專利名稱：搖桿式上肢康復裝置及利用該裝置進行康復訓練的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種針對上肢運動功能障礙的康復訓練裝置，具體涉及一種搖桿式上肢康復裝置以及利用該裝置進行康復訓練的方法。
背景技術：
康復機器人的研究始于上世紀80年代。1990年以前，主要是歐美及日本從事此方面的研究。1990年以后康復機器人的研究進入到全面發(fā)展時期。國際上，康復機器人的研究開發(fā)越來越自動化與智能化。在國內(nèi)，康復機器人的研究有逐年遞增的趨勢，2008年清華大學王子羲等人申請的，公開號為CN101347380A的中國專利申請“一種訓練平面可調(diào)式上肢偏癱康復機器人裝置”中公開了一種上肢康復機器人裝置，該裝置包括座椅、訓練平面、訓練平面調(diào)節(jié)裝置，以及安裝在訓練平面上的機械臂等，通過調(diào)節(jié)訓練平面的高度和角度，以滿足不同患者在多平面內(nèi)完成康復訓練的需要。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，能夠滿足患者多種訓練的需求，但是其本質(zhì)上只是一種平面訓練裝置，因而在三維空間中的康復訓煉受限于各個平面，無法實現(xiàn)三維空間中任意軌跡的運動，而且該裝置由于結(jié)構(gòu)限制，帶動患者上肢康復訓練時不具備柔順性，使患者在康復活動中可能產(chǎn)生不適感。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術目的是提供一種搖桿式上肢康復裝置，利用該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)在裝置內(nèi)三維空間中沿任意軌跡的康復訓練。本發(fā)明實現(xiàn)上述技術目的所采用的技術方案為一種搖桿式上肢康復裝置，包括機械部分和控制部分，所述的機械部分包括底座、伸縮搖桿、外弧形軌道與內(nèi)弧形軌道；所述的外弧形軌道通過軸承座固定在底座上，其一端通過第一減速機連接第一伺服電機；所述的內(nèi)弧形軌道通過軸承座固定在底座上，其一端通過第二減速機連接第二伺服電機；所述的外弧形軌道，其半徑略大于內(nèi)弧形軌道的半徑，跨立在內(nèi)弧形軌道上方，并且與內(nèi)弧形軌道形成一定夾角；所述的伸縮搖桿包括直線電機與設置在直線電機外部的搖桿殼；所述的直線電機包括定子和套接在定子上的動子；所述的動子與搖桿殼固定連接，所述的定子相對動子作直線運動；所述的定子一端通過六軸力傳感器與把手相連接，六軸力傳感器將來自把手的力信號轉(zhuǎn)換為電壓號；所述的伸縮搖桿垂直穿過外弧形軌道與外弧形軌道內(nèi)部，其搖桿殼底部通過萬向球與底座定點位置相連接；以垂直穿過底座定點位置的軸線為中心軸，所述的伸縮搖桿能夠沿外弧形軌道與內(nèi)弧形軌道進行平面繞行運動；所述的控制部分包括位置傳感器、第一光電編碼器、第二光電編碼器、信號調(diào)理器、驅(qū)動器、運動控制卡、計算機以及與計算機相連接的顯示器；
所述的位置傳感器與定子相連接、用于記錄定子相對動子的位置變化；所述的第一光電編碼器與外弧形軌道的另一端相連接，用于記錄外弧形軌道偏離中心軸的角度值；所述的第二光電編碼器與內(nèi)弧形軌道的另一端相連接，用于記錄內(nèi)弧形軌道偏離中心軸的角度值；所述的信號調(diào)理器與六軸力傳感器相連接、用于將六軸力傳感器輸出的電壓信號放大為適合采樣的電壓信號。所述的三個驅(qū)動器為 與第一伺服電機相連接的第一伺服電機驅(qū)動器，與第二服電機相連接的第二伺服電機驅(qū)動器，與直線電機相連接的直線電機驅(qū)動器；所述的運動控制卡通過PCI接口與計算機相連接，用于控制三個驅(qū)動器的輸出電壓和電流；為了消除伸縮搖桿與外弧形軌道之間的間隙，并減少伸縮搖桿沿外弧形軌道運動時產(chǎn)生的摩擦力，優(yōu)選在搖桿殼與外弧形軌道之間的間隙設置滑動軸承。