[發明專利]一種用于檢測人體上肢肩部盂肱關節運動信息的穿戴外骨骼機構

有效

• 申請號: 201610029141.5
• 申請日: 2016-01-17
• 公開（公告）號: CN105686834B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 李劍鋒;張春召
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: A61B5/11
• 分類號: A61B5/11;A61B5/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發明屬于康復醫療器械領域，涉及一種穿戴上肢外骨骼機構，可用于檢測人體上肢運動過程中肩部盂肱關節運動信息。

背景技術

近二十年來，國內外的一些研究機構相繼開展了上肢康復訓練技術的研究，研制出多種功能各異的上肢康復機器人和康復訓練設備，研制的部分康復訓練外骨骼系統已開始進入臨床應用階段。人體上肢的關節運動信息是規劃康復訓練外骨骼系統導引運動的基礎性數據，對患肢進行康復訓練時，需要參照相關信息設計外骨骼系統的導引運動規律。因此，獲得相對準確的上肢關節運動信息對于保證患肢的康復訓練效果具有實際意義。

根據人體解剖學可知，人體肩部關節圖1、圖2所示錯綜復雜，它由肱骨、肩胛骨、鎖骨、胸骨及其間的盂肱關節、肩鎖關節、胸鎖關節和肩胛胸壁關節連接而成，其中胸鎖關節和肩胛胸壁關節運動學尚且不清楚，根據人體骨骼模型運動學分析，肩部關節中的盂肱關節(傳統意義上的肩關節)在完成外展/內收,前屈/后伸的運動過程中，轉動中心在人體肩部關節相對于人體胸骨的運動過程中，是漂移的，并且漂移軌跡并不是線性的，而是有多段低曲率弧線構成，并且肩部中心的漂移也不僅限于矢狀面內，這使研究肩部盂肱關節的運動更加復雜，為了獲得盂肱關節運動信息，本發明設計了一種穿戴外骨骼機構。在人體上肢帶動外骨骼運動過程中，通過安置于外骨骼機構導軌移動副的位移傳感器和安置于外骨骼機構盂肱關節轉動處的光電編碼器直接測得人體上肢盂肱關節出的運動信息。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，提供一種能檢測盂肱關節運動信息，且結構簡單、使用方便，占用體積小，制造成本低的一種用于檢測人體上肢肩部盂肱關節運動信息的穿戴外骨骼機構。其設計理念是:在人體肩部結構的研究中，模型化處理是一切工作的開始，根據人體解剖學知識，并在參考人體骨骼學、人體骨骼運動學的基礎上從人體中抽出胸骨(等價于剛體)，上肢帶骨(根據人體骨骼學，上肢帶骨包括鎖骨和肩胛骨，可視為與鎖骨和肩胛骨綜合運動等效的虛擬骨骼，其長度對應于胸鎖關節和盂肱關節中心點間的距離)，肱骨(等價于剛體)做相應的運動學分析，如圖3所示。該運動學性質等價于理論力學中一般剛體的運動學模型，根據理論力學中剛體的一般運動學知識得知，上肢肩部胸骨的胸鎖關節處相當于基礎件，肱骨相當于運動的剛體，在肱骨的轉動中心中取一個基點，再以基點為原點設立一個平移參考系和固定連接與剛體的隨體參考系,如圖4所示。這樣，確定剛體在空間的位置就歸結為確定隨體參考系在空間的位置。在胸骨上建立定坐標系，設為o xyz，平移參考系或基點的位置可以用它在固定坐標系一組坐標數值來確定；隨動參考系相對于平移參考系的姿態就可以用三個獨立的角度值來確定，這樣用六個獨立的參數就可以確定肩部盂肱關節的位置和姿態，即準確獲得肩部盂肱關節的運動信息，基于該運動學模型，設計出了一種用于檢測人體上肢肩部盂肱關節運動信息的穿戴外骨骼機構，該外骨骼機構實現的功能是：在人體上肢上臂緊致穿戴該外骨骼，并做運動的情況下，外骨骼機構做隨動運動，實現的功能是準確檢測到上肢上臂運動盂肱關節旋轉中心的位置和盂肱關節對于該位置時的姿態，即獲得準確的人體上肢肩部盂肱關節運動信息。

本發明解決技術問題所采用的方案是：

一種用于檢測人體上肢肩部盂肱關節運動信息的穿戴外骨骼機構，由三移動檢測機構、T型連接板和三轉動檢測機構構成，三移動檢測機構包括的支撐支架、第一導軌移動副裝置、第二導軌移動副裝置和第三導軌移動副裝置，三轉動檢測機構包括盂肱關節收展關節裝置、連接彎板、盂肱關節屈伸關節裝置和盂肱關節旋轉轉動關節裝置。

一種用于檢測人體上肢肩部盂肱關節運動信息的穿戴外骨骼機構支撐支架，由蹄腳、蹄腳支撐件、支架第一型材、角件、支架第二型材、支架第三型材、端蓋、支架第四型材和支架第五型材構成，其中四根蹄腳支撐件連接四個蹄腳支撐于地面，四根蹄腳支撐件、三根支架第一型材、四根支架第二型材、兩根支架第三型材、支架第四型材和支架第五型材通過22套角件互相拼接成一體，并把兩根支架第三型材、支架第四型材和支架第五型材兩端端面用8個端蓋蓋上，構成支撐支架，該支撐支架用于支撐肩部盂肱關節運動信息的穿戴外骨骼機構，是肩部盂肱關節運動信息的穿戴外骨骼機構運動的基礎。