專利名稱：組合式上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)械臂的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于中風(fēng)、脊髓損傷和各種事故引起的肢體功能障礙患者 的康復(fù)訓(xùn)練器械，尤其涉及一種組合式上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)械臂。
背景技術(shù)：
康復(fù)醫(yī)學(xué)是四大醫(yī)學(xué)學(xué)科之一，隨著康復(fù)醫(yī)學(xué)工程的發(fā)展，患者的完全康 復(fù)越來越受重視，運(yùn)動康復(fù)訓(xùn)練是目前應(yīng)用最廣泛的康復(fù)醫(yī)療項(xiàng)目，康復(fù)醫(yī)學(xué) 臨床研究表明，中風(fēng)患者進(jìn)行患側(cè)肢體康復(fù)訓(xùn)練是十分重要和關(guān)鍵的醫(yī)療手段。 對于因中風(fēng)、脊髓損傷和各種事故引起的肢體功能殘障的患者來說，及時進(jìn)行 康復(fù)訓(xùn)練，尤其是在病損后的前三個月內(nèi)進(jìn)行正確的康復(fù)訓(xùn)練，大體上就可以 有效恢復(fù)神經(jīng)肌肉的功能，大大減輕殘疾的程度，提高其生活質(zhì)量。目前我國 肢體殘疾者中的大多數(shù)屬于后天殘疾，而其中相當(dāng)一部分人的殘疾則是因?yàn)槲?能得到及時、正確的康復(fù)訓(xùn)練而造成的。因此，肢體康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的研究將 為這些患者帶來福音，具有極其重要的社會意義，人人享有康復(fù)服務(wù)也因此成 為我國"十一五"規(guī)劃的一個重要目標(biāo)。
這個領(lǐng)域的一個重要特點(diǎn)是康復(fù)訓(xùn)練的方法對康復(fù)訓(xùn)練的效果影響很大， 而康復(fù)訓(xùn)練的方法又依賴于康復(fù)訓(xùn)練所采用的器械，因此，智能機(jī)器人技術(shù)在 康復(fù)醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)成為康復(fù)醫(yī)學(xué)工程中極為重要的技術(shù)之一，另一方面，作 為醫(yī)學(xué)和工程技術(shù)結(jié)晶的康復(fù)醫(yī)療機(jī)器人技術(shù)也成為當(dāng)前機(jī)器人領(lǐng)域研究的前 沿和熱點(diǎn)。
康復(fù)訓(xùn)練通常需要有四種訓(xùn)練模式或過程，即被動訓(xùn)練模式、助力訓(xùn)練模 式、主動訓(xùn)練模式、阻尼訓(xùn)練模式?，F(xiàn)有的康復(fù)訓(xùn)練裝置主要是各種類型的CPM (Continuous Passive Motion,連續(xù)被動運(yùn)動)機(jī)，CPM機(jī)可以實(shí)現(xiàn)被動模式， 即機(jī)械臂帶動人手關(guān)節(jié)進(jìn)行往復(fù)的運(yùn)動，少量的CPM機(jī)可以實(shí)現(xiàn)主動訓(xùn)練模式， 但總的來說，CPM機(jī)結(jié)構(gòu)過于簡陋，功能單一，不能進(jìn)行多種模式的康復(fù)訓(xùn)練， 也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足康復(fù)醫(yī)學(xué)臨床的要求；現(xiàn)在有較多研究的康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人還處 于探索階段，大多數(shù)都考慮了多種康復(fù)訓(xùn)練模式，但結(jié)構(gòu)多以工業(yè)機(jī)器人為藍(lán)本，沒有很好的考慮康復(fù)訓(xùn)練過程的特點(diǎn)。