同理，為了消除伸縮搖桿與內(nèi)弧形軌道之間的間隙，并減少伸縮搖桿沿內(nèi)弧形軌道運動時產(chǎn)生的摩擦力，優(yōu)選在搖桿殼與內(nèi)弧形軌道之間的間隙設置滑動軸承。為了限制定子在搖桿殼內(nèi)部的擺動幅度，優(yōu)選在動子上下方位置設置與搖桿殼固定連接、用于限定定子和動子之間相對位置的定位軸承。為了提高直線電機的工作效率，優(yōu)選在定子底部設置彈簧18，用于抵消定子17自
身的重量。所述的位置傳感器可以采用但不限于光柵尺。所述的外弧形軌道可以采用與內(nèi)弧形軌道相接觸的方式跨立在內(nèi)弧形軌道，也可以采用與內(nèi)弧形軌道存在一定間距的方式跨立在內(nèi)弧形軌道。作為優(yōu)選，所述的外弧形軌與內(nèi)弧形軌道的夾角為90°。作為優(yōu)選，所述的底座定點位置在底座的幾何中心。本發(fā)明一種搖桿式上肢康復裝置的控制過程為計算機通過運動控制卡同步調(diào)節(jié)直線電機驅(qū)動器、第一伺服電機驅(qū)動器與第二伺服電機驅(qū)動器的輸出電壓和輸出電流；伸縮搖桿的當前位置由第一光電編碼器、第二光電編碼器以及位置傳感器反饋回運動控制卡，構(gòu)成閉環(huán)控制。六軸力傳感器產(chǎn)生的電信號通過信號調(diào)理器調(diào)節(jié)后送入計算機，位置信號和電信號送入計算機后，顯示在顯示器上。利用本發(fā)明搖桿式上肢康復裝置能夠進行三種康復訓練模式，分別為被動訓練、主動訓練與助動訓練。其中，被動訓練模式尤其適用于完全喪失運動能力的患者，包括如下步驟步驟I :創(chuàng)建一個目標位置，患者上肢扶住把手，顯示器顯示伸縮搖桿的當前位置與目標位置；步驟2 :在運動控制卡中設定第一伺服電機驅(qū)動器、第二伺服電機驅(qū)動器以及直線電機驅(qū)動器的輸出電壓和輸出電流，啟動該搖桿式上肢康復裝置，使伸縮搖桿運動，以帶動患者上肢運動；步驟3 :根據(jù)伸縮搖桿的目標位置與當前位置，運動控制卡調(diào)整第一伺服電機驅(qū)動器、第二伺服電機驅(qū)動器以及直線電機驅(qū)動器的輸出電壓和輸出電流，使伸縮搖桿的當前位置達到目標位置時，完成一次康復訓練任務。
主動訓練模式尤其適用于有部分運動能力、能夠完成康復訓練任務的患者，包括如下步驟步驟I :創(chuàng)建一個目標位置，患者上肢扶住把手，顯示器顯示伸縮搖桿的當前位置與目標位置；步驟2 :患者向把手施加力，使伸縮搖桿運動；步驟3 :根據(jù)伸縮搖桿的目標位置與當前位置，患者調(diào)整所施加的力，使伸縮搖桿的當前位置達到目標位置時，完成一次康復訓練任務。 助動訓練模式尤其適用于有部分運動能力但不足以完成康復訓練任務的患者，包括如下步驟步驟I :創(chuàng)建一個目標位置，患者上肢扶住把手，顯示器顯示伸縮搖桿的當前位置與目標位置；步驟2 :患者向把手施加力，同時在運動控制卡中額外設定第一伺服電機驅(qū)動器、第二伺服電機驅(qū)動器以及直線電機驅(qū)動器的輸出電壓和輸出電流，使伸縮搖桿運動；步驟3 :根據(jù)伸縮搖桿的目標位置與當前位置，患者調(diào)整所施加的力，同時運動控制卡調(diào)整第一伺服電機驅(qū)動器、第二伺服電機驅(qū)動器以及直線電機驅(qū)動器的輸出電壓和輸出電流，使伸縮搖桿的當前位置達到目標位置時，完成一次康復訓練任務。