一種雙手跟蹤式手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙手跟蹤式手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)，包括正常手端的三指結(jié)構(gòu)和恢復(fù)手端的三指結(jié)構(gòu)，康復(fù)過程實(shí)現(xiàn)單元包括運(yùn)動(dòng)感知單元、訓(xùn)練學(xué)習(xí)單元和動(dòng)作執(zhí)行與監(jiān)測單元；運(yùn)動(dòng)感知單元分別分布在正常手和恢復(fù)手，其輸出端均與訓(xùn)練學(xué)習(xí)單元輸入端連接；動(dòng)作執(zhí)行與監(jiān)測單元的輸入端與恢復(fù)手的運(yùn)動(dòng)感知單元輸出端連接，通過正常手的動(dòng)作習(xí)慣牽引患者手指進(jìn)行運(yùn)動(dòng)；系統(tǒng)首先通過EMG傳感器Ⅰ、三維角度傳感器Ⅰ和三維角度傳感器Ⅱ?qū)φＪ謩?dòng)作結(jié)果進(jìn)行測量，并輸出給微控制系統(tǒng)進(jìn)行分析、訓(xùn)練與學(xué)習(xí)，微控制系統(tǒng)根據(jù)判斷結(jié)果控制恢復(fù)手端進(jìn)行對(duì)稱運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明采用雙手跟蹤式康復(fù)設(shè)計(jì)，可以有效刺激患者大腦恢復(fù)并建立正常手與恢復(fù)手的對(duì)稱聯(lián)系，加快相關(guān)功能的恢復(fù)；且采用三指結(jié)構(gòu)，重量輕、便于攜帶，適用于家庭康復(fù)。
【專利說明】
一種雙手跟蹤式手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于康復(fù)醫(yī)療器械領(lǐng)域，尤其是一種雙手跟蹤式手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)，特別適用于腦中風(fēng)引起的偏癱病人的手部康復(fù)訓(xùn)練。
【背景技術(shù)】
[0002]腦卒中是一種急性腦血管疾病。隨著我國逐漸進(jìn)入老齡化社會(huì)，腦卒中的發(fā)病率逐年上升。偏癱是腦卒中的常見后遺癥，患者癥狀主要表現(xiàn)為一側(cè)上下肢、面部和舌肌下部的運(yùn)動(dòng)障礙。
[0003]偏癱病人的上肢恢復(fù)多從肩部開始，至上臂、前臂，最后是手部。截至目前上肢康復(fù)裝置中的研究大多是面向上臂和前臂的，手部作為恢復(fù)的最后階段，直接影響患者康復(fù)的效果。現(xiàn)有的手部康復(fù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以五指結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為主，而現(xiàn)實(shí)生活中，拇指、食指和中指這三指運(yùn)動(dòng)時(shí)往往連帶其他兩個(gè)手指運(yùn)動(dòng)，且依靠這三指幾乎能夠完成一只手的絕大部分日常動(dòng)作。另外，手指康復(fù)存在運(yùn)動(dòng)精度高以及因人而異的運(yùn)動(dòng)模糊性問題，因而僅僅依靠單端的手指康復(fù)裝置難以柔順控制手指康復(fù)裝置對(duì)手指進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，康復(fù)效果也受到限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述問題，提供一種雙手跟蹤式手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)，采用三指結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過患者自身正常一側(cè)手指活動(dòng)來引導(dǎo)病變側(cè)手指活動(dòng)，逐步達(dá)到康復(fù)的目的。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種雙手跟蹤式手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于:所述的雙手跟蹤式手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)由正常手的三指結(jié)構(gòu)、恢復(fù)手的三指結(jié)構(gòu)和微控制系統(tǒng)組成。
[0006]所述的雙手跟蹤式手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)包括運(yùn)動(dòng)感知單元、訓(xùn)練學(xué)習(xí)單元和動(dòng)作執(zhí)行與監(jiān)測單元;所述的運(yùn)動(dòng)感知單元分別分布在正常手和恢復(fù)手，其輸出端均與訓(xùn)練學(xué)習(xí)單元輸入端連接;所述的動(dòng)作執(zhí)行與監(jiān)測單元的輸入端與恢復(fù)手的運(yùn)動(dòng)感知單元輸出端連接，通過正常手的動(dòng)作習(xí)慣牽引患者手指進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。
