專利名稱：康復(fù)機(jī)器人多功能力矩感知手臂康復(fù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于康復(fù)醫(yī)療器械領(lǐng)域，是一種幫助病人實(shí)現(xiàn)康復(fù)訓(xùn)練的手臂康復(fù)裝置， 主要用于安裝在具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸輸出的康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的輸出軸末端，實(shí)現(xiàn)手臂功能力衰退病人的手臂訓(xùn)練。
背景技術(shù)：
中風(fēng)，是中老年人的常見病和多發(fā)病。一般來說，中風(fēng)病人的下肢較容易康復(fù)，上肢不容易康復(fù)，尤其是以手部、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)的功能最難恢復(fù)。康復(fù)醫(yī)學(xué)專家指出，越早進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，可以降低致殘率、提高功能恢復(fù)的幾率和效果。臨床上對(duì)中風(fēng)患者的康復(fù)方法大多數(shù)依賴于治療醫(yī)師對(duì)患者一對(duì)一的物理治療，效果不明顯且缺乏量化和客觀的評(píng)價(jià)。 因此，研制一種滿足患者手臂康復(fù)訓(xùn)練要求的康復(fù)裝置具有極大的實(shí)用價(jià)值和社會(huì)意義。手臂康復(fù)裝置在國外得到醫(yī)療機(jī)構(gòu)和研究者的普遍重視，許多機(jī)構(gòu)進(jìn)行了相關(guān)的研究并取得了成效。國內(nèi)對(duì)于手臂康復(fù)裝置的研究起步較晚，康復(fù)訓(xùn)練主要在醫(yī)護(hù)人員的指導(dǎo)下完成，康復(fù)裝置的訓(xùn)練部位單一，而且訓(xùn)練的力度多憑經(jīng)驗(yàn)完成，對(duì)康復(fù)訓(xùn)練效果的評(píng)估不利，遠(yuǎn)不能滿足康復(fù)病人的需求。鑒于此，本發(fā)明提出了一種具有力矩感知、平衡力感知的多功能手臂康復(fù)裝置，主要安裝在具有旋轉(zhuǎn)軸輸出的康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人上，用于幫助病人進(jìn)行肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)及手部的康復(fù)訓(xùn)練。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為康復(fù)病人提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)其手臂主動(dòng)訓(xùn)練(康復(fù)病人自己帶動(dòng)手臂康復(fù)裝置)、被動(dòng)訓(xùn)練(康復(fù)病人由其他康復(fù)機(jī)器人通過手臂康復(fù)裝置帶動(dòng)訓(xùn)練) 兩種訓(xùn)練方式的康復(fù)機(jī)器人多功能力矩感知手臂康復(fù)裝置。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種康復(fù)機(jī)器人多功能力矩感知手臂康復(fù)裝置，其特征在于包括左活動(dòng)臂、右活動(dòng)臂、半月形支架、力矩測量機(jī)構(gòu)以及左壓力測量機(jī)構(gòu)和右壓力測量機(jī)構(gòu)，左活動(dòng)臂的末端裝有左手柄，右活動(dòng)臂的末端裝有右手柄，左活動(dòng)臂、右活動(dòng)臂分別與半月形支架的兩端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，半月形支架由彎曲梁和直梁兩部分組成，在彎曲梁上分別設(shè)有左活動(dòng)臂定位孔和右活動(dòng)臂定位孔，在左活動(dòng)臂上設(shè)有與左活動(dòng)臂定位孔相對(duì)應(yīng)的左活動(dòng)臂固定孔，在右活動(dòng)臂上設(shè)有與右活動(dòng)臂定位孔相對(duì)應(yīng)的右活動(dòng)臂固定孔，在直梁的中央設(shè)有圓孔，所述力矩測量機(jī)構(gòu)包括同心圓環(huán)、左中心梁和右中心梁，左中心梁的左端與半月形支架連接，左中心梁的右端與同心圓環(huán)連接，在左中心梁的兩側(cè)分別設(shè)有左前應(yīng)變片和左后應(yīng)變片，右中心梁的左端與同心圓環(huán)連接，右中心梁的右端與半月形支架連接，在右中心梁的兩側(cè)分別設(shè)有右前應(yīng)變片和右后應(yīng)變片，左壓力測量機(jī)構(gòu)和右壓力測量機(jī)構(gòu)采用一維壓力測量裝置， 所述的一維壓力測量裝置由一維壓力傳感器和托盤組成，一維壓力傳感器的受力軸通過銷與托盤固定。
