[發明專利]外骨骼式上肢康復機器人

無效

• 申請號: 201010218016.1
• 申請日: 2010-07-06
• 公開（公告）號: CN102309393A
• 公開（公告）日: 2012-01-11
• 發明（設計）人: 趙維凡;趙奇;邢珅;邢琳
• 申請（專利權）人: 趙奇
• 主分類號: A61H1/00
• 分類號: A61H1/00;A61H1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及醫療器械領域，特別涉及一種上肢康復機器人。

背景技術

腦卒中患者偏癱后，身體部分運動功能喪失。臨床試驗證明，偏癱后盡早進行康復訓練可促進大腦皮層運動功能神經細胞的可塑性發展，促進患病部位神經組織的重組與代償，提高相關神經系統的興奮性與對外界刺激的快速性，從而有利于恢復喪失運動功能的部位，并具有保持關節的活動度、防止患者肌肉萎縮的作用，最大限度的提高患者運動功能的恢復程度。

傳統的上肢康復訓練方法是醫生對患者一對一進行的康復訓練。這種訓練方式存在諸多問題。第一，康復效率低下：醫患之間一對一的訓練方式以及醫生體力的限制使一位醫生每天只能接待為數不多的病人；第二，無法保證訓練效果：由于醫師自身的原因，訓練的力度和強度的一致性無法得到充分的保證，訓練的效果取決于醫師的水平和經驗，醫生忙于康復訓練，分身乏術，缺少足夠的精力治療效果進行改進；最后，康復過程枯燥乏味，患者被動接受訓練，不利于增強患者參與治療的主動性。

使用康復機器人對患者進行康復訓練，可解決傳統康復訓練中存在的諸多問題。首先，機器人可以全天工作，滿足康復訓練過程中對訓練強度的要求；其次，治療的數據方便采集、分析與整理，方便醫師對康復效果進行量化評價，對康復過程進行改進和創新；再進一步而言，康復技術與多媒體技術的融合將為患者提供更加豐富的訓練內容，模擬更真實的訓練環境，使患者更加積極的參與治療，從而提高治療效果。

現有的上肢康復機器人，人機交互方式單一，并沒有將對日常生活常用動作與虛擬現實技術進行有效的融合，不利于最大限度地調動患者的康復積極性。另外，相對人體肩關節三個自由度數量而言，現有上肢康復機器人只有兩個自由度，限制了訓練的范圍，如中國專利CN101357097A中所述的五自由度外骨骼式上肢康復機器人，其肩關節自由度數小于人體肩關節的自由度數目，故康復功能比較局限。

發明內容

本發明的目的是提供一種能夠幫助腦卒中患者進行上肢康復訓練的外骨骼式上肢康復機器人。

本發明的外骨骼式上肢康復機器人包括外骨骼式康復機械臂、輔助機構及控制系統。

機械臂采用模塊化結構，康復醫師可根據患者的病情和不同訓練階段的要求快速將機械臂裝配為五自由度機械臂或三自由度機械臂。

五自由度機械臂由橫臂、大臂和小臂組成。伺服立柱、橫臂、大臂、小臂依次串聯，構成了肩關節的外展/內收自由度，肩關節的屈/伸自由度，肘關節屈/伸自由度。大臂與小臂分別被弧形滾珠滑軌截斷，其旋轉中心線分別穿過患者的肩關節運動中心點和肘關節運動中心點，并分別構成肩關節內旋/外旋，腕關節內旋/外旋自由度。

橫臂安裝于位于伺服立柱上的渦輪蝸桿減速電機減速器輸出軸上，此電機控制肩關節的外展/內收自由度。此運動自由度與渦輪蝸桿減速器輸出軸同軸，并且，軸線穿過康復對象肩關節旋轉中心。位于渦輪蝸桿減速器上方并安裝于橫臂上的行星輪減速器伺服電機通過同步齒形帶驅動位于橫臂另一端的肩關節屈伸自由度連接軸，構成肩關節的屈/伸自由度。上述連接軸的另一端與大臂相連，大臂為鋁鎂合金套筒式結構，套筒上有標尺，記錄大臂針對不同患者的調節長度。套筒一端與弧形導軌滑塊固定，由此構成的封閉空間中安裝有一個伺服電機，此伺服電機行星輪減速器輸出軸通過齒輪機構驅動弧形導軌運動，構成肩關節內旋/外旋自由度。弧形導軌下方通過肘關節伺服電機與小臂相連，小臂上有類似于大臂的弧形導軌與齒輪機構，構成腕關節的內旋/外旋自由度。

當采用五自由度機械臂進行康復時，患者的肩關節具有三個自由度，肘關節有一個自由度，腕關節有一個自由度。這種自由度安排的主要依據是：臨床試驗證明，患者的癱軟期主要以單關節肌力訓練為主，痙攣期主要以單關節分離運動為主，恢復期主要以肩、肘關節復合運動為主，其中，肩關節是最復雜并且是最容易引起并發癥的部位。故本外骨骼式康復機械臂將肩關節設計成具有肩部外展/內收、肩部屈/伸、肩部內旋/外旋三個自由度，這三個自由度的旋轉中心線相交于一點，并重合于患者肩關節的旋轉中心。這種設計方式完全模擬人體肩關節的所有自由度，可帶動患者完成健康人完成的所有肩關節動作。機械臂肘關節具有肘部屈/伸自由度。機械臂腕關節只具有一個內旋/外旋自由度，而無腕關節的其余兩個自由度。這種設計方式一方面可以完成大多數肩、肘、腕三關節復合運動；另一方面也避免由于設計腕關節其余兩個自由度導致的小臂過長，轉動慣量過大，造成的安全問題。