用本機器人主動操作時，滑塊與連桿之間滑動的自由選擇、隨遇移動，除摩擦力外無其他力影響操作，使系統(tǒng)慣性穩(wěn)定。通過控制三角形頂點位置來規(guī)劃軌跡，觸覺反饋控制通過安裝于患者肘部前后兩側(cè)的振子交替振動，提示患者完 成內(nèi)收、外展動作。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)如圖I和圖2所示可變桿長并聯(lián)機構(gòu)分為左右對稱兩部分，每側(cè)各有兩根導(dǎo)軌，分別是下導(dǎo)軌2和上導(dǎo)軌6，下導(dǎo)軌2和上導(dǎo)軌6的兩端均分別設(shè)置限位銷；下導(dǎo)軌2的一端通過電機與導(dǎo)軌連接件I安裝在電機軸上，并通過電機定位鍵16定位；第一滑塊3安裝在下導(dǎo)軌2上，第二滑塊安裝在上導(dǎo)軌6上，第一滑塊3和第二滑塊4通過法蘭固接；第三滑塊5安裝在上導(dǎo)軌6上，連桿7的一端固接于第三滑塊5上；左右兩部分的連桿7的另一端通過操作手柄8鉸接。在兩個連桿7與操作手柄8的鉸接處的下方安裝牛眼萬向輪10，并安裝于操作手柄8鉸接的肘托9，左右兩部分的可變桿長并聯(lián)機構(gòu)與肘托9構(gòu)成“Y”形結(jié)構(gòu)。肘托9上設(shè)
置固定綁帶。控制系統(tǒng)分別與左右兩側(cè)的電機連接；計算機通過伺服電機控制機構(gòu)組成的三角形兩底角角度數(shù)值，確定操作手柄處(三角形頂點)位置，完成目標軌跡，通過控制速度參數(shù)，在被動運動時，在患者的運動可達空間內(nèi)形成了速度場，引導(dǎo)患者被動的沿設(shè)定軌跡運動；在主動運動時，可設(shè)定運動平面內(nèi)的不同點的力參數(shù)，在運動可達空間內(nèi)形成力場，使用于患者主動運動訓(xùn)練及阻抗運動訓(xùn)練等。被動運動時，兩側(cè)的電機同時帶動下導(dǎo)軌2擺動，連桿7與三個滑塊從動，當?shù)谌瑝K5滑動到限位銷處停止滑動時，第一滑塊3和第二滑塊4仍可滑動，此過程中第二滑塊4與第三滑塊5隨機選擇滑動，直到達到極限范圍，通過控制對稱的導(dǎo)軌的擺角完成被動模式下操作手柄8的規(guī)劃軌跡；主動運動時，人為控制操作手柄8，連桿7與第三滑塊5固定連接組成的部分成為主動件，第一滑塊3、第二滑塊4、下導(dǎo)軌2和上導(dǎo)軌6成為從動件，連桿7與第三滑塊5在上導(dǎo)軌6上滑動同時擺動，帶動同側(cè)滑塊和導(dǎo)軌從動，左右兩部分機構(gòu)根據(jù)受力變化自由伸縮，實現(xiàn)操作手柄8處要完成的軌跡。通過調(diào)節(jié)伺服電機的行程、速度和推力，實現(xiàn)不同的訓(xùn)練量、訓(xùn)練模式；通過多個電機協(xié)調(diào)在空間形成的速度場、力場實現(xiàn)不同的訓(xùn)練模式，包括被動模式、主動模式、阻抗模式、助力模式等，針對患者的不同康復(fù)時期施加最適合的訓(xùn)練模式。本實施例整體外形最大尺寸為長X寬X高=840mmX750mmX150mm，最小尺寸為長X 寬 X 高=840mmX350mmX 150mm。
權(quán)利要求