康復(fù)機(jī)器人多功能力矩感知手臂康復(fù)裝置通過旋轉(zhuǎn)輸出軸與其他康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人相固連，實(shí)現(xiàn)多種康復(fù)訓(xùn)練。在進(jìn)行肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練時(shí)，康復(fù)病人雙手手部握住左、右活動(dòng)臂上的手柄，繞著轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，沿半月形支架的導(dǎo)槽調(diào)節(jié)位置。在聯(lián)合其他康復(fù)機(jī)器人進(jìn)行主、被動(dòng)訓(xùn)練時(shí)，先將左、右活動(dòng)臂上的固定孔和半月形支架的彎曲梁上相對(duì)應(yīng)的定位孔由插銷配合固定，康復(fù)病人將左右手肘放在左右壓力測量機(jī)構(gòu)的托盤上，手部握住半月形支架，主動(dòng)帶動(dòng)康復(fù)裝置繞旋轉(zhuǎn)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)或者由其他康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人輸出扭矩力被動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，力矩測量機(jī)構(gòu)的左、右中心梁側(cè)面對(duì)稱貼有的四片應(yīng)變片組成一個(gè)全橋電路，經(jīng)放大電路放大后輸出一個(gè)電壓值，這個(gè)電壓值與主、被動(dòng)訓(xùn)練時(shí)手臂康復(fù)裝置受到的力矩大小成正比，根據(jù)這個(gè)電壓值的大小感知力矩力的大小，判斷康復(fù)病人手臂的恢復(fù)情況。同時(shí)托盤將康復(fù)病人左右手肘的支撐力大小傳遞給左、右壓力測量機(jī)構(gòu)的一維壓力傳感器，感知托盤所受的康復(fù)病人手肘的垂直軸向力的情況。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
(1)本發(fā)明可安裝在具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)輸出軸的康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人輸出軸末端，通過簡單可靠的訓(xùn)練幫助康復(fù)病人提高甚至恢復(fù)手臂運(yùn)動(dòng)的能力。(2)本發(fā)明可由康復(fù)病人握住左、右活動(dòng)手臂的手柄繞著轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，沿半月形支架的導(dǎo)槽自由調(diào)節(jié)左右活動(dòng)手臂的位置，實(shí)現(xiàn)手肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)的康復(fù)訓(xùn)練。(3)左、右活動(dòng)臂上的固定孔可以和半月形支架彎曲梁上的定位孔通過插銷配合固定，實(shí)現(xiàn)不同形式的組合，方便康復(fù)病人進(jìn)行主、被動(dòng)訓(xùn)練，防止訓(xùn)練過程中左右活動(dòng)臂松動(dòng)對(duì)康復(fù)病人造成傷害。(4)由力矩測量機(jī)構(gòu)的左、右中心梁側(cè)面四片應(yīng)變片組成的全橋電路可以測量病人在康復(fù)訓(xùn)練中主、被動(dòng)扭矩的大小，實(shí)現(xiàn)了力矩的感知。(5)左、右壓力測量機(jī)構(gòu)能夠測量康復(fù)病人在訓(xùn)練時(shí)左右手肘的支撐力大小，判斷重心是否平衡，以便讓病人及時(shí)調(diào)整訓(xùn)練姿態(tài)。


