[发明专利]基于力反馈技术的上肢主被动康复训练机器人系统

说明书

本发明公开了一种基于力反馈技术的上肢主被动康复训练机器人系统，包括机器人本体以及主被动训练上位机系统构成，可根据患者病情，开展对患者左、右肩关节内收/外展、前屈/后伸以及左、右肘关节前屈/后伸这些自由度的主、被动康复训练。在被动康复训练模式下，由机器人本体带动患者上肢按照上位机设定的轨迹运动，逐步恢复上肢的基本运动功能；在主动康复训练模式下，患者双手握住机器人本体的末端，与康复训练场景进行交互，并能感受到真实、精确的力反馈，而且支持实时训练数据记录，实现对康复训练效果科学、定量评估，提升康复治疗的效果。

技术领域

本发明涉及康复机器人，尤其涉及一种基于力反馈技术的上肢主被动康复训练机器人系统。

背景技术

随着社会的发展与老龄化的加剧，由于心脑血管或神经系统引发的偏瘫人数也逐年增多，康复医学逐渐受到社会的重视。有研究表明，脑卒中患者经过长期的康复训练，获得充分的运动与感知刺激，可以慢慢恢复运动功能。然而目前多为医护人员一对一辅助患者进行康复训练，不仅对患者的经济情况有要求，枯燥无味的长时间训练也让患者产生一定的心理负担。此外，康复训练效果主要依靠医护人员的主观判断，没有数据进行评估。近些年来，出现了一些能够代替医护人员进行重复性被动康复训练的装置，能够大大减轻医护人员的体力负担，让他们把更多的精力放在为患者定制个性化康复训练方案中。然而缺失主动康复训练功能的装置，与日常生活相脱节,影响患者独立生活能力。

一种基于力反馈技术的上肢主被动康复训练机器人系统使用一体化式的结构设计，不需要其他体感装置，能够提供主动、被动康复训练模式，在患者的整个康复阶段都能发挥其作用。被动训练动作可以根据患者的实际情况进行定制，并且，生动丰富的主动训练模式还能减轻患者在训练过程中的心理负担，在同游戏场景进行交互的过程中，系统还能提供精确的力反馈，增强沉浸感和真实感，提升训练效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于力反馈技术的上肢主被动康复训练机器人系统，针对需要进行上肢康复的患者，为其提供重复性的被动康复训练刺激与带有力反馈的主动康复训练。

技术方案：一种基于力反馈技术的上肢主被动康复训练机器人系统，其特征在于，包括：

机器人本体，包括两个用于放置患者手部的多自由度机械臂及电机单元，机械臂末端安装有力/力矩传感器；

主被动训练上位机系统，用于主动康复训练和/或被动康复训练；当系统提供被动康复训练时，患者手部由机械臂末端支撑，系统根据康复训练动作，将机械臂的预期末端位置轨迹解算为电机的运动角度，控制机械臂牵引双上肢完成系统设定的训练任务；当系统提供主动康复训练时，机械臂作为人机交互接口，由人机交互界面、力/力矩传感器提供视觉反馈和力觉反馈，完成虚拟康复训练场景中的任务。

进一步的，所述机器人本体通过可拆卸部件穿戴于人体。所述可拆卸部件优选为腰带，两个多自由度机械臂分别安装在腰带的两侧。

进一步的，所述被动康复训练具体包括如下内容：

系统根据康复训练动作，通过机械臂的逆运动学解算公式，将预期的末端位置轨迹解算为六个电机的运动角度并进行存储；

双上肢由机械臂驱动，按照设定的康复动作进行训练，直至达到规定的训练次数；

根据训练过程中电机的反馈信息，分析患者上肢动作的标准程度，并进行康复效果评分；经过多次康复效果评分之后，得出患者的被动康复效果曲线图。所述电机的反馈信息包括角度和/或电流。

进一步的，所述主动康复训练包括视觉反馈康复训练和力觉反馈康复训练：

视觉反馈康复训练：系统的人机交互界面上显示有康复训练任务的场景以及患者的虚拟手部，该虚拟手部的位置随患者手部的位置变化而变化，虚拟手部的位置由系统根据六个电机的角度信息，通过机械臂的正运动学解算公式计算得到，人机交互界面对患者的手部位置进行不断更新，为患者提供视觉反馈信息；