[实用新型]穿戴型人体手臂震颤检测与抑制机器人

说明书

技术领域

本实用新型属于医疗机器人领域、外骨骼机器人领域，具体是指一种穿戴型人体手臂震颤检测与抑制机器人。

背景技术

震颤是一种不自主的、有节律性的、近似正弦往返摆动的肢体运动。40岁以上的中老年人有5％的人患有震颤疾病，特别是帕金森氏病，为近一二十年发病率呈上升趋势的常见病。震颤常见与人的肢体特别是手臂，影响精细动作、书写和餐饮，严重时可对病人的日常生活、工作、社会交往等带来诸多不便。尽管目前国内外很多研究机构对震颤研究很多年，但总的来说，存在如下问题：1.由于目前震颤的机理和起源至今尚未明确，对于震颤的治疗大多采用探索性方式，无法从根本上治愈；2.各种治疗药物虽能使震颤患者的临床症状在一定时间内获得一定程度的好转，但均不能阻止本病的自然进展，且各种药物都有不同程度的副反应，因而限制了其自身在临床上的应用；3.目前，一些较为先进的疗法尚处于研究阶段，虽然实验证明能较明显的提高该病的临床缓解率，减少了副作用，但也存在价格昂贵、远期疗效尚难肯定等问题。

借用机器人技术对患者震颤运动进行抑制，具有不言而喻的优越性。首先，该机器人能够对患者手臂震颤进行抑制或减弱，解决患者精细动作，诸如书写和餐饮等日常生活的不便问题，改善患者的生活质量；其次，该机器人能够帮助患者锻炼上肢肌肉，改善和促进上肢的血液循环，增强神经系统对运动功能的控制能力，达到改善或恢复患者运动机能的目的；再者，在目前还没有彻底了解震颤机理的情况下，排除了主观用药的盲目性。因此，研制一种结构轻巧、穿戴方便、安全可靠的机器人装置，用于抑制患者震颤运动，以便于使震颤患者的病情得到缓解或治疗，成为一项极具应用价值和市场前景的工作。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种穿戴型人体手臂震颤检测与抑制机器人，在不干扰患者的正常运动情况下，对患者的震颤运动进行抑制、缓解或治疗，解决震颤带给患者精细动作，诸如书写和餐饮等日常生活的不便问题，提高震颤患者的生活质量。

本实用新型的技术方案是：穿戴型人体手臂震颤检测与抑制机器人包括穿戴型外骨骼系统、震颤激励系统、震颤运动检测系统、信号处理与控制系统。穿戴型外骨骼系统包括上臂臂杆、肘关节机构、前臂臂杆、腕关节机构、手部机构，通过柔性连接机构穿套在人体手臂；震颤激励系统包括用于实现肘关节屈/伸运动的直流电机系统，用于实现肘关节旋内/外运动的直流电机系统，用于实现腕关节屈/伸运动的直流电机系统；震颤运动检测系统包括多种类型的传感器，分别安装在机器人的上臂、前臂、肘部、腕部与手部和患者的手部；信号处理与控制系统通过柔性连接装置集中固定在人体前臂。

所述穿戴型外骨骼系统采用“二连杆”形式的串联机构，包括上臂臂杆、肘关节机构、前臂臂杆、腕关节机构、手部机构；臂杆机构采用拟人化设计，上臂臂杆尺寸较短，长度约为人体上臂的2/3；前臂臂杆模仿手臂的尺骨结构，长度与前臂相当，并可以调节；上臂臂杆通过柔性连接机构与人体上臂进行连接；肘关节机构包括肘关节屈/伸运动直流电机系统，刚性连接机构，肘关节旋内/外直流电机系统，刚性连接机构；肘关节机构通过前臂臂杆、刚性连接机构与腕关节机构相连；腕关节机构包括腕关节屈/伸运动直流电机系统和刚性连接机构，通过柔性连接机构与手臂腕关节相连；手臂机构包括用于连接手掌的柔性连接机构，用于连接食指的柔性连接机构，用于连接中指的柔性连接机构。

所述震颤激励单元包括：用于实现肘关节屈/伸运动的直流电机驱动系统，用于实现肘关节旋内/外运动的直流电机驱动系统，用于实现腕关节屈/伸运动的直流电机驱动系统。

所述震颤运动检测系统包括：三个惯性传感器单元，主要由倾角仪、陀螺仪、加速度计组成，分别用于获取上臂、前臂和手部的俯仰角、翻滚角等倾角信息，肘关节和腕关节的三维角速度信息，以及肘关节和腕关节的三维角加速度等信息；三个三维力传感器，用于检测肘关节屈/伸运动直流电机、肘关节旋内/外直流电机以及腕关节屈/伸运动直流电机的三维输出力矩信息；肘关节屈/伸运动直流电机编码器、肘关节旋内/外运动直流电机编码器和腕关节屈/伸运动直流电机编码器，分别用于测量肘关节屈/伸运动电机系统、肘关节旋内/外运动电机系统和腕关节屈/伸运动电机系统的实际转动位置；另外，人体手部的食指、中指分别安装有三维加速度传感器，用于测量食指、中指的三维加速度值。