CZ309638B6 - Pohybový subsystém a robotický systém určený k léčbě poruch hybnosti - Google Patents

Pohybový subsystém a robotický systém určený k léčbě poruch hybnosti Download PDF

Info

Publication number
CZ309638B6
CZ309638B6 CZ2021-495A CZ2021495A CZ309638B6 CZ 309638 B6 CZ309638 B6 CZ 309638B6 CZ 2021495 A CZ2021495 A CZ 2021495A CZ 309638 B6 CZ309638 B6 CZ 309638B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
movement
plate
robotic system
subsystem
gimbal
Prior art date
Application number
CZ2021-495A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ2021495A3 (cs
Inventor
Jaroslav PrĹŻcha
CSc. Průcha Jaroslav doc. PhDr. Ing., Ph.D
Karel Hána
Hána Karel doc. Ing., Ph.D
Original Assignee
České vysoké učení technické v Praze
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by České vysoké učení technické v Praze filed Critical České vysoké učení technické v Praze
Priority to CZ2021-495A priority Critical patent/CZ2021495A3/cs
Publication of CZ309638B6 publication Critical patent/CZ309638B6/cs
Publication of CZ2021495A3 publication Critical patent/CZ2021495A3/cs

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H1/00Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H1/00Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
    • A61H1/02Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H1/00Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
    • A61H1/02Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
    • A61H1/0274Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising for the upper limbs
    • A61H1/0285Hand

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Pain & Pain Management (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • Rehabilitation Therapy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

Robotický systém pasivního typu end‑effector bez motorických pohonů, určený k léčbě poruch hybnosti paže, obsahující jeden z pohybových subsystémů (1A, 1B) obsahující čtyři navzájem pohyblivě spojené paralelogramy, z nichž každý paralelogram obsahuje buď rovnoběžné spojovací tyče zakončené kulovými čepy, nebo rovnoběžné teleskopické kardanové tyče zakončené kardanovými spojkami. Každá spojovací, resp. kardanová tyč je společná pro dva sousední paralelogramy a kulové čepy, resp. kardanové spojky jsou upevněny na dvojici planparalelně uspořádaných desek. Pro antigravitační odlehčení pohybového subsystému (1A, 1B) jsou mezi první z dvojice desek a dvěma spodními sousedními spojovacími, resp. kardanovými tyčemi uchyceny dvě pružiny. Na druhé z dvojice desek je uspořádán úchop pro léčenou paži, který vystupuje vně čtyř navzájem pohyblivě spojených paralelogramů.