綜上所述，本發(fā)明一種搖桿式上肢康復裝置主要由機械部分和控制部分構(gòu)成，機械部分主要包括底座、包括直線電機的伸縮搖桿，以及連接伺服電機的外弧形軌道和內(nèi)弧形軌道，其中伸縮搖桿垂直穿過外弧形軌道與外弧形軌道內(nèi)部，通過直線電機實現(xiàn)伸縮搖桿的軸向運動，通過伺服電機實現(xiàn)外弧形軌道和內(nèi)弧形軌道偏離中心軸線的運動，從使伸縮搖桿能夠沿外弧形軌道與內(nèi)弧形軌道進行平面繞行運動，因此本發(fā)明中伸縮搖桿能夠在康復裝置內(nèi)三維空間中沿任意軌跡運動，與現(xiàn)有的康復裝置相比，具有如下優(yōu)點(I)突破了平面訓練的限制，能夠提供三維立體空間中沿任意軌跡的康復訓練；(2)設計巧妙，通過機械部分與控制部分的有機結(jié)合，能夠為不同程度喪失運動能力的患者提供包括被動訓練模式、主動訓練模式和助動訓練模式的三種訓練模式，因此適用患者人群廣泛，訓練模式多樣化；(3)成本低、結(jié)構(gòu)簡單緊湊，便于移動，適用于在不同環(huán)境中使用。


圖I是本發(fā)明搖桿式上肢康復裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖I中伸縮搖桿的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2中直線電機的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明搖桿式上肢康復裝置的控制流程圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述，需要指出的是，以下所述實施例旨在便于對本發(fā)明的理解，而對其不起任何限定作用。圖I至圖4中的標號為底座I、伸縮搖桿2、外弧形軌道3、內(nèi)弧形軌道4、第一伺服電機51、第二伺服電機52、軸承座(61,62)、第一減速機71、第二減速機72、第一光電編碼器81、第二光電編碼器82、六軸力傳感器9、把手10、萬向球11、搖桿殼12、位置傳感器13、滑動軸承(141，142)、定位軸承(151，152)、動子16、定子17、彈簧18、計算機19、第一伺服電機驅(qū)動器21、第二伺服電機驅(qū)動器22、直線電機驅(qū)動器23、信號調(diào)理器24、運動控制卡25、顯示器26。如圖I所示，搖桿式上肢康復裝置包括底座I、伸縮搖桿2、外弧形軌道3以及內(nèi)弧形軌道4。外弧形軌道3通過軸承座61固定在底座I上。內(nèi)弧形軌道4通過軸承座62固定在底座I上。其中，外弧形軌道3的半徑略大于內(nèi)弧形軌道4的半徑，外弧形軌道3跨立在內(nèi)弧形軌道4上方，并且與內(nèi)弧形軌道4形成90°的夾角。外弧形軌道3—端安裝有第一光電編碼器81,另一端與第一減速機71連接,第一減速機71輸入端連接有第一伺服電機51,第一伺服電機51與第一伺服電機驅(qū)動器21相連接。內(nèi)弧形軌道4與外弧形軌道3具有相同規(guī)格的連接，即內(nèi)弧形軌道4 一端安裝有第二光電編碼器82，另一端與第二減速機72連接，第二減速機72輸入端連接有第二伺服電機52，第二伺服電機52與第二伺服電機驅(qū)動器22相連接。如圖2與圖3所示，伸縮搖桿2包括直線電機、與直線電機相連接的直線電機驅(qū)動器23、以及設置在直線電機外部的搖桿殼12。直線電機包括定子17和動子16。動子16套接在定子17上，并且與搖桿殼12固定連接。定子17相對動子16作直線運動，定子17上安裝有位置傳感器13，用于記錄定子17相對動子16位置變化。本實施例中位置傳感器13選擇為光柵尺。定子17 —端通過六軸力傳感器9與把手10相連接，六軸力傳感器9將來自把手10的力信號轉(zhuǎn)換為電壓號。信號調(diào)理器24與六軸力傳感器9相連接，將六軸力傳感器9輸出的電壓信號放大為適合米樣的電壓信號。定子17底部設置彈簧18，以抵消定子17自身的重量。