基于腦電控制的外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)及工作方法
【專利摘要】一種基于腦電控制的外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于它包括工作站、電機(jī)控制單元、外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人、腦電電極、腦肌電分析單元、傳感器單元和人機(jī)交互界面；其工作方法包括：視覺刺激、信號采集與傳輸、康復(fù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)、信息反饋、訓(xùn)練方法優(yōu)化；其優(yōu)越性在于：智能、便攜、安裝簡單、訓(xùn)練方法高效、利用手掌指關(guān)節(jié)的動(dòng)作來控制患者的康復(fù)運(yùn)動(dòng)。
【專利說明】基于腦電控制的外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)及工作方法(-)【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明屬于醫(yī)療器械領(lǐng)域，尤其是一種基于腦電控制的外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)及工作方法，特別適用于腦中風(fēng)引起的偏癱病人早期的手指康復(fù)訓(xùn)練。
(二)【背景技術(shù)】:
[0002]腦卒中(也稱腦中風(fēng))是嚴(yán)重威脅中老年人身體健康的疾病，隨著我國逐漸進(jìn)入老齡化社會(huì)，發(fā)病率有逐年上升的趨勢，每年有超過200萬人死于中風(fēng)。這種疾病引發(fā)了患者肢體運(yùn)動(dòng)功能的喪失及相關(guān)并發(fā)癥。尤其是上肢運(yùn)動(dòng)功能的喪失，極大地影響了患者日常生活的能力。手是人體結(jié)構(gòu)最重要的組成部分之一，它對人類的功能及外觀都顯得及其重要。特別是手的運(yùn)動(dòng)能力是人類的日常生活和工作得以順利進(jìn)行的基本保障?？茖W(xué)表明，癱瘓上肢大多數(shù)是從肩部先恢復(fù)，其次為上臂和前臂，最后是手指的恢復(fù)。同時(shí)，由于人手部分集中了大量的關(guān)節(jié)、神經(jīng)、血管、肌肉比較多，關(guān)節(jié)疾病、中風(fēng)等心血管疾病造成的偏癱也會(huì)導(dǎo)致手指關(guān)節(jié)肌腱纖維化和肌肉、韌帶的痙攣萎縮。因此，大多數(shù)康復(fù)訓(xùn)練過程主要以手的活動(dòng)程度作為上肢功能恢復(fù)的標(biāo)志。
[0003]目前的運(yùn)動(dòng)康復(fù)治療是在醫(yī)院中通過康復(fù)治療師進(jìn)行的，康復(fù)治療師向患者手指施力，讓患者手指恢復(fù)力量和運(yùn)動(dòng)范圍。然而，目前的運(yùn)動(dòng)康復(fù)治療存在很多問題。首先，康復(fù)過程是治療師與病人一對一的，對人力物力的消耗比較大，且治療費(fèi)用昂貴對患者造成巨大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。其次，康復(fù)過程持續(xù)時(shí)間較長，過程枯燥，患者缺乏主動(dòng)行和積極性，這使得恢復(fù)運(yùn)動(dòng)很難有效的刺激患者神經(jīng)的恢復(fù)。最后，目前的的康復(fù)訓(xùn)練依賴于康復(fù)治療師的經(jīng)驗(yàn)和主觀判斷，不能精確控制訓(xùn)練參數(shù)并且缺乏康復(fù)過程的客觀記錄，難以對康復(fù)效果進(jìn)行科學(xué)準(zhǔn)確評定，不利于患者的恢復(fù)。
[0004]外骨骼康復(fù)機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)符合人體工學(xué)，相當(dāng)于為患者的肢體增加一層外置的骨骼，以此來輔助患者進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，同時(shí)根據(jù)配套的傳感器控制外骨骼機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，并且對患者的康復(fù)情況進(jìn)行客觀評價(jià)，提高患者的康復(fù)效果。然而，現(xiàn)有的外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人采用的結(jié)構(gòu)比較龐大，有的需要外置一個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊來空置機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。除此之外，手指機(jī)器人的傳動(dòng)方式比較復(fù)雜，不利于裝卸，以及不能實(shí)現(xiàn)家庭康復(fù)。
(三)