[0007]所述的運(yùn)動(dòng)感知單元包括EMG傳感器1、三維角度傳感器1、三維角度傳感器Π、手掌部分、手指MCP關(guān)節(jié)、手指PIP關(guān)節(jié)、手指DIP關(guān)節(jié)、手指MCP關(guān)節(jié)的固定槽、手指PIP關(guān)節(jié)的固定槽、手指DIP關(guān)節(jié)的固定槽；
所述的訓(xùn)練學(xué)習(xí)單元包括微控制系統(tǒng)的硬件組成部分和機(jī)器學(xué)習(xí)算法實(shí)現(xiàn)的軟件部分，其中微控制系統(tǒng)的硬件組成部分包括微控制器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；
所述的動(dòng)作執(zhí)行與監(jiān)測單元包括EMG傳感器Π、三維角度傳感器ΙΠ、三維角度傳感器IV、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)、手掌部分、手指MCP關(guān)節(jié)、轉(zhuǎn)動(dòng)輪、手指PIP關(guān)節(jié)、手指DIP關(guān)節(jié)；
電機(jī)1、電機(jī)π和電機(jī)m分別安裝在手掌部分；電機(jī)IV和電機(jī)V分別安裝在手指PIP關(guān)節(jié);所述的手指MCP關(guān)節(jié)通過連接鉸鏈固定在手掌部位;所述的手指PIP關(guān)節(jié)通過鉸鏈與手指的MCP關(guān)節(jié)的可調(diào)節(jié)滑槽相連接;所述的手指DIP關(guān)節(jié)通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸與手指PIP關(guān)節(jié)相連接；轉(zhuǎn)動(dòng)輪C、轉(zhuǎn)動(dòng)輪I和轉(zhuǎn)動(dòng)輪π分別通過螺紋連接分別固定在電機(jī)1、電機(jī)π和電機(jī)m上;轉(zhuǎn)動(dòng)輪m、轉(zhuǎn)動(dòng)輪νπ和轉(zhuǎn)動(dòng)輪B通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸固定在手掌部位;轉(zhuǎn)動(dòng)輪IV和轉(zhuǎn)動(dòng)輪V通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸固定在拇指MCP關(guān)節(jié)處;轉(zhuǎn)動(dòng)輪VI通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸與拇指的DIP關(guān)節(jié)相連接;轉(zhuǎn)動(dòng)輪VI通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸與食指的MCP關(guān)節(jié)相連;轉(zhuǎn)動(dòng)輪IX和齒輪Π通過螺紋連接固定在電機(jī)IV ；齒輪I與齒輪Π相互嚙合固定食指PIP關(guān)節(jié);轉(zhuǎn)動(dòng)輪X通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸與食指的DIP關(guān)節(jié)相連接;轉(zhuǎn)動(dòng)輪A通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸無名指的MCP關(guān)節(jié)相連;轉(zhuǎn)動(dòng)輪?和齒輪IV通過螺紋連接固定在電機(jī)V;齒輪m與齒輪IV相互嚙合固定無名指的PIP關(guān)節(jié);轉(zhuǎn)動(dòng)輪XE通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸與無名指的DIP關(guān)節(jié)相連接；
所述的EMG傳感器置于手臂來采集肌電信號(hào);所述的三維角度傳感器I和三維角度傳感器Π分別置于各手指MCP關(guān)節(jié)和各手指PIP關(guān)節(jié)來采集角度信息，三維角度傳感器m和三維角度傳感器IV分別置于各手指MCP關(guān)節(jié)和各手指PIP關(guān)節(jié)來采集角度信息。
[0008]所述的手指MCP關(guān)節(jié)、手指PIP關(guān)節(jié)和手指DIP關(guān)節(jié)上分別設(shè)有MCP關(guān)節(jié)的固定槽、PIP關(guān)節(jié)的固定槽和DIP關(guān)節(jié)的固定槽;固定槽將患者手指和雙手跟蹤式手指康復(fù)裝置進(jìn)行連接。
[0009]—種雙手跟蹤式手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，其使用方法包括以下步驟:
a)系統(tǒng)感知患者正常手的動(dòng)作:
患者正常手做出基本動(dòng)作，EMG傳感器1、三維角度傳感器I和三維角度傳感器Π對(duì)動(dòng)作結(jié)果進(jìn)行測量、輸出；
b)樣本的訓(xùn)練與學(xué)習(xí):
