一種Stewart型可穿戴式手腕康復(fù)機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型可穿戴手腕康復(fù)治療器，屬于醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]腕關(guān)節(jié)是連接手部與小臂的重要關(guān)節(jié)，由于手部經(jīng)常頻繁的抓取物體，從事各類作業(yè)，當(dāng)突然背伸、跌倒時(shí)手掌著地等，經(jīng)常會(huì)引起腕關(guān)節(jié)骨折損傷。手腕骨折治療方法有保守治療和手術(shù)治療兩種。保守治療主要采取手法復(fù)位、小夾板或石膏托外固定。手術(shù)治療主要是采取手術(shù)切開(kāi)復(fù)位，并行鋼板等內(nèi)固定。手術(shù)切開(kāi)復(fù)位可以做堅(jiān)強(qiáng)的內(nèi)固定。當(dāng)骨折基本愈合，可以開(kāi)始進(jìn)行腕關(guān)節(jié)屈、伸主動(dòng)練習(xí)，腕關(guān)節(jié)屈曲抗阻練習(xí)。在恢復(fù)期，患者應(yīng)增加一些手部應(yīng)用性活動(dòng)訓(xùn)練，如搭積木、編織等。目前，手腕康復(fù)訓(xùn)練主要靠醫(yī)師指導(dǎo)患者進(jìn)行手腕伸展、彎曲等功能恢復(fù)訓(xùn)練。對(duì)于患者手腕力量的康復(fù)訓(xùn)練大多采用柔性棒，讓患者練習(xí)使用，但是柔性棒的彈性不可變，普適性不好。隨著醫(yī)療機(jī)械的不斷發(fā)展，很多研宄者利用機(jī)械學(xué)、力學(xué)、電磁學(xué)、機(jī)器人學(xué)等學(xué)科的研宄成果，結(jié)合醫(yī)學(xué)理論設(shè)計(jì)出新的康復(fù)訓(xùn)練方法?？祻?fù)醫(yī)療機(jī)器人作為一種自動(dòng)化康復(fù)醫(yī)療設(shè)備可以幫助患者進(jìn)行科學(xué)而有效的康復(fù)訓(xùn)練來(lái)恢復(fù)其損傷部位的運(yùn)動(dòng)機(jī)能。手腕康復(fù)治療機(jī)器人主要用于手腕或腳腕關(guān)節(jié)損傷的康復(fù)治療。目前，人體腕關(guān)節(jié)康復(fù)治療器，多是功能單一，僅能實(shí)現(xiàn)病人腕關(guān)節(jié)部分功能的恢復(fù)和鍛煉，并且驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，使得腕關(guān)節(jié)康復(fù)器的柔順性不好，實(shí)用性不強(qiáng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種用于人體手腕關(guān)節(jié)骨折(或損傷)愈合后，為恢復(fù)腕關(guān)節(jié)功能而進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練用的多自由度手腕康復(fù)治療器。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:該Stewart型可穿戴式手腕康復(fù)機(jī)器人是主要由前端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)及訓(xùn)練手柄、六維力傳感器、球鉸聯(lián)接、連桿、缸和活塞桿、后端固定支撐平臺(tái)及控制系統(tǒng)等組成。后端固定支撐平臺(tái)可以固定在人體前臂上，缸和活塞桿固定部分與支撐平臺(tái)固連，活塞桿與連桿用球鉸連接，活塞上安裝有位移傳感器以檢測(cè)伸縮量，連桿與前端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)通過(guò)球鉸連接，訓(xùn)練手柄連接在前端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，并在兩端與平臺(tái)接觸處裝有六維力傳感器。
[0004]該可穿戴式手腕康復(fù)機(jī)器人以并聯(lián)機(jī)構(gòu)為主要結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)緊湊，缸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以為氣壓、液壓或電動(dòng)，具有六個(gè)自由度，可以實(shí)現(xiàn)腕關(guān)節(jié)的屈伸運(yùn)動(dòng)、收展運(yùn)動(dòng)和環(huán)轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
[0005]本發(fā)明的有益效果是:1.結(jié)構(gòu)小巧，便于攜帶。本發(fā)明采用LSS并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)布置方式，由6套缸和活塞桿作為驅(qū)動(dòng)，較小的行程即可以實(shí)現(xiàn)前端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的大范圍運(yùn)動(dòng)，使得該裝置結(jié)構(gòu)小，便于隨身攜帶。2.可以實(shí)現(xiàn)被動(dòng)和主動(dòng)柔順控制運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明工作在被動(dòng)柔順控制方式時(shí)，可以用于病人初期康復(fù)治療；工作在主動(dòng)柔順控制時(shí)，可以用于病人運(yùn)動(dòng)功能得到一定康復(fù)程度后的力量訓(xùn)練。3.柔順性能好。本發(fā)明缸和活塞桿內(nèi)置高精度位移傳感器，可以實(shí)現(xiàn)前端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的精確位置控制。