【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種基于腦電控制的外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)及工作方法，構(gòu)建出一個(gè)運(yùn)動(dòng)刺激-大腦-神經(jīng)-計(jì)算機(jī)信息處理與控制-驅(qū)動(dòng)單元-偏癱部位(例如手指)運(yùn)動(dòng)-反饋界面-神經(jīng)-大腦這樣一種閉環(huán)控制系統(tǒng)；可以解決偏癱患者的手指運(yùn)動(dòng)功能的康復(fù)問題，是一種基于腦電控制的利用生物反饋(腦電信號)控制穿戴在患者手指關(guān)節(jié)的幫助患者恢復(fù)運(yùn)動(dòng)功能的外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案:一種基于腦電控制的外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于它包括工作站、電機(jī)控制單元、外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人、腦電電極、腦肌電分析單元、傳感器單元和人機(jī)交互界面；其中，所 述工作站接收腦肌電分析單元和傳感器單元的輸出信號，其輸出端連接電機(jī)控制器的輸入端；所述外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人的輸入端連接電機(jī)控制單元的輸出端，其輸出端將信號傳遞給患者；所述傳感器單元的輸入端接收患者的病原信號，其輸出端與工作站的輸入端連接；所述腦電電極的輸入端測取患者的腦電波信號，其輸出端連接腦肌電分析單元的輸入端；所述人機(jī)交互界面輸出感官信號給患者。
[0007]所述傳感器單元由彎曲傳感器和力傳感器構(gòu)成，安裝在外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人上。
[0008]所述工作站是能夠模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境及狀態(tài)的虛擬系統(tǒng)。
[0009]所述外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人是由電機(jī)、驅(qū)動(dòng)軸、手掌部分、轉(zhuǎn)動(dòng)軸1、手指MCP
(Metacarpophalangeal joint-掌指關(guān)節(jié))關(guān)節(jié)、轉(zhuǎn)動(dòng)軸I1、轉(zhuǎn)動(dòng)軸II1、螺紋軸、手指PIP
(Proximal interphalangeal joint-近端指間關(guān)節(jié))關(guān)節(jié)、轉(zhuǎn)動(dòng)軸 IV、手指 DIP (Distal
interphalangeal joint-遠(yuǎn)端指間關(guān)節(jié))關(guān)節(jié)、傳動(dòng)輪1、傳動(dòng)輪I1、傳動(dòng)輪II1、傳動(dòng)輪
IV、傳動(dòng)輪V、平行槽軸、連接桿；其中，所述電機(jī)安裝在手掌部分；所述驅(qū)動(dòng)軸通過頂絲與電機(jī)軸連接；所述平行槽軸與驅(qū)動(dòng)軸連接；所述傳動(dòng)輪V通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸I連接在手掌部分；所述傳動(dòng)輪IV和傳動(dòng)輪III通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸II和轉(zhuǎn)動(dòng)軸III與手指MCP關(guān)節(jié)連接；所述傳動(dòng)輪I通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸IV連接在手指PIP關(guān)節(jié)上；所述螺紋軸與傳動(dòng)輪III通過鋼絲繩形成微型鋼絲繩傳動(dòng)結(jié)構(gòu)；所述傳動(dòng)輪II通過螺紋連接固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸III上；所述手指PIP關(guān)節(jié)和手指DIP關(guān)節(jié)之間依螺紋通過連接桿連接；所述手指DIP關(guān)節(jié)通過螺紋頂絲固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸IV上。
[0010]所述傳動(dòng)輪1、傳動(dòng)輪I1、傳動(dòng)輪II1、傳動(dòng)輪IV和傳動(dòng)輪V上均有寬度為1.5-2mm的用來與鋼絲繩進(jìn)行配合的平行槽。
[0011]所述傳動(dòng)輪1、傳動(dòng)輪I1、`傳動(dòng)輪II1、傳動(dòng)輪IV和傳動(dòng)輪V之間通過鋼絲繩連接，形成微型鋼絲繩傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。
[0012]所述手指MCP關(guān)節(jié)、手指PIP關(guān)節(jié)和手指DIP關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)上有MCP關(guān)節(jié)連接開槽、手指PIP關(guān)節(jié)連接開槽和手指DIP關(guān)節(jié)連接開槽；所述開槽與尼龍搭扣帶配合安裝，將患者手指和外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人進(jìn)行連接。
[0013]所述外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人的手指PIP關(guān)節(jié)部分有可調(diào)節(jié)滑槽，所述滑槽與螺釘配合安裝，根據(jù)患者的手指尺寸通過螺釘進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0014]所述外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人采用鋁合金和不銹鋼材料。
[0015]所述外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人與患者接觸的地方呈弧形，且弧度滿足人體工學(xué)的設(shè)計(jì)要求。
