專利名稱：一種繩牽引上肢康復機器人及其控制方法
技術領域：
本發明涉及一種醫學輔助治療裝置，尤其涉及康復肢體訓練的裝置及其控制方法。
背景技術：
腦卒中等心腦血管疾病是嚴重危害人類健康的常見病，在中國，每年新發完全性腦卒中120 150萬人，死亡者80 100萬人，其中，三分之二的腦卒中后存活者遺留單側肢體運動功能障礙，就是俗稱的"偏癱"，急性期患者的發生率更高，嚴重影響患者的日常行為能力。目前，臨床上對偏癱患者的康復方法主要是物理治療醫師對患者的一對一的物理治療。這樣的方法雖然能夠幫助患者改善偏癱側肢體的運動，但也存在著如下不足第一，物理治療通常在醫院進行，這對已經具有運動功能障礙的患者非常不方便；第二，物理治療是一種勞力集中的過程，物理治療師難以長時間保持高強度，重復性治療，同時我國現有中風患者接近1000萬，而從業的物理治療師數量在萬人左右，物理治療師的數量嚴重不足。利用機器人技術設計的康復機器人可以輔助物理治療師進行康復訓練，將物理治療師從高強度的體力勞動中解放出來；另外可利用機器人上所附帶的高精度傳感器對訓練過程進行監測與評價，讓物理治療師更準確把握患者的運動功能恢復情況，從而相應制定合理的訓練計劃，使得偏癱康復訓練更有針對性和科學性。從20世紀80年代起，康復機器人研究開始受到關注，目前康復機器人方面的研究是世界上許多國家的研究熱點。從目前的國內外文獻來看，有關康復機器人的機械本體結構大致可分為3種類型端部結構、外骨骼結構及混合型結構。端部結構康復機器人的特點通常是在某一點上與患者身體部位相接觸，此類結構設計簡單，方便不同患者使用。端部結構的典型代表有麻省理工學院研發的康復機器人MIT-Manus。相比起端部結構，外骨骼結構的康復機器人多處與患者身體部位相接觸，實現在患者身體的不同部位同時施加力/力矩作用。但是外骨骼結構的不足之處在于它對不同患者的適應性較差，需要針對個人來進行專門的調整。外骨骼結構的康復機器人的典型代表有鏡像運動使能器。混合型結構的康復機器人綜合了端部結構和外骨骼結構康復機器人所具有的一系列優點，既可對施加在患者身體不同部位的力 /力矩進行獨立控制，又可滿足不同運動的需要，因此獲得廣大研究者的廣泛重視。瑞士研究學者Tobias Nef等人研發出的ARMin康復機器人就是采用混合式結構設計的，上臂和肘關節的內旋/外旋驅動采用的是外骨骼結構，而肩部的水平/垂直旋轉運動是由連接在上臂和固定在墻壁上的兩軸之間的端部結構驅動。大多數現有的康復機器人只能提供單關節或兩個自由度的活動，為患者提供簡單的直線、曲線或者平面運動，動作范圍，活動關節受限、少數多自由度的康復機器人可以幫助患者在三維空間進行活動，但是隨著機器人自由度的提高，其結構也變得非常復雜，對控制方法和安全性的要求也相對較高。能完成類似日常生活動作的多關節復合協同運動康復訓練的康復機器人的研究是目前的熱點，但是技術還不成熟。

發明內容
本發明提供一種繩牽引上肢康復機器人及其控制方法來幫助患者改善運動功能。 控制方法包括被動控制與肌電驅動下的主動控制，兩種控制方法之間可以相互切換。康復機器人系統結構設計分為支架式和立柱式，康復機器人能幫助運動功能障礙患者支撐上臂和前臂，在接近正常人的運動空間進行康復訓練，實現最優化的運動功能恢復。本發明提供的一種繩牽引上肢康復機器人，為支架式結構，包括中央控制裝置、控制方式選擇開關、主支架和副支架，所述主支架上的伺服電機M4連接副支架，通過中央控制裝置控制副支架水平旋轉；副支架上具有多個前端設置有伺服電機的懸臂梁，多個所述伺服電機分別接收中央控制裝置的控制信號，通過繩子牽引同一個托板在三維空間中運動，患者前臂放置于所述托板上隨托板一起在三維空間中運動，多個所述伺服電機上的繩子在懸臂梁的引出位置，以及懸臂梁的方向可根據每個人的具體人體參數進行匹配調整。進一步，所述副支架上至少具有三個懸臂梁，三個懸臂梁前端分別連接的所述伺服電機為M1，M2，M3，伺服電機M1，M2，M3分別接收中央控制裝置的控制信號，通過繩子牽引同一個托板在三維空間中運動，伺服電機M4牽引托板帶動肩關節在水平面做內收外展運動。進一步，所述繩牽引上肢的康復機器人，還包括肌電信號采集裝置，其一端通過電極檢測患者的肌電信號，另一端連接中央控制裝置，將采集的肌電信號反饋給所述中央控制裝置，控制伺服電機Ml、M2、M3、M4運動。所述肌電信號采集裝置記錄上肢體與肩肘關節運動相關的肌肉的肌電信號，上肢運動軌跡和繩牽引力也被同步記錄并輸入至中央控制裝置；所述中央控制裝置對采集的所述肌電信號進行預處理，將每個通道的肌電信號按照對應肌肉的肌電信號最大張收縮的包絡幅值進行歸一化，根據所述肌電信號，實時計算康復機器人的四個伺服電機M1、M2、M3、M4所需提供的輔助力和關節角度參數，從而得到控制康復機器人運動的命令，牽引托板在三維空間中運動。