微控制系統(tǒng)通過EMG傳感器1、三維角度傳感器I和三維角度傳感器Π輸出的信號(hào)進(jìn)行分析、訓(xùn)練與學(xué)習(xí)；
c)對(duì)恢復(fù)手的檢測與識(shí)別:
EMG傳感器Π對(duì)患者恢復(fù)手產(chǎn)生的肌電信號(hào)進(jìn)行測量與輸出，微控制系統(tǒng)通過之前的學(xué)習(xí)結(jié)果判斷患者的動(dòng)作意圖；
d)恢復(fù)手端的運(yùn)動(dòng):
微控制系統(tǒng)根據(jù)判斷結(jié)果控制恢復(fù)手端進(jìn)行對(duì)稱運(yùn)動(dòng)；
e)患者運(yùn)動(dòng)信息的反饋:
三維角度傳感器m和三維角度傳感器IV對(duì)患者做出的動(dòng)作進(jìn)行測量與輸出，并與學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比；
f)恢復(fù)訓(xùn)練的優(yōu)化:
通過對(duì)患者恢復(fù)手動(dòng)作的對(duì)比與再學(xué)習(xí)，優(yōu)化康復(fù)訓(xùn)練模型，進(jìn)而達(dá)到更好的恢復(fù)效果O
[0010]所述的康復(fù)訓(xùn)練模型從患者正常手的運(yùn)動(dòng)習(xí)慣中提取，而不通過醫(yī)護(hù)工作者的主觀判斷建立。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)勢在于:1、恢復(fù)訓(xùn)練模型從患者正常手的運(yùn)動(dòng)習(xí)慣中提取，而不是以醫(yī)護(hù)工作者的主觀判斷建立，可以在最大程度上確?？祻?fù)過程的安全可靠；2、采用雙手跟蹤式康復(fù)設(shè)計(jì)，可以有效刺激患者大腦恢復(fù)并建立正常手與恢復(fù)手的對(duì)稱聯(lián)系，加快相關(guān)功能的恢復(fù);3、在保證手能完成絕大部分日常動(dòng)作的前提下，采用三指機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，有效減輕了康復(fù)系統(tǒng)重量，便于攜帶;4、康復(fù)過程同時(shí)也是模型的優(yōu)化過程，不斷地訓(xùn)練使康復(fù)運(yùn)動(dòng)更加準(zhǔn)確與高效。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明所涉一種雙手跟蹤式手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖。
[0013]圖2為本發(fā)明所涉一種雙手跟蹤式手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)的恢復(fù)手左側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖3為本發(fā)明所涉一種雙手跟蹤式手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)的恢復(fù)手右側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖4為本發(fā)明所涉一種雙手跟蹤式手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)的正常手左側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖5為本發(fā)明所涉一種雙手跟蹤式手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)的正常手右側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖6位本發(fā)明所涉一種雙手跟蹤式手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)的控制流程圖。
[0018]在圖中，I為電機(jī)1，2為電機(jī)Π，3為轉(zhuǎn)動(dòng)輪1，4為手掌部分，5為電機(jī)ΙΠ，6為轉(zhuǎn)動(dòng)輪Π，7為轉(zhuǎn)動(dòng)輪m，8為轉(zhuǎn)動(dòng)輪IV，9為轉(zhuǎn)動(dòng)輪V，10為拇指MCP關(guān)節(jié)，11為轉(zhuǎn)動(dòng)輪VI，12拇指DIP關(guān)節(jié)，13為轉(zhuǎn)動(dòng)輪W，14為轉(zhuǎn)動(dòng)輪VI，15食指MCP關(guān)節(jié)，16為食指MCP關(guān)節(jié)的固定槽，17為齒輪I，18為轉(zhuǎn)動(dòng)輪IX，19為齒輪Π，20為食指PIP關(guān)節(jié)，21為轉(zhuǎn)動(dòng)輪X，22為食指DIP關(guān)節(jié)，23為齒輪m，24為轉(zhuǎn)動(dòng)輪XI，25為齒輪IV，26為轉(zhuǎn)動(dòng)輪M，27為食指MCP關(guān)節(jié)的調(diào)節(jié)槽，28為電機(jī)IV，29為食指DIP關(guān)節(jié)的固定槽，30為無名指DIP關(guān)節(jié)，31為無名指DIP關(guān)節(jié)的固定槽，32為無名指PIP關(guān)節(jié)，33為電機(jī)V，34為無名指MCP關(guān)節(jié)，35為無名指MCP關(guān)節(jié)的固定槽，36為無名指MCP關(guān)節(jié)的調(diào)節(jié)槽，37為轉(zhuǎn)動(dòng)輪A，38為轉(zhuǎn)動(dòng)輪B，39為手掌部分固定槽，40為轉(zhuǎn)動(dòng)輪C。