Description

Pohybový subsystém a robotický systém určený k léčbě poruch hybnosti
Oblast techniky
Předkládaný vynález se týká pohybových subsystémů a robotického systému obsahujícího pohybový subsystém realizovaný s využitím čtyř, navzájem spojených paralelogramů, přičemž robotický systém dále obsahuje kameru umístěnou mimo pohybový subsystém dále od pacientovy horní končetiny (paže), a signální bodový světelný zdroj, umístěný na pohybovém subsystému blíže k pacientově ruce a indikující polohu distální části horní končetiny.
Dosavadní stav techniky
Rehabilitační roboty jsou určené pro reedukaci pohybu končetin pacienta, které jsou postiženy ztrátovými onemocněními jejich hybnosti. Jsou založeny na využití biologické zpětné vazby, biofeedbacku, obvykle vizuálního, kde pacient, jehož postižená končetina je uchycena na efektoru robota, má sledovat požadovanou trajektorii pohybu nebo plnit stanovenou pohybovou úlohu. Rehabilitační robot prostřednictvím senzorů sleduje výsledek úsilí pacienta, a to prostřednictvím sledování okamžité polohy distální části končetiny (robot typu end-effector) nebo polohy ve všech rozhodujících kloubech (robot exoskeletonového typu), případně též prostřednictvím měření uplatněné svalové síly. Řídicí jednotka, která je napojena na senzory zabudované v pohybovém mechanismu robota, přitom vyhodnocuje úspěch tohoto úsilí pacienta a v případě nezdaru robot s aktivním pohonem sám jemně a šetrně přebírá požadovaný pohyb, ovšem jen na dílčí, obvykle krátký úsek požadované trajektorie, načež opět poskytuje šanci pacientovi. Existují i roboty s pasivním řešením, které nezahrnují pohon, takže veškerý pohyb končetiny je jen důsledkem volného úsilí pacienta a jeho zbytkové svalové síly. Proces pohybu končetiny po požadované trajektorii nebo proces plnění požadované pohybové úlohy se stále opakuje, takže pacient po mnoha opakováních požadovaného pohybu získává možnost vytvoření nových paměťových stop a/nebo nových nervových spojení. Vytvoření nových paměťových stop a/nebo nových nervových spojení je důsledkem neuroplasticity centrální nervové soustavy. Tímto způsobem se pacient znovu učí, tedy re-edukuje ztracenou hybnost své postižené končetiny. Při tomto rehabilitačním postupu je tedy velmi důležité zabezpečit pohyb končetiny pacienta kooperujícím rehabilitačním robotem. Rehabilitační roboty dále zahrnují procesorovou jednotku, jež přijímá data ze senzorů. Procesorová jednotka zahrnuje paměť, ve které jsou uložena data o požadovaném pohybu efektoru. Procesorová jednotka porovnává data přijímaná ze senzorů s daty uloženými v paměti, představujícími ideální požadovanou trajektorii pohybu končetiny. Výsledek porovnání poskytuje informaci o zlepšování hybnosti končetiny, která je cenná diagnosticky. V případě aktivního pohonu je výsledek porovnání dat rovněž informací pro řízení pohonů zajišťujících požadovaný pohyb končetiny, kterého zatím není pacient schopen.
Patentová přihláška EP 0016094 A1 popisuje programovatelný stroj na cvičení. Stroj na cvičení sestává ze dvou ramen. Ramena jsou uspořádána v sérii a jsou vzájemně spojena otočným spojem. Otočný spoj je opatřen samostatným pohonem, který otočným spojem otáčí. Uživatel pohybuje efektorem umístěným na nejvzdálenějším rameni. Pohyb efektoru je ovlivněn, jednak končetinou uživatele a jednak samostatným pohonem, a je řízen systémem zpětné vazby. Systém zpětné vazby zajišťuje, že efektor se pohybuje podél předem specifikované trajektorie prostřednictvím síly vyvíjené uživatelem a současně poskytuje odporové síly, které se libovolně liší v pozici, rychlosti, času anebo síle vyvíjené uživatelem.
Zařízení pro rehabilitaci končetin popsané v čínské patentové přihlášce CN 105581891 A obsahuje otočný mechanismus, teleskopický mechanismus a pohyblivé rameno. Otočný mechanismus zahrnuje rotační hnací zařízení a otočné rameno připojené k rotačnímu hnacímu zařízení. Otočné rameno se otáčí kolem pevné hřídele pomocí rotačního hnacího zařízení. Jeden konec otočného ramene, jež se nachází v blízkosti pevného hřídele, se nazývá pevný konec. Druhý konec se nazývá