[0016]一種基于腦電控制的外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)的工作方法，其特征在于它包括以下步驟:
[0017]①患者接受人機(jī)界面的視覺刺激:
[0018]人機(jī)交互界面發(fā)送視覺刺激信號給患者，使患者的大腦產(chǎn)生腦電信號；
[0019]②腦電信號的采集和傳輸:
[0020]通過穿戴在患者大腦的腦電電極采集患者的腦電信號，并將其傳遞給腦肌電分析單元，由腦肌電分析單元對腦電電極產(chǎn)生的信號進(jìn)行分析，并將分析結(jié)果輸出給工作站；
[0021]③外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng):
[0022]工作站接受到信號，工作站通過電機(jī)控制單元驅(qū)動(dòng)安裝在外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人上的電機(jī)運(yùn)動(dòng)，控制外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人，提供一個(gè)驅(qū)動(dòng)力矩輔助患者執(zhí)行康復(fù)訓(xùn)練，促使其完成彎曲和伸展運(yùn)動(dòng)；
[0023]④患者康復(fù)信息的反饋:
[0024]傳感器單元的彎曲傳感器和力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)情況，不斷采集人體的骨骼信息，進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練并保證訓(xùn)練過程中的安全性，同時(shí)將康復(fù)訓(xùn)練過程中的信息傳遞給工作站；
[0025]⑤康復(fù)訓(xùn)練方法的優(yōu)化:
[0026]患者可以根據(jù)工作站的虛擬系統(tǒng)看到自己的運(yùn)動(dòng)情況，獲取自己的運(yùn)動(dòng)信息，促使改變自己的腦電信號，并優(yōu)化自己的康復(fù)訓(xùn)練方法。
[0027]所述步驟③中外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)有以下幾個(gè)步驟構(gòu)成:
[0028]⑴外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人主要采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)帶動(dòng)平行槽軸，通過鋼絲繩使傳動(dòng)輪V轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手指MCP關(guān)節(jié)的彎曲；
[0029]⑵傳動(dòng)輪V通過鋼絲繩帶動(dòng)傳動(dòng)輪IV和傳動(dòng)輪111轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)輪111和螺紋軸配合實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手指PIP關(guān)節(jié)彎曲；
[0030]⑶轉(zhuǎn)動(dòng)軸111 帶動(dòng)傳動(dòng)輪11轉(zhuǎn)動(dòng)并通過鋼絲繩將運(yùn)動(dòng)傳遞給傳動(dòng)輪I，使得轉(zhuǎn)動(dòng)軸IV產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手指DIP關(guān)節(jié)的彎曲；
[0031]⑷上述步驟⑴、⑵和⑶的關(guān)節(jié)彎曲信號將作為驅(qū)動(dòng)力矩傳遞給患者，輔助患者執(zhí)行康復(fù)訓(xùn)練，促使其完成彎曲和伸展運(yùn)動(dòng)。
[0032]本發(fā)明的優(yōu)越性在于:1、采用腦電信號作為控制方法，將腦電信號控制與外骨骼康復(fù)機(jī)器人訓(xùn)練系統(tǒng)結(jié)合，用人體生物電信號作為控制信號，可以高效的刺激患者大腦的可塑性恢復(fù)，并且該系統(tǒng)具有智能，可攜帶性，適于家庭康復(fù)等特點(diǎn)；2、采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，改變了過往的外骨骼手指結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置和運(yùn)動(dòng)裝置相分離的缺點(diǎn)，大大減小了康復(fù)系統(tǒng)的尺寸，同時(shí)，機(jī)器人傳動(dòng)結(jié)構(gòu)采用微型鋼絲繩傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，解決了傳動(dòng)結(jié)構(gòu)安裝復(fù)雜的問題；3、外骨骼機(jī)器人主要采用鋁合金和不銹鋼材料，符合人體工學(xué)的設(shè)計(jì)，在機(jī)器人的關(guān)節(jié)處設(shè)計(jì)有調(diào)劑裝置以滿足不同患者的穿戴需求；4、采用一些傳感器技術(shù)，實(shí)時(shí)客觀的反饋系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)信息，為患者制定高效科學(xué)的康復(fù)訓(xùn)練方法；5、將外骨骼機(jī)器人技術(shù)與康復(fù)醫(yī)學(xué)相結(jié)合，科學(xué)證明高效的運(yùn)動(dòng)刺激有助于偏癱患者的神經(jīng)再塑，因此該機(jī)器人主要使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式提供人手掌指關(guān)節(jié)(MCP關(guān)節(jié))，近端指間關(guān)節(jié)(PIP關(guān)節(jié))遠(yuǎn)端指間關(guān)節(jié)(DIP關(guān)節(jié))的三個(gè)自由度的屈伸運(yùn)動(dòng)，刺激患者神經(jīng)，幫助其恢復(fù)運(yùn)動(dòng)功能。