首先，病人的康復(fù)訓(xùn)練首先是在專 業(yè)醫(yī)生的指導(dǎo)和參與下完成的，多數(shù)情形—卜是從專業(yè)醫(yī)生手把手的指導(dǎo)下丌始 的，而后由病人的家屬或護(hù)士對病肢反復(fù)牽引運(yùn)動，這一過長漫長而且勞動強(qiáng) 度很大，其二，此過程的一個重要特點(diǎn)醫(yī)生在指導(dǎo)病人訓(xùn)練時要靠"感覺"獲 知病人的"反饋"以對訓(xùn)練方法做出評估，因此人工方式的被動康復(fù)訓(xùn)練難以 針對病人的訓(xùn)練方法作定量的、精確的評估，也不能針對病人的個體差異制定 有針對性的康復(fù)訓(xùn)練方案；其三，工業(yè)機(jī)器人用于康復(fù)訓(xùn)練顯得比較笨重，控 制復(fù)雜，只能實(shí)現(xiàn)四種模式中的部分模式或功能。綜上所述，目前的康復(fù)訓(xùn)練 器械存在多種欠缺，有必要研究新的多功能綜合康復(fù)器械來滿足康復(fù)訓(xùn)練的要 求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對康復(fù)訓(xùn)練的特點(diǎn)，提供一種可用于上肢康復(fù)訓(xùn)練的多功能組合 式上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)械臂，它可以實(shí)現(xiàn)多種康復(fù)訓(xùn)練模式，并且具有結(jié)構(gòu)簡單， 成本低廉，功能齊全，適用性強(qiáng)的特點(diǎn)。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種組合式上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)械臂，包括直流電機(jī)、第二機(jī)械臂、第三機(jī)械 臂和第二手柄，直流電機(jī)雙出軸的一端連接有位置傳感器，另一端連接有扭矩 傳感器且與扭矩傳感器的一端連接，在扭矩傳感器的另一端上設(shè)有第一軸，在 第一軸上連接有第一機(jī)械臂且第一軸與第一機(jī)械臂的一端轉(zhuǎn)動連接，在第一機(jī) 械臂的另一端上設(shè)有第二軸，在所述的第二機(jī)械臂的一端設(shè)有能與第一軸相適 配且實(shí)現(xiàn)相對轉(zhuǎn)動的一軸第一孔，在所述的第二機(jī)械臂的另一端設(shè)有能與第二 軸相適配且實(shí)現(xiàn)相對轉(zhuǎn)動的一軸第二孔，在所述的第三機(jī)械臂的一端設(shè)有能與 第一軸相適配且實(shí)現(xiàn)相對轉(zhuǎn)動的二軸第一孔，在所述的第三機(jī)械臂的另一端設(shè) 有能與第二軸相適配且實(shí)現(xiàn)相對轉(zhuǎn)動的二軸第二孔，并且， 一軸第一孔、 一軸 第二孔、二軸第一孔和二軸第二孔能與第二手柄相適配且實(shí)現(xiàn)相對轉(zhuǎn)動。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
1、 本發(fā)明的機(jī)械臂為組合式結(jié)構(gòu)，首先，三個機(jī)械臂可以組合成五種
組合方式以滿足康復(fù)訓(xùn)練的四種訓(xùn)練模式的需要，即被動訓(xùn)練模式、助力訓(xùn)練 模式、主動訓(xùn)練模式、阻尼訓(xùn)練模式，可以實(shí)現(xiàn)有醫(yī)護(hù)人員參與的康復(fù)訓(xùn)練方 案，也可以實(shí)現(xiàn)由機(jī)器人自主完成的康復(fù)訓(xùn)練方案；其次，五種不同的組合方 式能讓康復(fù)程度不同的患者都得到合適且充分的訓(xùn)練，訓(xùn)練的強(qiáng)度以及受訓(xùn)練的肌肉和關(guān)節(jié)可以隨著三個機(jī)械臂組合方式的不同而改變，使康復(fù)訓(xùn)練更具有 針對性。再次，由機(jī)械臂多種組合方式易于實(shí)現(xiàn)且造價低廉，具有結(jié)構(gòu)簡單， 操作方便的特點(diǎn)。
2、 采用扭矩傳感器測量阻尼力，采用位置傳感器測量機(jī)械臂所在位 置，將測量結(jié)果反饋給控制器構(gòu)成閉環(huán)控制，使醫(yī)生能針對病人的訓(xùn)練方法作 出定量的、精確的評估，防止病人受到二次傷害。