在動子16的上方位置設置與搖桿殼12固定連接的定位軸承151，在動子16的下方、彈簧18的頂部位置設置定位軸承152，用于限定定子17和動子16之間的相對位置，以限定定子17在搖桿殼12內(nèi)部的擺動幅度。如圖I所示，伸縮搖桿2垂直穿過外弧形軌道3與外弧形軌道4的內(nèi)部，其搖桿殼12底部通過萬向球11與底座幾何中心位置相連接。該伸縮搖桿2能夠以垂直穿過底座幾何中心位置的軸線為中心軸，沿外弧形軌道3與內(nèi)弧形軌道4進行平面繞行運動，第一光電編碼器81用于記錄外弧形軌道3偏離中心軸的角度值，第二光電編碼器82用于記錄內(nèi)弧形軌道4偏離中心軸的角度值。上述搖桿式上肢康復裝置還包括計算機19、與計算機相連的顯示器26、以及運動控制卡25。運動控制卡25通過PCI接口安裝在計算機19中，與第一伺服電機驅(qū)動器21、第二伺服電機驅(qū)動器22、直線電機驅(qū)動器23相連，以控制這三個驅(qū)動器的輸出電壓和電流。如圖4所示，該搖桿式上肢康復裝置的控制流程為計算機19及其控制程序通過運動控制卡25同步調(diào)節(jié)第一伺服電機驅(qū)動器21、第二伺服電機驅(qū)動器22以及直線電機驅(qū)動器23的輸出電壓和輸出電流；伸縮搖桿2的當前位置由第一光電編碼器81、第二光電編 碼器82以及位置傳感器13采集，得到的位置信號反饋到運動控制卡25，從而構(gòu)成閉環(huán)控制。六軸力傳感器9產(chǎn)生的電信號通過信號調(diào)理器24調(diào)節(jié)后輸入計算機19，顯示在顯示器26上。伸縮搖桿2的位置信號輸入計算機19后，顯示在顯示器26上。采用上述搖桿式上肢康復裝置進行康復訓練時，將該搖桿式上肢康復放置在地面，患者坐在相鄰 的座位上(根據(jù)患者需要，可以采用約束椅固定患者的軀干)，患者上肢扶住該康復的把手10，或者根據(jù)患者需要，將患者的上肢固定在把手10上。根據(jù)患者的個人情況，在顯示器26中設置運動速度、鍛煉次數(shù)、運動區(qū)域、訓練模式等各項參數(shù)，顯示器26中會顯示出具體的康復訓練任務并且待訓練結(jié)束后反饋患者對康復訓練任務的完成情況。以下是采用該搖桿式上肢康復裝置進行的三種康復訓練模式(一)被動訓練該康復訓練模式尤其適用于完全喪失運動能力的患者。具體訓練方法如下步驟I :創(chuàng)建一個目標位置，將患者上肢扶住把手10，顯示器26顯示伸縮搖桿2的當前位置與目標位置；步驟2 :根據(jù)實際訓練參數(shù)，例如運動速度、鍛煉次數(shù)以及運動區(qū)域等，在運動控制卡25中設定第一伺服電機驅(qū)動器21、第二伺服電機驅(qū)動器22以及直線電機驅(qū)動器23的輸出電壓和輸出電流，啟動該搖桿式上肢康復裝置，使伸縮搖桿2運動，以帶動患者上肢運動；步驟3 :根據(jù)伸縮搖桿2的目標位置與當前位置，運動控制卡25調(diào)整第一伺服電機驅(qū)動器21、第二伺服電機驅(qū)動器22以及直線電機驅(qū)動器23的輸出電壓和輸出電流，使伸縮搖桿2的當前位置達到目標位置時，完成一次康復訓練任務。以下是該康復訓練中具體的控制過程(I)根據(jù)運動控制卡25中設定的第一伺服電機驅(qū)動器21、第二伺服電機驅(qū)動器22以及直線電機驅(qū)動器23的輸出電壓和輸出電流，控制第一伺服電機51、第二伺服電機52以及直線電機工作，以驅(qū)動外弧形軌道3、內(nèi)弧形軌道4和直線電機定子17運動，從而帶動患者上肢運動；(2)通過第一光電編碼器81、第二光電編碼器82以及位置傳感器13采集伸縮搖桿2的當前位置信號反饋回運動控制卡25，并且顯示在顯示器26上；六軸力傳感器9采集該施向把手10的力信號并將其轉(zhuǎn)換為電信號，通過信號調(diào)理器24放大后反饋至計算機19，并且顯示在顯示器26上；(3)根據(jù)既定的目標位置以及反饋到運動控制卡25的當前位置信號，運動控制卡25調(diào)整第一伺服電機驅(qū)動器21、第二伺服電機驅(qū)動器22以及直線電機驅(qū)動器23的輸出電壓和輸出電流，重復(2)使伸縮搖桿2達到目標位置，完成訓練任務。