- 1 CZ 309638 B6 otočný konec. Na otočném rameni jsou uspořádány dva otočné spoje. Otočný spoj, který se nachází v blízkosti pevného konce, se označuje jako první otočný spoj a otočný spoj, jež se nachází na opačném konci otočného ramene, se označuje jako druhý otočný spoj. Jeden konec otočného ramene je pevně spojen s efektorem, zatímco druhý konec je spojen s otočným ramenem v druhém otočném spoji. Teleskopický mechanismus zahrnuje teleskopické hnací zařízení a teleskopické rameno spojené s teleskopickým hnacím zařízením.
Patent US 9403056 B2 popisuje rehabilitační systém, jež umožňuje pacientům zlepšit koordinovanost pohybů předloktí a ruky. Rehabilitační systém zahrnuje efektor s více stupni volnosti, který je vybaven prostředky pro poskytnutí přesně modulovaných odporových sil a přesně modulovaných hybných sil. Rehabilitační systém dále zahrnuje zobrazovací zařízení pro simulaci virtuální reality, prostřednictvím které je zobrazena požadována trajektorie pohybu efektoru. Snímací zařízení rehabilitačního systému umožňuje snímání síly, zatížení, točivého momentu, úhlového posunutí, úhlové rychlosti, posunutí anebo polohy efektoru. Řídicí jednotka rehabilitačního systému zahrnuje paměť pro ukládání dat o pohybu efektoru a procesor pro výpočet odporových sil a pohybových sil efektoru. Prostředek pro poskytnutí přesně modulovaných odporových sil obsahuje hydraulický okruh s čerpadlem, který je propojen s řídicí jednotkou.
Evropská patentová přihláška EP 2926724 A1 řeší metodu pro posouzení pohybu bodu souvisejícího s distální částí končetiny v předem určeném 3D prostoru. Tato přihláška zahrnuje složitou síť senzorů přizpůsobených k detekci polohy končetiny ve 3D prostoru ve vztahu ke kloubům.
Čínská patentová přihláška CN 105662783 A představuje řešení rehabilitačního terapeutického robota horní končetiny exoskeletonového typu, kde je snímači sledován i motory řízen pohyb v každém z kloubů paže.
US patentová přihláška US 2014172166 A1 představuje řešení založené na zrcadlové terapii určené pro léčbu hemiparéz, kde signály ze zdravé paže jsou přenášeny na robota pohybujícího paží s postiženou hybností, přičemž pacient sleduje pohyby obou končetin.
Švýcarská společnost Hocoma uvedla na trh a do používání ve zdravotnictví řadu sofistikovaných rehabilitačních terapeutických robotů, z nichž pro účely rehabilitace hybnosti horní končetiny je určen typ Armeo Spring (bez aktivních pohonů) a typ Armeo Power (s pohony). Oba typy těchto rehabilitačních terapeutických robotů představují exoskeletonové řešení. Robot typu Armeo Spring využívá pro konstrukci pohybového subsystému jednoduchého paralelogramu, který zajišťuje vedení loketní části paže.
Podobné pohybové subsystémy a robotické systémy určené k léčbě poruch hybnosti jsou známé z dokumentů US 5466213 A, CN 109568082 A a WO 2015041618 A2, a z publikací HOWARD, Ian S., a kol. (A modular planar robotic manipulandum with end-point torque control. Journal of Neuroscience Methods, 2009, Vol. 181, No. 2, p. 199-211, ISSN 0165-0270), a RAHMAN, Mohammad H., a kol. (Tele-operation of a robotic exoskeleton for rehabilitation and passive arm movement assistance. In: Proceedings of the 2011 IEEE International Conference of Robotics and Biomimetics, 7.12.2011 - 11.12.2011, Phuket, Thailand).
Nevýhody zařízení, která jsou známá z dosavadního stavu techniky, lze spatřovat v tom, že polohovací ústrojí rehabilitačních robotů a jejich ramena představují obvykle složitá kinematická uspořádání a roboty se vyznačují složitými konstrukcemi pohybového subsystému. Pohybující se části jsou značně zatěžovány a namáhány a mají obvykle i značnou hmotnost. Senzorický systém vyžaduje více senzorů, je složitý a náročný je též převod signálů z čidel na údaje o poloze.
