CN104983541A - 一种空间并联驱动手腕康复治疗机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了空间并联驱动手腕康复治疗机器人，该***实现六自由度运动的核心是一种并联机构，主要包括上平台、下平台，六条驱动支腿以及连接支腿和上下平台的上铰和下铰。此外，该***还包括有六维力传感器，用于固定手腕的两个手套(医生和患者各用一个)以及计算机控制***。本发明用于手腕关节疾病、运动损伤和手腕部术后的康复治疗。

Description

一种空间并联驱动手腕康复治疗机器人

技术领域

本发明涉及康复医疗机器人***，特别是一种基于空间多自由度并联机构的手腕康复机器人。

背景技术

手腕关节的康复治疗***是康复医疗机器人领域的重要组成部分，手腕关节的康复治疗一般需要专业医生亲自对患者进行一对一甚至多对一的治疗，康复治疗训练的专业技术要求高且重复性高，很多患者都需要多周期的治疗，这样给专业医生带来了繁重的工作量，也给患者带来了较大的经济负担，手腕康复治疗***可以用于手腕关节疾病、运动损伤和手腕部术后的康复治疗。通过录入专业医生对患者康复训练时手腕的运动轨迹，并复现该运动轨迹可以实现手腕关节疾病的自动康复治疗。手腕康复治疗***是一个涉及到多自由度机构、多自由度运动控制、信号采集和处理等的复杂***。目前相关的专利成果存在着运动自由度少、结构复杂、运动复现精度低等缺陷。本发明的机械结构简单、运动自由度多、运动轨迹复现精度高。

发明内容

本发明的目的是提供一种空间并联驱动手腕康复治疗机器人。该***可以实现对手腕关节疾病、运动损伤和手腕部手术后的康复训练。可实现手腕关节的六个自由度运动；可录入医生对病人康复治疗时手腕的康复运动轨迹；录入的康复过程可以自动施加到手腕关节，带动手腕关节运动。

附图说明

图1：本发明的结构示意图。

图2：本发明使用操作示意图。

具体实施方式

如附图所示，本发明所采用的方案是：一种包括有上下平台、六条驱动支腿、连接上下平台和六条驱动支腿的铰链构成的六自由度并联机构，用于检测信号的六维力传感器，用于固定手腕的手套以及实现信号处理、存储和运动平台精确控制的计算机软硬件***，以上各个部分一起构成了可以实现预期功能的手腕康复治疗***。其中，下平台和大地或者和与大地固连的平面固定，用来支撑整个运动***，并且作为上平台运动的参考基准。上平台用于带动手腕实现既定的运动规律，上平台的上表面安装有六维力传感器，传感器上表面通过立柱连接用于固定手腕的手套，六维力传感器和手套都设计为两套，分别用来固定医生和患者的手腕，检测二者的运动，这样就可以检测并存储医生在给患者做手腕康复治疗训练时的整个运动过程，即信息录入过程，然后可以把存储的信号作为要实现上平台运动的期望位姿信号，用来指导上平台的运动，从而实现上平台带动手腕复现医生对患者手腕的康复治疗运动。上下平台之间通过驱动支腿连接，平台与支腿之间通过球铰连接，除去支腿绕自身轴线转动的局部自由度外，可以实现上平台带动手腕的六个自由度运动。支腿的驱动方式可以是电动、液压或者气动，根据具体情况予以选择。

医生对患者手腕康复治疗运动信号的录入阶段：医生和患者的手分别***对应手套，两手相握，并对其手腕实施固定，在各条支腿都处于随动的状态下，医生根据其专业知识对患者进行手腕康复治疗训练。带动上平台和支腿运动，六维力传感器可以检测到上平台的运动规律信号，传输到计算机进行处理和存储，从而实现医生对患者手腕康复治疗运动信号的录入。

患者自身手腕康复治疗阶段：患者的手***对应手套，通过手套对手腕实施固定。把在医生对患者手腕康复治疗运动信号的录入阶段采集并存储的信号看作是手腕康复治疗的理想信号，计算机***使用该信号来指导上平台的运动，实现对该信号的精确复现。用该***对患者进行手腕康复训练的过程，就是该***实现对上平台运动信号复现的过程。由于存储的是上平台运动位姿的期望信号，故期望信号需要经过并联机构运动学反解得到各条支腿的运动信号，计算机***根据该运动信号分别控制各条支腿的运动，从而实现对上平台带动手套和手腕运动的控制，在控制时通过六维力传感器检测上平台的运动，将实际运动信号反馈到期望信号输入端，计算机对实际运动信号和期望信号二者做差，把得到的偏差值作为控制***的净输入量，使用该净输入量进行运动纠正，从而可以实现对上平台以及手套和手腕的运动的精确控制。

Claims (6)

1.一种空间并联驱动手腕康复治疗机器人，其特征在于：该机器人包括上平台、下平台、六条驱动支腿、两个六维力传感器、两个手套和一个计算机***，其中

所述下平台固定在地面或者和大地固连的平面上，用于支撑整个***，并且作为***运动的基准；

所述六条驱动支腿的下端都通过球铰和所述下平台连接，上端都通过球铰和所述上平台连接；

所述上平台在六条驱动支腿的支撑和驱动下，能实现六个自由度的运动，所述上平台的上表面安装有所述两个六维力传感器，用于检测上平台的位姿和运动信号，每个六维力传感器上表面分别通过立柱连接用于固定手腕的手套。

所述计算机***用于获取六维力传感器采集的信息，并存储获取的信息，所述信息包括上平台位姿和运动信号，

所述计算机***还用于控制六条驱动支腿的运动，在需要时，可根据所述存储的信息控制驱动支腿运动，以再现上平台的运动。

2.根据权利要求1所述的空间并联驱动手腕康复治疗机器人，其中六条驱动支腿的驱动方式是电动驱动、液压驱动或者气动驱动。

3.根据权利要求1-2任一项所述的空间并联驱动手腕康复治疗机器人，其特征在于：所述机器人具有两种工作模式：运动录入模式和康复治疗模式。

4.根据权利要求1-3任一项所述的空间并联驱动手腕康复治疗机器人，其特征在于：在所述运动录入模式下，医生和患者的手分别***对应手套，两手相握，通过手套对两个手腕实施固定，在各条驱动支腿都处于随动的状态下，医生根据其专业知识对患者进行手腕康复治疗训练，从而带动上平台和驱动支腿运动，六维力传感器将检测到的上平台的位姿和运动信号传输到计算机***进行处理和存储。

5.根据权利要求3所述的空间并联驱动手腕康复治疗机器人，其特征在于：在所述康复治疗模式下，患者的手***对应手套，通过手套对手腕实施固定，所述计算机***根据存储的信息，获得上平台运动的期望信号，通过并联机构运动学反解该期望信号，得到各条支腿的运动信号，所述计算机***根据该运动信号分别控制各条支腿的运动。

6.根据权利要求5所述的空间并联驱动手腕康复治疗机器人，其特征在于：所述计算机***在控制时，通过六维力传感器检测上平台的运动，获得实际运动信号，将实际运动信号和期望信号二者做差，获得偏差值，把得到的偏差值作为控制***的净输入量，使用该净输入量进行运动纠正。