1.一種平面訓(xùn)練上肢偏癱多階段康復(fù)并聯(lián)機器人，由安裝在桌面(17)上的可變桿長并聯(lián)機構(gòu)、操作手柄(8)、承載患者肘部的肘托(9)、牛眼萬向輪(10)及控制系統(tǒng)組成，其特征在于， 所述可變桿長并聯(lián)機構(gòu)分為左右對稱兩部分，每側(cè)各有兩根導(dǎo)軌，分別是下導(dǎo)軌(2)和上導(dǎo)軌(6)，下導(dǎo)軌(2)和上導(dǎo)軌(6)的兩端均分別設(shè)置限位銷；下導(dǎo)軌(2)的一端通過電機與導(dǎo)軌連接件(I)安裝在電機軸上，并通過電機定位鍵(16 )定位；第一滑塊(3 )安裝在下導(dǎo)軌(2)上，第二滑塊安裝在上導(dǎo)軌(6)上，第一滑塊(3)和第二滑塊(4)通過法蘭固接；第三滑塊(5 )安裝在上導(dǎo)軌(6 )上，連桿(7 )的一端固接于第三滑塊(5 )上；左右兩部分的連桿(7)的另一端通過操作手柄(8)鉸接； 在兩個連桿(7)與操作手柄(8)的鉸接處的下方安裝牛眼萬向輪(10)，并安裝于操作手柄(8)鉸接的肘托(9)，左右兩部分的可變桿長并聯(lián)機構(gòu)與肘托(9)構(gòu)成“Y”形結(jié)構(gòu)； 控制系統(tǒng)分別與左右兩側(cè)的電機連接； 被動運動時，兩側(cè)的電機同時帶動下導(dǎo)軌(2)擺動，連桿(7)與三個滑塊從動，當?shù)谌瑝K(5)滑動到限位銷處停止滑動時，第一滑塊(3)和第二滑塊(4)仍可滑動，此過程中第二滑塊(4)與第三滑塊(5)隨機選擇滑動，直到達到極限范圍，通過控制對稱的導(dǎo)軌的擺角完成被動模式下操作手柄(8)的規(guī)劃軌跡；主動運動時，人為控制操作手柄(8)，連桿(7)與第三滑塊(5)固定連接組成的部分成為主動件，第一滑塊(3)、第二滑塊(4)、下導(dǎo)軌(2)和上導(dǎo)軌(6)成為從動件，連桿(7)與第三滑塊(5)在上導(dǎo)軌(6)上滑動同時擺動，帶動同側(cè)滑塊和導(dǎo)軌從動，左右兩部分機構(gòu)根據(jù)受力變化自由伸縮，實現(xiàn)操作手柄(8)處要完成的軌跡。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種平面訓(xùn)練上肢偏癱多階段康復(fù)并聯(lián)機器人，其特征在于，所述肘托(9)上設(shè)置固定綁帶。
全文摘要
一種平面訓(xùn)練上肢偏癱多階段康復(fù)并聯(lián)機器人屬于醫(yī)療康復(fù)器械領(lǐng)域。該機器人由安裝在桌面上的可變桿長并聯(lián)機構(gòu)、操作手柄、承載患者肘部的肘托、牛眼萬向輪及控制系統(tǒng)組成。可變桿長并聯(lián)機構(gòu)分為左右對稱兩部分，兩部分的一端通過操作手柄鉸接；在操作手柄的鉸接處的下方安裝牛眼萬向輪，并安裝于操作手柄鉸接的肘托。計算機通過伺服電機控制機構(gòu)組成的三角形兩底角角度數(shù)值，確定操作手柄處位置，完成目標軌跡，通過控制速度參數(shù)，在被動運動時，在患者的運動可達空間內(nèi)形成了速度場，引導(dǎo)患者被動的沿設(shè)定軌跡運動；在主動運動時，可設(shè)定運動平面內(nèi)的不同點的力參數(shù)，在運動可達空間內(nèi)形成力場，用于患者主動運動訓(xùn)練及阻抗運動訓(xùn)練。
文檔編號A61H1/00GK102715999SQ201210214040
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月25日
發(fā)明者劉恩辰, 季林紅, 潘杰 申請人:清華大學(xué)