【具體實(shí)施方式】
[0019]如圖所示，一種雙手跟蹤式手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)，包括運(yùn)動(dòng)感知單元、訓(xùn)練學(xué)習(xí)單元和動(dòng)作執(zhí)行與監(jiān)測單元;所述的運(yùn)動(dòng)感知單元分別分布在正常手和恢復(fù)手，其輸出端均與訓(xùn)練學(xué)習(xí)單元輸入端連接;所述的動(dòng)作執(zhí)行與監(jiān)測單元的輸入端與恢復(fù)手的運(yùn)動(dòng)感知單元輸出端連接，通過正常手的動(dòng)作習(xí)慣牽引患者手指進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。
[0020]一種雙手跟蹤式手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)各手指結(jié)構(gòu)類似，故這里以食指為例進(jìn)行描述，其他手指類似:
所述的運(yùn)動(dòng)感知單元包括EMG傳感器1、三維角度傳感器1、三維角度傳感器Π、手掌部分(4)、拇指MCP關(guān)節(jié)(10)、食指MCP關(guān)節(jié)(15)、無名指MCP關(guān)節(jié)(34)、食指PIP關(guān)節(jié)(20)、無名指PIP關(guān)節(jié)(32)、拇指DIP關(guān)節(jié)(12)、食指DIP關(guān)節(jié)(22)、無名指DIP關(guān)節(jié)(30);所述的訓(xùn)練學(xué)習(xí)單元包括微控制系統(tǒng)的硬件組成部分以及機(jī)器學(xué)習(xí)算法實(shí)現(xiàn)的軟件部分;所述的動(dòng)作執(zhí)行單元包括EMG傳感器Π、三維角度傳感器m、三維角度傳感器IV、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)I (I)、電機(jī)Π(2)、電機(jī)ΠΚ5)、電機(jī)IV(28)、電機(jī)V(33)。
[0021]所述的食指MCP關(guān)節(jié)的控制單元包括電機(jī)Π(2 )、轉(zhuǎn)動(dòng)輪I (3 )、轉(zhuǎn)動(dòng)輪W(13 )、轉(zhuǎn)動(dòng)輪ΥΠΚ14)、手指MCP關(guān)節(jié)(15)。
[0022]所述的食指PIP關(guān)節(jié)及食指DIP關(guān)節(jié)的控制單元包括電機(jī)IV(28)、齒輪1(17)、齒輪11(19)、轉(zhuǎn)動(dòng)輪111(18)、轉(zhuǎn)動(dòng)輪叉(21)、食指？1?關(guān)節(jié)(20)、食指01?關(guān)節(jié)(22)。
[0023]所述的雙手跟蹤式手指康復(fù)裝置的電機(jī)1(1)、電機(jī)Π(2)和電機(jī)ΠΚ5)分別安裝在手掌部分(4);電機(jī)IV(28)和電機(jī)V (33)分別安裝在食指PIP關(guān)節(jié)(20)、無名指PIP關(guān)節(jié)(32 );拇指MCP關(guān)節(jié)(10)、食指MCP關(guān)節(jié)(15 )、無名指MCP關(guān)節(jié)(34)分別通過連接鉸鏈固定在手掌部分(4);拇指DIP關(guān)節(jié)(12)、食指PIP關(guān)節(jié)(20)、無名指PIP關(guān)節(jié)(32)分別通過鉸鏈與拇指MCP關(guān)節(jié)(10)、食指MCP關(guān)節(jié)(15 )、無名指MCP關(guān)節(jié)(34 )的可調(diào)節(jié)滑槽相連接;食指DIP關(guān)節(jié)
(22)、無名指DIP關(guān)節(jié)(30)分別通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸與食指PIP關(guān)節(jié)(20)、無名指PIP關(guān)節(jié)(32)相連接;轉(zhuǎn)動(dòng)輪(40)、轉(zhuǎn)動(dòng)輪I (3)和轉(zhuǎn)動(dòng)輪Π (6)分別通過螺紋連接分別固定在電機(jī)I (I )、電機(jī)Π(2)和電機(jī)ΠΚ5)上;轉(zhuǎn)動(dòng)輪ΠΚ7)、轉(zhuǎn)動(dòng)輪W(13)和轉(zhuǎn)動(dòng)輪B(38)通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸固定在手掌部分(4);轉(zhuǎn)動(dòng)輪IV(8)和轉(zhuǎn)動(dòng)輪V (9)通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸固定在拇指MCP關(guān)節(jié)(10)處;轉(zhuǎn)動(dòng)輪VI
