本申请提供的多自由度手功能康复装置，所述通讯单元用于将所述主控单元的控制指令传输给双侧的所述传动单元，所述传动单元可控制所述手部执行单元运动，所述手部执行单元运动可获取对应的运动信息；所述通讯单元还用于将所述运动信息经所述传动单元传递给所述主控单元，所述主控单元可根据采集的运动信息进行评估，实现下一步的运动指令，所述运动信息包括双侧的所述手部执行单元的位置、速度及反馈的估计力，上述康复装置，在手部康复训练中，根据康复评估效果自动调节手部执行单元的运动信息权重，从而提高康复训练控制系统的工作效率。率。率。
【技术实现步骤摘要】
一种多自由度手功能康复装置
[0001]本申请涉及医疗健康
，特别涉及一种多自由度手功能康复装置。
技术介绍
[0002]目前我国新发脑卒中患者每年200万人，且以每年8.7％的速度上升。
[0003]55％
‑
75％的脑卒中患者可遗留肢体功能障碍，其中80％以上患者为手部功能障碍，而能使手功能完全恢复的患者不到30％。传统的康复师对患者进行一对一的治疗方法属于被动康复，存在价格昂贵、训练单一等缺点；现有的手功能康复系统具有缺乏触觉感知反馈、机械结构大、自由度少和制作成本高等缺点。
[0004]例如，专利申请CN201810575079.9中提出一种具有力反馈机制的外骨骼康复机械手，包括：控制系统、光电编码器、PWM调速器、直线电机、外骨骼机械手本体、人机交互界面和压力传感器等部分，但是由于采用了五个压力传感器进行压力测量，增加了设备的研制成本，且无法实现权重调节和镜像反馈功能。专利申请CN201810571839.9提出一种五指独立运动的外骨骼康复机械手，通过压力传感器和位置传感器进行力位信息的测量，存在设备设计复杂，成本高的缺点。专利申请CN202020589468.X提供了一种五指抓握康复训练机器人，通过牵引绳进行患肢外骨骼的屈伸运动。但是缺少力反馈和双向加权控制的功能。
[0005]因此，现有技术存在训练单一、需要传感器、康复模式单一和评估手段单一等缺陷，没有将现有的康复评价手段与康复训练过程中权重力的变化进行有效的结合。到目前为止，尚未有一款手功能康复设备能够实现无传感器、可调权重、镜像力反馈及康复评估等功能。
技术实现思路
[0006]鉴于此，有必要针对现有技术中存在的缺陷提供一种可以实现训练权重的调节，提高手功能康复效率的多自由度手功能康复装置。
[0007]为解决上述问题，本申请采用下述技术方案：
[0008]本申请提供了一种多自由度手功能康复装置，包括：上位机、主控单元、传动单元、手部执行单元和通讯单元，所述主控单元通过所述通讯单元信号连接所述上位机，所述主控单元通过所述通讯单元信号连接于双侧的所述传动单元，任意一所述传动单元还电性连接有对应的所述手部执行单元；
[0009]所述通讯单元用于将所述主控单元的控制指令传输给双侧的所述传动单元，所述传动单元可控制所述手部执行单元运动，所述手部执行单元运动可获取对应的运动信息；所述通讯单元还用于将所述运动信息经所述传动单元传递给所述主控单元，所述主控单元可根据采集的运动信息进行评估，实现下一步的运动指令，所述运动信息包括双侧的所述手部执行单元的位置、速度及反馈的估计力。
[0010]在其中一些实施例中，当患者进行手部康复训练时，用健康的手指对一侧的所述手部执行单元进行运动，所述传动单元通过通讯单元获取对应一侧的所述手部执行单元的
运动信息，并通过所述通讯单元将所述运动信息传输至所述主控单元，所述主控单元根据所述运动信息驱动另一侧的所述手部执行单元进行康复训练。
[0011]在其中一些实施例中，任意一所述手部执行单元包括电机以及与所述电机连接的外骨骼结构，所述外骨骼结构共有6个自由度。
[0012]在其中一些实施例中，所述传动单元包括爆灯线，所述爆灯线分别与所述电机和所述外骨骼结构相连接，以实现对上述手部执行单元的推拉动作。
[0013]在其中一些实施例中，所述运动信息可通过设计所述电机的编码器和力反馈估计器得到，具体为：
[0014]对单个所述手部执行单元进行动力学建模，得到系统模型为：
[0015][0016]式中，M
ni
和B
ni
分别为第i个自由度的电机的等效名义质量和等效名义阻尼；代表所述电机的输出速度，u代表电机的输入电压即控制器的输出值，F
i
代表健康的手部对主端康复装置的作用力和从端康复装置对患手的作用力；
[0017]构建如下力反馈估计器：
[0018][0019]式中，代表反馈的估计力，l是设计的力反馈估计器增益，代表所述电机的输出速度；V
i
代表力估计器中间变量；
[0020]基于所述力反馈估计器，设计如下所示的双向控制器：
[0021][0022]式中，u
m
是主端康复手的输入，m＝7,8,9
…
12；u
s
