CN108721058A - 上肢康复训练装置及康复训练方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种上肢康复训练装置，包括六轴机械臂和与六轴机械臂信号连接的控制单元，机械臂具有至少一个关节，每个关节连接有驱动电机，驱动电机与控制单元电连接。机械臂在按照运行轨迹带动患者上肢运动的过程中，无抖动、运行平稳、动作流畅，可以准确的到达预设的角度，运动速度、角度均精确可控，不会造成多余的动作，自动化程度高、人工介入的比例低，避免了人为出错的问题。还公开了一种利用该装置的康复训练方法，其可带动0级肌力以上的病人任意上肢关节，以预设轨迹、速度进行重复训练，在运动过程中其控制精确度高，机械臂的运动轨迹可根据病人的实际需求设定，并可编辑修改，提高了训练针对性和精确性，训练效率高、康复效果好。

Description

上肢康复训练装置及康复训练方法

技术领域

本发明属于康复医疗器械技术领域，涉及一种康复训练器械及训练方法，具体地说涉及一种上肢康复训练装置及训练方法。

背景技术

近年来，脑中风等心脑血管疾病发病率有逐年上升的趋势，这些疾病引发了患者肢体运动功能的衰退或丧失。上肢是人体运动***的重要组成部分，具有自由度高、运动范围大、在日常生活中使用率高等特点，一旦受损，如不及时进行康复训练，很可能会导致运动障碍，极大影响患者的日常生活能力

传统医疗领域中针对偏瘫等肢体运动受损的疾病的康复方法很大程度依赖于治疗医师对患者一对一的物理治疗，依靠治疗师带动病人运动，这是一种劳力集中的过程，可持续性差，费时费力，也缺乏量化和客观的评价，机器人技术的发展及其与临床康复医学的结合为康复机器人的研究提供了一个很好的契机，利用机器人及相关技术对康复训练过程进行监测和客观评价，提高了偏瘫康复训练的针对性及科学性，同时可将治疗师从繁重的体力劳动解脱出来，为患者制定更好的康复方案，从而提高了康复几率。

目前针对上肢康复训练的机器人装置依然为较为简单的器械，对3级肌力一下的患者很难得到充分的运动，且可活动范围小，得不到充分的锻炼。市面上已有的上肢训练***如Hocoma公司开发的训练***AmeoPower具有训练轨迹记录与还原的功能，但是其只能通过外界的模拟学***稳、不流畅、不能准确达到所需要的角度，且运动速度不可控，容易出现多余的动作，人为出错因素过多，另外，还存在运动轨迹不可再修改的问题。

发明内容

为此，本发明正是要解决上述技术问题，从而提出一种训练过程中无抖动、运行平稳、动作流畅、精确度高，可根据不同病患的实际需求设计运动轨迹的。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

本发明提供一种上肢康复训练装置，其包括六轴机械臂和与所述六轴机械臂信号连接的控制单元，所述六轴机械臂具有至少一个关节，每个所述关节连接有驱动电机，所述驱动电机与所述控制单元电连接。

作为优选，所述六轴机械臂包括顺次连接的横梁臂、水平旋转臂、肩竖直臂、后臂和前臂，所述后臂与前臂通过肘关节屈伸装置连接，所述前臂还连接有腕关节摇柄，所述腕关节摇柄连接有握力气囊。

作为优选，所述横梁臂与所述水平旋转臂通过第一活动轴承连接，用于带动肩外展、内收；所述肩竖直臂与所述后臂通过第二活动轴承连接，用于带动肩屈伸。

作为优选，所述肘关节屈伸装置与所述前臂通过弯轨连接，用于带动肘屈伸和前臂内旋、外翻。

作为优选，所述水平悬臂连接有第一伺服电机，所述肩竖直臂连接有第二伺服电机，所述后臂连接有第三伺服电机，所述前臂连接有第四伺服电机和第五伺服电机，所述第五伺服电机同时与所述腕关节摇柄连接。

作为优选，所述机械臂与所述控制单元通过串口或无线射频连接。

本发明还提供一种利用所述的上肢康复训练装置进行康复训练的方法，其包括如下步骤：

S1、预设运动轨迹参数；

S2、将轨迹参数发送至机械臂；

S3、机械臂接收所述轨迹参数并进行解析；

S4、机械臂根据轨迹参数控制电机运转，所述电机驱动与其连接的各关节带动患者上肢运动；

S5、控制机械臂停止运转，完成训练。

作为优选，所述步骤S1具体包括如下步骤：

S101、按照执行顺序添加需要训练的关节、关节运动速度、运动角度参数；

S102、保存步骤S101预设的运动参数。

作为优选，所述步骤S3具体包括如下步骤：

S301、接收预设的运动轨迹参数；

S302、解析参数数据，并判断参数是否合理，如合理则进行步骤S4，如不合理，则返回步骤S1。

作为优选，所述电机控制各关节的运动速度为50-1300rpm，运动角度为0-180°。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

