基于路径规划的个性化上肢康复训练机器人系统技术方案

本发明专利技术公开了基于路径规划的个性化上肢康复训练机器人系统，包括底座支撑模块、多体位座椅模块、康复训练与评估系统模块、肩关节自适应移动模块及设置于所述肩关节自适应移动模块上的上肢康复训练机械臂。本发明专利技术适用于因中枢神经、周围神经、脊髓、肌肉或骨骼疾病引起的上肢功能障碍或功能受限的患者，能够为患者提供一个广泛的上肢三维训练空间；能够辅助患者进行患侧上肢肩关节、肘关节以及腕关节，七个自由度的、更全面的、以及个性化的上肢康复训练；能够在被动康复训练模式下提供个性化轨迹规划的功能，完成患者个性化的路径规划，由上肢康复训练机器人实现既定康复轨迹的准确还原。

Personalized Upper Limb Rehabilitation Training Robot System Based on Path Planning

The invention discloses a personalized upper limb rehabilitation training robot system based on path planning, including a base support module, a multi-position seat module, a rehabilitation training and evaluation system module, an adaptive shoulder movement module and an upper limb rehabilitation training manipulator set on the adaptive shoulder movement module. The invention is suitable for patients with upper limb dysfunction or functional limitation caused by central nervous system, peripheral nerve, spinal cord, muscle or skeletal disease, and can provide a wide three-dimensional upper limb training space for patients, and can assist patients in upper limb shoulder joint, elbow joint and wrist joint, seven degrees of freedom, more comprehensive and personalized upper limb rehabilitation training. It can provide the function of individualized trajectory planning under the passive rehabilitation training mode, complete the individualized path planning of patients, and restore the established rehabilitation trajectory accurately by the upper limb rehabilitation training robot.

