[發明專利]一種提供主動輔助和被動拉伸的患肢訓練裝置及其控制方法

有效

• 申請號: 201110430749.6
• 申請日: 2011-12-14
• 公開（公告）號: CN102614066A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 任宇鵬;張立群
• 申請（專利權）人: 雷哈博泰克有限責任公司
• 主分類號: A61H1/02
• 分類號: A61H1/02;A63B23/04;A63B23/12;A63B24/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 董敏

1.一種提供主動輔助和被動拉伸的患肢運動訓練裝置，包括：

固定部，其用于固定所述患肢運動裝置；

運動部，其用于固定患肢，且通過連接裝置可轉動地連接至所述固定部；

電機驅動部，其固定在所述固定部，由電流驅動，且當患肢對運動部施加力矩時，該電流產生變化；

傳動裝置，其連接所述電機驅動部和所述運動部，且當患肢對運動部施加力矩時，可帶動傳動裝置和電機驅動部運動；以及

控制部，其通過控制總線與所述患肢訓練裝置連接，能控制所述電機驅動部通過所述傳動裝置驅動所述運動部轉動，

其特征在于：

所述電機驅動部具有位置傳感器，所述位置傳感器能檢測所述運動部的角位置變化從而檢測患肢的角位置變化，并且所述控制器能根據所檢測出的角位置變化控制所述電機驅動部對所述運動部施加所需力矩，

所述控制部能檢測由于患肢對所述運動部施加力矩而產生的電機驅動部中的電流變化。

2.如權利要求1所述的患肢訓練裝置，其中，所述控制部能夠在沒有力或力矩傳感器的情況下，控制電機驅動部對運動部施加僅克服裝置的機械阻力的力矩，以便患肢進行自由運動。

3.如權利要求1所述的患肢訓練裝置，其中，所述控制電機能夠在沒有力或力矩傳感器的情況下，對運動部施加與患肢運動方向相同的輔助力矩或者施加與患肢運動方向相反的阻力矩，以便患肢進行輔助訓練或阻力訓練。

4.如權利要求1所述的患肢訓練裝置，其中，所述控制部能夠在沒有力或力矩傳感器的情況下，根據所檢測的由于患肢對所述運動部施加力矩而產生的電流變化，調節電機的轉動速度，從而改變所述運動部的轉動速度和拉伸范圍，進而調節拉伸痙攣患肢的速度和強度。

5.如權利要求4所述的患肢訓練裝置，其中，所述檢測出的電流變化通過低通濾波以得到平滑的值，所述控制部產生的速度指令與所述濾波后的電流值成反比例關系，當所述濾波后的電流值增加時，所述控制部會控制電機降低轉動速度，而且當患肢對所述運動部施加的力矩增加使得所述濾波后的電流值增加到預設值時，所述控制部會控制電機轉動速度降低為零，以便所述患肢訓練裝置不再進一步增加拉伸力矩。

6.如權利要求1所述的患肢訓練裝置，其中所述控制部包括一個或多個以下模塊：

1)系統固有阻力的補償模塊，其包括檢測微弱位置信號變化執行單元和系統固有阻力的補償量控制單元，所述檢測微弱位置信號變化執行單元檢測患肢的主動運動帶動患肢訓練裝置的運動部同步運動而產生的微小角位置變化，所述系統固有阻力的補償量控制單元根據所述微小角位置變化計算出僅克服所述患肢訓練裝置的機械阻力的補償量，并控制電機驅動部對運動部施加所述補償量，以便患肢進行自由運動；

2)輔助和阻力的調節模塊，其包括檢測微弱位置信號變化執行單元和輔助和阻力運算單元，所述檢測微弱位置信號變化執行單元讀取所述位置傳感器所檢測的運動部的角位置變化，所述輔助和阻力控制單元根據所述角位置變化量計算出所需的與患肢運動方向相同的輔助力或或與患肢運動方向相反的阻力的大小，并控制電機對運動部施加所述輔助力或所述阻力，以便患肢進行輔助訓練或阻力訓練；

3)拉伸速度的調節模塊，其包括電流信號變化檢測單元、電流的濾波單元和拉伸速度調節的運算單元，所電流信號變化述檢測單元檢測由于患肢對所述運動部施加力矩而產生的電機驅動部中的電流變化，所述電流的濾波單元將該檢測到的電流變化通過低通濾波以得到平滑的數值，所述拉伸速度調節單元根據所檢測出的電流變化估計因患肢的被動拉伸而產生的阻力變化，并根據所檢測出的電流變化調節所述運動部的轉動速度和范圍，以便調節患肢的轉動速度和范圍用于拉伸患肢肌肉。

7.如權利要求1-6中任一權利要求所述的患肢訓練裝置，其中所述運動部在所述傳動裝置和所述電機驅動部的驅動下，能產生大于等于15Nm的轉動力矩。

8.如權利要求1-6中任一權利要求所述的患肢訓練裝置，其中所述位置傳感器的精度為大于等于500脈沖/周。

9.如權利要求1-6中的任一權利要求所述的患肢訓練裝置，其中，所述患肢訓練裝置是可穿戴的，所述固定部包括固定板和第一固定器，所述第一固定器固定在固定板上，用于將所述患肢訓練裝置固定在人體部位上。