- 2 CZ 309638 B6
Podstata vynálezu
Vynález si klade za cíl navrhnout robotický rehabilitační systém pasivního typu (bez aktivních pohonů), který zajistí jednoduché řešení pohybového subsystému a u tohoto subsystému minimalizuje náročnost snímání polohy distální části horní končetiny.
Jednoduché řešení pohybového subsystému je zajištěno prostřednictvím kinematického uspořádání vytvořeného pohyblivým spojením čtyř paralelogramů v jejich vrcholech pomocí spojovacích tyčí podle prvního provedení nebo teleskopických kardanových tyčí podle druhého provedení. Pohyblivá spojení ve vrcholech paralelogramů jsou tvořena buď kulovými čepy podle prvního provedení, nebo kardanovými spojkami (kardanovými klouby) podle druhého provedení. Při použití kulových čepů je nezbytné zavedení středového stabilizujícího teleskopicky výsuvného prvku, který není při použití kardanových spojek nutný. Obě alternativní provedení zajišťují nízkou hmotnost pohybujících se částí pohybového subsystému, jeho jednoduchou výrobu a montáž a také plynulý a pružný pohyb ramen polohovacího ústrojí při současné možnosti dosahování dostatečně velkého pracovního prostoru. Poněvadž řešení je pasivní - bez aktivních pohonů, je nezbytné zajistit antigravitační dynamickou podporu končetiny pomocí dvojice pružin.
Výše uvedeného cíle je dosaženo tak, že u pohybového subsystému podle prvního provedení jsou kulové čepy pomocí příkladného šroubového spojení skrze svůj otvor pevně namontovány do rohů jedné i druhé desky čtvercového nebo obdélníkového tvaru, a to tak, že je roh desky zkosen pod úhlem 45° a osa šroubového spojení směřuje paralelně s plochou desky, která - aby umožnila tuto montáž - musí mít dostatečnou tloušťku. Do středu každé z obou desek mezi kulové čepy je upevněna kardanová spojka, mezi které je uchycena spojovací teleskopická kardanová tyč, čímž se vytvoří paralelní uspořádání desek, sníží se počet stupňů volnosti kulových čepů a díky teleskopickému provedení se můžou vyvážit všechny drobné odchylky při pohybu spojovacích tyčí v kulových čepech. Všechny čtyři kulové čepy na obou paralelně umístěných deskách jsou propojeny spojovacími tyčemi, např. tyčemi se závity. Jedna z desek (první deska) je určena pro upevnění na stojan robotického systému, zatímco druhá deska je volně pohyblivá.
U pohybového subsystému podle druhého provedení s kardanovými tyčemi se kardanové spojky příkladně montují na obě desky přímo do jejich plochy kolmo na ni, s výhodou do čtverce nebo obdélníku. Tyto kardanové spojky jsou přímo spojeny mezi sebou teleskopickými kardanovými tyčemi a tvoří tak kardanové spojení, a to bez nutnosti jakéhokoliv dalšího stabilizujícího prvku snižujícího nadbytečně vysoký stupeň volnosti. Jedna z desek (třetí deska) je určena pro upevnění na stojan robotického systému, zatímco čtvrtá deska je volně pohyblivá.
Z důvodů antigravitačního dynamického vyvážení vlastní hmotnosti pohybového subsystému podle řešení s kulovými čepy nebo řešení s kardanovými spojkami, jakož i z důvodů vyvážení hmotnosti končetiny, jsou mezi první/třetí deskou neposuvně a dvěma sousedními spojovacími/kardanovými tyčemi neposuvně uchyceny dvě pružiny vhodných parametrů, zajišťující potřebnou antigravitační dynamickou oporu léčené končetiny, která je spojena s efektorem robota (úchopem) umístěným na desce vzdálenější od stojanu robota. Neposuvné uchycení pružin o dvě sousední spojovací/kardanové tyče může být nahrazeno posuvným uchycením pro možnost individualizace antigravitačního dynamického vyvážení u různých pacientů.