(11)通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸與拇指的DIP關(guān)節(jié)(12)相連接;轉(zhuǎn)動(dòng)輪ΥΠΚ14)通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸與食指的MCP關(guān)節(jié)
(15)相連;轉(zhuǎn)動(dòng)輪IX( 18)和齒輪Π (19)通過螺紋連接固定在電機(jī)IV(28)；齒輪I (17)與齒輪Π (19)相互嚙合固定食指PIP關(guān)節(jié)(20);轉(zhuǎn)動(dòng)輪X(21)通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸與食指的DIP關(guān)節(jié)(22)相連接;轉(zhuǎn)動(dòng)輪A(37)通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸與無名指的MCP關(guān)節(jié)(34)相連;轉(zhuǎn)動(dòng)輪XK24)和齒輪IV(25)通過螺紋連接固定在電機(jī)V (33);齒輪ΙΠ(23)與齒輪IV(25)相互嚙合固定無名指的PIP關(guān)節(jié)(30);轉(zhuǎn)動(dòng)輪M(26)通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸與無名指的DIP關(guān)節(jié)(30)相連接。
[0024]所述的EMG傳感器置于手臂來采集肌電信號(hào);所述的三維角度傳感器I和三維角度傳感器Π分別置于食指MCP關(guān)節(jié)(15)和食指PIP關(guān)節(jié)(20)來采集角度信息，三維角度傳感器m和三維角度傳感器IV分別置于食指MCP關(guān)節(jié)(15 )和食指PIP關(guān)節(jié)(20 )來采集角度信息。
[0025]一種雙手跟蹤式手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)，使用時(shí)，具體如下: a)訓(xùn)練信號(hào)的獲取:
雙手跟蹤式手指康復(fù)機(jī)器人中的正常手的食指機(jī)構(gòu)通過食指MCP關(guān)節(jié)固定槽、食指PIP關(guān)節(jié)固定槽及食指DIP固定槽，固定在輔助患者訓(xùn)練的正常手指上?？祻?fù)手指機(jī)構(gòu)通過食指MCP關(guān)節(jié)固定槽(16)、食指PIP關(guān)節(jié)固定槽及食指DIP固定槽(29)固定在患者的手指上。當(dāng)輔助患者訓(xùn)練的正常手指做出動(dòng)作時(shí)，三維角度傳感器和EMG傳感器把檢測到的信號(hào)傳送到微控制器中，微控制器進(jìn)行信號(hào)處理后通過驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制手指的動(dòng)作，讓患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。
[0026]b)食指MCP關(guān)節(jié)的動(dòng)作:
電機(jī)Π (2)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)輪1(3)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)輪1(3)通過同步帶帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)輪VIK13)和轉(zhuǎn)動(dòng)輪ΥΠΚ14)的轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)輪ΥΠΚ14)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)食指的MCP關(guān)節(jié)(15)做出相應(yīng)動(dòng)作。
[0027]c)食指PIP關(guān)節(jié)的動(dòng)作:
電機(jī)IV(28)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)齒輪Π( 19)的轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪Π( 19)和齒輪I (17)之間通過齒輪傳動(dòng)，齒輪1(17)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)食指的PIP關(guān)節(jié)(20)做出相應(yīng)動(dòng)作。
[0028]d)食指DIP關(guān)節(jié)的動(dòng)作:
電機(jī)IV(28)帶動(dòng)食指PIP關(guān)節(jié)(20)做出動(dòng)作的同時(shí)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)輪ΠΚ18)的轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)輪IX( 18)通過同步帶帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)輪X (21)的轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)輪X (21)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)食指DIP關(guān)節(jié)(22)做出相應(yīng)動(dòng)作。