圖1是本發(fā)明的康復(fù)機(jī)器人多功能力矩感知手臂康復(fù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的康復(fù)機(jī)器人多功能力矩感知手臂康復(fù)裝置的剖視圖。圖3是本發(fā)明的半月形支架及力矩測量機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明的康復(fù)機(jī)器人多功能力矩感知手臂康復(fù)裝置的一種組合示意圖。圖5是本發(fā)明的壓力測量機(jī)構(gòu)的連接結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本發(fā)明與其他康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的連接結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是本發(fā)明的力矩測量機(jī)構(gòu)的信號(hào)測量電路原理圖。
具體實(shí)施方案一種康復(fù)機(jī)器人多功能力矩感知手臂康復(fù)裝置，其特征在于包括左活動(dòng)臂6、右活動(dòng)臂2、半月形支架4、力矩測量機(jī)構(gòu)8以及左壓力測量機(jī)構(gòu)5和右壓力測量機(jī)構(gòu)3，左活動(dòng)臂6的末端裝有左手柄7，右活動(dòng)臂2的末端裝有右手柄1，左活動(dòng)臂6、右活動(dòng)臂2分別通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸22、23與半月形支架4的兩端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，半月形支架由彎曲梁10和直梁9兩部分組成，在彎曲梁10上分別設(shè)有左活動(dòng)臂定位孔和右活動(dòng)臂定位孔，在左活動(dòng)臂6上設(shè)有與左活動(dòng)臂定位孔相對(duì)應(yīng)的左活動(dòng)臂固定孔，在右活動(dòng)臂2上設(shè)有與右活動(dòng)臂定位孔相對(duì)應(yīng)的右活動(dòng)臂固定孔，在直梁9的中央設(shè)有圓孔14，所述力矩測量機(jī)構(gòu)8包括同心圓環(huán)11、 左中心梁13和右中心梁12，左中心梁13的左端與半月形支架4連接，左中心梁13的右端與同心圓環(huán)11連接，在左中心梁13的兩側(cè)分別設(shè)有左前應(yīng)變片&和左后應(yīng)變片民，右中心梁12的左端與同心圓環(huán)11連接，右中心梁12的右端與半月形支架4連接，在右中心梁 12的兩側(cè)分別設(shè)有右前應(yīng)變片札和右后應(yīng)變片&，左壓力測量機(jī)構(gòu)5和右壓力測量機(jī)構(gòu)3 采用一維壓力測量裝置，所述的一維壓力測量裝置由一維壓力傳感器16和托盤19組成，一維壓力傳感器16的受力軸17通過銷18與托盤19固定。下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的康復(fù)機(jī)器人多功能力矩感知手臂康復(fù)裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)敘述說明。參照?qǐng)D1、圖2，一種康復(fù)機(jī)器人多功能力矩感知手臂康復(fù)裝置，左活動(dòng)臂6通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸22與半月形支架4的左端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，右活動(dòng)臂2通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸23與半月形支架4的右端轉(zhuǎn)動(dòng)連接。康復(fù)病人可以雙手握住左右活動(dòng)臂6、2末端的手柄7、1，分別繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸22、23 進(jìn)行平面半圓周轉(zhuǎn)動(dòng)，沿半月形支架4上的導(dǎo)槽調(diào)節(jié)位置，以實(shí)現(xiàn)手肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)的康復(fù)訓(xùn)練。左活動(dòng)臂6上設(shè)有三個(gè)固定孔611、612、613，右活動(dòng)臂2上設(shè)有三個(gè)固定孔201、 202、203，半月形支架4的彎曲梁10上設(shè)有六個(gè)定位孔401、402、403、411、412、413，可以通過插銷將相對(duì)應(yīng)的固定孔和定位孔相配合固定，實(shí)現(xiàn)不同位置的固定組合，方便康復(fù)病人進(jìn)行主被動(dòng)扭矩訓(xùn)練，防止訓(xùn)練過程中左、右活動(dòng)臂6、2松動(dòng)對(duì)康復(fù)病人造成傷害。圖4為康復(fù)機(jī)器人多功能力矩感知手臂康復(fù)裝置的一種組合方式。