一種Stewart型可穿戴式手腕康復機器人的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種新型可穿戴手腕康復治療器，屬于醫療器械技術領域。
【背景技術】
[0002]腕關節是連接手部與小臂的重要關節，由于手部經常頻繁的抓取物體，從事各類作業，當突然背伸、跌倒時手掌著地等，經常會引起腕關節骨折損傷。手腕骨折治療方法有保守治療和手術治療兩種。保守治療主要采取手法復位、小夾板或石膏托外固定。手術治療主要是采取手術切開復位，并行鋼板等內固定。手術切開復位可以做堅強的內固定。當骨折基本愈合，可以開始進行腕關節屈、伸主動練習，腕關節屈曲抗阻練習。在恢復期，患者應增加一些手部應用性活動訓練，如搭積木、編織等。目前，手腕康復訓練主要靠醫師指導患者進行手腕伸展、彎曲等功能恢復訓練。對于患者手腕力量的康復訓練大多采用柔性棒，讓患者練習使用，但是柔性棒的彈性不可變，普適性不好。隨著醫療機械的不斷發展，很多研宄者利用機械學、力學、電磁學、機器人學等學科的研宄成果，結合醫學理論設計出新的康復訓練方法。康復醫療機器人作為一種自動化康復醫療設備可以幫助患者進行科學而有效的康復訓練來恢復其損傷部位的運動機能。手腕康復治療機器人主要用于手腕或腳腕關節損傷的康復治療。目前，人體腕關節康復治療器，多是功能單一，僅能實現病人腕關節部分功能的恢復和鍛煉，并且驅動控制系統簡單，使得腕關節康復器的柔順性不好，實用性不強。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于設計一種用于人體手腕關節骨折(或損傷)愈合后，為恢復腕關節功能而進行康復訓練用的多自由度手腕康復治療器。為達到上述目的，本發明采用的技術方案是:該Stewart型可穿戴式手腕康復機器人是主要由前端運動平臺及訓練手柄、六維力傳感器、球鉸聯接、連桿、缸和活塞桿、后端固定支撐平臺及控制系統等組成。后端固定支撐平臺可以固定在人體前臂上，缸和活塞桿固定部分與支撐平臺固連，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伸縮量，連桿與前端運動平臺通過球鉸連接，訓練手柄連接在前端運動平臺上，并在兩端與平臺接觸處裝有六維力傳感器。
[0004]該可穿戴式手腕康復機器人以并聯機構為主要結構形式，結構緊湊，缸驅動系統可以為氣壓、液壓或電動，具有六個自由度，可以實現腕關節的屈伸運動、收展運動和環轉運動。
[0005]本發明的有益效果是:1.結構小巧，便于攜帶。本發明采用LSS并聯機構結構布置方式，由6套缸和活塞桿作為驅動，較小的行程即可以實現前端運動平臺的大范圍運動，使得該裝置結構小，便于隨身攜帶。2.可以實現被動和主動柔順控制運動。本發明工作在被動柔順控制方式時，可以用于病人初期康復治療；工作在主動柔順控制時，可以用于病人運動功能得到一定康復程度后的力量訓練。3.柔順性能好。本發明缸和活塞桿內置高精度位移傳感器，可以實現前端運動平臺的精確位置控制。
【附圖說明】
[0006]圖1:本發明原理圖。
[0007]圖2:本發明實用圖。
【具體實施方式】
[0008]如附圖所示，本發明的手腕康復機器人包括前端運動平臺1、訓練手柄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9等組成。前端運動平臺和后端固定支撐平臺都呈環狀，訓練手柄兩端連接到前端運動平臺，并在兩端與平臺接觸處裝有六維力傳感器，用于檢測訓練手柄與前端運動平臺之間的力，6根連桿5通過上球鉸連接到前端運動平臺上，并通過下球鉸分別連接到6根活塞桿7，每根活塞桿7都套接于一個缸8，每個缸都固定于后端固定支撐平臺上，活塞桿可在缸中伸縮運動，從而依次帶動活塞桿、連桿和前端運動平臺，活塞桿上安裝有高精度位移傳感器，以檢測活塞桿伸縮量，可以實現前端運動平臺的精確位置控制。使用時，病人的手穿過后端固定支撐平臺，握住訓練手柄，后端固定支撐平臺套在病人的前臂上。
