[發(fā)明專利]一種盂肱關(guān)節(jié)仿生助力柔性外骨骼機(jī)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711364627.5
• 申請(qǐng)日: 2017-12-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109925161B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉連慶;楊鐵;于鵬;劉柱;李寧;常俊玲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所
• 主分類號(hào): B25J9/00
• 分類號(hào): B25J9/00;A61H1/02;B25J17/02
• 代理公司: 沈陽(yáng)科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 白振宇

本發(fā)明涉及一種盂肱關(guān)節(jié)仿生助力柔性外骨骼機(jī)構(gòu)，盂肱前伸/后縮關(guān)節(jié)包括通過(guò)旋轉(zhuǎn)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)連接的盂肱前伸/后縮執(zhí)行臂和盂肱前伸/后縮支撐臂，盂肱內(nèi)旋/外旋關(guān)節(jié)包括通過(guò)旋轉(zhuǎn)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)連接的盂肱內(nèi)旋/外旋執(zhí)行臂和盂肱內(nèi)旋/外旋支撐臂，盂肱外展/內(nèi)收關(guān)節(jié)包括通過(guò)旋轉(zhuǎn)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)連接的盂肱外展/內(nèi)收?qǐng)?zhí)行臂和盂肱外展/內(nèi)收支撐臂，盂肱前伸/后縮支撐臂與盂肱內(nèi)旋/外旋執(zhí)行臂之間以及盂肱內(nèi)旋/外旋支撐臂與盂肱外展/內(nèi)收?qǐng)?zhí)行臂之間相互連接；各旋轉(zhuǎn)裝置均與各自的套索驅(qū)動(dòng)單元連接，由各自的套索驅(qū)動(dòng)單元提供前伸/后縮、內(nèi)旋/外旋及外展/內(nèi)收的驅(qū)動(dòng)力矩。本發(fā)明解決了偏癱患者盂肱關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練問(wèn)題，同時(shí)有效避免人機(jī)肩部運(yùn)動(dòng)奇異位形，提高人機(jī)運(yùn)動(dòng)相容性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及人體生物力學(xué)和醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域中的外骨骼機(jī)器人，具體地說(shuō)是一種盂肱關(guān)節(jié)仿生助力柔性外骨骼機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)

我國(guó)中風(fēng)發(fā)病率世界第一，隨著生活節(jié)奏和人口老齡化加快、生活壓力增大，心腦血管及神經(jīng)系統(tǒng)疾病造成的中風(fēng)偏癱患者逐年增加，其中約3/4患者有不同程度的神經(jīng)損傷和功能運(yùn)動(dòng)障礙，嚴(yán)重影響生活質(zhì)量。研究表明，中樞神經(jīng)系統(tǒng)具有高度可塑性，對(duì)偏癱患肢展開(kāi)及時(shí)有效的康復(fù)訓(xùn)練，有助于恢復(fù)中樞神經(jīng)對(duì)肢體運(yùn)動(dòng)的支配與控制，增強(qiáng)肌肉力量，重塑患肢運(yùn)動(dòng)功能，并有效預(yù)防肌肉萎縮，骨質(zhì)疏松等并發(fā)癥。傳統(tǒng)臨床方法主要以醫(yī)生徒手康復(fù)訓(xùn)練為主，存在諸多局限，如康復(fù)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大；治療效果受醫(yī)生經(jīng)驗(yàn)和水平影響較大，無(wú)法精確控制訓(xùn)練參數(shù)；無(wú)法對(duì)康復(fù)訓(xùn)練進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)。

康復(fù)外骨骼系統(tǒng)是將機(jī)器人技術(shù)引入臨床康復(fù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域而產(chǎn)生的一種輔助或替代醫(yī)生完成患者康復(fù)訓(xùn)練的機(jī)器人系統(tǒng)。上肢康復(fù)外骨骼可穿戴于患肢外側(cè)，對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確、持續(xù)、有效的上肢康復(fù)訓(xùn)練治療，同時(shí)通過(guò)感知系統(tǒng)可對(duì)人機(jī)交互力信息、人體運(yùn)動(dòng)學(xué)和生理學(xué)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記錄，提高患者穿戴舒適性，實(shí)時(shí)定量評(píng)估康復(fù)訓(xùn)練效果，為改進(jìn)和優(yōu)化康復(fù)方案提供客觀依據(jù)。

康復(fù)外骨骼是典型的人機(jī)一體化系統(tǒng)，人—機(jī)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軸線不匹配會(huì)造成關(guān)節(jié)疼痛、運(yùn)動(dòng)空間受限等影響康復(fù)訓(xùn)練效果，甚至造成患肢二次傷害，因此，康復(fù)外骨骼設(shè)計(jì)時(shí)要求盡可能實(shí)現(xiàn)人—機(jī)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軸線相匹配。然而，目前的上肢康復(fù)外骨骼在肩部復(fù)合體康復(fù)訓(xùn)練方面仍存在較大缺陷。

人體肩部是由盂肱關(guān)節(jié)和肩胛帶組成的肩部復(fù)合體，具有靈活性、高穩(wěn)定性差的特點(diǎn)。盂肱關(guān)節(jié)為球窩關(guān)節(jié)，肩胛帶是由肩鎖關(guān)節(jié)、胸鎖關(guān)節(jié)和肩胛胸壁關(guān)節(jié)組成的運(yùn)動(dòng)鏈，任意單個(gè)關(guān)節(jié)無(wú)法獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。當(dāng)肱骨上抬時(shí)，鎖骨相對(duì)胸骨繞胸鎖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，肩胛骨相對(duì)鎖骨繞肩鎖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)也會(huì)在胸骨表面?zhèn)然瑥亩鴰?dòng)盂肱關(guān)節(jié)窩向上傾斜，這個(gè)復(fù)雜協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)過(guò)程使得盂肱關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)中心出現(xiàn)漂移，實(shí)現(xiàn)肱骨大范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)。因此，肩部復(fù)合體運(yùn)動(dòng)中，肩胛帶可為盂肱關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)中心提供冠狀面的前伸/后縮和水平面的上提/下落兩個(gè)運(yùn)動(dòng)。而現(xiàn)有康復(fù)外骨骼通常采用三個(gè)軸線垂直相交的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)等效人體肩部運(yùn)動(dòng)，該方案僅考慮盂肱關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，忽略肩胛帶運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致在肱骨大范圍運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)造成人—機(jī)肩部運(yùn)動(dòng)奇異位形與干擾；同時(shí)，中風(fēng)患者由于神經(jīng)受損，無(wú)法自主產(chǎn)生肩胛帶運(yùn)動(dòng)，只有依靠移動(dòng)軀干來(lái)補(bǔ)償肩胛帶運(yùn)動(dòng)，大大降低康復(fù)訓(xùn)練效果，并極易產(chǎn)生其他并發(fā)癥。另一方面，傳統(tǒng)康復(fù)外骨骼驅(qū)動(dòng)電機(jī)集成在關(guān)節(jié)處，使外骨骼執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有較大質(zhì)量和慣量，增加驅(qū)動(dòng)性能要求，降低控制精度及穩(wěn)定性，存在系統(tǒng)故障時(shí)患肢墜落的安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種盂肱關(guān)節(jié)仿生助力柔性外骨骼機(jī)構(gòu)，適用于中風(fēng)、偏癱等運(yùn)動(dòng)功能障礙患者肩部復(fù)合體日常動(dòng)作助力與康復(fù)訓(xùn)練。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：