(二)主動訓練該康復訓練模式尤其適用于有部分運動能力的患者。具體訓練方法如下步驟I :創(chuàng)建一個目標位置，患者上肢扶住把手10，顯示器26顯示伸縮搖桿2的當前位置與目標位置；步驟2 :患者向把手10施加力，使伸縮搖桿2運動；步驟3 :根據(jù)伸縮搖桿2的目標位置與當前位置，患者調(diào)整所施加的力，使伸縮搖桿2的當前位置達到目標位置，完成一次康復訓練任務。以下是該康復訓練中具體的控制過程(I)患者向把手10施加力，六軸力傳感器9采集到該力信號，將其轉(zhuǎn)換為電信號，通過信號調(diào)理器24反饋至計算機19，計算機19通過基于動力學方程的運算，求出運動軌跡，通過運動控制卡25控制第一伺服電機51、第二伺服電機52以及直線電機實現(xiàn)此軌跡；(2)通過第一光電編碼器81、第二光電編碼器82以及位置傳感器13采集伸縮搖桿2的當前位置信息反饋回運動控制卡25，并且顯示在顯示器26上；六軸力傳感器9采集來自把手的力信號并將其轉(zhuǎn)換為電信號，通過信號調(diào)理器24放大后反饋至計算機19，并顯示在顯示器26上；(3)根據(jù)既定的目標位置和當前位置，患者調(diào)整所施加的力，重復(2)使伸縮搖桿2達到目標位置，完成訓練任務。(三)助動訓練該康復訓練模式尤其適用于有部分運動能力但不足以完成康復訓練任務的患者。具體訓練方法如下步驟I :創(chuàng)建一個目標位置，將患者上肢扶住把手10，顯示器26顯示伸縮搖桿2的當前位置與目標位置；步驟2 :患者向把手10施加力，同時運動控制卡25額外設定第一伺服電機驅(qū)動器21、第二伺服電機驅(qū)動器22以及直線電機驅(qū)動器23的輸出電壓和輸出電流，使伸縮搖桿2運動；步驟3 :根據(jù)目標位置與當前位置，患者調(diào)整所施加的力，同時運動控制卡25調(diào)整第一伺服電機驅(qū)動器21、第二伺服電機驅(qū)動器22以及直線電機驅(qū)動器23的輸出電壓和輸出電流，使伸縮搖桿2的當前位置達到目標位置時，完成一次康復訓練任務。以下是該康復訓練中具體的控制過程(I)患者向把手10施加力，六軸力傳感器9采集到該力信號，將其轉(zhuǎn)換為電信號，通過信號調(diào)理器24反饋至計算機19，計算機19通過基于動力學方程的運算，得出運動軌跡，然后在運動控制卡中設定相應的第一伺服電機驅(qū)動器21、第二伺服電機驅(qū)動器22以及直線電機驅(qū)動器23的輸出電壓和輸出電流；同時，與運動控制25中額外設定的第一伺服電機驅(qū)動器21、第二伺服電機驅(qū)動器22以及直線電機驅(qū)動器23的輸出電壓和輸出電流相疊力口，共同控制第一伺服電機51、第二伺服電機52以及直線電機工作，以驅(qū)動外弧形軌道3、內(nèi)弧形軌道4和直線電機定子17運動；(2)通過第一光電編碼器81、第二光電編碼器82以及位置傳感器13采集伸縮搖桿2的當前位置信號反饋回運動控制卡25，并且顯示在顯示器26上；六軸力傳感器9采集該來自把手10的電信號并將其轉(zhuǎn)換為電信號，通過信號調(diào)理器24放大后反饋至計算機19，并顯示在顯示器26上；；
