[發明專利]基于腦電控制的外骨骼手指康復機器人系統及工作方法

有效

• 申請號: 201310749588.6
• 申請日: 2013-12-27
• 公開（公告）號: CN103750975A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 郭書祥;魏巍;張帆;趙芳;趙鑫;郭健;吉月輝;馬旭;丁新會;任心怡
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: A61H1/02
• 分類號: A61H1/02;A61B5/0482
• 代理公司: 天津天麓律師事務所 12212
• 代理人: 王里歌

（一）技術領域：

本發明屬于醫療器械領域，尤其是一種基于腦電控制的外骨骼手指康復機器人系統及工作方法，特別適用于腦中風引起的偏癱病人早期的手指康復訓練。

（二）背景技術：

腦卒中（也稱腦中風）是嚴重威脅中老年人身體健康的疾病，隨著我國逐漸進入老齡化社會，發病率有逐年上升的趨勢,每年有超過200萬人死于中風。這種疾病引發了患者肢體運動功能的喪失及相關并發癥。尤其是上肢運動功能的喪失，極大地影響了患者日常生活的能力。手是人體結構最重要的組成部分之一，它對人類的功能及外觀都顯得及其重要。特別是手的運動能力是人類的日常生活和工作得以順利進行的基本保障。科學表明，癱瘓上肢大多數是從肩部先恢復，其次為上臂和前臂，最后是手指的恢復。同時，由于人手部分集中了大量的關節、神經、血管、肌肉比較多，關節疾病、中風等心血管疾病造成的偏癱也會導致手指關節肌腱纖維化和肌肉、韌帶的痙攣萎縮。因此，大多數康復訓練過程主要以手的活動程度作為上肢功能恢復的標志。

目前的運動康復治療是在醫院中通過康復治療師進行的，康復治療師向患者手指施力，讓患者手指恢復力量和運動范圍。然而，目前的運動康復治療存在很多問題。首先，康復過程是治療師與病人一對一的，對人力物力的消耗比較大，且治療費用昂貴對患者造成巨大的經濟負擔。其次，康復過程持續時間較長，過程枯燥，患者缺乏主動行和積極性，這使得恢復運動很難有效的刺激患者神經的恢復。最后，目前的的康復訓練依賴于康復治療師的經驗和主觀判斷，不能精確控制訓練參數并且缺乏康復過程的客觀記錄，難以對康復效果進行科學準確評定，不利于患者的恢復。

外骨骼康復機器人機構設計符合人體工學，相當于為患者的肢體增加一層外置的骨骼，以此來輔助患者進行運動，同時根據配套的傳感器控制外骨骼機器人進行運動，并且對患者的康復情況進行客觀評價，提高患者的康復效果。然而，現有的外骨骼手指康復機器人采用的結構比較龐大，有的需要外置一個驅動模塊來空置機器人運動。除此之外，手指機器人的傳動方式比較復雜，不利于裝卸，以及不能實現家庭康復。

（三）發明內容：

本發明的目的在于提供一種基于腦電控制的外骨骼手指康復機器人系統及工作方法，構建出一個運動刺激-大腦-神經-計算機信息處理與控制-驅動單元-偏癱部位(例如手指)運動-反饋界面-神經-大腦這樣一種閉環控制系統；可以解決偏癱患者的手指運動功能的康復問題，是一種基于腦電控制的利用生物反饋（腦電信號）控制穿戴在患者手指關節的幫助患者恢復運動功能的外骨骼手指康復機器人系統。

本發明的技術方案：一種基于腦電控制的外骨骼手指康復機器人系統，其特征在于它包括工作站、電機控制單元、外骨骼手指康復機器人、腦電電極、腦肌電分析單元、傳感器單元和人機交互界面；其中，所述工作站接收腦肌電分析單元和傳感器單元的輸出信號，其輸出端連接電機控制器的輸入端；所述外骨骼手指康復機器人的輸入端連接電機控制單元的輸出端，其輸出端將信號傳遞給患者；所述傳感器單元的輸入端接收患者的病原信號，其輸出端與工作站的輸入端連接；所述腦電電極的輸入端測取患者的腦電波信號，其輸出端連接腦肌電分析單元的輸入端；所述人機交互界面輸出感官信號給患者。

所述傳感器單元由彎曲傳感器和力傳感器構成，安裝在外骨骼手指康復機器人上。

所述工作站是能夠模擬現實環境及狀態的虛擬系統。

所述外骨骼手指康復機器人是由電機、驅動軸、手掌部分、轉動軸I、手指MCP（Metacarpophalangeal?joint——掌指關節）關節、轉動軸II、轉動軸III、螺紋軸、手指PIP（Proximal?interphalangeal?joint——近端指間關節）關節、轉動軸IV、手指DIP（Distal?interphalangeal?joint——遠端指間關節）關節、傳動輪I、傳動輪II、傳動輪III、傳動輪IV、傳動輪V、平行槽軸、連接桿；其中，所述電機安裝在手掌部分；所述驅動軸通過頂絲與電機軸連接；所述平行槽軸與驅動軸連接；所述傳動輪V通過轉動軸I連接在手掌部分；所述傳動輪IV和傳動輪III通過轉動軸II和轉動軸III與手指MCP關節連接；所述傳動輪I通過轉動軸IV連接在手指PIP關節上；所述螺紋軸與傳動輪III通過鋼絲繩形成微型鋼絲繩傳動結構；所述傳動輪II通過螺紋連接固定在轉動軸III上；所述手指PIP關節和手指DIP關節之間依螺紋通過連接桿連接；所述手指DIP關節通過螺紋頂絲固定在轉動軸IV上。