[发明专利]串并联自适应滑模变结构运动镜像式上肢康复训练机器人及其控制方法

说明书

本发明涉及一种串并联自适应滑模变结构运动镜像式上肢康复训练机器人及其控制方法，该上肢康复训练机器人包括支架、驱动控制系统、大臂结构件、小臂结构件、柔性固定装置、运动捕捉系统和心率采集系统，大臂结构件末端与小臂结构件相铰接，驱动控制系统安装于支架上，用于驱动大臂结构件与小臂结构件进行转动；柔性固定装置分别安装于大臂结构件与小臂结构件上，用于手臂的固定；运动捕捉系统，用于获取佩戴者的动作信息；本发明将运动信号进行镜像处理后发送给上肢康复训练机器人，由机器人带动患者进行康复训练。避免传统的康复训练内容需要手动输入机器人程序造成的编程工作量过大问题。

技术领域

本发明涉及医用设备技术领域，是一种串并联自适应滑模变结构运动镜像式上肢康复训练机器人及其控制方法。

背景技术

“脑卒中”又称为“中风”和“脑血管意外”，属于急性脑血管疾病。其诱因为患者脑部血管破裂或是血管堵塞导致血液无法流入大脑而造成了脑组织损伤，分为缺血性卒中和出血性卒中。脑卒中高致残率的特点使得偏瘫成为其后遗症中最常见的症状。上肢比下肢的运动功能更加复杂和精细，康复也较下肢困难和缓慢，而且上肢是人体正常生活活动中的重要部位，不进行合理的康复治疗和恢复会极其影响患者的日常生活，不仅难以回归社会，甚至会成为整个家庭和社会的负担。

国务院印发的《“健康中国2030”规划纲要》中提出了制定及实施残疾预防和康复条例，可见，国家对残障人士的健康越来越重视。在此纲要中不仅指出了现有的康复问题，也提出了解决办法，如要加速康复医疗器械的创新能力，带动机器人等高端智能医疗器材的发展，调整优化健康服务体系，加强基层康复建设等来推动我国治疗康复行业的发展。可以看到，随着国民经济的不断提高，国家对身体残障人群的重视程度达到了空前的高度，未来也会大力扶持残障人士的康复治疗。

现有上肢康复训练机器人具有对肩、肘关节的运动训练功能。但现有的上肢康复机器人一般采用电机串联的结构，运动控制过程中受到串联结构固有的上、下级驱动系统相互干扰的影响，控制精度不高；现有的上肢康复机器人采用预先设置的固定轨迹带动患者进行康复训练，交互性差，患者主动康复训练的意愿不高。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种能够适应偏瘫患者需求的人体上肢智能康复训练机器人及其控制方法。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种串并联自适应滑模变结构运动镜像式上肢康复训练机器人，包括支架、驱动控制系统、大臂结构件、小臂结构件、柔性固定装置、运动捕捉系统和心率采集系统，所述大臂结构件末端与小臂结构件相铰接，所述驱动控制系统安装于支架上，用于驱动大臂结构件与小臂结构件进行转动；

所述柔性固定装置分别安装于大臂结构件与小臂结构件上，用于手臂的固定；

所述运动捕捉系统，用于获取佩戴者的动作信息，并传送给外部控制系统，外部控制系统根据运动捕捉系统获取的动作信息控制驱动控制系统进行运转，带动上肢康复训练机器人进行运动；

所述心率采集系统，用于获取佩戴者的心率信息，并传送给外部控制系统。

进一步的，所述驱动控制系统包括第一电机、第二电机、第三电机与传动机构，所述第一电机固定安装于支架上，所述第二电机通过连接件固定安装于第一电机的输出轴上，所述第三电机通过连接座固定安装于第二电机的输出轴上，所述大臂结构件与第三电机机体固定连接，所述第三电机通过传动机构带动小臂结构件绕铰接点进行转动。

进一步的，所述传动机构包括主动同步带轮、同步带与从动同步带轮，所述主动同步带轮安装于第三电机的输出轴上，所述从动同步带轮安装于大臂结构件与小臂结构件的铰接处，且从动同步带轮与小臂结构件固定连接，所述同步带设置于大臂结构件与小臂结构件之间。

进一步的，所述柔性固定装置由两组相铰接的伸缩件组成，两组伸缩件的铰接端位于大臂结构件与小臂结构件的铰接处，两组伸缩件的另一端分别铰接于大臂结构件与小臂结构件上。