本发明专利技术涉及用于人体的外骨骼，该外骨骼包括关节元件，关节元件通过末端执行器安装件直接或间接地与人体的关节相互作用，其中末端执行器安装件布置成在平面中执行任意平面平行移动，从而能够实现末端执行器安装件相对于关节元件的主体的叠加的平移和转动。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】外骨骼
动力外骨骼例如用于神经损伤患者的机器人辅助康复。对于这样的外骨骼，需要具有与人体的运动能力相对应的运动能力的关节。
技术介绍
神经损伤是严重长期残疾的主要原因。每年约一千五百万人中风。根据美国国立卒中学会，每个患者前3个月治疗的估计费用约一万五千美元。此外，对于10％的情况，这些费用超过三万五千美元。随着人口的老龄化，特别是在欧洲国家和日本，这种情况变得越来越严重。物理康复治疗对于治疗神经残疾来说是必不可少的。治疗比重复、高强度、长期和特定任务的练习更加有效。但是，由于涉及生理负担和体力劳动，高强度的重复治疗很昂贵。近年来，由于人机交互研究的最新进展，使用用于康复的机电系统变得普遍。使用机器人装置辅助重复且涉及生理的康复练习不仅有助于消除治疗师的运动治疗的生理负担，而且还降低与应用相关的成本。此外，机器人介入的康复治疗能够定量测量患者的进展，并且可以用于实现定制化的交互治疗方案。康复机器人增加创痛物理康复治疗的可靠性、准确性和有效性，通过仅根据需要辅助患者来实现患者的主动参与，使得能够调节治疗的持续时间和强度，可以适用于所有损伤程度的患者，由于虚实结合而激励患者坚持高强度的疗程，并且能够利用虚拟环境和触觉反馈来实现新的治疗方案。在文献中，通过临床试验已经显示出机器人辅助康复相比于传统物理疗法的有益效果。上肢康复设备可以分成三种主要类别：末端执行器型机器人、线缆悬挂系统和外骨骼。末端执行器型康复机器人的特征在于与患者具有单个交互点(末端执行器)，这些设备的关节运动不对应于人体运动。因此，没有用来约束患者的外部约束，不能由这样的机构来提供关节特异性治疗。此外，当使用这些设备时，患者的补偿运动不能被检测到。另一方面，由于末端执行器型机器人具有简单的运动结构和低成本，因而是有益的。末端执行器型康复机器人的已知示例是MIT-Manus。MIT-Manus是拥有两个接地的直接驱动电机来提供转矩以辅助或阻止患者运动的阻抗型机器人。这些设备的另一示例是Gentle/s，Gentle/s使用导纳型机器人(HapticMaster)以及平衡机构来连接到人的腕部。Reha-Slide是设计为管理阻抗运动治疗的另一固定基座设备。Reha-Slide具有水平地放置在平台上的两个保持器，并且能够向前和向后臂部运动。末端执行器型机器人已经被用于强制执行双手练习。具体地，基于导纳受控6自由度(DoF)PUMA机器人的MIME系统已经被用于提供镜像治疗。线缆悬挂设备帮助通过补偿重力来调动身体的上肢。这些设备是具有简单运动结构的被动系统；因此，线缆悬挂设备成本低。但是，这些设备不能在完成治疗任务时辅助或阻止患者，它们缺乏测量能力。与末端执行器型机器人不同，外骨骼在多个交互点处连接到人的肢体，这些设备的运动符合人的关节。结果，外骨骼能够施加受控转矩到单独的目标关节并且与其他关节的运动分开地测量这些特定关节的运动。不幸的是，与末端执行器型机器人相比，外骨骼具有更复杂的运动结构，因此更加昂贵。外骨骼可进一步分成三种类型。矫正器(orthoses)构成第一类型的外骨骼。矫正器的目的在于当执行日常任务时物理地支撑人体。HAL-5全身外骨骼是这样的矫正器的示例("RobotsuitHAL",http://www.cyberdyne.jp/english/robotsuithal/index.html)。这样的矫正器的另一示例是Myomo机器人("Myomo,"http://www.myomo.com/myomo_product_stroke_rehabilitation_arm_brace_technology_overview.asp)，一种肘部矫正器。另一已知的矫正器是Rewalker(A.Goffer的美国专利7,153,242“Gait-locomotorapparatus”)。与Myomo不同，Rewalker矫正器特别为下肢构建以在步态运动中支持用户。第二类型包括增强外骨骼。这些机器人设计用于健康用户，并且旨在帮助用户实现需要高肌肉强度的重载任务。这种类型的一个早期代表示例是ExosArmMaster(V.BinMassie、ThomasAN.H.、Vayner的专利申请WO/1995/032842“Sensoryfeedbackexoskeletonarmmaster”)，一种具有5自由度的上肢外骨骼。增强外骨骼的另一示例是BLEEX(A.Zoss、H.Kazerooni和A.Chu发表于Mechatronics,IEEE/ASMETransactionson的2006年第11卷no.2第128-138页的Biomechanicaldesignoftheberkeleylowerextremityexoskeleton(BLEEX))。与ExosArmMaster不同，BLEEX是被开发用来增强在地形恶劣地区长时间工作的人的肌肉力量的下肢外骨骼。