(四)【專利附圖】

【附圖說明】:
[0033]圖1為本發(fā)明所涉一種基于腦電控制的外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖。
[0034]圖2為本發(fā)明所涉一種基于腦電控制的外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)中外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人的右側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]圖3為本發(fā)明所涉一種基于腦電控制的外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)中外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人的左側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036]其中，I為電機(jī)，2為驅(qū)動(dòng)軸，3為手掌部分，4為轉(zhuǎn)動(dòng)軸I，5為手指MCP關(guān)節(jié)，6為轉(zhuǎn)動(dòng)軸II，7為轉(zhuǎn)動(dòng)軸III，8為螺紋軸，9為手指PIP關(guān)節(jié)，10為轉(zhuǎn)動(dòng)軸IV，11為手指DIP關(guān)節(jié)，12為傳動(dòng)輪I，13為傳動(dòng)輪II，14為傳動(dòng)輪III，15為傳動(dòng)輪IV，16為傳動(dòng)輪V，17為平行槽軸，18為手指MCP關(guān)節(jié)連接開槽，19為手指PIP關(guān)節(jié)連接開槽，20為手指PIP關(guān)節(jié)可調(diào)節(jié)滑槽，21為連接桿，22為手指DIP關(guān)節(jié)連接開槽。
(五)【具體實(shí)施方式】:
[0037]實(shí)施例:一種基于腦電控制的外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)(見圖1)，其特征在于它包括工作站、電機(jī)控制單元、外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人、腦電電極、腦肌電分析單元、傳感器單元和人機(jī)交互界面；其中，所述工作站接收腦肌電分析單元和傳感器單元的輸出信號，其輸出端連接電機(jī)控制器的輸入端；所述外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人的輸入端連接電機(jī)控制單元的輸出端，其輸出端將信號傳遞給患者；所述傳感器單元的輸入端接收患者的病原信號，其輸出端與工作站的輸入端連接；所述腦電電極的輸入端測取患者的腦電波信號，其輸出端連接腦肌電分析單元的輸入端；所述人機(jī)交互界面輸出感官信號給患者。
[0038]所述傳感器單元由(見圖1)彎曲傳感器和力傳感器構(gòu)成，安裝在外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人上。
[0039]所述工作站(見圖1)是能夠模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境及狀態(tài)的虛擬系統(tǒng)。
[0040]所述外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人(見圖2、圖3)是由電機(jī)1、驅(qū)動(dòng)軸2、手掌部分3、轉(zhuǎn)動(dòng)
軸14、手指MCP (Metacarpophalangeal joint-掌指關(guān)節(jié))關(guān)節(jié)5、轉(zhuǎn)動(dòng)軸116、轉(zhuǎn)動(dòng)軸
1117、螺紋軸 8、手指 PIP(Proximal interphalangeal joint-近端指間關(guān)節(jié))關(guān)節(jié) 9、轉(zhuǎn)
動(dòng)軸IV10、手指DIP (Distal i nterphalangeal joint-遠(yuǎn)端指間關(guān)節(jié))關(guān)節(jié)11、傳動(dòng)輪
112、傳動(dòng)輪II13、傳動(dòng)輪II114、傳動(dòng)輪IVl5、傳動(dòng)輪V16、平行槽軸17、連接桿21 ;其中，所述電機(jī)I安裝在手掌部分3 ;所述驅(qū)動(dòng)軸2通過頂絲與電機(jī)軸連接；所述平行槽軸17與驅(qū)動(dòng)軸2連接；所述傳動(dòng)輪V16通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸14連接在手掌部分3 ;所述傳動(dòng)輪IV15和傳動(dòng)輪II114通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸116和轉(zhuǎn)動(dòng)軸II17與手指MCP關(guān)節(jié)5連接；所述傳動(dòng)輪112通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸IVlO連接在手指PIP關(guān)節(jié)9上；所述螺紋軸8與傳動(dòng)輪III14通過鋼絲繩形成微型鋼絲繩傳動(dòng)結(jié)構(gòu)；所述傳動(dòng)輪Π13通過螺紋連接固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸III7上；所述手指PIP關(guān)節(jié)和手指DIP關(guān)節(jié)之間依螺紋通過連接桿21連接；所述手指DIP關(guān)節(jié)11通過螺紋頂絲固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸IVlO上。
