[發明專利]基于虛擬現實的繩索驅動上肢康復訓練機器人系統及其使用方法

在審

• 申請號: 201811118637.5
• 申請日: 2018-09-26
• 公開（公告）號: CN109260668A
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發明（設計）人: 宋愛國;石珂
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: A63B23/12
• 分類號: A63B23/12;A63B23/14;A63B24/00;A63B71/06
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 唐紅

1.一種基于虛擬現實的繩索驅動上肢康復訓練機器人系統，其特征在于：包括機器人本體以及虛擬現實康復訓練系統，所述機器人本體包括支架(34)、上臂模塊(33)、前臂模塊(32)和手部模塊(31)；所述支架(34)與地面相對固定并支撐整體重量，所述上臂模塊(33)包括上臂外環(36)和上臂內環(37)，所述前臂模塊(32)包括前臂外環(39)和前臂內環(40)，上臂內環(37)和前臂內環(40)內側壁分別裝有第一氣囊(42)和第二氣囊(43)，兩個氣囊與人體緊密結合，上臂模塊(33)和前臂模塊(32)之間通過肘部支架(24)相連接；整個機器人本體通過一組繩索組件和對應的直流電機實現驅動；所述虛擬現實康復訓練系統包括主機和Kinect雙目視覺傳感器；

其中，所述機器人本體輔助使用者進行康復訓練，Kinect雙目視覺傳感器采集使用者姿態信息并將該信息傳輸至主機處理，主機運行虛擬現實場景，通過Kinect雙目視覺傳感器采集的姿態信息實現使用者與虛擬場景的交互。

2.根據權利要求1所述的基于虛擬現實的繩索驅動上肢康復訓練機器人系統，其特征在于：所述繩索組件包括十一個繩索，其中第一驅動繩索(4)一端固定于上臂外環上的第一連接點(8)，通過支架第一繩索定位孔(44)以及套索(34)，將第一驅動繩索(4)另一端固定于對應的直流電機驅動輪；第二驅動繩索(5)一端固定于上臂外環上的第二連接點(9)，通過支架第二繩索定位孔(45)以及套索(34)，將第二驅動繩索(5)另一端固定于對應的直流電機驅動輪；第三驅動繩索(6)一端固定于上臂外環上的第三連接點(10)，然后通過支架第三繩索定位孔(46)以及套索(34)，將第三驅動繩索(6)另一端固定于對應的直流電機驅動輪；第四驅動繩索(7)一端固定于上臂外環第四連接點(11)，通過支架第四繩索定位孔(47)以及套索(34)，將第四驅動繩索(7)另一端固定于對應的直流電機驅動輪；第五驅動繩索(26)為閉環繩索，纏繞于上臂內環外周的繩槽(38)，第五驅動繩索(26)的首末兩端通過上臂外環上的第五連接點(12)以及套索(34)，纏繞于對應的直流電機驅動輪；第六驅動繩索(27)一端固定于前臂外環上的第一連接點(15)，通過上臂內環上的第一連接點(13)以及套索(34)，將第六驅動繩索(27)另一端固定于對應的直流電機驅動輪；第七驅動繩索(28)一端固定于前臂外環上的第二連接點(16)，通過上臂內環上的第二連接點(14)以及套索(34)，將第七驅動繩索(28)另一端固定于對應的直流電機驅動輪；第八驅動繩索(50)為閉環繩索，繩索整體纏繞于前臂內環外周的繩槽(41)，第八驅動繩索(50的首末兩端通過前臂外環上的第三連接點(17)以及套索(34)，纏繞于對應的直流電機驅動輪；第九驅動繩索(29)一端固定于手部模塊上的第一連接點(21)，通過前臂內環上的第一連接點(18)以及套索(34)，將第九驅動繩索(29)另一端固定于對應的直流電機驅動輪；第十驅動繩索(30)一端固定于手部模塊上的第二連接點(22)，通過前臂內環上的第二連接點(19)以及套索(34)，將第十驅動繩索(30)另一端固定于對應的直流電機驅動輪；第十一驅動繩索(31)一端固定于手部模塊上的第三連接點(23)，通過前臂內環上的第三連接點(20)以及套索(34)，將第十一驅動繩索(31)另一端固定于對應的直流電機驅動輪。

3.根據權利要求1所述的基于虛擬現實的繩索驅動上肢康復訓練機器人系統，其特征在于：所述繩索組件中的各個繩索上均安裝有拉力傳感器(49)，拉力傳感器(49)實時檢測繩索張力，所述上臂模塊(33)、前臂模塊(32)和手部模塊(31)上均安裝有姿態傳感器(48)，各個姿態傳感器(48)和Kinect(2)協同識別人體手臂姿態，并將檢測結果作為虛擬現實場景的輸入。

4.根據權利要求1所述的基于虛擬現實的繩索驅動上肢康復訓練機器人系統，其特征在于：所述肘部支架包括兩根連桿：上連桿和下連桿，兩個連桿繞其中間軸轉動，上連桿與上臂模塊通過螺絲固定，下連桿與前臂模塊通過螺絲固定。

5.根據權利要求2所述的基于虛擬現實的繩索驅動上肢康復訓練機器人系統，其特征在于：所述各個套索(34)套在對應的驅動繩索外部，且各個套索(34)位于在定位孔和電機軸之間的繩索的外部。