【附圖說(shuō)明】
[0006]圖1:本發(fā)明原理圖。
[0007]圖2:本發(fā)明實(shí)用圖。
【具體實(shí)施方式】
[0008]如附圖所示，本發(fā)明的手腕康復(fù)機(jī)器人包括前端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)1、訓(xùn)練手柄2、六維力傳感器3、上球鉸連接4、連桿5、下球鉸連接6、活塞桿7、缸8、后端固定支撐平臺(tái)9等組成。前端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和后端固定支撐平臺(tái)都呈環(huán)狀，訓(xùn)練手柄兩端連接到前端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，并在兩端與平臺(tái)接觸處裝有六維力傳感器，用于檢測(cè)訓(xùn)練手柄與前端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)之間的力，6根連桿5通過(guò)上球鉸連接到前端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，并通過(guò)下球鉸分別連接到6根活塞桿7，每根活塞桿7都套接于一個(gè)缸8，每個(gè)缸都固定于后端固定支撐平臺(tái)上，活塞桿可在缸中伸縮運(yùn)動(dòng)，從而依次帶動(dòng)活塞桿、連桿和前端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，活塞桿上安裝有高精度位移傳感器，以檢測(cè)活塞桿伸縮量，可以實(shí)現(xiàn)前端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的精確位置控制。使用時(shí)，病人的手穿過(guò)后端固定支撐平臺(tái)，握住訓(xùn)練手柄，后端固定支撐平臺(tái)套在病人的前臂上。
[0009]本發(fā)明的手腕康復(fù)機(jī)器人還包括一個(gè)控制系統(tǒng)(圖中未示出)，該控制系統(tǒng)可以獲取六維力傳感器和位移傳感器所檢測(cè)到的力與位移，并且能夠控制活塞桿的伸縮位移。
[0010]本發(fā)明工作原理如下:
[0011]本發(fā)明工作在被動(dòng)柔順控制模式時(shí)，病人手握住訓(xùn)練手柄2，在控制系統(tǒng)控制下，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的康復(fù)方案，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)缸8和活塞桿7伸縮，通過(guò)下球鉸6帶動(dòng)連桿5運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)前端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)I的位姿變化，實(shí)現(xiàn)手柄2的運(yùn)動(dòng)，幫助病人恢復(fù)腕關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)功能，其中由位移傳感器檢測(cè)活塞桿7的伸縮位移，反饋給控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)位姿的監(jiān)控。工作在主動(dòng)控制模式時(shí)，病人手握住訓(xùn)練手柄2，用力旋轉(zhuǎn)手柄2，安裝在手柄兩端的六維力傳感器3檢測(cè)到力信號(hào)，反饋給控制系統(tǒng)，然后控制系統(tǒng)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)缸8和活塞桿7伸縮，通過(guò)球鉸6帶動(dòng)連桿5運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而使前端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)I的位姿發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)訓(xùn)練手柄2的跟隨，使病人的手腕得到力量訓(xùn)練?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)力反饋參數(shù)以達(dá)到改變控制力輸出的目的，實(shí)現(xiàn)不同力的輸出調(diào)節(jié)，使得病人手腕得到不同力量的訓(xùn)練。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種Stewart型可穿戴式手腕康復(fù)機(jī)器人，其特征在于:該機(jī)器人包括前端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、訓(xùn)練手柄、六維力傳感器、上球鉸、連桿、下球鉸、活塞桿、缸、后端固定支撐平臺(tái)和控制系統(tǒng)，其中 前端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)呈環(huán)狀，訓(xùn)練手柄兩端連接到前端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，并在兩端與前端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)接觸處裝有六維力傳感器； 所述連桿共有6根，每根連桿的一端分別通過(guò)上球鉸連接到前端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，另一端分別通過(guò)下球鉸連接到一根活塞桿； 活塞桿也共有6根，每根活塞桿套接于一個(gè)缸，每個(gè)缸都固定于后端固定支撐平臺(tái)上，活塞桿可在缸中伸縮運(yùn)動(dòng)，活塞上安裝有位移傳感器，所述位移傳感器可檢測(cè)活塞桿的伸縮量。 