Snímání polohy koncové části pohybující se končetiny je zajištěno kamerou snímající polohu bodového světelného zdroje, který je umístěn v blízkosti koncové (distální) části končetiny, respektive v blízkosti efektoru (úchopu) přímo na pohybovém subsystému. Kamera je umístěna na stojanu ve vhodné vzdálenosti dovolující jí zachytit celý pracovní prostor robota. Signál z kamery informující o poloze bodového světelného zdroje (odpovídající poloze distální části končetiny) v průmětu do roviny kolmé na osu snímací kamery (rovina xy) je veden do mikroprocesorové řídicí jednotky, kde je porovnáván s okamžitou požadovanou polohou. Soubor všech okamžitých
- 3 CZ 309638 B6 požadovaných poloh je zadán do řídcí jednotky a představuje požadovanou trajektorii, po níž se má končetina pohybovat. Požadovaná (předem naprogramovaná, terapeuticky vhodná) i skutečně realizovaná trajektorie jsou zobrazovány na monitoru a zároveň je vyhodnocován rozdíl mezi těmito trajektoriemi, který je ukazatelem úspěchu probíhající terapie rehabilitačním robotem, přičemž dochází k výpočtu a kvantifikaci změny postižení hybnosti paže po opakované realizaci požadované trajektorie.
Objasnění výkresů
Vynález bude blíže objasněn pomocí výkresů, kde:
• na obr. 1 je znázorněna konstrukce pohybového subsystému podle prvního provedení s kulovými čepy;
• na obr. 2 je znázorněna konstrukce pohybového subsystému podle druhého provedení s kardanovými spojkami;
• na obr. 3 je samostatně znázorněno propojení kardanových spojek z druhého provedení;
• na obr. 4a je znázorněno celkové opláštěné uspořádání rehabilitačního robotického systému;
• na obr. 4b je znázorněn 3D pohled na robotický systém;
• na obr. 4c je znázorněn boční pohled na robotický systém;
• na obr. 5 je blokové schéma propojení mezi řídicí mikroprocesorovou jednotkou, kamerou, bodovým světelným zdrojem a monitorem; a • obr. 6 přibližuje průmět polohy světelného bodového zdroje do roviny xy kolmé na osu kamery.
Příklady uskutečnění vynálezu
Vynález bude osvětlen v následujícím popisu na příkladech provedení s odkazem na příslušné výkresy. Řešení podle tohoto vynálezu představuje uspořádání rehabilitačního robotnického systému v pasivním provedení typu end-effector.
Pohybový systém 1A nebo 1B je znázorněn na obr. 4 společně s kamerou 17 i světelným bodovým zdrojem 20 umístěn na krku 15, na který je upevněn též monitor 16, na němž je prostřednictvím řídicí mikroprocesorové jednotky 23 zobrazována požadovaná předem naprogramovaná trajektorie, po níž se má pohybovat ruka pacienta, jakož i skutečná trajektorie, po které se distální část paže pacienta reálně pohybuje.
Příklad pohybového subsystému 1A podle prvního provedení s kulovými čepy 3 je znázorněn obr. 1. Toto provedení obsahuje první desku 4 a druhou desku 5, v jejichž zkosených rozích jsou uspořádány kulové čepy 3, připevněné prostřednictvím šroubových spojů 13 skrze oka kulových čepů 3 do první a druhé desky 4 a 5 tak, že osa šroubového spoje 13 je vedena paralelně s plochami těchto desek 4 a 5 a směřuje do jejich středu. První i druhá deska 4 a 5 jsou mezi sebou vzájemně spojeny jednak čtyřmi spojovacími tyčemi 9 a jednak spojovací teleskopickou kardanovou tyčí 12, která je zakončena kardanovými spojkami 12a upevněnými mezi kulové čepy 3 na první desku 4 a druhou desku 5. První deska 4 je z pohledu pacienta umístěna vzdáleněji a je určena k upevnění 18 na stojan 14, zatímco druhá deska 5 je umístěna blíže pacientovi a na ní je tudíž upevněn samotný úchop 8 (efektor) pro rehabilitovanou paži pacienta. Na dvou níže umístěných, sousedních
- 4 CZ 309638 B6 spojovacích tyčích 9 v místě blíže situovaném úchopu 8 (efektoru) jsou uspořádány objímky 9a a v nich jsou neposuvně upevněny první konce dvojice pružin 11, zatímco jejich druhé konce jsou neposuvně upevněny na první desce 4. Uchycení prvních konců dvojice pružin 11 v objímkách 9a může být i posuvné vzhledem k spojovacím tyčím 9 (neznázorněno na obr. 1) pro možnost individuálního antigravitačního dynamického vyvážení různých hmotností horních končetin pacientů.
