[發明專利]利用肌電信號提供機械幫助的康復機器人系統及訓練方法

有效

• 申請號: 200610079973.4
• 申請日: 2006-04-29
• 公開（公告）號: CN101061984A
• 公開（公告）日: 2007-10-31
• 發明（設計）人: 湯啟宇;宋嶸
• 申請（專利權）人: 香港理工大學
• 主分類號: A61H1/00
• 分類號: A61H1/00;A61B5/0488;B25J3/00
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司
• 代理人: 王玉雙;高龍鑫

技術領域

本發明涉及輔助醫療康復訓練設備領域，尤其涉及一種利用患者患側肌電信號提供給患者機械幫助的康復機器人系統。?

背景技術

中風是一種常見的疾病。傳統的中風康復儀器已經在美國專利US?5,466,213的“交互式機器人治療師(Interactive?robotic?therapist)”和中國專利申請CN?1480118A的“偏癱患者上肢復合運動的康復訓練機器人”中作了介紹，這些康復設備能夠對患者的肩肘關節進行康復訓練。然而，這些康復機器人系統在患者由于自身運動困難所不能達到的運動空間只能進行被動的訓練。?

由于患者的患側肌肉通常仍然存在可以測量到的殘余肌電信號(EMG信號)，因此，一些康復設備利用患者的殘余EMG信號來調動患者主動參與到康復訓練中，例如參見中國專利CN?2103990U的“肌電訓練康復儀”。但是這些設備僅僅是根據檢測出的肌電信號給患者提供一個視覺或者聲音的反饋，并沒有實際的機械幫助提供給患者。所以，盡管有助于提高患者的主動參與性，但是由于患者自身運動困難，導致運動質量受到很大的限制，所以仍不能很好地幫助患者進行康復訓練。?

發明內容

本發明的總的目的是提供一種新的康復訓練設備，幫助患者主動參與機械訓練來改善運動功能。?

本發明的目的是提供一種能夠利用生物反饋(肌電信號)提供給患部關節機械幫助的康復機器人系統。該康復機器人系統包括：包括依次串聯連接?的肌電電極、數據采集卡以及控制部分，其特征在于還包括：驅動器，連接至數據采集卡；附加力矩提供部分，連接至驅動器；其中，肌電電極感測患部關節相對應的肌肉的肌電信號，并將所感測到的肌電信號經數據采集卡輸入到控制部分，由控制部分使用所輸入的肌電信號、以及根據需要設置的恒定力矩計算出將要提供給患部關節的附加力矩，并控制附加力矩提供部分提供給患部關節相應的附加力矩?

使用上述康復機器人系統，當患者有意識作用于患部肌肉時，患部肌肉即產生一些殘余的肌電信號，這些殘余的肌電信號經肌電電極等輸入到控制部分，控制部分就會根據該肌電信號控制附加力矩提供部分提供一個適當的附加力矩。并且，在訓練過程中，控制部分還可以根據需要同時提供一個輔助的恒定力矩，恒定力矩可以是與患者想要運動方向一致的輔助力矩，也可以是與患者想要運動方向相反的阻力力矩。?

優選的，該康復機器人系統還包括濾波放大電路，即EMG放大器，用于對來自肌電電極的肌電信號進行全波整流放大，并用移動窗，例如100毫秒的移動窗進行濾波后輸入給數據采集卡。同時，數據采集卡以1000Hz的采樣頻率實時采集肌電信號和附加力矩信號，并以100Hz的采樣頻率實時采集角度信號。?

優選的，控制部分采用下面的公式(1)得到的標準化的肌電信號NEMG_j：?

NEMGj=wj-wrwmvc-wr---(1)]]>

其中，w_j是患部關節相對應的肌肉在當前運動中產生的肌電信號經整流濾波后的幅度，而w_r是患部關節相對應的肌肉在休息時的肌電信號經整流濾波后的幅度，w_mvc是患部關節相對應的肌肉在最大自主收縮期間產生的肌電信號經整流濾波后的最大幅度。?

控制部分采用下面的公式(2)來計算附加力矩提供部分將要提供的附加力矩T_m

T_m＝K₁×NEMG_j-K₂×NEMG_i+T₀?????(2)?