基于脑机接口的单自由度手臂康复装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于脑机接口的单自由度手臂康复装置，包括：控制单元、动力与传动装置、支撑架以及手动调节组件，所述支撑架包括大臂支撑架和小臂支撑架，所述动力与传动装置用于连接大臂支撑架和小臂支撑架，所述手动调节组件设置于动力与传动装置上；所述控制单元设有控制面板和脑电波传感器，手臂康复装置通过脑电波传感器采集病人脑电信号，并通过控制面板控制动力与传动装置驱动大臂支撑架和小臂支撑架运动；所述大臂支撑架与小臂支承架之间通过动力与传动装置实现一个肘部自由度。本发明专利技术用于辅助发生手臂骨折的病人进行合理、有效、趣味的康复训练，具有缩短康复时间，提高康复效率的特点。

【技术实现步骤摘要】
基于脑机接口的单自由度手臂康复装置
本专利技术涉及康复机器人
的一种康复手臂，具体地，涉及一种基于脑机接口的单自由度手臂康复装置。
技术介绍
在我国，脑卒中的发病率为每年每10万人中平均200例，估计每年新发脑卒中200万，存活患者中75％的都有不同程度的后遗症，特别是运动功能障碍。尽可能早地进行康复治疗对改善患者的生活质量具有重要意义。基于大脑可塑性和功能重组理论，康复训练可以促进患者的神经侧支循环和神经轴突突触联系的建立。目前用于运动功能障碍治疗的康复方法很多，以神经肌肉促进技术为主的运动疗法已在临床应用中证实了其治疗效果。随着现代中枢神经康复机理研究的深入，国外研究人员利用机器人技术在运动功能康复方面开展了大量研究，希望强调在康复医学中辅助康复训练的价值，着重针对患者运动功能训练。经过现有技术的文献检索发现，许祥等发表的《基于外骨骼的可穿戴式上肢康复机器人设计与研究》，利用机器人原理，把智能控制与人体运动相结合，以替代人工进行康复训练，其能够承受的工作强度高，且性能稳定，借助康复机器人，通过标准化重复运动，达到促进神经功能重塑、恢复患者运动及控制能力的目的。但是，上述现有技术，将康复训练作为被动式辅助训练，对患者进行被动的康复训练模式，这种训练模式，无法加强患者的主动运动意愿，且无法在脑部形成反射弧，康复效果差。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种基于脑机接口的单自由度手臂康复装置。本专利技术是通过以下技术方案实现的。一种基于脑机接口的单自由度手臂康复装置，包括：控制单元、动力与传动装置、支撑架以及手动调节组件，所述支撑架包括大臂支撑架和小臂支撑架，所述动力与传动装置用于连接大臂支撑架和小臂支撑架，所述手动调节组件设置于动力与传动装置上；所述控制单元设有控制面板和脑电波传感器，手臂康复装置通过脑电波传感器采集病人脑电信号，并通过控制面板控制动力与传动装置驱动大臂支撑架和小臂支撑架运动；所述大臂支撑架与小臂支承架之间通过动力与传动装置实现一个肘部自由度。优选地，所述动力与传动装置包括：伺服电机、电机支撑架、联轴器、轴承、传动轴、大臂底部连接架和小臂底部连接架，其中，所述控制面板与伺服电机相连接，用于控制伺服电机产生驱动；所述伺服电机固定于电机支撑架上，并通过联轴器与传动轴相连接，实现一次耦合传动；所述传动轴与轴承相连接，所述小臂底部连接架与传动轴固定连接，实现二次耦合传动；所述大臂底部连接架与电机支撑架固定连接，所述大臂支撑架和小臂支撑架分别通过手动调节组件设置于大臂底部连接架和小臂底部连接架的两端。优选地，所述电机支撑架为折形结构，电机支撑架上设有用于固定伺服电机的固定孔和/或用于伺服电机的转子穿过的通孔。优选地，所述传动轴设有矩形剖面槽，所述小臂底部连接架内侧设有矩形面板，所述矩形剖面槽与矩形面板相适配。优选地，所述伺服电机的最大转矩为80kg.cm。优选地，所述手动调节组件包括蝶形螺丝和可滑动导轨，所述可滑动导轨固定于底部连接架的外侧，所述大臂支撑架和小臂支撑架分别通过可滑动导轨可滑动地设置于大臂底部连接架和和小臂底部连接架上，并通过蝶形螺丝固定。优选地，所述手动调节组件还包括舵机支撑板架，所述舵机支撑板架连接于支撑电机支撑架与大臂底部支撑架之间；所述舵机支撑板架上与大臂底部连接架的连接处设有弧形槽孔，通过弧形槽孔调节舵机支撑板架，进而调节伺服电机的转子与联轴器的相对位置。优选地，所述控制单元还包括：信号采集模块、信号处理模块、通讯模块以及信号输出模块，其中，所述信号采集模块与信号处理模块相连接，所述信号处理模块与通讯模块相连接，所述通讯模块与信号输出模块相连接；所述脑电波传感器设置于信号采集模块上；所述控制面板设置于信号输出模块上。优选地，所述控制面板采用如下任一种单片机。Arduino单片机；51单片机；Msp430单片机；cortexM3单片机。优选地，所述大臂支撑架和/或小臂支撑架的上表面采用符合人体工学的弧形表面结构，所述弧形表面结构的两侧对称设有的矩形槽孔，所述弧形表面结构的中心处设有若干减轻孔。优选地，所述基于脑机接口的单自由度手臂康复装置采用铝合金材质。