后端固定支撐平臺(tái)呈環(huán)狀，可套在病人的前臂上，病人的手穿過(guò)后端固定支撐平臺(tái)，握住訓(xùn)練手柄，進(jìn)行手腕康復(fù)訓(xùn)練； 控制系統(tǒng)可以獲取六維力傳感器和位移傳感器所檢測(cè)到的力和位移，并且能夠控制活塞桿的伸縮位移。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Stewart型可穿戴式手腕康復(fù)機(jī)器人，其特征在于:所述缸的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為液壓系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)或者電動(dòng)系統(tǒng)。3.根據(jù)權(quán)利要求1-2任一項(xiàng)所述的Stewart型可穿戴式手腕康復(fù)機(jī)器人，其特征在于:該機(jī)器人具有被動(dòng)控制模式和主動(dòng)控制模式兩種模式。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的Stewart型可穿戴式手腕康復(fù)機(jī)器人，其特征在于:在所述被動(dòng)控制模式下，病人手握住訓(xùn)練手柄，控制系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的康復(fù)方案，控制活塞桿伸縮，通過(guò)下球鉸帶動(dòng)連桿運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)前端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的位姿變化，帶動(dòng)訓(xùn)練手柄和病人手的運(yùn)動(dòng)，其中由位移傳感器檢測(cè)活塞桿的伸縮位移，反饋給控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)位姿的監(jiān)控。5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的Stewart型可穿戴式手腕康復(fù)機(jī)器人，其特征在于:在所述主動(dòng)控制模式下，病人手握住訓(xùn)練手柄，主動(dòng)用力旋轉(zhuǎn)訓(xùn)練手柄，安裝在手柄兩端的六維力傳感器檢測(cè)到力信號(hào)，反饋給控制系統(tǒng)，然后控制系統(tǒng)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制活塞桿伸縮，進(jìn)而使前端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的位姿發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)訓(xùn)練手柄的跟隨，使病人的手腕得到力量訓(xùn)練。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的Stewart型可穿戴式手腕康復(fù)機(jī)器人，其中控制系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)力反饋參數(shù)，使得病人手腕得到不同力量的訓(xùn)練。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種Stewart型可穿戴式手腕康復(fù)機(jī)器人，包括前端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)及訓(xùn)練手柄、六維力傳感器、球鉸聯(lián)接、連桿、活塞桿、缸、后端固定支撐平臺(tái)及控制系統(tǒng)，可通過(guò)活塞桿的伸縮位移，帶動(dòng)前端運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。本發(fā)明用于手腕關(guān)節(jié)疾病、運(yùn)動(dòng)損傷和手腕部術(shù)后的康復(fù)治療，可以實(shí)現(xiàn)腕關(guān)節(jié)的屈伸運(yùn)動(dòng)、收展運(yùn)動(dòng)和環(huán)轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明具有被動(dòng)和主動(dòng)兩種工作模式，可以實(shí)現(xiàn)腕關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)和手腕力量訓(xùn)練。
【IPC分類】A61H1/02, A63B23/14
【公開(kāi)號(hào)】CN104983546
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510405042
【發(fā)明人】楊熾夫
【申請(qǐng)人】哈爾濱天愈康復(fù)醫(yī)療機(jī)器人有限公司
【公開(kāi)日】2015年10月21日
【申請(qǐng)日】2015年7月10日