[0041]所述傳動(dòng)輪112、傳動(dòng)輪1113、傳動(dòng)輪11114、傳動(dòng)輪IV15和傳動(dòng)輪V16上均有寬度為1.5mm的用來與鋼絲繩進(jìn)行配合的平行槽(見圖3)。
[0042]所述傳動(dòng)輪112、傳動(dòng)輪1113、傳動(dòng)輪11114、傳動(dòng)輪IV15和傳動(dòng)輪V16之間通過鋼絲繩連接，形成微型鋼絲繩傳動(dòng)結(jié)構(gòu)(見圖3)。
[0043]所述手指MCP關(guān)節(jié)5、手指PIP關(guān)節(jié)9和手指DIP關(guān)節(jié)11關(guān)節(jié)上有MCP關(guān)節(jié)連接開槽18、手指PIP關(guān)節(jié)連接開槽19和手指DIP關(guān)節(jié)連接開槽22 ;所述開槽與尼龍搭扣帶配合安裝，將患者手指和外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人進(jìn)行連接(見圖3)。
[0044]所述外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人的手指PIP關(guān)節(jié)9部分有可調(diào)節(jié)滑槽20，所述滑槽與螺釘配合安裝，根據(jù)患者的手指尺寸通過螺釘進(jìn)行調(diào)節(jié)(見圖3)。
[0045]所述外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人采用鋁合金和不銹鋼材料。
[0046]所述外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人與患者接觸的地方呈弧形，且弧度滿足人體工學(xué)的設(shè)計(jì)要求。[0047]一種基于腦電控制的外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)的工作方法，其特征在于它包括以下步驟:
[0048]①患者接受人機(jī)界面的視覺刺激:
[0049]人機(jī)交互界面發(fā)送視覺刺激信號給患者，使患者的大腦產(chǎn)生腦電信號；
[0050]②腦電信號的采集和傳輸:
[0051]通過穿戴在患者大腦的腦電電極采集患者的腦電信號，并將其傳遞給腦肌電分析單元，由腦肌電分析單元對腦電電極產(chǎn)生的信號進(jìn)行分析，并將分析結(jié)果輸出給工作站；
[0052]③外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng):
[0053]工作站接受到信號，工作站通過電機(jī)控制單元驅(qū)動(dòng)安裝在外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人上的電機(jī)運(yùn)動(dòng)，控制外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人，提供一個(gè)驅(qū)動(dòng)力矩輔助患者執(zhí)行康復(fù)訓(xùn)練，促使其完成彎曲和伸展運(yùn)動(dòng)；
[0054]④患者康復(fù)信息的反饋:
[0055]傳感器單元的彎曲傳感器和力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)情況，不斷采集人體的骨骼信息，進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練并保證訓(xùn)練過程中的安全性，同時(shí)將康復(fù)訓(xùn)練過程中的信息傳遞給工作站；
[0056]⑤康復(fù)訓(xùn)練方法的優(yōu)化:
[0057]患者可以根據(jù)工作站的虛擬系統(tǒng)看到自己的運(yùn)動(dòng)情況，獲取自己的運(yùn)動(dòng)信息，促使改變自己的腦電信號，并優(yōu)化自己的康復(fù)訓(xùn)練方法。
[0058]所述步驟③中外骨骼手指康`復(fù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)有以下幾個(gè)步驟構(gòu)成:
[0059]⑴外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人主要采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)帶動(dòng)平行槽軸，通過鋼絲繩使傳動(dòng)輪V轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手指MCP關(guān)節(jié)的彎曲；
[0060]⑵傳動(dòng)輪V通過鋼絲繩帶動(dòng)傳動(dòng)輪IV和傳動(dòng)輪111轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)輪111和螺紋軸配合實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手指PIP關(guān)節(jié)彎曲；
