[發明專利]一種帶自張緊功能鋼絲繩傳動的上肢康復臂

有效

• 申請號: 201810132096.5
• 申請日: 2018-02-09
• 公開（公告）號: CN108852739B
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 涂細凱;伍賽;李建;李佳璐
• 申請（專利權）人: 湖北工業大學
• 主分類號: A61H1/02
• 分類號: A61H1/02
• 代理公司: 武漢帥丞知識產權代理有限公司 42220
• 代理人: 朱必武;曾祥斌

本發明涉及仿生結構的機器人，特涉及一種帶自張緊功能鋼絲繩傳動的上肢康復臂。本發明包括氣動肌肉執行組件和可穿戴外骨骼組件；可穿戴外骨骼組件由兩個結構相同的單臂部件和背部支架組成；兩個單臂部件中的肩關節分別安裝在背部支架的基座接頭上，兩個肩關節軸分別經各自的肩部鋼絲牽引線與背部支架中各自的氣動肌肉連接。本發明的裝置將驅動執行器從外骨骼本體剝離出來，大大的降低了外骨骼的重量、簡化了結構。

技術領域

本發明涉及仿生結構的機器人，特涉及一種帶自張緊功能鋼絲繩傳動的上肢康復臂。

背景技術

腦卒中(Stroke)，俗稱中風，是一種突然起病的腦血管疾病，也是腦血管疾病最嚴重的并發癥。腦卒中被認為是威脅人類健康的三大疾病之一。據統計，中國每年有多達達200萬人發生腦中風疾病，腦卒中患者現在尚存700萬人，其中450萬例患者偏癱或癱瘓，肢體不同程度喪失活動能力，生活不能自理，致殘率高達75％。人體上肢在日常生活中承擔著非常重要的責任，完成各種精細復雜的活動，上肢運動功能障礙將嚴重影響人們的日常生活。因此，偏癱患者的上肢運動功能重建是康復醫學研究領域的重要課題。臨床醫學的研究表明，大多數的腦卒中患者通過廣泛和重復的任務型練習可以一定程度地恢復肢體運動能力。

目前上肢康復機器人按機械結構可分為末端牽引式和外骨骼式兩類。末端牽引式康復機器人在康復運動中，其末端通常與患者手腕固聯在一起，通過康復機器人末端執行器的運動帶動患肢運動，其很難對患者上肢中某單個關節作獨立的主動或被動康復運動。此外，該類康復機器人與患者通常僅僅通過手腕相連，康復運動時，其反作用力可能對患者手腕或患者肢體其他部分造成傷害。外骨骼式康復機器人可以直接穿戴于人體，其各自由度受人體關節的運動方式及尺寸的限制，因此機構較為復雜，由于該類康復機器人各關節依附與人體，機器人及患者肢體的重量及慣性會影響機器人的驅動特性和運動特性。然而，外骨骼康復機器人關節空間與人體關節空間幾乎一致，安全性高，且在軌跡控制中無需進行空間轉換的計算。此外，在康復運動中，機器人對患者上肢即可以對單個關節，也可以對多關節同時作主動、被動康復運動。因此，相比于末端牽引式康復機器人，外骨骼式康復機器人能提供更靈活、更安全、更豐富的康復運動。

上肢康復訓練機器人是將機器人技術領域與康復治療醫學領域結合而產生的，是一種補充或替代專業醫師完成人體上肢康復訓練的新技術，它的出現為上肢偏癱患者的康復治療開辟了新的道路，彌補了偏癱患者臨床治療的不足?？祻陀柧殭C器人的治療方法是將患肢與機器人相連，患者肢體在機器人的帶動下，完成各種動作，刺激人體上肢關節及肌肉的神經控制系統，從而達到恢復患者肢體運動機能的目的。這種方式減輕了對治療醫師的依賴，它能幫助醫療師完成繁重、反復的康復訓練任務，幫助患者更好的恢復肢體運動機能。

外骨骼上肢康復機器人是一種與偏癱患者身體直接接觸的康復醫療裝備，其安全性和柔順性非常重要，此外，康復運動要力求平穩、自然，而這些主要依賴于康復機器人的執行器。目前大多數康復機器人采用電機驅動，其它類型的執行器主要是氣動肌肉、氣缸及液壓等。其中，氣動肌肉的主要優點在于其動作方式、響應時間、伸縮范圍與生物肌肉較為相似，其非線性特性與人體骨骼肌相近，具備電機等執行器所沒有的固有柔順性；其次，氣動肌肉重量輕、輸出拉力大、結構緊湊、使用靈活、潔凈，而且可直接驅動負載，無需齒輪等減速機構，利于康復機器人的輕型化、簡單化。此外，氣動肌肉的運動行程受自身長度、輸入氣壓等限制，只能在有限范圍內運動，因此氣動肌肉在康復機器人的驅動中，比電機更安全、可靠；此外，由兩根氣動肌肉以雙端反向對拉方式驅動的氣動肌肉驅動關節的結構與生物關節類似，能同時對氣動肌肉驅動關節的位置和剛度進行控制，而這一特性正是單個電機驅動的機械臂所不具備的。因此，氣動肌肉相對于電機等其它執行器更能保證康復機器人的安全性與柔順性。

發明內容