[发明专利]摇杆式上肢康复装置及利用该装置进行康复训练的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种针对上肢运动功能障碍的康复训练装置，具体涉及一种摇杆式上肢康复装置以及利用该装置进行康复训练的方法。

背景技术

康复机器人的研究始于上世纪80年代。1990年以前，主要是欧美及日本从事此方面的研究。1990年以后康复机器人的研究进入到全面发展时期。国际上，康复机器人的研究开发越来越自动化与智能化。

在国内，康复机器人的研究有逐年递增的趋势，2008年清华大学王子羲等人申请的，公开号为CN101347380A的中国专利申请“一种训练平面可调式上肢偏瘫康复机器人装置”中公开了一种上肢康复机器人装置，该装置包括座椅、训练平面、训练平面调节装置，以及安装在训练平面上的机械臂等，通过调节训练平面的高度和角度，以满足不同患者在多平面内完成康复训练的需要。该装置结构简单，能够满足患者多种训练的需求，但是其本质上只是一种平面训练装置，因而在三维空间中的康复训炼受限于各个平面，无法实现三维空间中任意轨迹的运动，而且该装置由于结构限制，带动患者上肢康复训练时不具备柔顺性，使患者在康复活动中可能产生不适感。

发明内容

本发明的技术目的是提供一种摇杆式上肢康复装置，利用该装置能够实现在装置内三维空间中沿任意轨迹的康复训练。

本发明实现上述技术目的所采用的技术方案为：

一种摇杆式上肢康复装置，包括机械部分和控制部分，

所述的机械部分包括底座、伸缩摇杆、外弧形轨道与内弧形轨道；

所述的外弧形轨道通过轴承座固定在底座上，其一端通过第一减速机连接第一伺服电机；所述的内弧形轨道通过轴承座固定在底座上，其一端通过第二减速机连接第二伺服电机；所述的外弧形轨道，其半径略大于内弧形轨道的半径，跨立在内弧形轨道上方，并且与内弧形轨道形成一定夹角；

所述的伸缩摇杆包括直线电机与设置在直线电机外部的摇杆壳；

所述的直线电机包括定子和套接在定子上的动子；所述的动子与摇杆壳固定连接，所述的定子相对动子作直线运动；所述的定子一端通过六轴力传感器与把手相连接，六轴力传感器将来自把手的力信号转换为电压号；

所述的伸缩摇杆垂直穿过外弧形轨道与外弧形轨道内部，其摇杆壳底部通过万向球与底座定点位置相连接；以垂直穿过底座定点位置的轴线为中心轴，所述的伸缩摇杆能够沿外弧形轨道与内弧形轨道进行平面绕行运动；

所述的控制部分包括位置传感器、第一光电编码器、第二光电编码器、信号调理器、驱动器、运动控制卡、计算机以及与计算机相连接的显示器；

所述的位置传感器与定子相连接、用于记录定子相对动子的位置变化；

所述的第一光电编码器与外弧形轨道的另一端相连接，用于记录外弧形轨道偏离中心轴的角度值；所述的第二光电编码器与内弧形轨道的另一端相连接，用于记录内弧形轨道偏离中心轴的角度值；

所述的信号调理器与六轴力传感器相连接、用于将六轴力传感器输出的电压信号放大为适合采样的电压信号。

所述的三个驱动器为：与第一伺服电机相连接的第一伺服电机驱动器，与第二服电机相连接的第二伺服电机驱动器，与直线电机相连接的直线电机驱动器；

所述的运动控制卡通过PCI接口与计算机相连接，用于控制三个驱动器的输出电压和电流；

为了消除伸缩摇杆与外弧形轨道之间的间隙，并减少伸缩摇杆沿外弧形轨道运动时产生的摩擦力，优选在摇杆壳与外弧形轨道之间的间隙设置滑动轴承。

同理，为了消除伸缩摇杆与内弧形轨道之间的间隙，并减少伸缩摇杆沿内弧形轨道运动时产生的摩擦力，优选在摇杆壳与内弧形轨道之间的间隙设置滑动轴承。

为了限制定子在摇杆壳内部的摆动幅度，优选在动子上下方位置设置与摇杆壳固定连接、用于限定定子和动子之间相对位置的定位轴承。

为了提高直线电机的工作效率，优选在定子底部设置弹簧18，用于抵消定子17自身的重量。

所述的位置传感器可以采用但不限于光栅尺。

所述的外弧形轨道可以采用与内弧形轨道相接触的方式跨立在内弧形轨道，也可以采用与内弧形轨道存在一定间距的方式跨立在内弧形轨道。作为优选，所述的外弧形轨与内弧形轨道的夹角为90°。

作为优选，所述的底座定点位置在底座的几何中心。