綜上，本上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)械臂具有結(jié)構(gòu)簡單，控制準(zhǔn)確，運(yùn)行安全可靠， 靈活多變且造價低廉等優(yōu)點(diǎn)，能滿足康復(fù)醫(yī)學(xué)臨床的要求。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的上肢康復(fù)機(jī)械臂的立體示意圖。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例的上肢康復(fù)機(jī)械臂組合方式一的立體示意圖。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例的上肢康復(fù)機(jī)械臂組合方式二的立體示意圖。
圖4是本發(fā)明實(shí)施例的上肢康復(fù)機(jī)械臂組合方式三的立體示意圖。
圖5是本發(fā)明實(shí)施例的上肢康復(fù)機(jī)械臂組合方式四的立體示意圖。
圖6是本發(fā)明實(shí)施例的上肢康復(fù)機(jī)械臂組合方式五的立體示意圖。
具體實(shí)施例方式
一種用于上肢康復(fù)訓(xùn)練的康復(fù)訓(xùn)練機(jī)械臂，包括機(jī)械臂2、 8、 9，扭矩傳感 器7，直流電機(jī)5，位置傳感器6以及支架4組成，該裝置由機(jī)械臂2、 8、 9串 聯(lián)或者并聯(lián)組成五種不同的組合訓(xùn)練方式，可以實(shí)現(xiàn)有醫(yī)護(hù)人員參與的康復(fù)訓(xùn) 練方案，也可以實(shí)現(xiàn)由機(jī)器人自主完成的康復(fù)訓(xùn)練方案。
具體實(shí)施方式
如下
一種組合式上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)械臂，包括直流電機(jī)5、第二機(jī)械臂8、第三機(jī) 械臂9和第二手柄13，直流電機(jī)5雙出軸的一端連接有位置傳感器6，另一端 連接有扭矩傳感器7且與扭矩傳感器7的一端連接，在扭矩傳感器7的另一端 上設(shè)有第一軸1，在第一軸1上連接有第一機(jī)械臂2且第一軸1與第一機(jī)械臂2 的一端轉(zhuǎn)動連接，在第一機(jī)械臂2的另一端上設(shè)有第二軸3，在所述的第二機(jī)械 臂8的一端設(shè)有能與第一軸1相適配且實(shí)現(xiàn)相對轉(zhuǎn)動的一軸第一孔81，在所述 的第二機(jī)械臂8的另一端設(shè)有能與第二軸3相適配且實(shí)現(xiàn)相對轉(zhuǎn)動的一軸第二 孔82，在所述的第三機(jī)械臂9的一端設(shè)有能與第一軸1相適配且實(shí)現(xiàn)相對轉(zhuǎn)動 的二軸第一孔91，在所述的第三機(jī)械臂9的另一端設(shè)有能與第二軸3相適配且實(shí)現(xiàn)相對轉(zhuǎn)動的二軸第二孔92，并且， 一軸第一孔81、 一軸第二孔82、 二軸第 一孔91和二軸第二孔92能與第二手柄13相適配且實(shí)現(xiàn)相對轉(zhuǎn)動。
下文結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例對本發(fā)明的上肢康復(fù)機(jī)械臂的五種組合方式 進(jìn)行詳細(xì)描述。
參照圖2，上肢康復(fù)機(jī)械臂組合方式一在第一軸1上連接有第一機(jī)械臂2且 第一軸1與第一機(jī)械臂2的一端轉(zhuǎn)動連接，在第一機(jī)械臂2的另一端上設(shè)有第 二軸3,第二機(jī)械臂8的一端通過一軸第一孔81轉(zhuǎn)動連接第一軸1，另一端通 過一軸第二孔82轉(zhuǎn)動連接第二軸3，患者手臂10握住第一手柄11并擺放如參 照圖2所示。在康復(fù)訓(xùn)練時中此種組合方式可完成四種模式的訓(xùn)練。