具有多種信息反饋的上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】具有多種信息反饋的上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，其為回路控制系統(tǒng)，作用于需要進(jìn)行上肢康復(fù)訓(xùn)練的使用者上肢上；其構(gòu)成如下：上肢康復(fù)機(jī)器人康復(fù)訓(xùn)練運(yùn)動控制器（1）、上肢康復(fù)機(jī)器人（2）、信息檢測單元（3）；其中：上述三者共同構(gòu)成一個多回路即具有多種信息反饋的上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)；上述三者中的前兩者順序依次串聯(lián)布置在回路控制系統(tǒng)的正向通道上，用于主反饋的信息檢測單元（3）布置在反向通道上；所述信息檢測單元（3）具體是下述幾種的組合：位置檢測裝置、速度檢測裝置、力矩傳感器。本實(shí)用新型自動化程度高，技術(shù)效果明顯更優(yōu)，具有可預(yù)期的較為巨大的經(jīng)濟(jì)價值和社會價值。
【專利說明】具有多種信息反饋的上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計與應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，特別提供了一種具有多種信息反饋的上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中，上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)均為開環(huán)結(jié)構(gòu)，需要借助于醫(yī)生、患者的直接交互活動實(shí)現(xiàn)其工作目的。其亟待改進(jìn)的關(guān)鍵特點(diǎn)是“人在環(huán)中”，訓(xùn)練和評價環(huán)節(jié)因?yàn)橛腥说膮⑴c而增加了不確定性。
[0003]人們期望獲得一種技術(shù)效果更好的上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種技術(shù)效果更好的具有多種信息反饋的上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)。
[0005]本實(shí)用新型具有多種信息反饋的上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，其為回路控制系統(tǒng)，作用于需要進(jìn)行上肢康復(fù)訓(xùn)練的使用者上肢上；其特征在于:所述具有多種信息反饋的上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)的構(gòu)成如下:上肢康復(fù)機(jī)器人康復(fù)訓(xùn)練運(yùn)動控制器1、上肢康復(fù)機(jī)器人2、信息檢測單元3 ;其中:
[0006]上述三者共同構(gòu)成一個多回路即具有多種信息反饋的上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)；上述三者中的前兩者順序依次串聯(lián)布置在回路控制系統(tǒng)的正向通道上，用于主反饋的信息檢測單元3布置在反向通道上；
[0007]具體而言，上肢康復(fù)機(jī)器人康復(fù)訓(xùn)練運(yùn)動控制器I與上肢康復(fù)機(jī)器人2相互連接；信息檢測單元3連接著上肢康復(fù)機(jī)器人2，信息檢測單元3得到的主反饋信息經(jīng)回路控制系統(tǒng)的比較環(huán)節(jié)處理后送到上肢康復(fù)機(jī)器人康復(fù)訓(xùn)練運(yùn)動控制器I ;
[0008]所述信息檢測單元3具體是下述幾種的組合:位置檢測裝置、速度檢測裝置、力矩傳感器。
[0009]所述具有多種信息反饋的上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于:所述信息檢測單元3中還設(shè)置有肌電信號采集裝置，其具體是用于對患者患肢的肌力及肌張力進(jìn)行檢測的表面肌電傳感器；
[0010]所述具有多種信息反饋的上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)中還設(shè)置有康復(fù)訓(xùn)練運(yùn)動功能評價單元4，其布置在控制系統(tǒng)正向通道的上肢康復(fù)機(jī)器人康復(fù)訓(xùn)練運(yùn)動控制器I之前，康復(fù)訓(xùn)練運(yùn)動功能評價單元4具體布置在上肢康復(fù)機(jī)器人康復(fù)訓(xùn)練運(yùn)動控制器I和回路控制系統(tǒng)的比較環(huán)節(jié)之間，參見附圖2。