Další příklad pohybového subsystému 1B podle druhého provedení s kardanovým spojením 10c je znázorněn na obr. 2. Uspořádání je zde obdobné k řešení znázorněnému na obr. 1, ale namísto kulových čepů 3 jsou zde použity kardanové spojky 2. Tyto jsou šroubovými spoji 13 upevněny přímo do rohů třetí a čtvrté desky 6 a 7, a jsou orientovány kolmo na plochy třetí a čtvrté desky 6 a 7. Dále jsou mezi sebou odpovídající kardanové spojky 2 spojeny teleskopickými kardanovými tyčemi 10 a tvoří tak kardanové spojení 10c, aniž by bylo zapotřebí dalších prvků spojujících takto planparalelně uspořádanou třetí a čtvrtou desku 6 a 7. Třetí deska 6 je z pohledu pacienta umístěna vzdáleněji a je určena k upevnění 18 na stojan 14, zatímco čtvrtá deska 7 je umístěna blíže pacientovi a na ní je tudíž upevněn samotný úchop 8 (efektor) pro rehabilitovanou paži pacienta. Na dvou níže umístěných, sousedních kardanových tyčí 10 v místě blíže situovaném úchopu 8 (efektoru) jsou uspořádány objímky 10a a v nich jsou neposuvně upevněny první konce dvojice pružin 11, zatímco jejich druhé konce jsou neposuvně upevněny na třetí desce 6. Uchycení prvních konců dvojice pružin 11 v objímkách 10a může být i posuvné vzhledem ke kardanovým tyčím 10 (neznázorněno na obr. 2) pro možnost individuálního antigravitačního dynamického vyvážení různých hmotností horních končetin pacientů.
Vyobrazení samotného kardanového spojení 10c, jenž je tvořeno kardanovou tyčí 10 oboustranně opatřenou kardanovými spojkami 2, je znázorněno na obr. 3. Toto kardanové spojení je konstrukčně v podstatě identické s kardanovým spojením kardanových spojek 12a a spojovací teleskopické kardanové tyče 12 v prvním provedení.
Na obrázku 4a je znázorněna úplná sestava robotického systému, která obsahuje stojan 14 krytý opláštěním 21, kde rozhodující je upevnění 18 první/třetí desky 4, 6 pohybového subsystému 1A, 1B na stojan 14. Dále je z obr. 4a patrno umístění kamery 17 na krku 15 stojanu 14, které zajišťuje, aby zorné pole kamery 17 pokrylo celý pracovní prostor robota. Na vrcholu krku 15 je uspořádán monitor 16, na kterém je zobrazována požadovaná trajektorie pohybu končetiny i postupně dosahovaná skutečná trajektorie. Na monitoru 16 je zobrazován i vyhodnocený a kvantifikovaný rozdíl mezi požadovanou a skutečnou trajektorií, mající motivační účinek pro pacienta a diagnostický význam pro lékaře. Samotný pohybový subsystém 1B je zakryt pružným krytem 22. Na konci pohybového subsystému 1A, 1B, blíže pacientovi, je v těsné blízkosti efektoru 8 umístěn držák 19 s bodovým světelným zdrojem 20.
Na obrázku 5 je znázorněno propojení signálů mezi elektronickými, digitálně pracujícími komponentami řídicího systému, kterými je robotnický systém vybaven. V tomto případě je řídicí mikroprocesorová jednotka 23 propojena s kamerou 17, jež snímá bodový světelný zdroj 20 a dále je řídicí mikroprocesorová jednotka 23 signálově propojena s monitorem 16. Obr. 6 pak přibližuje průmět polohy světelného bodového zdroje 20 do roviny xy kolmé na osu kamery 17.
Řídicí mikroprocesorová jednotka 23 je napojena na signál z kamery 17 snímající v rovině kolmé na osu kamery 17 průmět polohy světelného bodového zdroje 20.
Z řídicí mikroprocesorové jednotky 23 vychází pak informace o okamžité požadované (předem naprogramované) i skutečné poloze světelného bodového zdroje 20 a zároveň řídicí mikroprocesorová jednotka 23 zpracovává informaci o rozdílech těchto poloh, a tak poskytuje údaj o schopnosti pacienta pohybovat končetinou po požadované trajektorii. Uvedené řešení předurčuje robotický systém pro zpětnovazební řízenou reedukaci pohybu horní končetiny postižené poruchou její hybnosti.
- 5 CZ 309638 B6
Průmyslová využitelnost
Robotický systém podle tohoto vynálezu, využívající pohyblivého spojení čtyř paralelogramů 5 pohybového subsystému podle tohoto vynálezu a kamery snímající světelný bod umístěný v blízkosti efektoru robota, je určený k uplatnění v lékařství jako rehabilitační terapeutický robot pro re-edukaci poruch hybnosti paže.

