[發明專利]帶肌電感知的穿戴式小臂主動康復訓練外骨骼裝置

有效

• 申請號: 201810360197.8
• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN108524192B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 楊德偉;謝攀;雷華;畢浩;周詳宇;張毅
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: A61H1/02
• 分類號: A61H1/02
• 代理公司: 重慶市恒信知識產權代理有限公司 50102
• 代理人: 劉小紅;陳棟梁

本發明請求保護一種帶肌電感知的穿戴式小臂主動康復訓練外骨骼裝置，屬于機器人領域。該裝置由外骨骼支架、小臂旋轉機構、肘屈伸機構、驅動電機和肌電信號采集裝置構成，可實現肘關節屈伸和小臂旋轉兩個自由度的主動康復訓練。大小臂支架采用半開放結構更易于穿戴，且內襯關鍵位置預埋肌電信號采集裝置，采集康復訓練過程中的手臂肌電信號，進而可根據肌肉張力情況調整各關節電機運動，提升訓練安全性和效果。小臂屈伸機構采用兩組電機?傘齒輪傳動形式，通過2個電機同步協調運動實現小臂屈伸運動。小臂旋轉機構采用鋼絲傳動方式，小臂旋轉角度達180°。本專利能更方便、更安全、更有效的進行康復訓練，可廣泛應用于醫院、社區和家庭。

技術領域

本發明屬于機器人技術領域，特別涉及一種帶肌電感知的穿戴式小臂主動康復訓練外骨骼裝置，具體來說是一種針對小臂旋轉和肘關節屈伸2個關節主動康復訓練而設計的外骨骼裝置。

背景技術

由于中風等疾病造成的人體上臂功能失能，會對患者的生活造成極大的影響。通過及時有效的康復訓練，可以幫助患者重建上臂運動功能，改善患者的生活質量。針對人體上臂康復訓練需求設計康復機器人，是近年來康復醫療學科研究的熱點。傳統的人工物理療法中，治療師們勞動強度大且要求具有高度熟練技巧。康復機器人旨在利用機器人原理，把智能控制與人體運動相結合，且能夠承受高的工作強度。人們借助康復機器人的標準化的重復運動，可以促進神經功能重塑，最終達到恢復患者運動及控制能力的目的。

近些年來市面上出現的康復訓練機器人體積過大，比較笨重，用戶使用不夠友好等問題。本發明專門針對人體比較容易受傷的肘關節和小臂旋轉關節進行小臂主動康復訓練，機械結構方面進行了大量創新設計，做到質量輕，可穿戴，舒適度強。同時，為了克服傳統康復訓練儀只能機械重復執行預設康復訓練軌跡，訓練效果不佳的問題，通過引入肌電感知系統，根據肌電信號調整康復訓練軌跡，有效避免了病人康復訓練過程中的肌肉拉傷等二次損傷等情況，提高康復訓練的有效性。

發明內容

本發明旨在解決以上現有技術的問題。提出了一種提高康復訓練的有效性、簡化結構的帶肌電感知的穿戴式小臂主動康復訓練外骨骼裝置。本發明的技術方案如下：

一種帶肌電感知的穿戴式小臂主動康復訓練外骨骼裝置，其包括：外骨骼支架、肘屈伸機構、小臂旋轉機構、驅動電機及肌電信號采集器(7)，其中，所述外骨骼支架用于固定人體大臂和小臂，同時用于支撐肘屈伸機構及小臂旋轉機構，所述外骨骼支架中預埋有肌電信號采集器(7)來檢測人體肌肉張力，所述驅動電機包括第一驅動電機和第二驅動電機，所述第一驅動電機用于對肘屈伸機構提供動力，所述第二驅動電機用于為小臂旋轉機構提供動力；所述肌電信號采集器(7)、第一驅動電機和第二驅動電機與控制系統相連，肌電信號采集器(7)采集人體肌電信號后，將信號傳給控制系統，控制系統對肌電信號進行分析后，修正驅動電機的運動軌跡，并控制驅動電機運動；所述驅動電機的驅動力傳遞給肘屈伸機構和小臂旋轉機構，帶動人體上臂康復運動，通過肘屈伸機構和小臂旋轉機構的運動使得裝置具有兩個主動運動自由度，分別是小臂旋轉運動和肘關節屈伸運動；所述肘屈伸機構包括小傘齒輪(9)、大傘齒輪(10)、小臂屈伸連接板(11)、軸(13)、螺柱(14)及軸承(15)，其中第一驅動電機通過直角彎板分別對稱固定在大臂支架(4)的內側和外側，第一驅動電機輸出軸端固定小傘齒輪(9)，軸(13)穿過嵌套于大臂支架(4)和小臂屈伸連接板(11)內的軸承(15)，軸(13)的一端高出大臂支架(4)，該端固定大傘齒輪(10)與電機輸出軸端的小傘齒輪(9)嚙合，軸(13)的另一端與小臂屈伸連接板(11)通過頂絲固定連接。

進一步的，所述外骨骼支架包括小臂支架(2)、小臂支撐環(3)、大臂支架(4)、大臂支撐環(5)，其中小臂支架(2)上設置有小臂支撐環(3)，大臂支架(4)上設置有大臂支撐環(5)，所述小臂支架(2)與大臂支架(4)之間連接。

進一步的，所述大臂支架(4)和小臂支架(2)采用半開放式結構，所述大臂支架(4)和小臂支架(2)的內襯由柔軟材料制作。