[0011]本實(shí)用新型所述具有多種信息反饋的上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)的原理構(gòu)成圖參見圖1，圖1中Θ為機(jī)械臂運(yùn)動角度，V為機(jī)械臂運(yùn)動速度，M為機(jī)械臂轉(zhuǎn)動力矩，F(xiàn)為機(jī)械臂輔助力。
[0012]訓(xùn)練執(zhí)行子系統(tǒng)核心是對上肢康復(fù)機(jī)器人本體機(jī)構(gòu)的控制。該系統(tǒng)按照專家系統(tǒng)所制定的康復(fù)訓(xùn)練體系，給出運(yùn)動控制模式指令即設(shè)定Θ，V，M，F(xiàn)給定值，利用信息檢測子系統(tǒng)實(shí)時檢測Θ ' ,V，W，F(xiàn)'的反饋值，并與給定值9，V，M，F(xiàn)相比較，根據(jù)不同的比較值設(shè)計多個控制器，校正系統(tǒng)誤差以保證系統(tǒng)穩(wěn)定、減小跟蹤誤差，使機(jī)器人能準(zhǔn)確的帶動患肢對不同患者進(jìn)行針對性訓(xùn)練，刺激大腦神經(jīng)重塑。另外，專家系統(tǒng)所制定的康復(fù)訓(xùn)練體系可設(shè)計多種訓(xùn)練模式，避免傳統(tǒng)康復(fù)訓(xùn)練的枯燥和乏味，使康復(fù)訓(xùn)練融于游戲當(dāng)中，增加訓(xùn)練的興趣性，對患者進(jìn)行心理激勵，從而提高康復(fù)效果，增加患者在康復(fù)過程中的自主性。
[0013]在圖2所示系統(tǒng)中，信息檢測子系統(tǒng)主要是對5-D0F上肢康復(fù)機(jī)器人機(jī)械臂和患者患肢的位置、速度、力矩、關(guān)節(jié)角度以及肌力等信息進(jìn)行采集與處理，給出對患者神經(jīng)肌肉系統(tǒng)控制狀態(tài)、康復(fù)治療效果的評估數(shù)據(jù)。信息檢測子系統(tǒng)可對患者患肢進(jìn)行客觀的準(zhǔn)確地檢查，為判斷患肢功能障礙的性質(zhì)、部位、范圍、程度，確定尚存的代償能力情況，估計功能障礙的發(fā)展、轉(zhuǎn)歸和預(yù)后，使得功能評價子系統(tǒng)更好的找出康復(fù)目標(biāo)、判斷康復(fù)效果以及訓(xùn)練執(zhí)行子系統(tǒng)制定康復(fù)措施、決定患者去向，提供準(zhǔn)確地反饋信息。
[0014]功能評價、訓(xùn)練執(zhí)行、信息檢測三個子系統(tǒng)的相互關(guān)系是:首先由功能評價子系統(tǒng)根據(jù)所檢測到的患者患肢的肌力、關(guān)節(jié)活動角度及單位時間內(nèi)運(yùn)動的次數(shù)等數(shù)據(jù)，對患者的運(yùn)動功能狀態(tài)進(jìn)行評估，根據(jù)評估結(jié)果判斷患者所處的偏癱康復(fù)階段。然后，由訓(xùn)練執(zhí)行子系統(tǒng)按照專家系統(tǒng)所制定的康復(fù)訓(xùn)練體系，選擇相應(yīng)的訓(xùn)練計劃，對康復(fù)機(jī)器人的工作任務(wù)進(jìn)行設(shè)定，給出運(yùn)動控制模式指令，由5-D0F上肢康復(fù)機(jī)器人帶動患者進(jìn)行運(yùn)動訓(xùn)練。經(jīng)過一段時間訓(xùn)練后，再由功能評價子系統(tǒng)對患者的運(yùn)動功能重新進(jìn)行評價，判斷患者是否康復(fù)，若患者已達(dá)到康復(fù)標(biāo)準(zhǔn)則結(jié)束訓(xùn)練，若患者沒有達(dá)到康復(fù)標(biāo)準(zhǔn)則重復(fù)上述訓(xùn)練過程。
[0015]圖3中，Θ為患者患肢的關(guān)節(jié)活動角度，F(xiàn)為患者患肢的肌力，Z為患者患肢單位時間內(nèi)運(yùn)動的次數(shù)。功能評價子系統(tǒng)的功能是在一階段康復(fù)訓(xùn)練結(jié)束后，評價患者運(yùn)動功能的康復(fù)效果。該系統(tǒng)主要通過檢測患者患肢的關(guān)節(jié)活動角度、肌力及單位時間內(nèi)運(yùn)動的次數(shù)等數(shù)據(jù)，由康復(fù)評價體系依據(jù)所檢測數(shù)據(jù)按照一定的評定標(biāo)準(zhǔn)評判患者患肢運(yùn)動功能的治療效果、預(yù)測預(yù)后功能等，并依此制定出合適的康復(fù)治療方案。這有利于全面客觀地了解患者患肢障礙程度、演變情況，對可能出現(xiàn)的功能異常及時采取有效預(yù)防措施，減輕痙攣、聯(lián)合反應(yīng)和代償動作等，為功能恢復(fù)創(chuàng)造條件，使大多數(shù)患者取得良好的治療效果。功能評價是康復(fù)工作流程中的重要環(huán)節(jié)，是對患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練的依據(jù)及重要保證。