[0029]—種雙手跟蹤式手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，其使用方法包括以下步驟: a)系統(tǒng)感知患者正常手的動(dòng)作
患者正常手做出基本動(dòng)作，EMG傳感器1、三維角度傳感器I和三維角度傳感器Π對(duì)動(dòng)作結(jié)果進(jìn)行測量、輸出；
b)樣本的訓(xùn)練與學(xué)習(xí)
微控制系統(tǒng)通過EMG傳感器1、三維角度傳感器I和三維角度傳感器Π輸出的信號(hào)進(jìn)行分析、訓(xùn)練與學(xué)習(xí)；
c)對(duì)恢復(fù)手的檢測與識(shí)別
EMG傳感器Π對(duì)患者恢復(fù)手產(chǎn)生的肌電信號(hào)進(jìn)行測量與輸出，微控制系統(tǒng)通過之前的學(xué)習(xí)結(jié)果判斷患者的動(dòng)作意圖；
d)恢復(fù)手端的運(yùn)動(dòng)
微控制系統(tǒng)根據(jù)判斷結(jié)果控制恢復(fù)手端進(jìn)行對(duì)稱運(yùn)動(dòng)；
e)患者運(yùn)動(dòng)信息的反饋
三維角度傳感器m和三維角度傳感器IV對(duì)患者做出的動(dòng)作進(jìn)行測量與輸出，并與學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比；
f)恢復(fù)訓(xùn)練的優(yōu)化
通過對(duì)患者恢復(fù)手動(dòng)作的對(duì)比與再學(xué)習(xí)，優(yōu)化康復(fù)訓(xùn)練模型，進(jìn)而達(dá)到更好的恢復(fù)效果，康復(fù)訓(xùn)練模型從患者正常手的運(yùn)動(dòng)習(xí)慣中提取，而不通過醫(yī)護(hù)工作者的主觀判斷建立。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種雙手跟蹤式手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于:所述的雙手跟蹤式手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)由正常手的三指結(jié)構(gòu)、恢復(fù)手的三指結(jié)構(gòu)和微控制系統(tǒng)組成； 所述的雙手跟蹤式手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)包括運(yùn)動(dòng)感知單元、訓(xùn)練學(xué)習(xí)單元和動(dòng)作執(zhí)行與監(jiān)測單元;所述的運(yùn)動(dòng)感知單元分別分布在正常手和恢復(fù)手，其輸出端均與訓(xùn)練學(xué)習(xí)單元輸入端連接;所述的動(dòng)作執(zhí)行與監(jiān)測單元的輸入端與恢復(fù)手的運(yùn)動(dòng)感知單元輸出端連接，通過正常手的動(dòng)作習(xí)慣牽引患者手指進(jìn)行運(yùn)動(dòng)； 所述的運(yùn)動(dòng)感知單元包括EMG傳感器1、三維角度傳感器1、三維角度傳感器Π、手掌部分、手指MCP關(guān)節(jié)、手指PIP關(guān)節(jié)、手指DIP關(guān)節(jié)、手指MCP關(guān)節(jié)的固定槽、手指PIP關(guān)節(jié)的固定槽、手指DIP關(guān)節(jié)的固定槽； 所述的訓(xùn)練學(xué)習(xí)單元包括微控制系統(tǒng)的硬件組成部分和機(jī)器學(xué)習(xí)算法實(shí)現(xiàn)的軟件部分，其中微控制系統(tǒng)的硬件組成部分包括微控制器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器； 所述的動(dòng)作執(zhí)行與監(jiān)測單元包括EMG傳感器Π、三維角度傳感器ΙΠ、三維角度傳感器IV、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)、手掌部分、手指MCP關(guān)節(jié)、轉(zhuǎn)動(dòng)輪、手指PIP關(guān)節(jié)、手指DIP關(guān)節(jié)； 