由直流電 機(jī)5帶動機(jī)械臂水平來回擺動，此為康復(fù)訓(xùn)練的被動訓(xùn)練模式；由直流電機(jī)5 輸出一定的力矩，患者作為機(jī)構(gòu)的動力源，當(dāng)患者能完成連續(xù)動作時，電機(jī)的 輸出很小或者為零，當(dāng)患者在某一位置發(fā)生運(yùn)動障礙不能動作，這是扭矩傳感 器7的讀數(shù)將要變小或者為零，電機(jī)將按一定輸出方式工作，幫助患者完成連 續(xù)運(yùn)動；由直流電機(jī)5提供一定的阻尼力并讓患者克服此阻尼力來回水平擺動， 此為康復(fù)訓(xùn)練的阻尼訓(xùn)練模式；直接由患者自主水平來回擺動，此為康復(fù)訓(xùn)練 的主動訓(xùn)練模式。被動訓(xùn)練模式可以通過扭矩傳感器7和位置傳感器6測量得 力矩和位置信息并通過閉環(huán)控制直流電機(jī)5來改變機(jī)械臂擺動的速度和力度， 可以減輕醫(yī)護(hù)人員的工作強(qiáng)度。助力訓(xùn)練模式適用于患者已經(jīng)初步恢復(fù)運(yùn)動知 覺，要進(jìn)行連續(xù)運(yùn)動功能訓(xùn)練情形。阻尼訓(xùn)練模式也可以通過扭矩傳感器7和 位置傳感器6測量得力矩和位置信息來監(jiān)控訓(xùn)練效果，適合于患者已經(jīng)具有連 續(xù)的運(yùn)動知覺，但還不夠流暢情形下的康復(fù)訓(xùn)練。主動訓(xùn)練模式適用于患者已 經(jīng)具有完整的運(yùn)動知覺，但肌肉和神經(jīng)系統(tǒng)還不協(xié)調(diào)，肌肉運(yùn)動還不夠有力， 與采用簡單器械(如啞鈴)等相比，采用本機(jī)械臂的優(yōu)點(diǎn)是可以有針對性的制 定康復(fù)訓(xùn)練方案并可以對方案進(jìn)行實(shí)時評價。
參照圖3,上肢康復(fù)機(jī)械臂組合方式二在第一軸1上連接有第-一機(jī)械臂2且 第一軸1與第一機(jī)械臂2的一端轉(zhuǎn)動連接，在第一機(jī)械臂2的另一端上設(shè)有第 二軸3,第二機(jī)械臂8的一端通過一軸第一孔.81轉(zhuǎn)動連接第二軸3,患者手臂 10握住第一手柄11并擺放如參照圖3所示。在康復(fù)訓(xùn)練中此種組合方式同樣可 完成四種模式的訓(xùn)練，即主動訓(xùn)練模式、被動訓(xùn)練模式、阻尼訓(xùn)練模式和助力 訓(xùn)練模式。與組合方式一不同的是，第一機(jī)械臂2和第二機(jī)械臂8可放置為任 意的9角，使康復(fù)訓(xùn)練的運(yùn)動軌跡更加靈活，隨著患者康復(fù)訓(xùn)練程度的不同可設(shè)置不同的e角。
參照圖4，上肢康復(fù)機(jī)械臂組合方式三在第一軸1上連接有第一機(jī)械臂2且第一軸1與第一機(jī)械臂2的一端固接，在第一機(jī)械臂2的另一端上設(shè)有第一手柄11，在第一軸1上還連接有第二機(jī)械臂8且第一軸1與第二機(jī)械臂8的一端固接，在第二機(jī)械臂8的另一端上設(shè)有第二手柄13，患者手臂10握住第一手柄11和醫(yī)護(hù)人員12握住第二手柄13并擺放如參照圖4所示。在康復(fù)訓(xùn)練中此種組合方式同樣可完成四種模式的訓(xùn)練，但此種組合方式具有醫(yī)護(hù)人員人工康復(fù)訓(xùn)練或示教功能，處于主動地位的醫(yī)護(hù)人員能準(zhǔn)確、直接的體會患者感覺，制定更合適的康復(fù)訓(xùn)練方案。醫(yī)護(hù)人員操作第二手柄13來回水平擺動帶動患者運(yùn)動，從而完成在醫(yī)護(hù)人員指導(dǎo)下的康復(fù)訓(xùn)練。
參照圖5，上肢康復(fù)機(jī)械臂組合方式四在第一軸1上連接有第一機(jī)械臂2且第一軸1與第一機(jī)械臂2的一端固接，在第一機(jī)械臂2的另一端上設(shè)有第二軸3，第二機(jī)械臂8的一端通過一軸第一孔81轉(zhuǎn)動連接第二軸3，在第一軸1上還連接有第三機(jī)械臂9且第一軸1與第三機(jī)械臂9的一端固接，在第二機(jī)械臂8的另一端上設(shè)有第二手柄13，第一機(jī)械臂2和第二機(jī)械臂8成e角，患者手臂IO握住第一手柄11和醫(yī)護(hù)人員12握住第二手柄13并擺放如參照圖5所示。在康復(fù)訓(xùn)練中此種組合方式同樣可完成四種模式的訓(xùn)練，此種組合方式具有醫(yī)護(hù)人員人工康復(fù)訓(xùn)練或示教功能，并適用于患者肌肉無力時可將手臂重量壓在第二機(jī)械臂8上，第一機(jī)械臂2和第二機(jī)械臂8之間的e角可隨著患者康復(fù)訓(xùn)練程度的不同而改變，運(yùn)動方式更加靈活，運(yùn)動范圍和運(yùn)動幅度也相對比較大。