[0061 ] ⑶轉(zhuǎn)動(dòng)軸111帶動(dòng)傳動(dòng)輪11轉(zhuǎn)動(dòng)并通過鋼絲繩將運(yùn)動(dòng)傳遞給傳動(dòng)輪I，使得轉(zhuǎn)動(dòng)軸IV產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手指DIP關(guān)節(jié)的彎曲；
[0062]⑷上述步驟⑴、⑵和⑶的關(guān)節(jié)彎曲信號將作為驅(qū)動(dòng)力矩傳遞給患者，輔助患者執(zhí)行康復(fù)訓(xùn)練，促使其完成彎曲和伸展運(yùn)動(dòng)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于腦電控制的外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于它包括工作站、電機(jī)控制單元、外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人、腦電電極、腦肌電分析單元、傳感器單元和人機(jī)交互界面；其中，所述工作站接收腦肌電分析單元和傳感器單元的輸出信號，其輸出端連接電機(jī)控制器的輸入端；所述外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人的輸入端連接電機(jī)控制單元的輸出端，其輸出端將信號傳遞給患者；所述傳感器單元的輸入端接收患者的病原信號，其輸出端與工作站的輸入端連接；所述腦電電極的輸入端測取患者的腦電波信號，其輸出端連接腦肌電分析單元的輸入端；所述人機(jī)交互界面輸出感官信號給患者。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于腦電控制的外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于所述傳感器單元由彎曲傳感器和力傳感器構(gòu)成，安裝在外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于腦電控制的外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于所述工作站是能夠模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境及狀態(tài)的虛擬系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于腦電控制的外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于所述外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人是由電機(jī)、驅(qū)動(dòng)軸、手掌部分、轉(zhuǎn)動(dòng)軸1、手指MCP關(guān)節(jié)、轉(zhuǎn)動(dòng)軸I1、轉(zhuǎn)動(dòng)軸II1、螺紋軸、手指PIP關(guān)節(jié)、轉(zhuǎn)動(dòng)軸IV、手指DIP關(guān)節(jié)、傳動(dòng)輪1、傳動(dòng)輪I1、傳動(dòng)輪II1、傳動(dòng)輪IV、傳動(dòng)輪V、平行槽軸、連接桿；其中，所述電機(jī)安裝在手掌部分；所述驅(qū)動(dòng)軸通過頂絲與電機(jī)軸連接；所述平行槽軸與驅(qū)動(dòng)軸連接；所述傳動(dòng)輪V通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸I連接在手掌部分；所述傳動(dòng)輪IV和傳動(dòng)輪III通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸II和轉(zhuǎn)動(dòng)軸III與手指MCP關(guān)節(jié)連接；所述傳動(dòng)輪I通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸IV連接在手指PIP關(guān)節(jié)上；所述螺紋軸與傳動(dòng)輪III通過鋼絲繩形成微型鋼絲繩傳動(dòng)結(jié)構(gòu)；所述傳動(dòng)輪II通過螺紋連接固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸III上；所述手指PIP關(guān)節(jié)和手指DIP關(guān)節(jié)之間依螺紋通過連接桿連接；所述手指DIP關(guān)節(jié)通過螺紋頂絲固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸IV上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種基于腦電控制的外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于所述傳動(dòng)輪1、傳動(dòng)輪I1、傳動(dòng)輪II1、傳動(dòng)輪IV和傳動(dòng)輪V上均有寬度為1.5-2mm的用來與鋼絲繩進(jìn)行配合的平行槽；`