【技术实现步骤摘要】
基于路径规划的个性化上肢康复训练机器人系统
本专利技术涉及训练型康复器械领域，特别涉及一种基于路径规划的个性化上肢康复训练机器人系统。
技术介绍
由于人类年龄的增长、交通事故的增多、体育运动性质关节损伤的逐渐增加、中风偏瘫发病率的增加，以及其他一些因素所导致的肢体损伤的患者都呈增加的趋势，这极大地影响着人类的身体健康和日常生活。医学理论和临床医学都证明，这类肢体损伤的患者除了进行早期药物治疗和手术治疗外，还有必要进行科学、准确、适当的肢体康复训练。传统的肢体康复训练多是由护士或康复理疗师辅助患者去完成关节、肌肉及韧带的康复训练，以维持患者关节和肌肉的活动度，并促进患者关节运动功能的早日康复。但是传统的康复训练方法存在康复效果不能得到及时反馈、康复效果受到医师自身经验水平等因素影响、康复成本高等问题。在专利号为CN102961235B的专利技术专利中，公开了一种上肢康复训练机器人，包括底座、支撑架、座椅、悬臂梁和上肢训练机构，可以实现4～6个自由度的转动。但是由于人体上肢具有7个自由度，所以该上肢康复训练机器人不能满足患者上肢所有自由度的康复训练；该上肢康复训练机器人的肩关节模块的中心不能保证在康复训练过程中与人体盂肱关节旋转中心相重合，关节位置偏差会带来牵扯感，导致对患者的二次伤害；该上肢康复训练机器人智能进行上肢的康复训练，不能进行康复效果的评估以及康复效果的数据存储，不便于患者自身和康复理疗师知道康复效果。在专利号为CN201743884U的技术专利中，公开了一种上肢康复训练机器人，包括底座、人体工学座椅、康复机械臂和人机交互控制柜。该上肢康复训练机器人的肩关节模块的中心不能保证在康复训练过程中与人体盂肱关节旋转中心相重合，关节位置偏差会带来牵扯感，导致对患者的二次伤害。在专利号为CN104873360B的专利技术专利中，公开了一种基于套索驱动的上肢康复外骨骼机器人，包括腕部外摆/内收关节、前屈/后伸关节、旋内/旋外关节、肘部前屈/后伸关节、肩部前屈/后伸关节、外摆/内收关节、旋内/旋外关节、以及套索驱动装置，可以实现患者上肢7个自由度的转动，但是该基于套索驱动的上肢康复外骨骼机器人的肩关节模块的中心不能保证在康复训练过程中与人体盂肱关节旋转中心相重合，导致对患者的二次伤害。同时该上肢康复外骨骼机器人的前臂和上臂的尺寸调节是通过滑动槽口和锁紧螺母进行人工调节，效率低，而且不能记录每位患者的尺寸数据，不能实现快速的初始状态还原。在专利号为CN102151215B的专利技术专利中，公开了一种上肢外骨骼式康复机械臂，由肩部C型外轨道支座、轨道滑块、肩头连接杆、上臂连接杆、前臂连接杆、手腕环形外轨道支座、手腕摆动连杆和手柄构成，可实现7个自由度的运动。但由于该专利技术没有设置驱动元件，因此无法独立对患者进行康复训练治疗。在专利号为CN103948485A的专利技术专利中，公开了一种外骨骼式上肢康复机器人，该康复机器人由驱动部分、传动部分、执行部分构成，能模拟运动疗法进行康复训练。但是该康复机器人只能完成肘关节前屈/后伸和前臂旋内/旋外两种运动，不利于上肢其他关节的康复训练。因此，针对上述技术问题，有必要提供一种新型的上肢康复训练机器人系统，以克服上述缺陷。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于路径规划的个性化上肢康复训练机器人系统。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种基于路径规划的个性化上肢康复训练机器人系统，包括底座支撑模块、可拆卸设置于所述底座支撑模块上的多体位座椅模块、设置于所述底座支撑模块上的康复训练与评估系统模块、设置于所述底座支撑模块上的肩关节自适应移动模块及设置于所述肩关节自适应移动模块上的上肢康复训练机械臂。优选的是，所述上肢康复训练机械臂具有七个自由度，包括腕关节运动模块、与所述腕关节运动模块通过前臂尺寸调节模块串联连接的肘关节运动模块及通过上臂尺寸调节模块与所述肘关节运动模块的另一端串联连接的肩关节运动模块；所述腕关节运动模块包括串联连接的背屈/掌屈运动机构和尺屈/桡屈运动机构，两运动机构的转动轴线相较于点Ow；所述肘关节运动模块包括串联连接的屈曲/超伸运动机构和前臂旋前/旋后运动机构，两运动机构的转动轴线相较于点Oe；所述肩关节运动模块包括依次串联连接的肩关节外摆/内收运动机构、前屈/后伸运动机构和外旋/内旋运动机构，三个运动机构的转动轴线相较于点Os。优选的是，所述的前臂尺寸调节模块用于自动调节点Ow和Oe之间的距离，以适应不同患者前臂的长度尺寸，并且将该数据记录在康复训练与评估系统模块中；所述的上臂尺寸调节模块用于自动调节点Os和Oe之间的距离，以适应不同患者上臂的长度尺寸，并且将数据记录在康复训练与评估系统模块中。优选的是，所述的肩关节自适应移动模块通过底部设置的可上下伸缩的主动升降立柱支撑设置在底座支撑模块上，其顶端通过第一被动旋转关节连接有一第一转板，所述第一转板的两端均通过第二被动旋转关节连接有一第二转板，所述上肢康复训练机械臂上的第一快速拆装机构再通过第三被动旋转关节与所述第二转板连接，通过第一被动旋转关节、第二被动旋转关节、第三被动旋转关节实现上肢康复训练机械臂在水平面内的水平移动。优选的是，所述上肢康复训练机械臂包括一套或两套，根据患者的康复训练要求进行上肢康复训练机械臂的数量与左右分布的配置；优选的是，所述的多体位座椅模块包括座椅本体及设置于所述座椅上的颈部调整机构、腰部调整机构、腿部关节调整机构、第二快速拆装机构和第一万向轮组。优选的是，所述的底座支撑模块包括U型底部支撑板和第二万向轮组，所述的U型底部支撑板内侧设计用于与所述第二快速拆装机构配合以实现快速拆卸与安装的快速拆装配合机构。优选的是，所述第二快速拆装机构为设置在所述座椅本体底部的底板两侧的安装凸条，所述快速拆装配合机构为开设在所述U型底部支撑板两内侧的供所述安装凸条配合插入的两安装槽。优选的是，所述康复训练与评估系统模块包括电脑显示屏、设置于所述电脑显示屏侧部的系统登录控制面板、用于将所述电脑显示屏安装于所述底座支撑模块上的被动臂以及系统控制与存储单元。优选的是，所述腕关节运动模块的手柄处安装有第一六维力传感器；所述背屈/掌屈运动机构的内部集成有第一角度传感器，所述尺屈/桡屈运动机构的内部集成有第二角度传感器；所述屈曲/超伸运动机构的内部集成有第一扭矩传感器和第三角度传感器，所述前臂旋前/旋后运动机构的外部安装有第一压力传感器；所述肩关节外摆/内收运动机构内部集成有第二扭矩传感器和第四角度传感器，所述前屈/后伸运动机构的内部集成有第三扭矩传感器和第五角度传感器，所述外旋/内旋运动机构的外部安装有第二六维力传感器；所述的腕关节运动模块的手柄上设有痛点记录按钮。本专利技术的有益效果是：(1)个性化康复训练参数定制。本专利技术能够自动进行上肢康复训练机械臂的前臂和上臂的尺寸调节，以及患者坐姿的调整，并能够针对不同患者实现准确、快速的初始位置还原，便于快速、准确的进行后续康复训练。(2)智能化数据管理。本专利技术能够针对不同瘫痪程度和不同康复期的患者提供不同康复训练模式，并利用康复训练与评估系统模块对个人康复数据进行数据存储管理，建立患者个人康复数据库，实现患者个人数据的智能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于路径规划的个性化上肢康复训练机器人系统，其特征在于，包括底座支撑模块、可拆卸设置于所述底座支撑模块上的多体位座椅模块、设置于所述底座支撑模块上的康复训练与评估系统模块、设置于所述底座支撑模块上的肩关节自适应移动模块及设置于所述肩关节自适应移动模块上的上肢康复训练机械臂。

