[發明專利]基于腦機接口的單自由度手臂康復裝置

有效

• 申請號: 201410414822.4
• 申請日: 2014-08-21
• 公開（公告）號: CN104337665B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發明（設計）人: 宋元斌;史衛全;聶文潔;李占玉;胡昊
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: A61H1/02
• 分類號: A61H1/02;G06F3/01
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司31236
• 代理人: 郭國中,劉翠

技術領域

本發明涉及康復機器人技術領域的一種康復手臂，具體地，涉及一種基于腦機接口的單自由度手臂康復裝置。

背景技術

在我國，腦卒中的發病率為每年每10萬人中平均200例，估計每年新發腦卒中200萬，存活患者中75％的都有不同程度的后遺癥，特別是運動功能障礙。盡可能早地進行康復治療對改善患者的生活質量具有重要意義。基于大腦可塑性和功能重組理論，康復訓練可以促進患者的神經側支循環和神經軸突突觸聯系的建立。目前用于運動功能障礙治療的康復方法很多，以神經肌肉促進技術為主的運動療法已在臨床應用中證實了其治療效果。

隨著現代中樞神經康復機理研究的深入，國外研究人員利用機器人技術在運動功能康復方面開展了大量研究，希望強調在康復醫學中輔助康復訓練的價值，著重針對患者運動功能訓練。

經過現有技術的文獻檢索發現，許祥等發表的《基于外骨骼的可穿戴式上肢康復機器人設計與研究》，利用機器人原理，把智能控制與人體運動相結合，以替代人工進行康復訓練，其能夠承受的工作強度高，且性能穩定，借助康復機器人，通過標準化重復運動，達到促進神經功能重塑、恢復患者運動及控制能力的目的。

但是，上述現有技術，將康復訓練作為被動式輔助訓練，對患者進行被動的康復訓練模式，這種訓練模式，無法加強患者的主動運動意愿，且無法在腦部形成反射弧，康復效果差。

發明內容

本發明針對現有技術中存在的上述不足，提供了一種基于腦機接口的單自由度手臂康復裝置。

本發明是通過以下技術方案實現的。

一種基于腦機接口的單自由度手臂康復裝置，包括：控制單元、動力與傳動裝置、支撐架以及手動調節組件，所述支撐架包括大臂支撐架和小臂支撐架，所述動力與傳動裝置用于連接大臂支撐架和小臂支撐架，所述手動調節組件設置于動力與傳動裝置上；所述控制單元設有控制面板和腦電波傳感器，手臂康復裝置通過腦電波傳感器采集病人腦電信號，并通過控制面板控制動力與傳動裝置驅動大臂支撐架和小臂支撐架運動；所述大臂支撐架與小臂支承架之間通過動力與傳動裝置實現一個肘部自由度。

優選地，所述動力與傳動裝置包括：伺服電機、電機支撐架、聯軸器、軸承、傳動軸、大臂底部連接架和小臂底部連接架，其中，所述控制面板與伺服電機相連接，用于控制伺服電機產生驅動；所述伺服電機固定于電機支撐架上，并通過聯軸器與傳動軸相連接，實現一次耦合傳動；所述傳動軸與軸承相連接，所述小臂底部連接架與傳動軸固定連接，實現二次耦合傳動；所述大臂底部連接架與電機支撐架固定連接，所述大臂支撐架和小臂支撐架分別通過手動調節組件設置于大臂底部連接架和小臂底部連接架的兩端。

優選地，所述電機支撐架為折形結構，電機支撐架上設有用于固定伺服電機的固定孔和/或用于伺服電機的轉子穿過的通孔。

優選地，所述傳動軸設有矩形剖面槽，所述小臂底部連接架內側設有矩形面板，所述矩形剖面槽與矩形面板相適配。

優選地，所述伺服電機的最大轉矩為80kg.cm。

優選地，所述手動調節組件包括蝶形螺絲和可滑動導軌，所述可滑動導軌固定于底部連接架的外側，所述大臂支撐架和小臂支撐架分別通過可滑動導軌可滑動地設置于大臂底部連接架和和小臂底部連接架上，并通過蝶形螺絲固定。

優選地，所述手動調節組件還包括舵機支撐板架，所述舵機支撐板架連接于支撐電機支撐架與大臂底部支撐架之間；所述舵機支撐板架上與大臂底部連接架的連接處設有弧形槽孔，通過弧形槽孔調節舵機支撐板架，進而調節伺服電機的轉子與聯軸器的相對位置。

優選地，所述控制單元還包括：信號采集模塊、信號處理模塊、通訊模塊以及信號輸出模塊，其中，所述信號采集模塊與信號處理模塊相連接，所述信號處理模塊與通訊模塊相連接，所述通訊模塊與信號輸出模塊相連接；所述腦電波傳感器設置于信號采集模塊上；所述控制面板設置于信號輸出模塊上。

優選地，所述控制面板采用如下任一種單片機。

Arduino單片機；

51單片機；

Msp430單片機；

cortexM3單片機。

優選地，所述大臂支撐架和/或小臂支撐架的上表面采用符合人體工學的弧形表面結構，所述弧形表面結構的兩側對稱設有的矩形槽孔，所述弧形表面結構的中心處設有若干減輕孔。

優選地，所述基于腦機接口的單自由度手臂康復裝置采用鋁合金材質。

與現有技術相比，本發明具有以下技術特點：