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種基于腦電控制的外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于所述傳動(dòng)輪1、傳動(dòng)輪I1、傳動(dòng)輪II 1、傳動(dòng)輪IV和傳動(dòng)輪V之間通過鋼絲繩連接，形成微型鋼絲繩傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種基于腦電控制的外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于所述手指MCP關(guān)節(jié)、手指PIP關(guān)節(jié)和手指DIP關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)上有MCP關(guān)節(jié)連接開槽、手指PIP關(guān)節(jié)連接開槽和手指DIP關(guān)節(jié)連接開槽；所述開槽與尼龍搭扣帶配合安裝，將患者手指和外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人進(jìn)行連接； 所述外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人的手指PIP關(guān)節(jié)部分有可調(diào)節(jié)滑槽，所述滑槽與螺釘配合安裝，根據(jù)患者的手指尺寸通過螺釘進(jìn)行調(diào)節(jié)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于腦電控制的外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于所述外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人采用鋁合金和不銹鋼材料； 所述外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人與患者接觸的地方呈弧形，且弧度滿足人體工學(xué)的設(shè)計(jì)要求。
9.一種基于腦電控制的外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)的工作方法，其特征在于它包括以下步驟:①患者接受人機(jī)界面的視覺刺激: 人機(jī)交互界面發(fā)送視覺刺激信號給患者，使患者的大腦產(chǎn)生腦電信號； ②腦電信號的采集和傳輸: 通過穿戴在患者大腦的腦電電極采集患者的腦電信號，并將其傳遞給腦肌電分析單元，由腦肌電分析單元對腦電電極產(chǎn)生的信號進(jìn)行分析，并將分析結(jié)果輸出給工作站； ③外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng): 工作站接受到信號，工作站通過電機(jī)控制單元驅(qū)動(dòng)安裝在外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人上的電機(jī)運(yùn)動(dòng)，控制外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人，提供一個(gè)驅(qū)動(dòng)力矩輔助患者執(zhí)行康復(fù)訓(xùn)練，促使其完成彎曲和伸展運(yùn)動(dòng)； ④患者康復(fù)信息的反饋: 傳感器單元的彎曲傳感器和力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)情況，不斷采集人體的骨骼信息，進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練并保證訓(xùn)練過程中的安全性，同時(shí)將康復(fù)訓(xùn)練過程中的信息傳遞給工作站； ⑤康復(fù)訓(xùn)練方法的優(yōu)化: 患者可以根據(jù)工作站的虛擬系統(tǒng)看到自己的運(yùn)動(dòng)情況，獲取自己的運(yùn)動(dòng)信息，促使改變自己的腦電信號，并優(yōu)化自己的康復(fù)訓(xùn)練方法。
10.根據(jù)權(quán)利要 求9所述一種基于腦電控制的外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)的工作方法，其特征在于所述步驟③中外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)有以下幾個(gè)步驟構(gòu)成: ⑴外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人主要采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)帶動(dòng)平行槽軸，通過鋼絲繩使傳動(dòng)輪V轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手指MCP關(guān)節(jié)的彎曲； ⑵傳動(dòng)輪V通過鋼絲繩帶動(dòng)傳動(dòng)輪IV和傳動(dòng)輪III轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)輪III和螺紋軸配合實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手指PIP關(guān)節(jié)彎曲； ⑶轉(zhuǎn)動(dòng)軸III帶動(dòng)傳動(dòng)輪II轉(zhuǎn)動(dòng)并通過鋼絲繩將運(yùn)動(dòng)傳遞給傳動(dòng)輪I，使得轉(zhuǎn)動(dòng)軸IV產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手指DIP關(guān)節(jié)的彎曲； ⑷上述步驟⑴、⑵和⑶的關(guān)節(jié)彎曲信號將作為驅(qū)動(dòng)力矩傳遞給患者，輔助患者執(zhí)行康復(fù)訓(xùn)練，促使其完成彎曲和伸展運(yùn)動(dòng)。
【文檔編號】A61B5/0482GK103750975SQ201310749588
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】郭書祥, 魏巍, 張帆, 趙芳, 趙鑫, 郭健, 吉月輝, 馬旭, 丁新會(huì), 任心怡 申請人:天津理工大學(xué)