參照圖6，上肢康復(fù)機(jī)械臂組合方式五由第一機(jī)械臂2、第二機(jī)械臂8和第三機(jī)械臂9組合成三角形的結(jié)構(gòu)，患者手臂10握住第一手柄11放置于第一機(jī)械臂2上，醫(yī)護(hù)人員手臂12握住第二手柄13并擺放如參照圖6所示。此種組合方式可由醫(yī)護(hù)人員推動三角架帶動患者手臂完成康復(fù)訓(xùn)練，此種結(jié)構(gòu)使運(yùn)動軌道更加靈活多變，且處于主動地位的醫(yī)護(hù)人員能準(zhǔn)確、直接的體會患者感覺，制定更合適的康復(fù)訓(xùn)練方案。
權(quán)利要求
1、一種組合式上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)械臂，其特征在于包括直流電機(jī)(5)、第二機(jī)械臂(8)、第三機(jī)械臂(9)和第二手柄(13)，直流電機(jī)(5)雙出軸的一端連接有位置傳感器(6)，另一端連接有扭矩傳感器(7)且與扭矩傳感器(7)的一端連接，在扭矩傳感器(7)的另一端上設(shè)有第一軸(1)，在第一軸(1)上連接有第一機(jī)械臂(2)且第一軸(1)與第一機(jī)械臂(2)的一端轉(zhuǎn)動連接，在第一機(jī)械臂(2)的另一端上設(shè)有第二軸(3)，在所述的第二機(jī)械臂(8)的一端設(shè)有能與第一軸(1)相適配且實(shí)現(xiàn)相對轉(zhuǎn)動的一軸第一孔(81)，在所述的第二機(jī)械臂(8)的另一端設(shè)有能與第二軸(3)相適配且實(shí)現(xiàn)相對轉(zhuǎn)動的一軸第二孔(82)，在所述的第三機(jī)械臂(9)的一端設(shè)有能與第一軸(1)相適配且實(shí)現(xiàn)相對轉(zhuǎn)動的二軸第一孔(91)，在所述的第三機(jī)械臂(9)的另一端設(shè)有能與第二軸(3)相適配且實(shí)現(xiàn)相對轉(zhuǎn)動的二軸第二孔(92)，并且，一軸第一孔(81)、一軸第二孔(82)、二軸第一孔(91)和二軸第二孔(92)能與第二手柄(13)相適配且實(shí)現(xiàn)相對轉(zhuǎn)動。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種組合式上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)械臂，包括直流電機(jī)、第二機(jī)械臂、第三機(jī)械臂和第二手柄，直流電機(jī)雙出軸的一端連接有位置傳感器，另一端連接有扭矩傳感器，在扭矩傳感器的另一端上設(shè)有第一軸，在第一軸上連接有第一機(jī)械臂且第一軸與第一機(jī)械臂的一端轉(zhuǎn)動連接，第一機(jī)械臂，第二機(jī)械臂和第三機(jī)械臂上分別設(shè)有可以同第一軸，第二軸和第二手柄轉(zhuǎn)動連接的孔，由第一機(jī)械臂，第二機(jī)械臂，第三機(jī)械臂串聯(lián)或者并聯(lián)組成五種不同的組合訓(xùn)練方式，可以實(shí)現(xiàn)有醫(yī)護(hù)人員參與的康復(fù)訓(xùn)練方案，也可以實(shí)現(xiàn)由機(jī)器人自主完成的康復(fù)訓(xùn)練方案。本上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)械臂具有結(jié)構(gòu)簡單，控制準(zhǔn)確，運(yùn)行安全可靠，靈活多變等優(yōu)點(diǎn)，能滿足康復(fù)醫(yī)學(xué)臨床的要求。
文檔編號A61H1/00GK101474120SQ20091002845
公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月20日
發(fā)明者宋愛國, 崔建偉, 思 彭, 李會軍, 李建清, 碩 楊 申請人:東南大學(xué)