[实用新型]一种上肢康复训练系统及主动运动装置

说明书

本实用新型涉及一种上肢康复训练系统及主动运动装置，属于电气技术领域。系统中主动运动装置包括若干关节电机组件和控制器，横梁和大臂连杆通过肩关节电机组件连接，大臂连杆和小臂连杆通过肘关节电机组件连接，小臂连杆和手部机构通过腕关节电机组件连接，控制器控制连接各关节电机组件中的电机，各关节电机组件还包括减速器、输出转接件和固定件，各关节电机组件的输出转接件和固定件均通过连接件连接，各连接件上均固定有一维应变传感器；或者各输出转接件与对应的固定件均通过一维应变传感器连接；各一维应变传感器与控制器连接。本实用新型通过若干个一维应变传感器对不同的关节的应变进行直接检测，提高了控制器输入量的准确性。

技术领域

本实用新型涉及一种上肢康复训练系统及主动运动装置，属于电气技术领域。

背景技术

上肢康复系统用来给上肢功能障碍患者提供辅助运动康复训练，包含主动运动方式和被动运动方式。其中由机器带动人体上肢的运动称为被动运动；由人带动机器运动称为主动运动。

当采用主动运动方式的时候，主动运动装置包括应变传感器、控制器和电机。人体对机器施加一定的力，所施加的力的大小被应变传感器采集，应变传感器将采集的信息发送至控制器，控制器通过算法识别力的方向和大小，来判断人的运动意图，从而控制相应电机的运动速度和位置。控制器是整个上肢智能康复训练系统的控制核心，并且控制器为数字型的，因此进入控制器的数据必须是数字的，而应变传感器所采集的信号是模拟量，为了转换成控制器可以识别和通讯的信号，需要对应变传感器输出的信号进行A/D转换。

现有的主动运动装置中力的采集是通过机械臂末端(机械末端也即手部机构) 安装的一个六维力传感器实现的，六维力传感器仅仅在机械臂末端安装一个。六维力传感器的具体结构如图1所示，并且六维力传感器能够同时测量六个方向的力和力矩，通过特殊的转换调节装置将外力信息以电压信号输出。六维力传感器有六个输出通道，分别代表每一个方向外荷载的大小，输入和输出的计算复杂，具体六维力传感器的计算原理可参考作者为张思远、名称为“一种新型高精度六维力传感器的设计与研究”的暨南大学论文和作者为刘朋、名称为“基于高次曲线的并联式六维力传感器静态标定”的华北理工大学论文。

然而六维力传感器安装在末端，需要对末端的不同方向的外力进行计算，进而控制器根据每个方向的力计算出每个关节的控制量以控制每个关节电机工作。可以看出六维力传感器在得到每个方向的力时进行了复杂的运算，运算便存在误差，因此采用六维力传感器作为每个方向力的输入并不准确，进而使得控制器的控制量不准确，导致康复训练的训练效果差；同时六维力传感器的价格在2.5到 3万，成本较高。

综上，现有的主动运动方式成本高、准确性低，导致训练效果差。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种主动运动装置，用以解决现有主动运动方式成本高、准确性低的问题，同时还提出一种上肢康复训练系统，用以解决现有的训练系统训练效果差的问题。

为实现上述目的，本申请提出了一种上肢康复训练系统的技术方案，包括立柱、与立柱连接的横梁、大臂连杆、小臂连杆、手部机构以及主动运动装置，主动运动装置包括肩关节电机组件、肘关节电机组件、腕关节电机组件以及控制器，横梁和大臂连杆通过肩关节电机组件连接，大臂连杆和小臂连杆通过肘关节电机组件连接，小臂连杆和手部机构通过腕关节电机组件连接，控制器控制连接各关节电机组件中的电机，各关节电机组件还包括减速器、输出转接件和固定件，各关节电机组件的输出转接件和固定件均通过连接件连接，各连接件上均固定有一维应变传感器，当固定件运动时，连接件发生形变，进而使得一维应变传感器的感应部分发生形变而检测出应变力；或者各输出转接件与对应的固定件均通过一维应变传感器连接，当固定件运动时，使得一维应变传感器的感应部分发生形变而检测出相应的应变力；各一维应变传感器通过A/D处理模块连接控制器的输入端。