(1)本发明所述的上肢康复训练装置，包括六轴机械臂和与所述六轴机械臂信号连接的控制单元，所述六轴机械臂具有至少一个关节，每个所述关节连接有驱动电机，所述驱动电机与所述控制单元电连接。机械臂在按照运行轨迹带动患者上肢运动的过程中，无抖动、运行平稳、动作流畅，可以准确的到达预设的角度，运动速度、角度均精确可控，不会造成多余的动作，自动化程度高、人工介入的比例低，避免了人为出错的问题。

(2)本发明所述的上肢康复训练方法，本方法可带动0级肌力以上的病人任意上肢关节，以预设轨迹、速度进行重复训练，在运动过程中其控制精确度高，机械臂的运动轨迹可根据病人的实际需求设定，并可编辑修改，提高了训练针对性和精确性，训练效率高、康复效果好。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明实施例所述的上肢康复训练装置的结构示意图；

图2是本发明实施例所述的上肢康复训练装置中六轴机械臂的结构示意图；

图3是本发明实施例所述的上肢康复训练方法的流程图；

图4是本发明实施例所述的上肢康复训练方法中步骤S1的子步骤流程图；

图5是本发明实施例所述的上肢康复训练方法中步骤S3的子步骤流程图。

图中附图标记表示为：1-底座；2-横梁臂；3-水平旋转臂；4-肩竖直臂；41-调节螺旋杆；5-后臂；51-后臂弯轨；6-前臂；61-前臂弯轨；7-竖直连接臂；8-腕关节摇柄；9-握力气囊；10-肘关节屈伸装置。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种上肢康复训练装置，其包括六轴机械臂和与所述六轴机械臂信号连接的控制单元。所述机械臂具有用于接收并执行控制信号的控制器；所述控制单元可以为具有控制软件的计算机终端，或者其它人机交互界面，其与六轴机械臂的控制器通过串口或无线射频通信连接。所述六轴机械臂具有对应于人体上肢结构的若干关节，每个所述关节均连接有驱动电机，所述驱动电机驱动关节按照预设轨迹运动从而带动上肢运动，所述驱动电机与所述控制器电连接进而与控制单元电连接。

所述上肢康复训练装置的具体结构如图1所示，其包括六轴机械臂和用于安装所述六轴机械臂的底座1，为便于搬运，所述底座1底部还设置有滚轮。所述六轴机械臂包括顺次连接的横梁臂2、水平旋转臂3、肩竖直臂4、后臂5和前臂6，其中，所述横梁臂2通过与其垂直的竖直连接臂7与所述底座1连接。所述前臂6还连接有腕关节摇柄8，所述腕关节摇柄8连接有一握力气囊9。

上述各机械臂单元的连接处对应于人体上肢的各关节，具体地：所述横梁臂2与所述水平旋转臂3通过第一活动轴承铰接，通过二者的相对转动带动人体肩部关节进行外展内收运动，所述肩竖直臂4与所述后臂5通过第二活动轴承铰接，通过二者的相对运动带动肩部关节进行屈伸运动，所述后臂5与所述前臂6通过肘关节屈伸装置10连接，所述肘关节屈伸装置10连接有一弯轨，通过其运动带动肘屈伸运动和前臂内旋、外翻，所述前臂6与腕关节摇柄8连接，对应于腕屈伸关节，所述握力气囊9用于手抓我，形成握力装置。

进一步地，为了驱动各机械臂单元运动从而带动上肢各关节活动，所述水平旋转臂3刚性连接有第一伺服电机，且所述水平旋转臂3连接于第一伺服电机的活动端，所述第一伺服电机的固定端连接于所述横梁臂2，第一伺服电机的旋转驱动，带动了肩关节外展内收、运动。所述肩竖直臂4连接有一与其垂直(在水平方向设置)的调节螺旋杆41，可通过改变调节螺旋杆41深入所述肩竖直臂41的深度来调节机械臂肘关节的位置。所述调节螺旋杆41刚性连接于第二伺服电机的活动端，所述第二伺服电机的固定端连接于所述肩竖直臂4，第二伺服电机的旋转驱动，带动了肩关节屈伸运动。所述后臂5刚性连接于第三伺服电机的固定端，所述第三伺服电机的活动端通过传动带与连接于后臂5的后臂弯轨51连接。所述前臂6刚性连接于第四伺服电机的固定端，所述第四伺服电机的活动端通过传送带与连接于所述前臂6的前臂弯轨61连接，从而驱动肘屈伸关节和前臂内旋、外翻关节运动。所述前臂6同时还刚性连接于第五伺服电机的固定端，所述第五伺服电机的活动端连接于腕关节摇柄8，组成腕屈伸关节带动腕部作屈伸运动。所述腕关节摇柄8与所述握力气囊9通过螺丝进行刚性连接，形成握力装置。