与现有技术相比，本专利技术具有以下技术特点：1、本专利技术融合了人体工程学的设计理念，整个手臂康复装置结构紧凑，满足结构强度要求；只有一个肘部自由度，不存在运动规划的问题；2、整个手臂康复装置主要采用的是密度较小的铝合金，从而减少了支撑负担，使用更为方便；3、控制单元以单片机作为下位机伺服电机的控制面板，结合了脑电波传感器，使得康复训练有趣化，智能化，人性化；4、本专利技术用于辅助发生手臂骨折的病人进行合理、有效、趣味的康复训练，具有缩短康复时间，提高康复效率的特点；5、本专利技术将外骨骼式上肢康复机器人与脑机配合起来，达到中风病人用主观意愿控制自己手臂手肘的单自由度运动，在外部形成大脑——脑机——上位机——下位机——康复机器人的反射弧，达到主动康复训练目的。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为动力与传动装置示意图；图2为动力与传动装置局部放大图；图3为支撑架结构示意图；图4为舵机支撑板架示意图图5为本专利技术整体结构立体图；图中：1为伺服电机，2为电机支撑架，3为联轴器，4为紧固件螺钉，5为传动轴，6为小臂底部连接架，7为轴承，8为矩形槽孔，9为减轻孔，10为弧形表面结构，11为蝶形螺丝，12为可滑动导轨架，13为弧形槽孔，14为台阶螺丝。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明：本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本专利技术的保护范围。请同时参阅图1至图5。本实施例提供了一种基于脑机接口的单自由度手臂康复装置，包括：控制单元、动力与传动装置、支撑架以及手动调节组件，所述支撑架包括大臂支撑架和小臂支撑架，所述动力与传动装置用于连接大臂支撑架和小臂支撑架，所述手动调节组件设置于动力与传动装置上；所述控制单元设有控制面板和脑电波传感器，手臂康复装置通过脑电波传感器采集病人脑电信号，并通过控制面板控制动力与传动装置驱动大臂支撑架和小臂支撑架运动；所述大臂支撑架与小臂支承架之间通过动力与传动装置实现一个肘部自由度。进一步地，所述动力与传动装置包括：伺服电机、电机支撑架、联轴器、轴承、传动轴、大臂底部连接架和小臂底部连接架，其中，所述控制面板与伺服电机相连接，用于控制伺服电机产生驱动；所述伺服电机固定于电机支撑架上，并通过联轴器与传动轴相连接，实现一次耦合传动；所述传动轴与轴承相连接，所述小臂底部连接架与传动轴固定连接，实现二次耦合传动；所述大臂底部连接架与电机支撑架固定连接，所述大臂支撑架和小臂支撑架分别通过手动调节组件设置于大臂底部连接架和小臂底部连接架的两端。进一步地，所述电机支撑架为折形结构，电机支撑架上设有用于固定伺服电机的固定孔和/或用于伺服电机的转子穿过的通孔。进一步地，所述传动轴设有矩形剖面槽，所述小臂底部连接架内侧设有矩形面板，所述矩形剖面槽与矩形面板相适配。进一步地本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于脑机接口的单自由度手臂康复装置，其特征在于，包括：控制单元、动力与传动装置、支撑架以及手动调节组件，所述支撑架包括大臂支撑架和小臂支撑架，所述动力与传动装置用于连接大臂支撑架和小臂支撑架，所述手动调节组件设置于动力与传动装置上；所述控制单元设有控制面板和脑电波传感器，手臂康复装置通过脑电波传感器采集病人脑电信号，并通过控制面板控制动力与传动装置驱动大臂支撑架和小臂支撑架运动；所述大臂支撑架与小臂支承架之间通过动力与传动装置实现一个肘部自由度。

【技术特征摘要】
1.一种基于脑机接口的单自由度手臂康复装置，其特征在于，包括：控制单元、动力与传动装置、支撑架以及手动调节组件，所述支撑架包括大臂支撑架和小臂支撑架，所述动力与传动装置用于连接大臂支撑架和小臂支撑架，所述手动调节组件设置于动力与传动装置上；所述控制单元设有控制面板和脑电波传感器，手臂康复装置通过脑电波传感器采集病人脑电信号，并通过控制面板控制动力与传动装置驱动大臂支撑架和小臂支撑架运动；所述大臂支撑架与小臂支撑架之间通过动力与传动装置实现一个肘部自由度；所述动力与传动装置包括：伺服电机、电机支撑架、联轴器、轴承、传动轴、大臂底部连接架和小臂底部连接架，其中，所述控制面板与伺服电机相连接，用于控制伺服电机产生驱动；所述伺服电机固定于电机支撑架上，并通过联轴器与传动轴相连接，实现一次耦合传动；所述传动轴与轴承相连接，所述小臂底部连接架与传动轴固定连接，实现二次耦合传动；所述大臂底部连接架与电机支撑架固定连接，所述大臂支撑架和小臂支撑架分别通过手动调节组件设置于大臂底部连接架和小臂底部连接架的两端。2.根据权利要求1所述的基于脑机接口的单自由度手臂康复装置，其特征在于，所述电机支撑架为折形结构，电机支撑架上设有用于固定伺服电机的固定孔和/或用于伺服电机的转子穿过的通孔。3.根据权利要求1所述的基于脑机接口的单自由度手臂康复装置，其特征在于，所述传动轴设有矩形剖面槽，所述小臂底部连接架内侧设有矩形面板，所述矩形剖面槽与矩形面板相适配。4.根据权利要求1所述的基于脑机接口的单自由度手臂康复装置，其特征在于，所述手动调节组件包括蝶形螺丝和可...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋元斌，史卫全，聂文洁，李占玉，胡昊，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31