[0016]本實(shí)用新型將傳統(tǒng)人工評價等輔助環(huán)節(jié)全部納入到新的上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)中，最終構(gòu)成閉環(huán)回路的具有多種信息反饋的上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)；使用功能模塊替代傳統(tǒng)的人工處理環(huán)節(jié)；借助于依據(jù)新型功能模塊需求開發(fā)的軟件模塊將人的不確定因素排除到回路控制系統(tǒng)之外，從而排除了因人的不確定性帶來的問題。其自動化程度高，技術(shù)效果明顯更優(yōu)。其具有可預(yù)期的較為巨大的經(jīng)濟(jì)價值和社會價值。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]下面結(jié)合附圖及實(shí)施方式對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明:
[0018]圖1為實(shí)施例1的具有多種信息反饋的上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)構(gòu)成原理示意簡圖；
[0019]圖2實(shí)施例2的具有多種信息反饋的上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)功能模塊構(gòu)成示意圖；
[0020]圖3為具有多種信息反饋的上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)中的功能評價子系統(tǒng)評價體系示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]實(shí)施例1
[0022]具有多種信息反饋的上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，其為回路控制系統(tǒng)，作用于需要進(jìn)行上肢康復(fù)訓(xùn)練的使用者上肢上；所述具有多種信息反饋的上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)的構(gòu)成如下:上肢康復(fù)機(jī)器人康復(fù)訓(xùn)練運(yùn)動控制器1、上肢康復(fù)機(jī)器人2、信息檢測單元3 ;其中:
[0023]上述三者共同構(gòu)成一個多回路即具有多種信息反饋的上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)；上述三者中的前兩者順序依次串聯(lián)布置在回路控制系統(tǒng)的正向通道上，用于主反饋的信息檢測單元3布置在反向通道上；
[0024]具體而言，上肢康復(fù)機(jī)器人康復(fù)訓(xùn)練運(yùn)動控制器I與上肢康復(fù)機(jī)器人2相互連接；信息檢測單元3連接著上肢康復(fù)機(jī)器人2，信息檢測單元3得到的主反饋信息經(jīng)回路控制系統(tǒng)的比較環(huán)節(jié)處理后送到上肢康復(fù)機(jī)器人康復(fù)訓(xùn)練運(yùn)動控制器I ;
[0025]所述信息檢測單元3具體是下述幾種的組合:位置檢測裝置、速度檢測裝置、力矩傳感器、肌電信號采集裝置。
[0026]所述信息檢測單元3由相互獨(dú)立的下述幾者的組合構(gòu)成:機(jī)械臂運(yùn)動角度測量裝置、機(jī)械臂運(yùn)動速度測量裝置、機(jī)械臂轉(zhuǎn)動力矩測量裝置、機(jī)械臂輔助力測量記錄裝置、肌電信號采集裝置；肌電信號采集裝置具體是肌電傳感器。
[0027]圖1中:Θ為機(jī)械臂運(yùn)動角度，V為機(jī)械臂運(yùn)動速度，M為機(jī)械臂轉(zhuǎn)動力矩，F(xiàn)為機(jī)械臂輔助力。