实施例2

本实施例提供一种利用如实施例1所述的上肢康复训练装置进行康复训练的方法，如图3-5所示，其包括如下步骤：

S1、预设或选择运动轨迹参数：

S101、在电脑软件或人机交互界面上按照训练需求编辑运动轨迹，编辑界面可设置两个列表框，其中一个为轨迹名称、另一个为轨迹参数，选中轨迹名称列表框时，轨迹参数列表框可现实当前选中轨迹的轨迹参数信息，所述轨迹参数包括训练关节条目执行顺序、机械臂关节编号、关节运动速度、运动角度，其中不同的关节可设置并列同时执行运动或按先后顺序执行运动，同一关节只能按先后顺序重复执行运动，同时对于新的患者，还可建立新的用户信息如患者姓名、性别、年龄、肌力等级、编号等。

S102、将步骤S101设置好的运动轨迹保存至控制单元，后续重复训练时可重复使用预设的轨迹信息也可根据恢复情况重设运动轨迹，编辑好的运动轨迹只保存在当前的用户名下。

S2、将预设的运动轨迹参数发送至六轴机械臂的控制器。

S3、六轴机械臂接收所述轨迹参数并进行解析：

S301、所述六轴机械臂的控制器接收预设的轨迹参数；

S302、所述机械臂的控制器将轨迹参数解析，并判断该参数是否合理，如合理则进行下一步，如判定为不合理，则返回步骤S1检查或重新设置轨迹参数。

S4、六轴机械臂的控制器根据轨迹参数控制电机运转，所述电机驱动与其连接的各关节带动患者上肢运动，进行康复训练。

S5、当训练完成后，所述控制单元控制机械臂停止运转。

电机运转可带动各关节以50-1300rpm的速度、0-180°的角度运动，进而起到带动上肢以一定频率和角度运动的效果。

本实施例中，运动参数按照表1设置：

表1

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种上肢康复训练装置，其特征在于，包括六轴机械臂和与所述六轴机械臂信号连接的控制单元，所述六轴机械臂具有至少一个关节，每个所述关节连接有驱动电机，所述驱动电机与所述控制单元电连接。

2.根据权利要求1所述的上肢康复训练装置，其特征在于，所述六轴机械臂包括顺次连接的横梁臂、水平旋转臂、肩竖直臂、后臂和前臂，所述后臂与前臂通过肘关节屈伸装置连接，所述前臂还连接有腕关节摇柄，所述腕关节摇柄连接有握力气囊。

3.根据权利要求2所述的上肢康复训练装置，其特征在于，所述横梁臂与所述水平旋转臂通过第一活动轴承连接，用于带动肩外展、内收；所述肩竖直臂与所述后臂通过第二活动轴承连接，用于带动肩屈伸。

4.根据权利要求3所述的上肢康复训练装置，其特征在于，所述肘关节屈伸装置与所述前臂通过弯轨连接，用于带动肘屈伸和前臂内旋、外翻。

5.根据权利要求4所述的上肢康复训练装置，其特征在于，所述水平悬臂连接有第一伺服电机，所述肩竖直臂连接有第二伺服电机，所述后臂连接有第三伺服电机，所述前臂连接有第四伺服电机和第五伺服电机，所述第五伺服电机同时与所述腕关节摇柄连接。

6.根据权利要求5所述的上肢康复训练装置，其特征在于，所述机械臂与所述控制单元通过串口或无线射频连接。

7.一种利用如权利要求1-6任一项所述的上肢康复训练装置进行康复训练的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、预设运动轨迹参数；

S2、将轨迹参数发送至机械臂；

S3、机械臂接收所述轨迹参数并进行解析；

S4、机械臂根据轨迹参数控制电机运转，所述电机驱动与其连接的各关节带动患者上肢运动；

S5、控制机械臂停止运转，完成训练。

8.根据权利要求7所述的康复训练方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括如下步骤：

S101、按照执行顺序添加需要训练的关节、关节运动速度、运动角度参数；

S102、保存步骤S101预设的运动参数。

9.根据权利要求8所述的康复训练方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括如下步骤：

S301、接收预设的运动轨迹参数；

S302、解析参数数据，并判断参数是否合理，如合理则进行步骤S4，如不合理，则返回步骤S1。

10.根据权利要求9所述的康复训练方法，其特征在于，所述电机控制各关节的运动速度为50-1300rpm，运动角度为0-180°。