【技术特征摘要】
1.一种基于路径规划的个性化上肢康复训练机器人系统，其特征在于，包括底座支撑模块、可拆卸设置于所述底座支撑模块上的多体位座椅模块、设置于所述底座支撑模块上的康复训练与评估系统模块、设置于所述底座支撑模块上的肩关节自适应移动模块及设置于所述肩关节自适应移动模块上的上肢康复训练机械臂。2.根据权利要求1所述的基于路径规划的个性化上肢康复训练机器人系统，其特征在于，所述上肢康复训练机械臂具有七个自由度，包括腕关节运动模块、与所述腕关节运动模块通过前臂尺寸调节模块串联连接的肘关节运动模块及通过上臂尺寸调节模块与所述肘关节运动模块的另一端串联连接的肩关节运动模块；所述腕关节运动模块包括串联连接的背屈/掌屈运动机构和尺屈/桡屈运动机构，两运动机构的转动轴线相较于点Ow；所述肘关节运动模块包括串联连接的屈曲/超伸运动机构和前臂旋前/旋后运动机构，两运动机构的转动轴线相较于点Oe；所述肩关节运动模块包括依次串联连接的肩关节外摆/内收运动机构、前屈/后伸运动机构和外旋/内旋运动机构，三个运动机构的转动轴线相较于点Os。3.根据权利要求2所述的基于路径规划的个性化上肢康复训练机器人系统，其特征在于，所述的前臂尺寸调节模块用于自动调节点Ow和Oe之间的距离，以适应不同患者前臂的长度尺寸，并且将该数据记录在康复训练与评估系统模块中；所述的上臂尺寸调节模块用于自动调节点Os和Oe之间的距离，以适应不同患者上臂的长度尺寸，并且将数据记录在康复训练与评估系统模块中。4.根据权利要求1所述的基于路径规划的个性化上肢康复训练机器人系统，其特征在于，所述的肩关节自适应移动模块通过底部设置的可上下伸缩的主动升降立柱支撑设置在底座支撑模块上，其顶端通过第一被动旋转关节连接有一第一转板，所述第一转板的两端均通过第二被动旋转关节连接有一第二转板，所述上肢康复训练机械臂上的第一快速拆装机构再通过第三被动旋转关节与所述第二转板连接，通过第一被动旋转关节、第二被动旋转关节、第三被动旋转关节实现上肢康复训练机械臂在水平面...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘斌，单晖，杨洪波，顾国刚，
申请(专利权)人：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32