Claims (6)

1. Robotický systém pasivního typu end-effector bez motorických pohonů, určený k léčbě poruch hybnosti paže, vyznačující se tím, že obsahuje první pohybový subsystém (1A) nebo druhý pohybový subsystém (1B), přičemž první pohybový subsystém (1A) obsahuje čtyři navzájem pohyblivě spojené paralelogramy, z nichž každý paralelogram obsahuje rovnoběžné spojovací tyče (9) zakončené kulovými čepy (3), přičemž každá spojovací tyč (9) je společná pro dva sousední paralelogramy a kulové čepy (3) jsou upevněny na planparalelně uspořádanou první a druhou desku (4, 5), přičemž v prostoru mezi čtyřmi rovnoběžnými spojovacími tyčemi (9) a rovnoběžně s nimi je k oběma deskám (4, 5) připevněna spojovací teleskopická kardanová tyč (12) zakončená kardanovými spojkami (12a), přičemž na druhé desce (5) je uspořádán úchop (8) pro léčenou paži, který vystupuje vně čtyř navzájem pohyblivě spojených paralelogramů, a pro antigravitační odlehčení prvního pohybového subsystému (1A) jsou mezi první deskou (4) a dvěma spodními sousedními spojovacími tyčemi (9) uchyceny dvě pružiny (11), přičemž první deska (4) je v robotickém systému upevněna a druhá deska (5) je volně pohyblivá, přičemž druhý pohybový subsystém (1B) že obsahuje čtyři navzájem pohyblivě spojené paralelogramy, z nichž každý paralelogram obsahuje rovnoběžné teleskopické kardanové tyče (10) zakončené kardanovými spojkami (2), přičemž každá teleskopická kardanová tyč (10) je společná pro dva sousední paralelogramy a kardanové spojky (2) jsou upevněny na planparalelně uspořádanou třetí a čtvrtou desku (6, 7), přičemž na čtvrté desce (7) je uspořádán úchop (8) pro léčenou paži, který vystupuje vně čtyř navzájem pohyblivě spojených paralelogramů, a pro antigravitační odlehčení druhého pohybového subsystému (1B) jsou mezi třetí deskou (6) a dvěma spodními sousedními teleskopickými kardanovými tyčemi (10) uchyceny dvě pružiny (11), přičemž třetí deska (6) je v robotickém systému upevněna a čtvrtá deska (7) je volně pohyblivá.
2. Robotický systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že kulové čepy (3) prvního pohybového subsystému (1A) jsou na deskách (4, 5) uspořádány do čtverce.
3. Robotický systém podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že na druhé desce (5) prvního pohybového subsystému (1A) je v blízkosti úchopu (8) uspořádán světelný bodový zdroj (20).
4. Robotický systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že kardanové spojky (2) druhého pohybového subsystému (1B) jsou na deskách (6, 7) uspořádány do čtverce.
5. Robotický systém podle nároku 1 nebo 4, vyznačující se tím, že na čtvrté desce (7) druhého pohybového subsystému (1B) je v blízkosti úchopu (8) uspořádán světelný bodový zdroj (20).
6. Robotický systém podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že dále obsahuje řídicí mikroprocesorovou jednotku (23), která je propojena s kamerou (17) pro snímání polohy světelného bodového zdroje (20) a s monitorem (16) pro zobrazení trajektorie pohybu světelného bodového zdroje (20).
CZ2021-495A 2021-10-27 2021-10-27 Pohybový subsystém a robotický systém určený k léčbě poruch hybnosti CZ2021495A3 (cs)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2021-495A CZ2021495A3 (cs) 2021-10-27 2021-10-27 Pohybový subsystém a robotický systém určený k léčbě poruch hybnosti

