[发明专利]带肌电感知的穿戴式小臂主动康复训练外骨骼装置

说明书

本发明请求保护一种带肌电感知的穿戴式小臂主动康复训练外骨骼装置，属于机器人领域。该装置由外骨骼支架、小臂旋转机构、肘屈伸机构、驱动电机和肌电信号采集装置构成，可实现肘关节屈伸和小臂旋转两个自由度的主动康复训练。大小臂支架采用半开放结构更易于穿戴，且内衬关键位置预埋肌电信号采集装置，采集康复训练过程中的手臂肌电信号，进而可根据肌肉张力情况调整各关节电机运动，提升训练安全性和效果。小臂屈伸机构采用两组电机‑伞齿轮传动形式，通过2个电机同步协调运动实现小臂屈伸运动。小臂旋转机构采用钢丝传动方式，小臂旋转角度达180°。本专利能更方便、更安全、更有效的进行康复训练，可广泛应用于医院、社区和家庭。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，特别涉及一种带肌电感知的穿戴式小臂主动康复训练外骨骼装置，具体来说是一种针对小臂旋转和肘关节屈伸2个关节主动康复训练而设计的外骨骼装置。

背景技术

由于中风等疾病造成的人体上臂功能失能，会对患者的生活造成极大的影响。通过及时有效的康复训练，可以帮助患者重建上臂运动功能，改善患者的生活质量。针对人体上臂康复训练需求设计康复机器人，是近年来康复医疗学科研究的热点。传统的人工物理疗法中，治疗师们劳动强度大且要求具有高度熟练技巧。康复机器人旨在利用机器人原理，把智能控制与人体运动相结合，且能够承受高的工作强度。人们借助康复机器人的标准化的重复运动，可以促进神经功能重塑，最终达到恢复患者运动及控制能力的目的。

近些年来市面上出现的康复训练机器人体积过大，比较笨重，用户使用不够友好等问题。本发明专门针对人体比较容易受伤的肘关节和小臂旋转关节进行小臂主动康复训练，机械结构方面进行了大量创新设计，做到质量轻，可穿戴，舒适度强。同时，为了克服传统康复训练仪只能机械重复执行预设康复训练轨迹，训练效果不佳的问题，通过引入肌电感知系统，根据肌电信号调整康复训练轨迹，有效避免了病人康复训练过程中的肌肉拉伤等二次损伤等情况，提高康复训练的有效性。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种提高康复训练的有效性、简化结构的带肌电感知的穿戴式小臂主动康复训练外骨骼装置。本发明的技术方案如下：

一种带肌电感知的穿戴式小臂主动康复训练外骨骼装置，其包括：外骨骼支架、肘屈伸机构、小臂旋转机构、驱动电机及肌电信号采集器(7)，其中，所述外骨骼支架用于固定人体大臂和小臂，同时用于支撑肘屈伸机构及小臂旋转机构，所述外骨骼支架中预埋有肌电信号采集器(7)来检测人体肌肉张力，所述驱动电机包括第一驱动电机和第二驱动电机，所述第一驱动电机用于对肘屈伸机构提供动力，所述第二驱动电机用于为小臂旋转机构提供动力；所述肌电信号采集器(7)、第一驱动电机和第二驱动电机与控制系统相连，肌电信号采集器(7)采集人体肌电信号后，将信号传给控制系统，控制系统对肌电信号进行分析后，修正驱动电机的运动轨迹，并控制驱动电机运动；所述驱动电机的驱动力传递给肘屈伸机构和小臂旋转机构，带动人体上臂康复运动，通过肘屈伸机构和小臂旋转机构的运动使得装置具有两个主动运动自由度，分别是小臂旋转运动和肘关节屈伸运动；所述肘屈伸机构包括小伞齿轮(9)、大伞齿轮(10)、小臂屈伸连接板(11)、轴(13)、螺柱(14)及轴承(15)，其中第一驱动电机通过直角弯板分别对称固定在大臂支架(4)的内侧和外侧，第一驱动电机输出轴端固定小伞齿轮(9)，轴(13)穿过嵌套于大臂支架(4)和小臂屈伸连接板(11)内的轴承(15)，轴(13)的一端高出大臂支架(4)，该端固定大伞齿轮(10)与电机输出轴端的小伞齿轮(9)啮合，轴(13)的另一端与小臂屈伸连接板(11)通过顶丝固定连接。

进一步的，所述外骨骼支架包括小臂支架(2)、小臂支撑环(3)、大臂支架(4)、大臂支撑环(5)，其中小臂支架(2)上设置有小臂支撑环(3)，大臂支架(4)上设置有大臂支撑环(5)，所述小臂支架(2)与大臂支架(4)之间连接。

进一步的，所述大臂支架(4)和小臂支架(2)采用半开放式结构，所述大臂支架(4)和小臂支架(2)的内衬由柔软材料制作。