[0028]訓(xùn)練執(zhí)行子系統(tǒng)核心是對上肢康復(fù)機(jī)器人本體機(jī)構(gòu)的控制。該系統(tǒng)按照專家系統(tǒng)所制定的康復(fù)訓(xùn)練體系，給出運(yùn)動控制模式指令即設(shè)定Θ，V，M，F(xiàn)給定值，利用信息檢測子系統(tǒng)實(shí)時檢測Θ ' ,V，W，F(xiàn)'的反饋值，并與給定值9，V，M，F(xiàn)相比較，根據(jù)不同的比較值設(shè)計多個控制器，校正系統(tǒng)誤差以保證系統(tǒng)穩(wěn)定、減小跟蹤誤差，使機(jī)器人能準(zhǔn)確的帶動患肢對不同患者進(jìn)行針對性訓(xùn)練，刺激大腦神經(jīng)重塑。另外，專家系統(tǒng)所制定的康復(fù)訓(xùn)練體系可設(shè)計多種訓(xùn)練模式，避免傳統(tǒng)康復(fù)訓(xùn)練的枯燥和乏味，使康復(fù)訓(xùn)練融于游戲當(dāng)中，增加訓(xùn)練的興趣性，對患者進(jìn)行心理激勵，從而提高康復(fù)效果，增加患者在康復(fù)過程中的自主性。
[0029]實(shí)施例2
[0030]具有多種信息反饋的上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，其為回路控制系統(tǒng)，作用于需要進(jìn)行上肢康復(fù)訓(xùn)練的使用者上肢上；
[0031]所述具有多種信息反饋的上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)的構(gòu)成如下:上肢康復(fù)機(jī)器人康復(fù)訓(xùn)練運(yùn)動控制器1、上肢康復(fù)機(jī)器人2、信息檢測單元3、康復(fù)訓(xùn)練運(yùn)動功能評價單元4 ;其中:
[0032]上述四者共同構(gòu)成一個多回路即具有多種信息反饋的上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)；上述四者中的康復(fù)訓(xùn)練運(yùn)動功能評價單元4、上肢康復(fù)機(jī)器人康復(fù)訓(xùn)練運(yùn)動控制器1、上肢康復(fù)機(jī)器人2這三者順序依次串聯(lián)構(gòu)成回路控制系統(tǒng)的正向通道，信息檢測單元3構(gòu)成反向通道；康復(fù)訓(xùn)練運(yùn)動功能評價單元4，其布置在控制系統(tǒng)正向通道的上肢康復(fù)機(jī)器人康復(fù)訓(xùn)練運(yùn)動控制器I和比較環(huán)節(jié)之間，參見附圖2。
[0033]具體而言，上肢康復(fù)機(jī)器人康復(fù)訓(xùn)練運(yùn)動控制器I與上肢康復(fù)機(jī)器人2相互連接；信息檢測單元3連接著上肢康復(fù)機(jī)器人2，信息檢測單元3得到的主反饋信息經(jīng)回路控制系統(tǒng)的比較環(huán)節(jié)處理后送到上肢康復(fù)機(jī)器人康復(fù)訓(xùn)練運(yùn)動控制器I ;
[0034]所述信息檢測單元3具體是下述幾種的組合:位置檢測裝置、速度檢測裝置、力矩傳感器、肌電信號采集裝置。
[0035]所述信息檢測單元3由相互獨(dú)立的下述幾者的組合構(gòu)成:機(jī)械臂運(yùn)動角度測量裝置、機(jī)械臂運(yùn)動速度測量裝置、機(jī)械臂轉(zhuǎn)動力矩測量裝置、機(jī)械臂輔助力測量記錄裝置、肌電信號采集裝置；肌電信號采集裝置具體是肌電傳感器。
[0036]在圖2所示系統(tǒng)中，信息檢測子系統(tǒng)主要是對5-D0F上肢康復(fù)機(jī)器人機(jī)械臂和患者患肢的位置、速度、力矩、關(guān)節(jié)角度以及肌力等信息進(jìn)行采集與處理，給出對患者神經(jīng)肌肉系統(tǒng)控制狀態(tài)、康復(fù)治療效果的評估數(shù)據(jù)。信息檢測子系統(tǒng)可對患者患肢進(jìn)行客觀的準(zhǔn)確地檢查，為判斷患肢功能障礙的性質(zhì)、部位、范圍、程度，確定尚存的代償能力情況，估計功能障礙的發(fā)展、轉(zhuǎn)歸和預(yù)后，使得功能評價子系統(tǒng)更好的找出康復(fù)目標(biāo)、判斷康復(fù)效果以及訓(xùn)練執(zhí)行子系統(tǒng)制定康復(fù)措施、決定患者去向，提供準(zhǔn)確地反饋信息。
[0037]功能評價、訓(xùn)練執(zhí)行、信息檢測三個子系統(tǒng)的相互關(guān)系是:首先由功能評價子系統(tǒng)根據(jù)所檢測到的患者患肢的肌力、關(guān)節(jié)活動角度及單位時間內(nèi)運(yùn)動的次數(shù)等數(shù)據(jù)，對患者的運(yùn)動功能狀態(tài)進(jìn)行評估，根據(jù)評估結(jié)果判斷患者所處的偏癱康復(fù)階段。然后，由訓(xùn)練執(zhí)行子系統(tǒng)按照專家系統(tǒng)所制定的康復(fù)訓(xùn)練體系，選擇相應(yīng)的訓(xùn)練計劃，對康復(fù)機(jī)器人的工作任務(wù)進(jìn)行設(shè)定，給出運(yùn)動控制模式指令，由5-D0F上肢康復(fù)機(jī)器人帶動患者進(jìn)行運(yùn)動訓(xùn)練。經(jīng)過一段時間訓(xùn)練后，再由功能評價子系統(tǒng)對患者的運(yùn)動功能重新進(jìn)行評價，判斷患者是否康復(fù)，若患者已達(dá)到康復(fù)標(biāo)準(zhǔn)則結(jié)束訓(xùn)練，若患者沒有達(dá)到康復(fù)標(biāo)準(zhǔn)則重復(fù)上述訓(xùn)練過程。
