[發明專利]基于ARM的上肢康復訓練機器人系統

無效

• 申請號: 200810236152.6
• 申請日: 2008-11-17
• 公開（公告）號: CN101416914A
• 公開（公告）日: 2009-04-29
• 發明（設計）人: 曾慶軍;黃巧亮;徐晶晶;李衛峰;李超
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: A61H1/02
• 分類號: A61H1/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 魏學成

技術領域

本發明涉及一種康復訓練機器人系統，尤其涉及一種基于ARM處理器的上肢康復訓練機器人系統。

背景技術

我國每年有120-150萬人新患急性腦血管病，在幸存者中約70％-80％的病人留有不同程度的殘疾。包括偏癱、語言不利、神志障礙、面癱(口眼歪斜)、二便失禁等，其中偏癱居首位。對于中風病人，對其偏癱部位進行康復訓練是十分重要和關鍵的醫療手段，及早進行康復訓練可以大大減少殘疾的可能性。另一方面由于意外事故造成的肢體受傷的病人在臨床上與中風病人一樣，也需要進行康復訓練以恢復其部分肢體功能。

偏癱康復訓練的傳統方法是治療師對患者進行手把手的訓練。病人中風以后，部分中樞神經受到損傷，對身體某一部分的運動控制功能喪失。急性期內癱肢通常衰弱無力，即處于軟癱期；大約治療一周以后，肌張力逐漸增高，出現異常運動模式，繼續進行康復治療，可以恢復部分或全部運動功能。在這整個過程中，偏癱患者上肢的各種動作必須在治療師的輔助之下才能完成。通常治療師要握住患者的患肢，通過各種手法輔助患者進行運動。這種訓練方式存在如下一些問題：一名治療師只能同時對一名患者進行動作訓練，訓練效率低下；由于治療師自身的原因，可能無法保證患者得到足夠的訓練強度。

康復機器人技術在歐美等國家已經得到了科研工作者和醫療機構的普遍重視，比較典型的是1991年MIT設計完成了第一臺上肢康復訓練機器人系統MIT-MANUS，該設備采用五連桿機構，末端阻抗較小，利用阻抗控制實現訓練的安全性、穩定性和平順性，它有2個自由度，幫助中風患者的肩、肘運動。另一個上肢康復訓練機器人系統是MIME，該設備由斯坦福大學研究人員設計，使用工業機器人PUMA-560對患者患肢進行操縱，既可以提供平面運動訓練，也可以作三維運動訓練。患者前臂以夾板夾持，夾板上裝有六軸力傳感器、氣動過載斷開傳感器和快速連接/斷開機構。

在我國，康復醫學工程雖然得到了普遍的重視，但康復機器人研究仍處于起步階段，清華大學在國家“863”計劃支持下，從2000年起即開展了機器人輔助神經康復的研究，研制了一種上肢康復設備UECM，可以在平面內進行兩個自由度的運行訓練。東南大學將力反饋遙操作機器人技術應用于康復醫療，設計了基于互聯網的、一對多的力覺輔助遠程康復醫療機器人系統。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對現有技術的缺陷提出一種基于ARM處理器的上肢康復訓練機器人系統。

本發明基于ARM處理器的上肢康復訓練機器人系統，其特征在于所述系統包括機構部分、控制部分和電源，其中機構部分由底座、座椅、立柱、懸吊線、肘關節支撐套、病人端手柄、托盤、力傳感器、醫生端手柄、位置傳感器、電機、康復訓練牽引機械臂組成，控制部分由數據采集模塊、ARM處理器系統電路、鍵盤電路、LCD顯示電路、網絡接口電路、存儲卡電路、電機驅動電路、控制計算機組成，其中數據采集模塊包括運動信號采集電路、信號調理電路，電機驅動電路包括光耦隔離電路、驅動放大電路；底座由導軌和平臺組成，座椅設置于底座的導軌上，立柱固定在座椅后部底座的導軌上，肘關節支撐套通過懸吊線與立柱的懸梁固定，電機的底盤與底座的平臺固定，位置傳感器設置于電機的中部轉軸上，電機的上部轉軸與康復訓練牽引機械臂的中部固定，康復訓練牽引機械臂的一端設置有一個醫生端手柄，病人端手柄通過托盤后與康復訓練牽引機械臂的另一端固定，力傳感器設置于病人端手柄的下部；力傳感器、位置傳感器的輸出端分別與運動信號采集電路的輸入端連接，運動信號采集電路的輸出端與信號調理電路的輸入端連接，信號調理電路的輸出端、鍵盤電路的輸出端分別與ARM處理器系統電路的輸入端連接，ARM處理器系統電路的輸出端與LCD顯示電路的輸入端連接，ARM處理器系統電路分別與網絡接口電路、存儲卡電路電連接，網絡接口電路與控制計算機電連接，ARM處理器系統電路的輸出端與光耦隔離電路的輸入端連接，光耦隔離電路的輸出端與驅動放大電路的輸入端連接，驅動放大電路的輸出端與電機的輸入端連接；電源的輸出端分別與機構部分、控制部分電連接。

本發明可以實現手動訓練、自動訓練和基于網絡的遠程訓練，具有較好的實用價值。

附圖說明

圖1是本發明的系統框圖；

圖2是本發明的機械結構圖；

圖3是本發明的數據采集模塊電路原理圖；

圖4是本發明的電機驅動電路原理圖；

圖5是本發明的ARM處理器系統電路模塊框圖。

具體實施方式