[0009]本發明的手腕康復機器人還包括一個控制系統(圖中未示出)，該控制系統可以獲取六維力傳感器和位移傳感器所檢測到的力與位移，并且能夠控制活塞桿的伸縮位移。
[0010]本發明工作原理如下:
[0011]本發明工作在被動柔順控制模式時，病人手握住訓練手柄2，在控制系統控制下，根據預先設定的康復方案，驅動系統缸8和活塞桿7伸縮，通過下球鉸6帶動連桿5運動，進而實現前端運動平臺I的位姿變化，實現手柄2的運動，幫助病人恢復腕關節的運動功能，其中由位移傳感器檢測活塞桿7的伸縮位移，反饋給控制系統實現位姿的監控。工作在主動控制模式時，病人手握住訓練手柄2，用力旋轉手柄2，安裝在手柄兩端的六維力傳感器3檢測到力信號，反饋給控制系統，然后控制系統產生驅動信號，驅動系統缸8和活塞桿7伸縮，通過球鉸6帶動連桿5運動，進而使前端運動平臺I的位姿發生變化，實現對訓練手柄2的跟隨，使病人的手腕得到力量訓練。可以通過調節力反饋參數以達到改變控制力輸出的目的，實現不同力的輸出調節，使得病人手腕得到不同力量的訓練。
【主權項】
1.一種Stewart型可穿戴式手腕康復機器人，其特征在于:該機器人包括前端運動平臺、訓練手柄、六維力傳感器、上球鉸、連桿、下球鉸、活塞桿、缸、后端固定支撐平臺和控制系統，其中 前端運動平臺呈環狀，訓練手柄兩端連接到前端運動平臺，并在兩端與前端運動平臺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上球鉸連接到前端運動平臺，另一端分別通過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缸，每個缸都固定于后端固定支撐平臺上，活塞桿可在缸中伸縮運動，活塞上安裝有位移傳感器，所述位移傳感器可檢測活塞桿的伸縮量。 后端固定支撐平臺呈環狀，可套在病人的前臂上，病人的手穿過后端固定支撐平臺，握住訓練手柄，進行手腕康復訓練； 控制系統可以獲取六維力傳感器和位移傳感器所檢測到的力和位移，并且能夠控制活塞桿的伸縮位移。2.根據權利要求1所述的Stewart型可穿戴式手腕康復機器人，其特征在于:所述缸的驅動系統為液壓系統、氣壓系統或者電動系統。3.根據權利要求1-2任一項所述的Stewart型可穿戴式手腕康復機器人，其特征在于:該機器人具有被動控制模式和主動控制模式兩種模式。4.根據權利要求1-3任一項所述的Stewart型可穿戴式手腕康復機器人，其特征在于:在所述被動控制模式下，病人手握住訓練手柄，控制系統根據預先設定的康復方案，控制活塞桿伸縮，通過下球鉸帶動連桿運動，進而實現前端運動平臺的位姿變化，帶動訓練手柄和病人手的運動，其中由位移傳感器檢測活塞桿的伸縮位移，反饋給控制系統實現位姿的監控。5.根據權利要求1-3任一項所述的Stewart型可穿戴式手腕康復機器人，其特征在于:在所述主動控制模式下，病人手握住訓練手柄，主動用力旋轉訓練手柄，安裝在手柄兩端的六維力傳感器檢測到力信號，反饋給控制系統，然后控制系統產生驅動信號，控制活塞桿伸縮，進而使前端運動平臺的位姿發生變化，實現對訓練手柄的跟隨，使病人的手腕得到力量訓練。6.根據權利要求5所述的Stewart型可穿戴式手腕康復機器人，其中控制系統可以調節力反饋參數，使得病人手腕得到不同力量的訓練。
【專利摘要】本發明公開了一種Stewart型可穿戴式手腕康復機器人，包括前端運動平臺及訓練手柄、六維力傳感器、球鉸聯接、連桿、活塞桿、缸、后端固定支撐平臺及控制系統，可通過活塞桿的伸縮位移，帶動前端運動平臺。本發明用于手腕關節疾病、運動損傷和手腕部術后的康復治療，可以實現腕關節的屈伸運動、收展運動和環轉運動。本發明具有被動和主動兩種工作模式，可以實現腕關節的運動功能恢復和手腕力量訓練。
【IPC分類】A61H1/02, A63B23/14
【公開號】CN104983546
【申請號】CN201510405042
【發明人】楊熾夫
【申請人】哈爾濱天愈康復醫療機器人有限公司
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年7月10日