为人体增强设计的另一外骨骼是XOS2机器人("XOS2Exoskeleton",http://www.ray1lieon.com/newsroom/technology/rtno8_exoskeleton/)。类似于BLEEX，XOS2还是设计用于对身体具有挑战性的任务；但是XOS2用于上身。最后，第三类型外骨骼是专门为康复设计的。与其他两类不同，康复机器人被设计用于临床应用。因此，这种类型的大部分机器人利用固定基座置于地面并且不移动。当设计用于康复的外骨骼时，人体关节轴与机器人轴的对应是必要条件。康复外骨骼中可能的未对准会引起不舒适或疼痛，甚至会导致关节的脱臼。调节机器人关节轴以匹配人体关节轴是繁琐的过程，需要占用10-15分钟的宝贵治疗时段。导致关节未对准的三个主要原因是：首先，人体关节不能被建模成为简单的转动关节。例如，肩关节除了三个旋转自由度之外，还具有两个额外的平移自由度运动(对照图1)。除了两个平移自由度的分开运动之外，肩部的竖直平移与关节的高度旋转略微关联。这种关联被称为肩肱节律(对照图2)。其次，在不使用特定成像技术的情况下，在外部不能确定人体关节的精确位置。利用裸眼来观察骨头的位置只能提供对关节的可能对准的基本概念。关节的精确运动表现出人体之间的广泛变化，这是由于这种运动依赖于肱骨的尺寸和取向、关节联接表面的形状和由韧带、包膜和肌腱所施加的约束。最后，人的肢体在外骨骼上的放置会随着疗程不同而改变，即使这些改变已知，仍然需要完成关节重新对准。康复外骨骼的已知示例是ARMin机器人(T.Nef、M.Mihelj、G.Kiefer、C.Perndl、R.Muller和R.Riener发表于Re-habilitationRobotics,2007.ICORR2007.IEEE10thInternationalConferenceon,2007,pp.68-74的"ARMin-Exoskeletonforarmtherapyinstrokepatients")。这种机器人的第一代ARMinI由外骨骼肘和连接到末端执行器型肩部机构的前臂。ARMinI的肩部机构被建模为3自由度球形关节。因为人体肩部具有5个自由度，所以ARMinI不能对患者施加人体工学运动。下一代本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于人体的外骨骼(1)，包括：a)关节元件(2)，所述关节元件通过末端执行器安装件(4)直接或间接地与人体的关节相互作用，其中b)所述末端执行器安装件(4)布置成在平面中执行任意平面平行移动，从而能够实现所述末端执行器安装件(4)相对于所述关节元件(2)的主体(3)的叠加的平移和转动。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.06.21 US 61/499,6631.一种用于人体的外骨骼(1)，包括：a)关节元件(2)，所述关节元件通过末端执行器安装件(4)直接与人体的关节相互作用，并直接附着于所述人体的关节，其中b)所述末端执行器安装件(4)布置成在平面中执行任意平面平行移动，从而能够实现所述末端执行器安装件(4)相对于所述关节元件(2)的主体(3)的叠加的平移和转动，并且c)其中，所述关节元件(2)相对于与所述关节元件(2)相互作用的人体关节为自对准。2.根据权利要求1所述的外骨骼(1)，其中，所述关节元件(2)包括并联机构。3.根据权利要求2所述的外骨骼(1)，其中，所述并联机构是3-RPR、3-RRR、3-PRR、3-RPP、3-RRP或3-PRP机构。4.根据权利要求1-3中任一项所述的外骨骼(1)，其中，所述末端执行器安装件(4)包括至少三个平移轴(16、26、36)，其中所述轴a)刚性连接到所述末端执行器安装件(4)；b)布置成与末端执行器的任意平面平行移动的平面平行；并且c)布置成彼此具有夹角(19、29、39)。5.根据权利要求4所述的外骨骼(1)，其中，所述末端执行器包括三个平移轴，两个轴之间的夹角(19、29、39)是100°-140°。6.根据权利要求5所述的外骨骼(1)，其中，所述夹角(19、29、39)为120°。7.根据权利要求4所述的外骨骼(1)，其中，所述轴(16、26、36)分别由直线轴承(10、20、30)引导，其中，所述直线轴承相对于所述主体(3)在一个或多个环形路径(14、24、34)上能够独立地移动，其中，所述环形路径(14、24、34)布置成与所述末端执行器安装件(4)的任意平面平行移动的平面平行。8.根据权利要求7所述的外骨骼(1)，其中，所述直线轴承能够沿着一个公共环形路径(14、24、34)移动。9.根据权利要求7所述的外骨骼(1)，其中，所述直线轴承(10、20、30)分别相对于所述环形路径(14、24、34)由转动轴承(12、22、32)支撑，其中，所述转动轴承(12、22、32)的转动轴(16、26、36)布置成垂直...
【专利技术属性】
技术研发人员：帕特格鲁·沃尔坎，
申请(专利权)人：萨班哲大学，
类型：
国别省市：
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