如圖3所示，力矩測量機(jī)構(gòu)采用典型的橫梁結(jié)構(gòu)，左中心梁13和右中心梁12組成一字橫梁，這種結(jié)構(gòu)簡化了彈性體的受力模型，通過測量一字橫梁彈性體相應(yīng)的變形即可得到力矩輸出。左中心梁13的兩側(cè)分別設(shè)有左前應(yīng)變片&和左后應(yīng)變片民，右中心梁12 的兩側(cè)分別設(shè)有右前應(yīng)變片R1和右后應(yīng)變片&，用于測量康復(fù)病人主、被動(dòng)訓(xùn)練時(shí)扭矩力大小。當(dāng)康復(fù)機(jī)器人多功能力矩感知手臂康復(fù)裝置繞著與同心圓環(huán)11配合的旋轉(zhuǎn)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，左、右中心梁13、12受到轉(zhuǎn)動(dòng)軸向的扭矩，產(chǎn)生彎曲變形，貼于左、右中心梁13、12 側(cè)面的四片應(yīng)變片的零位阻值Rtl將發(fā)生變化，組成全橋如圖7所示，R廣R4為四片應(yīng)變片6 的阻值，E為橋路供電電壓，取12V。參考手臂康復(fù)裝置繞順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可得如下公式
權(quán)利要求
1. 一種康復(fù)機(jī)器人多功能力矩感知手臂康復(fù)裝置，其特征在于包括左活動(dòng)臂(6)、右活動(dòng)臂(2)、半月形支架(4)、力矩測量機(jī)構(gòu)(8)以及左壓力測量機(jī)構(gòu)(5)和右壓力測量機(jī)構(gòu) (3)，左活動(dòng)臂(6)的末端裝有左手柄(7)，右活動(dòng)臂(2)的末端裝有右手柄(1)，左活動(dòng)臂 (6)、右活動(dòng)臂(2)分別與半月形支架(4)的兩端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，半月形支架由彎曲梁(10)和直梁(9)兩部分組成，在彎曲梁(10)上分別設(shè)有左活動(dòng)臂定位孔和右活動(dòng)臂定位孔，在左活動(dòng)臂(6)上設(shè)有與左活動(dòng)臂定位孔相對(duì)應(yīng)的左活動(dòng)臂固定孔，在右活動(dòng)臂(2)上設(shè)有與右活動(dòng)臂定位孔相對(duì)應(yīng)的右活動(dòng)臂固定孔，在直梁(9)的中央設(shè)有圓孔(14)，所述力矩測量機(jī)構(gòu)(8)包括同心圓環(huán)(11)、左中心梁(13)和右中心梁(12)，左中心梁(13)的左端與半月形支架(4)連接，左中心梁(13)的右端與同心圓環(huán)(11)連接，在左中心梁(13)的兩側(cè)分別設(shè)有左前應(yīng)變片(R4)和左后應(yīng)變片(R3)，右中心梁(12)的左端與同心圓環(huán)(11)連接，右中心梁(12)的右端與半月形支架(4)連接，在右中心梁(12)的兩側(cè)分別設(shè)有右前應(yīng)變片(R1) 和右后應(yīng)變片( )，左壓力測量機(jī)構(gòu)(5)和右壓力測量機(jī)構(gòu)(3)采用一維壓力測量裝置，所述的一維壓力測量裝置由一維壓力傳感器(16)和托盤(19)組成，一維壓力傳感器(16)的受力軸(17)通過銷(18)與托盤(19)固定。
全文摘要
一種康復(fù)機(jī)器人多功能力矩感知手臂康復(fù)裝置，包括左活動(dòng)臂、右活動(dòng)臂、半月形支架、力矩測量機(jī)構(gòu)以及左壓力測量機(jī)構(gòu)和右壓力測量機(jī)構(gòu)，左、右活動(dòng)臂分別與半月形支架兩端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，半月形支架包括彎曲梁和直梁，彎曲梁上設(shè)有左活動(dòng)臂定位孔和右活動(dòng)臂定位孔，左、右活動(dòng)臂上分別設(shè)有左、右活動(dòng)臂固定孔，力矩測量機(jī)構(gòu)包括同心圓環(huán)和左、右中心梁，左中心梁的左端與半月形支架連接，右端與同心圓環(huán)連接，在左中心梁的兩側(cè)設(shè)有左前、左后應(yīng)變片，右中心梁的左端與同心圓環(huán)連接，右端與半月形支架連接，在右中心梁的兩側(cè)設(shè)有右前、右后應(yīng)變片，左、右壓力測量機(jī)構(gòu)采用一維壓力測量裝置，所述一維壓力測量裝置由一維壓力傳感器和托盤組成。
文檔編號(hào)A63B23/12GK102274106SQ20111022486
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月8日
發(fā)明者吳常鋮, 宋愛國, 崔建偉, 李會(huì)軍, 柯欣, 王楠, 茅晨 申請(qǐng)人:東南大學(xué)