[发明专利]一种用于检测人体上肢肩部盂肱关节运动信息的穿戴外骨骼机构

说明书

技术领域

本发明属于康复医疗器械领域，涉及一种穿戴上肢外骨骼机构，可用于检测人体上肢运动过程中肩部盂肱关节运动信息。

背景技术

近二十年来，国内外的一些研究机构相继开展了上肢康复训练技术的研究，研制出多种功能各异的上肢康复机器人和康复训练设备，研制的部分康复训练外骨骼系统已开始进入临床应用阶段。人体上肢的关节运动信息是规划康复训练外骨骼系统导引运动的基础性数据，对患肢进行康复训练时，需要参照相关信息设计外骨骼系统的导引运动规律。因此，获得相对准确的上肢关节运动信息对于保证患肢的康复训练效果具有实际意义。

根据人体解剖学可知，人体肩部关节图1、图2所示错综复杂，它由肱骨、肩胛骨、锁骨、胸骨及其间的盂肱关节、肩锁关节、胸锁关节和肩胛胸壁关节连接而成，其中胸锁关节和肩胛胸壁关节运动学尚且不清楚，根据人体骨骼模型运动学分析，肩部关节中的盂肱关节(传统意义上的肩关节)在完成外展/内收,前屈/后伸的运动过程中，转动中心在人体肩部关节相对于人体胸骨的运动过程中，是漂移的，并且漂移轨迹并不是线性的，而是有多段低曲率弧线构成，并且肩部中心的漂移也不仅限于矢状面内，这使研究肩部盂肱关节的运动更加复杂，为了获得盂肱关节运动信息，本发明设计了一种穿戴外骨骼机构。在人体上肢带动外骨骼运动过程中，通过安置于外骨骼机构导轨移动副的位移传感器和安置于外骨骼机构盂肱关节转动处的光电编码器直接测得人体上肢盂肱关节出的运动信息。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种能检测盂肱关节运动信息，且结构简单、使用方便，占用体积小，制造成本低的一种用于检测人体上肢肩部盂肱关节运动信息的穿戴外骨骼机构。其设计理念是:在人体肩部结构的研究中，模型化处理是一切工作的开始，根据人体解剖学知识，并在参考人体骨骼学、人体骨骼运动学的基础上从人体中抽出胸骨(等价于刚体)，上肢带骨(根据人体骨骼学，上肢带骨包括锁骨和肩胛骨，可视为与锁骨和肩胛骨综合运动等效的虚拟骨骼，其长度对应于胸锁关节和盂肱关节中心点间的距离)，肱骨(等价于刚体)做相应的运动学分析，如图3所示。该运动学性质等价于理论力学中一般刚体的运动学模型，根据理论力学中刚体的一般运动学知识得知，上肢肩部胸骨的胸锁关节处相当于基础件，肱骨相当于运动的刚体，在肱骨的转动中心中取一个基点，再以基点为原点设立一个平移参考系和固定连接与刚体的随体参考系,如图4所示。这样，确定刚体在空间的位置就归结为确定随体参考系在空间的位置。在胸骨上建立定坐标系，设为o xyz，平移参考系或基点的位置可以用它在固定坐标系一组坐标数值来确定；随动参考系相对于平移参考系的姿态就可以用三个独立的角度值来确定，这样用六个独立的参数就可以确定肩部盂肱关节的位置和姿态，即准确获得肩部盂肱关节的运动信息，基于该运动学模型，设计出了一种用于检测人体上肢肩部盂肱关节运动信息的穿戴外骨骼机构，该外骨骼机构实现的功能是：在人体上肢上臂紧致穿戴该外骨骼，并做运动的情况下，外骨骼机构做随动运动，实现的功能是准确检测到上肢上臂运动盂肱关节旋转中心的位置和盂肱关节对于该位置时的姿态，即获得准确的人体上肢肩部盂肱关节运动信息。

本发明解决技术问题所采用的方案是：

一种用于检测人体上肢肩部盂肱关节运动信息的穿戴外骨骼机构，由三移动检测机构、T型连接板和三转动检测机构构成，三移动检测机构包括的支撑支架、第一导轨移动副装置、第二导轨移动副装置和第三导轨移动副装置，三转动检测机构包括盂肱关节收展关节装置、连接弯板、盂肱关节屈伸关节装置和盂肱关节旋转转动关节装置。

一种用于检测人体上肢肩部盂肱关节运动信息的穿戴外骨骼机构支撑支架，由蹄脚、蹄脚支撑件、支架第一型材、角件、支架第二型材、支架第三型材、端盖、支架第四型材和支架第五型材构成，其中四根蹄脚支撑件连接四个蹄脚支撑于地面，四根蹄脚支撑件、三根支架第一型材、四根支架第二型材、两根支架第三型材、支架第四型材和支架第五型材通过22套角件互相拼接成一体，并把两根支架第三型材、支架第四型材和支架第五型材两端端面用8个端盖盖上，构成支撑支架，该支撑支架用于支撑肩部盂肱关节运动信息的穿戴外骨骼机构，是肩部盂肱关节运动信息的穿戴外骨骼机构运动的基础。