[发明专利]一种基于肌电信号的足下垂患者康复训练机器人

说明书

本发明提供一种基于肌电信号的用于辅助足下垂患者进行康复训练的机器人，其包括助行机构、传感模块和靴子。助行机构主要包括执行器主体板、脚部连接件以及驱动装置，执行器主体板借助于第一连接轴与脚部连接件的后端部进行连接。传感模块包括肌电传感器及其安装底板。利用靴子将助行机构进行支撑并装饰，达到美化效果。在控制上，基于人体大腿、小腿之间肌电信号的规律来预测患者的运动意图，通过患者大腿前侧肌电信号值，识别出人体进行背屈或者跖屈运动所需达到的位姿，控制机器人辅助患者完成预定动作的训练，实现足下垂康复训练。本发明结构简单，感知系统能够获取患者的行走意图，是辅助足下垂患者进行康复训练及正常行走的康复机器人。

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种基于肌电信号规律的用于辅助足下垂患者进行康复并实现正常行走的可穿戴外骨骼康复机器人。

背景技术

外骨骼康复机器人可以辅助足下垂患者进行一系列的康复运动，患者能够与其相互合作。在康复机器人的带动下，辅助患者完成所需的运动，从而实现外骨骼康复机器人协助足下垂患者进行康复训练和实现正常行走的目的。

足下垂是现代社会中常见的疾病类型之一，按其病理类型来分，可分为先天性足下垂、创伤性足下垂以及神经源性足下垂。其中，先天性足下垂在早期可通过按摩的手法进行矫正，也可以通过手术来纠正畸形。创伤性足下垂是踝部发生创伤后导致的，或者是脑中风、偏瘫、外伤等原因导致的。神经源性足下垂是由于坐骨神经、腓总神经损伤导致的，由于神经系统具有重塑性，倘若足下垂患者在患病早期能够得到及时地治疗，就有很大的希望摆脱足下垂疾病的困扰。足下垂患者在行走时呈“画圈步态”，步态的异常较明显，对其身心健康造成了一定的伤害。由于足下垂患者的患肢无法进行较长时间的活动，会导致足背伸肌群无力，易造成病情的加重，所以，及早进行治疗和康复训练很重要。

迄今为止，用于足下垂康复训练的方式主要有传统的护理人员协助康复训练法、功能性电刺激法和应用外骨骼康复机器人的康复训练法。由于护理人员与足下垂患者之间的比例是失调的，采用护理人员协助康复训练法会加大护理人员的劳动强度，且此康复模式不能够精确记录与控制患者的运动轨迹、速度、强度等参数，会造成患者患肢的运动角度、运动位置等达不到所需标准，在病人恢复健康的过程中会产生不利的影响。功能性电刺激法利用低频脉冲电流来刺激肌肉进行运动，若长时间内使用此法，会造成患者的肌肉疲劳，存在二次伤害的风险。应用外骨骼康复机器人的康复训练法是人体在外骨骼的牵引下按照一定的轨迹进行运动，根据人体患肢的运动机理来布置传感器模块，外骨骼的运动参数容易获取，方便康复医师对患者的康复程度做出评估与后续外骨骼带动人体运动的参数修改。

对足下垂的康复治疗已成为康复医学界的焦点之一，结合以上所述内容，为更好地对足下垂患者进行康复训练，优选外骨骼康复机器人康复训练法，与之相关的文献有《可穿戴三自由度踝足运动康复外骨骼系统研究与开发》，该文献中外骨骼的运动是依靠足底力传感器检测患者的步态，利用控制系统实现对外骨骼位置的调控，但是此类导航信号不能够将信息及时地反馈给控制系统，无法预测患者的运动意图。文献《外骨骼康复机器人联合Lokomat下肢康复机器人对脑卒中患者步行功能的疗效》是利用患者步行时小腿的倾斜角度或者足底压力的变化来启动装置，进而控制电脉冲传输至腓总神经，进行电刺激，这种方法容易使患者肌肉疲劳。故需采用一种能够预测足下垂患者运动意图的导航信号，及时、精确且安全地调控设备，辅助足下垂患者进行相应的运动。

发明内容

本发明的目的是在外骨骼康复机器人的带动下，辅助足下垂患者进行康复训练并实现正常行走。

通过对足下垂患者进行肌电信号的测量后发现，患者大腿的肌电信号值与正常人接近，小腿前侧肌电信号值明显弱于正常人的小腿肌电信号值。由此可知，足下垂患者的大腿能够正常工作，基于人体大腿、小腿之间肌电信号的规律来预测患者的运动意图，通过患者大腿前侧肌电信号值，识别出人体进行背屈或者跖屈运动所需达到的位姿，控制机器人辅助患者完成预定动作的训练。