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2021-495A CZ2021495A3 (cs) 2021-10-27 2021-10-27 Pohybový subsystém a robotický systém určený k léčbě poruch hybnosti

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ309638B6 true CZ309638B6 (cs) 2023-05-31
CZ2021495A3 CZ2021495A3 (cs) 2023-05-31

Family

ID=86499184

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2021-495A CZ2021495A3 (cs) 2021-10-27 2021-10-27 Pohybový subsystém a robotický systém určený k léčbě poruch hybnosti

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ2021495A3 (cs)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5466213A (en) * 1993-07-06 1995-11-14 Massachusetts Institute Of Technology Interactive robotic therapist
WO2015041618A2 (en) * 2013-09-20 2015-03-26 Akdogan Erhan Upper limb therapeutic exercise robot
CN109568082A (zh) * 2018-12-11 2019-04-05 上海大学 一种上肢康复训练机器人及上肢康复训练方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5466213A (en) * 1993-07-06 1995-11-14 Massachusetts Institute Of Technology Interactive robotic therapist
WO2015041618A2 (en) * 2013-09-20 2015-03-26 Akdogan Erhan Upper limb therapeutic exercise robot
CN109568082A (zh) * 2018-12-11 2019-04-05 上海大学 一种上肢康复训练机器人及上肢康复训练方法

Also Published As

Publication number Publication date
CZ2021495A3 (cs) 2023-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Babaiasl et al. A review of technological and clinical aspects of robot-aided rehabilitation of upper-extremity after stroke
Sanchez et al. A pneumatic robot for re-training arm movement after stroke: Rationale and mechanical design
Nef et al. ARMin: a robot for patient-cooperative arm therapy
CA2739950C (en) Universal haptic drive system
JP6413139B2 (ja) 上肢リハビリテーション用の直列弾性ホロノミック移動プラットホーム
Vertechy et al. Development of a new exoskeleton for upper limb rehabilitation
GB2538497A (en) Torque sensing in a surgical robotic wrist
Stienen et al. Freebal: dedicated gravity compensation for the upper extremities
CN110997084B (zh) 上肢运动器械及其控制方法
WO2006047753A2 (en) Wrist and upper extremity motion
CN110678157A (zh) 机电机器人操作器装置
US20240108530A1 (en) Exoskeleton for upper arm
Campolo et al. Intrinsic constraints of neural origin: Assessment and application to rehabilitation robotics
D'Auria et al. A low-cost haptic system for wrist rehabilitation
CZ309638B6 (cs) Pohybový subsystém a robotický systém určený k léčbě poruch hybnosti
CZ35643U1 (cs) Pohybový subsystém a robotický systém určený k léčbě poruch hybnosti
GHERMAN et al. Upper limb rehabilitation with a collaborative robot
Lioulemes et al. Quantitative analysis of the human upper-limp kinematic model for robot-based rehabilitation applications
Macovei et al. A short overview of upper limb rehabilitation devices
CZ35938U1 (cs) Pneumatický rehabilitační robot ruky
Zhang et al. Design and human–machine compatibility analysis of Co-Exos II for upper-limb rehabilitation
Oblak et al. A universal haptic device for arm and wrist rehabilitation
Roy et al. Review of exoskeleton hand exercisers for paralyzed patient
Amigo et al. Study of patient-orthosis interaction forces in rehabilitation therapies
CZ2022117A3 (cs) Terapeutický robot pro neurorehabilitaci při poruchách hybnosti horní končetiny