[實用新型]穿戴型人體手臂震顫檢測與抑制機器人

無效

• 申請號: 200920186799.2
• 申請日: 2009-08-04
• 公開（公告）號: CN201505138U
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發明（設計）人: 孫建;葛運建;梁文淵;馮勇;陳仁兵;余永;宋全軍;孫玉蘋;王以俊;曹會彬
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: A61B5/11
• 分類號: A61B5/11;A61F2/72
• 代理公司: 合肥天明專利事務所 34115
• 代理人: 奚華保

技術領域

本實用新型屬于醫療機器人領域、外骨骼機器人領域，具體是指一種穿戴型人體手臂震顫檢測與抑制機器人。

背景技術

震顫是一種不自主的、有節律性的、近似正弦往返擺動的肢體運動。40歲以上的中老年人有5％的人患有震顫疾病，特別是帕金森氏病，為近一二十年發病率呈上升趨勢的常見病。震顫常見與人的肢體特別是手臂，影響精細動作、書寫和餐飲，嚴重時可對病人的日常生活、工作、社會交往等帶來諸多不便。盡管目前國內外很多研究機構對震顫研究很多年，但總的來說，存在如下問題：1.由于目前震顫的機理和起源至今尚未明確，對于震顫的治療大多采用探索性方式，無法從根本上治愈；2.各種治療藥物雖能使震顫患者的臨床癥狀在一定時間內獲得一定程度的好轉，但均不能阻止本病的自然進展，且各種藥物都有不同程度的副反應，因而限制了其自身在臨床上的應用；3.目前，一些較為先進的療法尚處于研究階段，雖然實驗證明能較明顯的提高該病的臨床緩解率，減少了副作用，但也存在價格昂貴、遠期療效尚難肯定等問題。

借用機器人技術對患者震顫運動進行抑制，具有不言而喻的優越性。首先，該機器人能夠對患者手臂震顫進行抑制或減弱，解決患者精細動作，諸如書寫和餐飲等日常生活的不便問題，改善患者的生活質量；其次，該機器人能夠幫助患者鍛煉上肢肌肉，改善和促進上肢的血液循環，增強神經系統對運動功能的控制能力，達到改善或恢復患者運動機能的目的；再者，在目前還沒有徹底了解震顫機理的情況下，排除了主觀用藥的盲目性。因此，研制一種結構輕巧、穿戴方便、安全可靠的機器人裝置，用于抑制患者震顫運動，以便于使震顫患者的病情得到緩解或治療，成為一項極具應用價值和市場前景的工作。

發明內容

本實用新型的目的是提供一種穿戴型人體手臂震顫檢測與抑制機器人，在不干擾患者的正常運動情況下，對患者的震顫運動進行抑制、緩解或治療，解決震顫帶給患者精細動作，諸如書寫和餐飲等日常生活的不便問題，提高震顫患者的生活質量。

本實用新型的技術方案是：穿戴型人體手臂震顫檢測與抑制機器人包括穿戴型外骨骼系統、震顫激勵系統、震顫運動檢測系統、信號處理與控制系統。穿戴型外骨骼系統包括上臂臂桿、肘關節機構、前臂臂桿、腕關節機構、手部機構，通過柔性連接機構穿套在人體手臂；震顫激勵系統包括用于實現肘關節屈/伸運動的直流電機系統，用于實現肘關節旋內/外運動的直流電機系統，用于實現腕關節屈/伸運動的直流電機系統；震顫運動檢測系統包括多種類型的傳感器，分別安裝在機器人的上臂、前臂、肘部、腕部與手部和患者的手部；信號處理與控制系統通過柔性連接裝置集中固定在人體前臂。

所述穿戴型外骨骼系統采用“二連桿”形式的串聯機構，包括上臂臂桿、肘關節機構、前臂臂桿、腕關節機構、手部機構；臂桿機構采用擬人化設計，上臂臂桿尺寸較短，長度約為人體上臂的2/3；前臂臂桿模仿手臂的尺骨結構，長度與前臂相當，并可以調節；上臂臂桿通過柔性連接機構與人體上臂進行連接；肘關節機構包括肘關節屈/伸運動直流電機系統，剛性連接機構，肘關節旋內/外直流電機系統，剛性連接機構；肘關節機構通過前臂臂桿、剛性連接機構與腕關節機構相連；腕關節機構包括腕關節屈/伸運動直流電機系統和剛性連接機構，通過柔性連接機構與手臂腕關節相連；手臂機構包括用于連接手掌的柔性連接機構，用于連接食指的柔性連接機構，用于連接中指的柔性連接機構。

所述震顫激勵單元包括：用于實現肘關節屈/伸運動的直流電機驅動系統，用于實現肘關節旋內/外運動的直流電機驅動系統，用于實現腕關節屈/伸運動的直流電機驅動系統。

所述震顫運動檢測系統包括：三個慣性傳感器單元，主要由傾角儀、陀螺儀、加速度計組成，分別用于獲取上臂、前臂和手部的俯仰角、翻滾角等傾角信息，肘關節和腕關節的三維角速度信息，以及肘關節和腕關節的三維角加速度等信息；三個三維力傳感器，用于檢測肘關節屈/伸運動直流電機、肘關節旋內/外直流電機以及腕關節屈/伸運動直流電機的三維輸出力矩信息；肘關節屈/伸運動直流電機編碼器、肘關節旋內/外運動直流電機編碼器和腕關節屈/伸運動直流電機編碼器，分別用于測量肘關節屈/伸運動電機系統、肘關節旋內/外運動電機系統和腕關節屈/伸運動電機系統的實際轉動位置；另外，人體手部的食指、中指分別安裝有三維加速度傳感器，用于測量食指、中指的三維加速度值。