[发明专利]基于ARM的上肢康复训练机器人系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种康复训练机器人系统，尤其涉及一种基于ARM处理器的上肢康复训练机器人系统。

背景技术

我国每年有120-150万人新患急性脑血管病，在幸存者中约70％-80％的病人留有不同程度的残疾。包括偏瘫、语言不利、神志障碍、面瘫(口眼歪斜)、二便失禁等，其中偏瘫居首位。对于中风病人，对其偏瘫部位进行康复训练是十分重要和关键的医疗手段，及早进行康复训练可以大大减少残疾的可能性。另一方面由于意外事故造成的肢体受伤的病人在临床上与中风病人一样，也需要进行康复训练以恢复其部分肢体功能。

偏瘫康复训练的传统方法是治疗师对患者进行手把手的训练。病人中风以后，部分中枢神经受到损伤，对身体某一部分的运动控制功能丧失。急性期内瘫肢通常衰弱无力，即处于软瘫期；大约治疗一周以后，肌张力逐渐增高，出现异常运动模式，继续进行康复治疗，可以恢复部分或全部运动功能。在这整个过程中，偏瘫患者上肢的各种动作必须在治疗师的辅助之下才能完成。通常治疗师要握住患者的患肢，通过各种手法辅助患者进行运动。这种训练方式存在如下一些问题：一名治疗师只能同时对一名患者进行动作训练，训练效率低下；由于治疗师自身的原因，可能无法保证患者得到足够的训练强度。

康复机器人技术在欧美等国家已经得到了科研工作者和医疗机构的普遍重视，比较典型的是1991年MIT设计完成了第一台上肢康复训练机器人系统MIT-MANUS，该设备采用五连杆机构，末端阻抗较小，利用阻抗控制实现训练的安全性、稳定性和平顺性，它有2个自由度，帮助中风患者的肩、肘运动。另一个上肢康复训练机器人系统是MIME，该设备由斯坦福大学研究人员设计，使用工业机器人PUMA-560对患者患肢进行操纵，既可以提供平面运动训练，也可以作三维运动训练。患者前臂以夹板夹持，夹板上装有六轴力传感器、气动过载断开传感器和快速连接/断开机构。

在我国，康复医学工程虽然得到了普遍的重视，但康复机器人研究仍处于起步阶段，清华大学在国家“863”计划支持下，从2000年起即开展了机器人辅助神经康复的研究，研制了一种上肢康复设备UECM，可以在平面内进行两个自由度的运行训练。东南大学将力反馈遥操作机器人技术应用于康复医疗，设计了基于互联网的、一对多的力觉辅助远程康复医疗机器人系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的缺陷提出一种基于ARM处理器的上肢康复训练机器人系统。

本发明基于ARM处理器的上肢康复训练机器人系统，其特征在于所述系统包括机构部分、控制部分和电源，其中机构部分由底座、座椅、立柱、悬吊线、肘关节支撑套、病人端手柄、托盘、力传感器、医生端手柄、位置传感器、电机、康复训练牵引机械臂组成，控制部分由数据采集模块、ARM处理器系统电路、键盘电路、LCD显示电路、网络接口电路、存储卡电路、电机驱动电路、控制计算机组成，其中数据采集模块包括运动信号采集电路、信号调理电路，电机驱动电路包括光耦隔离电路、驱动放大电路；底座由导轨和平台组成，座椅设置于底座的导轨上，立柱固定在座椅后部底座的导轨上，肘关节支撑套通过悬吊线与立柱的悬梁固定，电机的底盘与底座的平台固定，位置传感器设置于电机的中部转轴上，电机的上部转轴与康复训练牵引机械臂的中部固定，康复训练牵引机械臂的一端设置有一个医生端手柄，病人端手柄通过托盘后与康复训练牵引机械臂的另一端固定，力传感器设置于病人端手柄的下部；力传感器、位置传感器的输出端分别与运动信号采集电路的输入端连接，运动信号采集电路的输出端与信号调理电路的输入端连接，信号调理电路的输出端、键盘电路的输出端分别与ARM处理器系统电路的输入端连接，ARM处理器系统电路的输出端与LCD显示电路的输入端连接，ARM处理器系统电路分别与网络接口电路、存储卡电路电连接，网络接口电路与控制计算机电连接，ARM处理器系统电路的输出端与光耦隔离电路的输入端连接，光耦隔离电路的输出端与驱动放大电路的输入端连接，驱动放大电路的输出端与电机的输入端连接；电源的输出端分别与机构部分、控制部分电连接。

本发明可以实现手动训练、自动训练和基于网络的远程训练，具有较好的实用价值。

附图说明

图1是本发明的系统框图；

图2是本发明的机械结构图；

图3是本发明的数据采集模块电路原理图；

图4是本发明的电机驱动电路原理图；

图5是本发明的ARM处理器系统电路模块框图。

具体实施方式