(3)根據(jù)目標位置與當前位置，患者調(diào)整所施加的力，運動控制卡25調(diào)整額外設定的第一伺服電機驅(qū)動器21、第二伺服電機驅(qū)動器22以及直線電機驅(qū)動器23的額外的輸出電壓和輸出電流，重復(2)使伸縮搖桿2達到目標位置，完成訓練任務。以上所述的實施例對本發(fā)明的技術方案進行了詳細說明，應理解的是以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則范圍內(nèi)所做的任何修改、補充或類似方式替代等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種搖桿式上肢康復裝置，其特征是包括機械部分和控制部分，所述的機械部分包括底座(I)、伸縮搖桿(2)、外弧形軌道(3)與內(nèi)弧形軌道(4)； 所述的外弧形軌道(3)通過軸承座￠1)固定在底座(I)上，其一端通過第一減速機(71)連接第一伺服電機(51);所述的內(nèi)弧形軌道(4)通過軸承座￠2)固定在底座(I)上，其一端通過第二減速機(72)連接第二伺服電機(52);所述的外弧形軌道(3)，其半徑略大于內(nèi)弧形軌道(4)的半徑，跨立在內(nèi)弧形軌道(4)上方，并且與內(nèi)弧形軌道(4)形成一定夾角； 所述的伸縮搖桿(2)包括直線電機與設置在直線電機外部的搖桿殼(12)； 所述的直線電機包括定子(17)，以及套接在定子(17)上的動子(16);所述的動子(16)與搖桿殼(12)固定連接，所述的定子(17)相對動子(16)作直線運動；；所述的定子(17)—端通過六軸力傳感器(9)與把手(10)相連接，所述的六軸カ傳感器(9)將來自把手(10)的力信號轉(zhuǎn)換為電壓號； 所述的伸縮搖桿(2)垂直穿過外弧形軌道(3)與外弧形軌道(4)內(nèi)部，其搖桿殼(12)底部通過萬向球(11)與底座定點位置相連接；以垂直穿過底座定點位置的軸線為中心軸，所述的伸縮搖桿⑵能夠沿外弧形軌道⑶與內(nèi)弧形軌道⑷進行平面繞行運動； 所述的控制部分包括位置傳感器(13)、第一光電編碼器(81)、第二光電編碼器(82)、信號調(diào)理器(24)、驅(qū)動器(21、22、23)、運動控制卡(25)、計算機(9)以及與計算機(9)相連接的顯示器(26)； 所述的位置傳感器(13)與定子(17)相連接、用于記錄定子(17)相對動子(16)的位置變化； 所述的第一光電編碼器(81)與外弧形軌道(3)的另一端相連接，用于記錄外弧形軌道(3)偏離中心軸的角度值；所述的第二光電編碼器(82)與內(nèi)弧形軌道(4)的另一端相連接，用于記錄內(nèi)弧形軌道(4)偏離中心軸的角度值； 所述的信號調(diào)理器(24)與六軸カ傳感器(9)相連接、用于將六軸カ傳感器(9)輸出的電壓信號放大為適合采樣的電壓信號； 所述的三個驅(qū)動器為與第一伺服電機(51)相連接的第一伺服電機驅(qū)動器(21)，與第ニ服電機(52)相連接的第二伺服電機驅(qū)動器(22)，與直線電機相連接的直線電機驅(qū)動器(23)； 所述的運動控制卡(25)通過PCI接ロ與計算機(19)相連接，用于控制三個驅(qū)動器(21、22、23)的輸出電壓和電流。
2.根據(jù)權利要求I所述的搖桿式上肢康復裝置，其特征是所述的搖桿殼(12)與外弧形軌道(3)之間的間隙設置滑動軸承(141)。
3.根據(jù)權利要求I所述的搖桿式上肢康復裝置，其特征是所述的搖桿殼(12)與內(nèi)弧形軌道(4)之間的間隙設置滑動軸承(142)。
4.根據(jù)權利要求I所述的搖桿式上肢康復裝置，其特征是所述的動子(16)的上方、下方各設置ー個與搖桿殼(12)固定連接的、用于限定定子(17)和動子(16)之間相對位置的定位軸承(151、152)。
5.根據(jù)權利要求I所述的搖桿式上肢康復裝置，其特征是所述的定子(17)底部設置彈簧(18)。
6.根據(jù)權利要求4所述的搖桿式上肢康復裝置，其特征是所述的定子(17)底部設置彈簧(18)，所述的定位軸承(152)設置在彈簧(18)的頂部位置。
