[發(fā)明專利]基于套索驅(qū)動和肌電控制的手指運動康復訓練機器人

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910231601.6
• 申請日: 2019-03-26
• 公開（公告）號: CN109907939A
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發(fā)明（設計）人: 胡淑敏;潘輝;王爽;田旭;吳青聰
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: A61H1/02
• 分類號: A61H1/02;A61B5/0488
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

本發(fā)明公開了一種基于套索驅(qū)動和肌電控制的手指運動康復訓練機器人，包含肌電感應手環(huán)、手指外骨骼組件、驅(qū)動模塊、控制模塊和底座。工作時，患者的手臂直接穿戴肌電感應手環(huán)，在控制系統(tǒng)中分別錄入自己手指內(nèi)收和手指外展的肌電信號，佩戴好手指外骨骼組件，肌電手環(huán)感應患者的電信號，判斷其手指的預期運動是內(nèi)收/外展，反饋給控制系統(tǒng)，單片機控制執(zhí)行器舵機的運動，從而輔助患者的手指進行康復訓練。本發(fā)明有效的減少了傳輸過程中的誤差，并且外骨骼手指驅(qū)動力始終垂直于指骨，避免對周圍軟組織造成損傷，并且實現(xiàn)雙向驅(qū)動。

技術領域

本發(fā)明涉及醫(yī)療器械領域，尤其涉及一種基于套索驅(qū)動和肌電控制的手指運動康復訓練機器人。

背景技術

手是人類重要器官之一，它是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠帧＝陙?，腦卒中、意外損傷等因素導致手部神經(jīng)系統(tǒng)的癱瘓，嚴重影響患者的正常生活。據(jù)《中國腦卒中防治報告（2018）》顯示，我國腦卒中發(fā)病率、患病率整體仍以不可控制的速度呈上升趨勢，腦卒中疾病給醫(yī)護人員和家屬的負擔仍不斷加重，根據(jù)“腦卒中高危人群篩查和干預項目”，40歲及以上人群的腦卒中標化患病率由2012年的1.89%上升至2016年的2.19%，其中超過半數(shù)的幸存患者會伴有不同程度的手部功能障礙。

神經(jīng)醫(yī)學論證了中樞系統(tǒng)具有可塑性，感覺運動康復療法通過重復性、高頻率的運動來刺激皮質(zhì)層的重組和加強肌肉習得性應用，逐漸恢復受損肢體的運動功能。早期患者需要大量的康復訓練來逐漸恢復手部損傷的功能，而傳統(tǒng)的人工康復訓練方法存在費用昂貴、效率不高等問題，而且治療和評估依賴于治療師的經(jīng)驗，這使得康復評估缺乏一定的客觀性和準確性。

近年來的研究和實踐表明，運用機電設備和控制系統(tǒng)相結合的外骨骼設備進行康復訓練是可行和有效的。這些裝置可以實現(xiàn)重復、精準的運動，并且可以結合適當?shù)膫鞲衅鲗祻托ЧM行評估。目前，針對創(chuàng)傷手指康復訓練機器人的研究已經(jīng)成為康復醫(yī)學領域的熱點研究發(fā)向之一。

手指康復機器人發(fā)展前期研制的康復機械設備，大多數(shù)采用開環(huán)無反饋的控制系統(tǒng)，通過預先固化在控制器中的程序驅(qū)動機械結構帶動患者手指做固定軌跡的康復運動，對環(huán)境沒有感知能力并且無法對患者產(chǎn)生康復的代入感，其康復效果不如誘導式的康復策略。開環(huán)無反饋型手指康復機器人主要有：法國 KINETEC 公司研制的手指手腕關節(jié)康復器；德國Otto Bock公司開發(fā)Wave Flex型手指康復裝置；隨著對開環(huán)控制系統(tǒng)不足的認識加深，手指康復機器人逐步加入了角度、位置和力傳感器，以形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，美國Rutgers 大學 Burdea設計的 Rutgers 手指康復裝置，該機器人每根手指提供高達 16N的力反饋，并采用定制的啟動執(zhí)行器配置在掌心以便直接驅(qū)動。它采用整合非接觸式霍爾效應傳感器和紅外傳感器作為閉環(huán)控制的反饋信息。

雖然研究已久，但是外骨骼手的研究與設計仍然是一個充滿挑戰(zhàn)的領域。關鍵的問題有如何減輕因設備的笨重使患者在長期使用下產(chǎn)生不適感，如何保證輸出力矩在不對其他部位產(chǎn)生附加傷害的前提下達到有效的康復目的，還有如何產(chǎn)生人機交互從而使患者主觀能動性發(fā)揮最大化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術問題是針對背景技術中所涉及到的缺陷，提供一種基于套索驅(qū)動和肌電控制的手指運動康復訓練機器人，通過肌電感應模塊采集患者手臂的肌電信號進而預判患者肌肉的運動趨勢，利用提取的肌電信號來控制三個執(zhí)行器協(xié)助手指的內(nèi)收/外展運動，完成患者預想的康復訓練。

本發(fā)明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

基于套索驅(qū)動和肌電控制的手指運動康復訓練機器人，包含肌電感應手環(huán)、手指外骨骼組件、驅(qū)動模塊、控制模塊和底座；

所述肌電感應手環(huán)用于套在需要進行訓練的手指所在的小臂上，用于獲得手臂的肌電信號并將其傳遞給所述控制模塊；

所述手指外骨骼組件包含手背穿戴裝置、近端指套、中端指套、遠端指套、第一至第三從動絞盤、固定軸承、第一至第二固定桿、第一至第三滑塊、以及第一至第三連桿；