[0038]圖3中，Θ為患者患肢的關(guān)節(jié)活動角度，F(xiàn)為患者患肢的肌力，Z為患者患肢單位時間內(nèi)運(yùn)動的次數(shù)。
[0039]功能評價子系統(tǒng)的功能是在一階段康復(fù)訓(xùn)練結(jié)束后，評價患者運(yùn)動功能的康復(fù)效果。該系統(tǒng)主要通過檢測患者患肢的關(guān)節(jié)活動角度、肌力及單位時間內(nèi)運(yùn)動的次數(shù)等數(shù)據(jù)，由康復(fù)評價體系依據(jù)所檢測數(shù)據(jù)按照一定的評定標(biāo)準(zhǔn)評判患者患肢運(yùn)動功能的治療效果、預(yù)測預(yù)后功能等，并依此制定出合適的康復(fù)治療方案。這有利于全面客觀地了解患者患肢障礙程度、演變情況，對可能出現(xiàn)的功能異常及時采取有效預(yù)防措施，減輕痙攣、聯(lián)合反應(yīng)和代償動作等，為功能恢復(fù)創(chuàng)造條件，使大多數(shù)患者取得良好的治療效果。功能評價是康復(fù)工作流程中的重要環(huán)節(jié)，是對患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練的依據(jù)及重要保證。
[0040]本實(shí)施例相對于實(shí)施例1而言效果更優(yōu)，本實(shí)施例將傳統(tǒng)人工評價等輔助環(huán)節(jié)全部納入到新的上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)中，最終構(gòu)成具有閉環(huán)回路的具有多種信息反饋的上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)；其自動化程度高，技術(shù)效果明顯更優(yōu)。其具有可預(yù)期的較為巨大的經(jīng)濟(jì)價值和社會價值。
【權(quán)利要求】
1.具有多種信息反饋的上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，其為回路控制系統(tǒng)，作用于需要進(jìn)行上肢康復(fù)訓(xùn)練的使用者上肢上；其特征在于:所述具有多種信息反饋的上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)的構(gòu)成如下:上肢康復(fù)機(jī)器人康復(fù)訓(xùn)練運(yùn)動控制器(I)、上肢康復(fù)機(jī)器人(2)、信息檢測單元(3);其中: 上述三者共同構(gòu)成一個多回路即具有多種信息反饋的上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)；上述三者中的前兩者順序依次串聯(lián)布置在回路控制系統(tǒng)的正向通道上，用于主反饋的信息檢測單元(3)布置在反向通道上； 所述信息檢測單元(3)具體是下述幾種的組合:位置檢測裝置、速度檢測裝置、力矩傳感器。
2.按照權(quán)利要求1所述具有多種信息反饋的上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于:所述信息檢測單元(3)中還設(shè)置有肌電信號采集裝置，其具體是用于對患者患肢的肌力及肌張力進(jìn)行檢測的表面肌電傳感器； 所述具有多種信息反饋的上肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)中還設(shè)置有康復(fù)訓(xùn)練運(yùn)動功能評價單元(4)，其布置在控制系統(tǒng)正向通道的上肢康復(fù)機(jī)器人康復(fù)訓(xùn)練運(yùn)動控制器(I)之前，康復(fù)訓(xùn)練運(yùn)動功能評價單元(4)具體布置在上肢康復(fù)機(jī)器人康復(fù)訓(xùn)練運(yùn)動控制器(I)和回路控制系統(tǒng)的比較環(huán)節(jié)之間。
【文檔編號】A61H1/00GK203829250SQ201420192731
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年4月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月18日
【發(fā)明者】王建輝, 李醒, 朱雪楓, 康浩博 申請人:東北大學(xué)