[發明專利]一種調控上肢擺動的步態修正系統及方法

有效

• 申請號: 202210262462.5
• 申請日: 2022-03-17
• 公開（公告）號: CN114712170B
• 公開（公告）日: 2023-10-17
• 發明（設計）人: 楊巍;余林繁;顏澤皓;徐鈴輝;楊燦軍
• 申請（專利權）人: 浙大寧波理工學院
• 主分類號: A61H3/00
• 分類號: A61H3/00;A61F5/01;A61B5/11;A61B5/00
• 代理公司: 寧波大川專利代理事務所(普通合伙) 33342
• 代理人: 毛翔威

本發明公開了一種調控上肢擺動的步態修正系統，包括PID控制器、與PID控制器連接的兩個IMU以及手臂驅動機構，兩個IMU分別固定于兩腿部并用于采集腿部的步態信息，所述的手臂驅動機構分別包括臂環、動量輪以及電機，其中，在臂環上固定有所述的電機，所述電機驅動所述的動量輪旋轉，所述的臂環用于固定在與異常腿部對應的手臂上，所述的動量輪轉動時用于給手臂提供一個力矩，使手臂朝擺動的方向擺動設定的角度，所述的電機與PID控制器電連接。本發明還公開了一種調控上肢擺動的步態修正方法。本發明體積小巧，成本低廉，實現自主調節。

技術領域

本發明涉及一種康復治療的技術領域，尤其是一種調控上肢擺動的步態修正系統及方法。

背景技術

隨著經濟的發展和交通業的發達，現在由于車禍、建筑施工等意外傷害而造成的肢體殘疾已占到整個肢體殘疾發生率的20％-30％，而且這一比例有繼續增加的趨勢。有相當一部分人在肢體殘疾之后只注重治療，作完手術之后沒有進行康復訓練，這種重手術輕康復的錯誤認識，使許多人在意外傷害或腦血管病后因后遺癥成為殘疾人，最終喪失了肢體的功能。

傳統康復訓練以康復醫師為主，需程序化一對一康復治療。常規康復訓練過程常需耗費大量人力，且訓練效果受治療師水平影響。此外，常規康復訓練過程中難以將負重、邁步、平衡三者有機結合起來，難以消除患者的異常步態。目前存在許多用于步態訓練的康復設備，因其精準可控的訓練模式、重復穩定的運動輸入、及時客觀的反饋等特點，可以用于解決下肢損傷患者康復訓練過程中存在的各種問題。

在步行等動作中，人類的上肢和下肢的運動會相互影響，多項研究表明，自然的手臂擺動有助于邁步，增大患者的步幅，在康復計劃中增加手臂的擺動可以使患者的步態正常化，從力學角度上來講，正常的上肢擺動也可以更好的均衡人體的角動量，維持人體的平衡狀態。對上肢進行的調控可以具有額外的優點，即減少患者步態的能量消耗，從而增加他/她行走一定距離所花費的努力，并因此增加患者的活動能力。

ReWalk公司推出了用于中風偏癱患者康復的ReStore，如圖一所示，ReStore是一種電動、輕便的柔軟外裝套裝設備，用于下肢殘疾人的步態康復。ReStore柔性設計將自然運動與跖屈和背屈輔助相結合，可自適應地與患者自己的步態同步，以促進功能性步態訓練。實時的數據反饋和可以調節的輔助水平使得康復醫師能夠優化療程并跟蹤每位患者的進展，但由于其結構相對復雜，造價較為昂貴；使用時依舊需要醫生的配合；而且沒有考慮上肢對于運動的影響。

在目前已經公開的發明專利方面，上海交通大學發布的目前正公開實審的發明專利《一種輔助腦卒中患者恢復步態的柔性下肢康復機器人》(申請號：202011358661.3)所提出的下肢康復機器人由多個機構構成，通過電機帶動鋼絲線驅動各個關節以幫助偏癱患者回歸正常的步態，但是其依然未曾考慮到上肢運動對整體步態的影響，再如目前正公開實審中的發明專利《一種上肢擺動裝置及具有該裝置的步行康復訓練機器人》(申請號：201710811001.8)其使用一個可以升降和內收外展的上肢擺動裝置來模擬正常人步行狀態的上肢擺動，使得患者走起來更加協調，以此增加康復治療效果，但該裝置合成的擺動與正常的擺動依然存在一些區別，而且該裝置無法攜帶，只能配合相應醫療設備使用，這無疑減少了其應用的空間。

綜上所述，目前的康復治療還存在以下問題：

1、要么整體體積龐大、結構復雜、造價高昂；

2、另外現有的外骨骼康復設備為了實現對完整下肢運動的模擬，使用了復雜的結構和算法，這增加了康復裝置的成本；

3、同時在對人體的協調運動方面考慮不夠周全，沒有涉及到上肢運動對整體步態的影響，或者對上肢擺動的模擬不夠真實。

綜上所述，目前的康復治療還需要進一步的改進。

發明內容