電機(jī)1、電機(jī)π和電機(jī)m分別安裝在手掌部分；電機(jī)IV和電機(jī)V分別安裝在手指PIP關(guān)節(jié);所述的手指MCP關(guān)節(jié)通過連接鉸鏈固定在手掌部位;所述的手指PIP關(guān)節(jié)通過鉸鏈與手指的MCP關(guān)節(jié)的可調(diào)節(jié)滑槽相連接;所述的手指DIP關(guān)節(jié)通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸與手指PIP關(guān)節(jié)相連接；轉(zhuǎn)動(dòng)輪C、轉(zhuǎn)動(dòng)輪I和轉(zhuǎn)動(dòng)輪π分別通過螺紋連接分別固定在電機(jī)1、電機(jī)π和電機(jī)m上;轉(zhuǎn)動(dòng)輪m、轉(zhuǎn)動(dòng)輪νπ和轉(zhuǎn)動(dòng)輪B通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸固定在手掌部位;轉(zhuǎn)動(dòng)輪IV和轉(zhuǎn)動(dòng)輪V通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸固定在拇指MCP關(guān)節(jié)處;轉(zhuǎn)動(dòng)輪VI通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸與拇指的DIP關(guān)節(jié)相連接;轉(zhuǎn)動(dòng)輪VI通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸與食指的MCP關(guān)節(jié)相連;轉(zhuǎn)動(dòng)輪IX和齒輪Π通過螺紋連接固定在電機(jī)IV ；齒輪I與齒輪Π相互嚙合固定食指PIP關(guān)節(jié);轉(zhuǎn)動(dòng)輪X通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸與食指的DIP關(guān)節(jié)相連接;轉(zhuǎn)動(dòng)輪A通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸無名指的MCP關(guān)節(jié)相連;轉(zhuǎn)動(dòng)輪?和齒輪IV通過螺紋連接固定在電機(jī)V;齒輪m與齒輪IV相互嚙合固定無名指的PIP關(guān)節(jié);轉(zhuǎn)動(dòng)輪XE通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸與無名指的DIP關(guān)節(jié)相連接； 所述的EMG傳感器置于手臂來采集肌電信號(hào)；所述的三維角度傳感器I和三維角度傳感器Π分別置于各手指MCP關(guān)節(jié)和各手指PIP關(guān)節(jié)來采集角度信息，三維角度傳感器m和三維角度傳感器IV分別置于各手指MCP關(guān)節(jié)和各手指PIP關(guān)節(jié)來采集角度信息； 所述的手指MCP關(guān)節(jié)、手指PIP關(guān)節(jié)和手指DIP關(guān)節(jié)上分別設(shè)有MCP關(guān)節(jié)的固定槽、PIP關(guān)節(jié)的固定槽和DIP關(guān)節(jié)的固定槽;固定槽將患者手指和雙手跟蹤式手指康復(fù)裝置進(jìn)行連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙手跟蹤式手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，其使用方法包括以下步驟: (1)系統(tǒng)感知患者正常手的動(dòng)作: 患者正常手做出基本動(dòng)作，EMG傳感器1、三維角度傳感器I和三維角度傳感器Π對(duì)動(dòng)作結(jié)果進(jìn)行測量、輸出； (2)樣本的訓(xùn)練與學(xué)習(xí): 微控制系統(tǒng)通過EMG傳感器1、三維角度傳感器I和三維角度傳感器Π輸出的信號(hào)進(jìn)行分析、訓(xùn)練與學(xué)習(xí)； (3)對(duì)恢復(fù)手的檢測與識(shí)別: EMG傳感器Π對(duì)患者恢復(fù)手產(chǎn)生的肌電信號(hào)進(jìn)行測量與輸出，微控制系統(tǒng)通過之前的學(xué)習(xí)結(jié)果判斷患者的動(dòng)作意圖； (4)恢復(fù)手端的運(yùn)動(dòng): 微控制系統(tǒng)根據(jù)判斷結(jié)果控制恢復(fù)手端進(jìn)行對(duì)稱運(yùn)動(dòng)； (5 )患者運(yùn)動(dòng)信息的反饋: 三維角度傳感器m和三維角度傳感器IV對(duì)患者做出的動(dòng)作進(jìn)行測量與輸出，并與學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比； (6)恢復(fù)訓(xùn)練的優(yōu)化: 通過對(duì)患者恢復(fù)手動(dòng)作的對(duì)比與再學(xué)習(xí)，優(yōu)化康復(fù)訓(xùn)練模型，進(jìn)而達(dá)到更好的恢復(fù)效果O3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種雙手跟蹤式手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述的康復(fù)訓(xùn)練模型從患者正常手的運(yùn)動(dòng)習(xí)慣中提取。
【文檔編號(hào)】B25J11/00GK106074089SQ201610553123
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年7月14日
【發(fā)明人】熊鵬文, 高碩 , 廖波, 楊大勇, 胡凌燕, 劉小平, 熊根良, 張華
【申請(qǐng)人】南昌大學(xué)