为从端康复手的输入，s＝1,2,3
…
6；为从端获取的反馈力，k
p
为比例增益，k
d
为微分增益；e
p
为q
s
‑
q
m
，为e
p
的导数；为从主端获取的反馈力。
[0023]在其中一些实施例中，所述主控单元包括权重参数调节模块，所述权重系数调节模块可根据手指的手指总主动活动度与所述手部执行单元的位置q
i
之间的关系得到线性表达式，所述线性表达式为TAM＝aq
i
+b，TAM为手指总主动活动度，a和b根据患肢的可接受程度进行辨识得到手指活动度与执行单元间的位置关系。
[0024]在其中一些实施例中，所述权重系数调节模块还可以根据患肢的徒手肌力评定与反馈力之间的关系建立非线性函数，所述非线性函数为所述MMT为徒手肌力评定，其中：MMT与自调节的权重参数之间的关系式为：
[0025]式中，Wt为自调节的权重参数，η、μ和ν为常数，e
x
代表指数函数。
[0026]在其中一些实施例中，所述传动单元包括爆灯线，所述爆灯线分别与所述电机和所述手部执行单元的外骨骼结构相连接，实现对所述手部执行单元的推拉动作，实现双向传动功能。
[0027]在其中一些实施例中，所述通讯单元还用于将所述运动信息传递给所述上位机，所述上位机可实现上述运动信息的显示。
[0028]本申请采用上述技术方案，其有益效果如下：
[0029]本申请提供的多自由度手功能康复装置，所述通讯单元用于将所述主控单元的控制指令传输给双侧的所述传动单元，所述传动单元可控制所述手部执行单元运动，所述手部执行单元运动可获取对应的运动信息；所述通讯单元还用于将所述运动信息经所述传动单元传递给所述主控单元，所述主控单元可根据采集的运动信息进行评估，实现下一步的运动指令，所述运动信息包括双侧的所述手部执行单元的位置、速度及反馈的估计力，上述康复装置，在手部康复训练中，根据康复评估效果自动调节手部执行单元的运动信息权重，从而提高康复训练控制系统的工作效率。
[0030]此外，本申请提供的多自由度手功能康复装置，采用力反馈观测器和双向控制算法，可以实现无需传感器的力反馈感知功能；将MMT和TAM与康复训练权重联系在一起，根据患肢的康复情况实现力位混合的权重调节、双向推拉功能；在结构设计方面，通过将驱动电机安放在桌面上，利用爆灯线的传动方式，降低了设备的重量，同时也大大降低了设备研制成本、本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多自由度手功能康复装置，其特征在于，包括：上位机、主控单元、传动单元、手部执行单元和通讯单元，所述主控单元通过所述通讯单元信号连接所述上位机，所述主控单元通过所述通讯单元信号连接于双侧的所述传动单元，任意一所述传动单元还电性连接有对应的所述手部执行单元；所述通讯单元用于将所述主控单元的控制指令传输给双侧的所述传动单元，所述传动单元可控制所述手部执行单元的运动，所述手部执行单元可获取对应的运动信息；所述通讯单元还用于将所述运动信息经所述传动单元传递给所述主控单元，所述主控单元可根据采集的运动信息进行评估，实现下一步的运动指令，所述运动信息包括双侧的所述手部执行单元的位置、速度及反馈的估计力。2.如权利要求1所述的多自由度手功能康复装置，其特征在于，当患者进行手部康复训练时，用健康的手指对一侧的所述手部执行单元进行运动，所述传动单元通过通讯单元获取对应一侧的所述手部执行单元的运动信息，并通过所述通讯单元将所述运动信息传输至所述主控单元，所述主控单元根据所述运动信息驱动另一侧的所述手部执行单元进行康复训练。3.如权利要求2所述的多自由度手功能康复装置，其特征在于，任意一所述手部执行单元包括电机以及与所述电机连接的外骨骼结构，所述外骨骼结构共有6个自由度。4.如权利要求3所述的多自由度手功能康复装置，其特征在于，所述传动单元包括爆灯线，所述爆灯线分别与所述电机和所述外骨骼结构相连接，以实现对上述手部执行单元的推拉动作。5.如权利要求3所述的多自由度手功能康复装置，其特征在于，所述运动信息可通过设计所述电机的编码器和力反馈估计器得到，具体为：对单个所述手部执行单元进行动力学建模，得到系统模型为：式中，M
ni
和B
ni
分别为第i个自由度的电机的等效名义质量和等效名义阻尼；代表所述电机的输出速度，u代表电机的输入电压即控制器的输出值，F
i
...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐瑞，李贞兰，王昱棠，李莹华，徐国兴，田大鹏，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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