7.根據(jù)權利要求I所述的搖桿式上肢康復裝置，其特征是所述的位置傳感器(13)是光柵尺。
8.根據(jù)權利要求I至7中任ー權利要求所述的搖桿式上肢康復裝置，其特征是所述的外弧形軌道⑶與內(nèi)弧形軌道⑷的夾角為90°。
9.根據(jù)權利要求I至7中任ー權利要求所述的搖桿式上肢康復裝置，其特征是所述的底座定點位置在底座(I)的幾何中心位置。
10.利用權利要求I所述的搖桿式上肢康復裝置進行康復訓練的方法，其特征是包括被動訓練模式、主動訓練模式和助動訓練模式，各訓練模式分別包括如下步驟 被動訓練模式 步驟I :創(chuàng)建ー個目標位置，將患者上肢扶住把手(10)，顯示器(26)顯示伸縮搖桿(2)的當前位置與目標位置； 步驟2 :根據(jù)實際訓練參數(shù)，在運動控制卡(25)中設定第一伺服電機驅(qū)動器(21)、第二伺服電機驅(qū)動器(22)以及直線電機驅(qū)動器(23)的輸出電壓和輸出電流，啟動該搖桿式上肢康復裝置，使伸縮搖桿(2)運動，以帶動患者上肢運動； 步驟3:根據(jù)伸縮搖桿(2)的目標位置與當前位置，運動控制卡(25)調(diào)整第一伺服電機驅(qū)動器(21)、第二伺服電機驅(qū)動器(22)以及直線電機驅(qū)動器(23)的輸出電壓和輸出電流，使當伸縮搖桿(2)的當前位置達到目標位置，完成一次康復訓練任務； 主動訓練模式 步驟I :創(chuàng)建ー個目標位置，患者上肢扶住把手(10)，顯示器(26)顯示伸縮搖桿(2)的當前位置與目標位置； 步驟2 :患者向把手(10)施加力，使伸縮搖桿(2)運動； 步驟3:根據(jù)伸縮搖桿(2)的目標位置與當前位置，患者調(diào)整所施加的力，使伸縮搖桿(2)的當前位置達到目標位置，完成一次康復訓練任務； 助動訓練模式 步驟I :創(chuàng)建ー個目標位置，將患者上肢扶住把手(10)，顯示器(26)顯示伸縮搖桿(2)的當前位置與目標位置； 步驟2 :患者向把手(10)施加力，同時運動控制卡(25)額外設定第一伺服電機驅(qū)動器(21)、第二伺服電機驅(qū)動器(22)以及直線電機驅(qū)動器(23)的輸出電壓和輸出電流，使伸縮搖桿⑵運動； 步驟3 :根據(jù)目標位置與當前位置，患者調(diào)整所施加的力，同時運動控制卡(25)調(diào)整第一伺服電機驅(qū)動器(21)、第二伺服電機驅(qū)動器(22)以及直線電機驅(qū)動器(23)的輸出電壓和輸出電流，使伸縮搖桿(2)的當前位置達到目標位置，完成一次康復訓練任務。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種搖桿式上肢康復裝置，該裝置主要由機械部分和控制部分構(gòu)成。機械部分主要包括底座、包括直線電機的伸縮搖桿、連接伺服電機的外弧形軌道和內(nèi)弧形軌道，控制部分主要包括位置傳感器、光電編碼器，控制伺服電機驅(qū)動器和直線電機驅(qū)動器電壓和電流的運動控制卡，顯示器以及計算機組成。通過機械部分與控制部分的有機結(jié)合，伸縮搖桿能夠在三維空間中沿任意軌跡運動，從而為不同程度喪失運動能力的患者提供包括被動訓練模式、主動訓練模式和助動訓練模式的三種訓練模式，因此是一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊、適用患者人群廣泛、訓練模式多樣化的低成本上肢康復裝置，具有良好的應用前景。
文檔編號A63B23/12GK102631277SQ20121009316
公開日2012年8月15日 申請日期2012年3月31日 優(yōu)先權日2012年3月31日
發(fā)明者宋濤, 左國坤, 徐佳琳, 王云峰, 王帥杰, 鄭華文 申請人:中國科學院寧波材料技術與工程研究所