[發明專利]搖桿式上肢康復裝置及利用該裝置進行康復訓練的方法

有效

• 申請號: 201210093164.4
• 申請日: 2012-03-31
• 公開（公告）號: CN102631277A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 王帥杰;左國坤;宋濤;王云峰;鄭華文;徐佳琳
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: A61H1/02
• 分類號: A61H1/02;A63B23/12
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 陳英俊

1.一種搖桿式上肢康復裝置，其特征是：包括機械部分和控制部分，所述的機械部分包括底座(1)、伸縮搖桿(2)、外弧形軌道(3)與內弧形軌道(4)；

所述的外弧形軌道(3)通過軸承座(61)固定在底座(1)上，其一端通過第一減速機(71)連接第一伺服電機(51)；所述的內弧形軌道(4)通過軸承座(62)固定在底座(1)上，其一端通過第二減速機(72)連接第二伺服電機(52)；所述的外弧形軌道(3)，其半徑略大于內弧形軌道(4)的半徑，跨立在內弧形軌道(4)上方，并且與內弧形軌道(4)形成一定夾角；

所述的伸縮搖桿(2)包括直線電機與設置在直線電機外部的搖桿殼(12)；

所述的直線電機包括定子(17)，以及套接在定子(17)上的動子(16)；所述的動子(16)與搖桿殼(12)固定連接，所述的定子(17)相對動子(16)作直線運動；；所述的定子(17)一端通過六軸力傳感器(9)與把手(10)相連接，所述的六軸力傳感器(9)將來自把手(10)的力信號轉換為電壓號；

所述的伸縮搖桿(2)垂直穿過外弧形軌道(3)與外弧形軌道(4)內部，其搖桿殼(12)底部通過萬向球(11)與底座定點位置相連接；以垂直穿過底座定點位置的軸線為中心軸，所述的伸縮搖桿(2)能夠沿外弧形軌道(3)與內弧形軌道(4)進行平面繞行運動；

所述的控制部分包括位置傳感器(13)、第一光電編碼器(81)、第二光電編碼器(82)、信號調理器(24)、驅動器(21、22、23)、運動控制卡(25)、計算機(9)以及與計算機(9)相連接的顯示器(26)；

所述的位置傳感器(13)與定子(17)相連接、用于記錄定子(17)相對動子(16)的位置變化；

所述的第一光電編碼器(81)與外弧形軌道(3)的另一端相連接，用于記錄外弧形軌道(3)偏離中心軸的角度值；所述的第二光電編碼器(82)與內弧形軌道(4)的另一端相連接，用于記錄內弧形軌道(4)偏離中心軸的角度值；

所述的信號調理器(24)與六軸力傳感器(9)相連接、用于將六軸力傳感器(9)輸出的電壓信號放大為適合采樣的電壓信號；

所述的三個驅動器為：與第一伺服電機(51)相連接的第一伺服電機驅動器(21)，與第二服電機(52)相連接的第二伺服電機驅動器(22)，與直線電機相連接的直線電機驅動器(23)；

所述的運動控制卡(25)通過PCI接口與計算機(19)相連接，用于控制三個驅動器(21、22、23)的輸出電壓和電流。

2.根據權利要求1所述的搖桿式上肢康復裝置，其特征是：所述的搖桿殼(12)與外弧形軌道(3)之間的間隙設置滑動軸承(141)。

3.根據權利要求1所述的搖桿式上肢康復裝置，其特征是：所述的搖桿殼(12)與內弧形軌道(4)之間的間隙設置滑動軸承(142)。

4.根據權利要求1所述的搖桿式上肢康復裝置，其特征是：所述的動子(16)的上方、下方各設置一個與搖桿殼(12)固定連接的、用于限定定子(17)和動子(16)之間相對位置的定位軸承(151、152)。

5.根據權利要求1所述的搖桿式上肢康復裝置，其特征是：所述的定子(17)底部設置彈簧(18)。

6.根據權利要求4所述的搖桿式上肢康復裝置，其特征是：所述的定子(17)底部設置彈簧(18)，所述的定位軸承(152)設置在彈簧(18)的頂部位置。

7.根據權利要求1所述的搖桿式上肢康復裝置，其特征是：所述的位置傳感器(13)是光柵尺。

8.根據權利要求1至7中任一權利要求所述的搖桿式上肢康復裝置，其特征是：所述的外弧形軌道(3)與內弧形軌道(4)的夾角為90°。

9.根據權利要求1至7中任一權利要求所述的搖桿式上肢康復裝置，其特征是：所述的底座定點位置在底座(1)的幾何中心位置。

10.利用權利要求1所述的搖桿式上肢康復裝置進行康復訓練的方法，其特征是：包括被動訓練模式、主動訓練模式和助動訓練模式，各訓練模式分別包括如下步驟：

被動訓練模式：

步驟1：創建一個目標位置，將患者上肢扶住把手(10)，顯示器(26)顯示伸縮搖桿(2)的當前位置與目標位置；

步驟2：根據實際訓練參數，在運動控制卡(25)中設定第一伺服電機驅動器(21)、第二伺服電機驅動器(22)以及直線電機驅動器(23)的輸出電壓和輸出電流，啟動該搖桿式上肢康復裝置，使伸縮搖桿(2)運動，以帶動患者上肢運動；

步驟3：根據伸縮搖桿(2)的目標位置與當前位置，運動控制卡(25)調整第一伺服電機驅動器(21)、第二伺服電機驅動器(22)以及直線電機驅動器(23)的輸出電壓和輸出電流，使當伸縮搖桿(2)的當前位置達到目標位置，完成一次康復訓練任務；

主動訓練模式：

步驟1：創建一個目標位置，患者上肢扶住把手(10)，顯示器(26)顯示伸縮搖桿(2)的當前位置與目標位置；

步驟2：患者向把手(10)施加力，使伸縮搖桿(2)運動；

步驟3：根據伸縮搖桿(2)的目標位置與當前位置，患者調整所施加的力，使伸縮搖桿(2)的當前位置達到目標位置，完成一次康復訓練任務；

助動訓練模式：

步驟1：創建一個目標位置，將患者上肢扶住把手(10)，顯示器(26)顯示伸縮搖桿(2)的當前位置與目標位置；

步驟2：患者向把手(10)施加力，同時運動控制卡(25)額外設定第一伺服電機驅動器(21)、第二伺服電機驅動器(22)以及直線電機驅動器(23)的輸出電壓和輸出電流，使伸縮搖桿(2)運動；

步驟3：根據目標位置與當前位置，患者調整所施加的力，同時運動控制卡(25)調整第一伺服電機驅動器(21)、第二伺服電機驅動器(22)以及直線電機驅動器(23)的輸出電壓和輸出電流，使伸縮搖桿(2)的當前位置達到目標位置，完成一次康復訓練任務。