本發明還提供一種繩牽引上肢康復機器人，為立柱式結構，包括中央控制裝置、控制方式選擇開關和至少三個立柱，所述立柱位于患者周圍，每個立柱上設置有伺服電機，所述伺服電機接收中央控制裝置控制信號，通過繩子直接牽引或匹配滑輪組牽引同一個托板，控制放置有患者前臂的所述托板在三維空間中運動；所述伺服電機上的繩子的引出位置，以及伺服電機的固定位置可根據每個人的具體人體參數進行匹配調整。比如采用三個立柱，所述立柱位于患者周圍，三個立柱上分別設置有伺服電機M1， M2，M3，伺服電機Ml，M2，M3分別接收中央控制裝置控制信號，通過三根繩子直接牽引或匹配滑輪組牽引同一個托板，控制放置有患者前臂的所述托板在三維空間中運動。進一步，還包括肌電信號采集裝置，其一端通過電極檢測患者的肌電信號，另一端連接中央控制裝置，將采集的肌電信號反饋給所述中央控制裝置，控制伺服電機運動。所述肌電信號采集裝置記錄上肢體與肩肘關節運動相關的肌肉的肌電信號，上肢運動軌跡和繩牽引力也被同步記錄并輸入至中央控制裝置；所述中央控制裝置用于對采集的所述肌電信號進行預處理，將每個通道的肌電信號按照對應肌肉的肌電信號最大張收縮的包絡幅值進行歸一化，根據所述肌電信號，實時計算康復機器人所需提供的輔助力和關節角度參數，結合中央控制裝置中設置康復訓練程序，建立控制模型，從而得到控制康復機器人運動的命令。例如，根據所述肌電信號，采用主元分析算法進行降維，估計所采集的肌電信號選擇前四維的信息進行實時計算康復機器人所需提供的輔助力和關節角度參數，結合中央控制裝置中設置康復訓練程序，建立控制模型，從而得到控制康復機器人運動的命令。所述中央控制裝置用于結合采集到的上肢運動軌跡，控制伺服電機提供輔助力牽引托板在三維空間中運動。本發明還提供一種繩牽引上肢的康復機器人的控制方法，包括步驟A、在康復機器人的中央控制裝置中設置康復訓練程序和訓練參數；B、根據康復機器人的中央控制裝置中設置的康復訓練程序和訓練參數，選擇被動控制方式或主動控制方式，由中央控制裝置控制至少三個伺服電機，分別通過繩子牽引放置有患者前臂的托板，提供輔助力，讓前臂隨托板一起在三維空間中運動。進一步，在步驟B中，當采用被動控制方式時，伺服電機通過繩子牽引放置有患者前臂的托板沿著固定軌跡在三維空間做外展、內收、屈曲、伸展的肩關節肘關節運動，以及復合協同運動；當采用主動控制方式時，通過與中央控制裝置連接肌電信號采集裝置，根據患者患側肩關節肘關節肌電信號，實時計算康復機器人所需提供的輔助力和關節角度參數，結合中央控制裝置控制伺服電機提供輔助力牽引托板在三維空間中運動。所述控制方法還包括以下步驟在控制運動的過程中，記錄測試者的上肢運動軌跡和繩牽引力，并同步記錄上肢體與肩肘關節運動相關的肌肉的肌電信號，使用這些參數評估測試者運動功能障礙的程度。本發明實施例提供的一種繩牽引上肢的康復機器人及其控制方法具有以下優占.
^ \\\ ·1、繩牽引上肢的康復機器人結構簡單，制作成本低，控制靈活，可在三維空間提供上肢康復運動的牽引輔助力。2、控制方法多樣，可以選擇主動與被動控制方式，參數調節自由。被動訓練參數， 結構參數等相關參數可以根據病人身體狀況和具體的個體參數自由的調整，甚至可以通過控制切換控制模式。3、主動控制方式下，建立了多通道肌電控制方法，通過繩牽引的方法輔助患者患側上肢肩、肘關節在三維空間進行在三維空間做外展、內收、屈曲、伸展等肩關節肘關節運動，以及復合協同運動的康復訓練。


圖1是本發明實施例一提供的一種繩牽引上肢康復機器人結構示意圖。圖2是本發明實施例二提供的一種繩牽引上肢康復機器人結構示意圖。圖3是本發明實施例三提供的一種繩牽引上肢康復機器人結構示意圖。圖4是本發明實施例四提供的一種繩牽引上肢康復機器人結構示意圖。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步地詳細描述。如圖1所示，本發明實施例一提供的一種繩牽引上肢康復機器人，為支架式被動控制模式的結構，包括中央控制裝置、控制方式選擇開關、主支架和副支架，主支架上的伺服電機M4連接副支架，通過中央控制裝置控制副支架水平旋轉，副支架上設置有三個懸臂梁，三個懸臂梁上分別連接三個伺服電機Ml，M2，M3，接收中央控制裝置的控制信號，分別通過繩子施加力Fl、F2、F3牽引同一個托板在三維空間中運動，患者前臂放置于托板上隨托板一起在三維空間中運動，伺服電機M4牽引肩關節在水平面做內收外展運動，伺服電機 Ml、M2、M3牽引肘關節在三維空間內運動，繩子由懸臂梁上方沿三個方向引出，主支架在測試者肩部之上，為了能夠增大在水平面運動空間，整個機器人的上半部分連接至一個伺服電機M4，使得整個上半部分能夠在水平面上旋轉，伺服電機可與肩關節外展或內收運動共軸旋轉，目的是為輔助患者進行肩關節外展訓練，擴大偏癱患者在機器人輔助下的運動空間。三個所述懸臂梁通過繩子牽引托板方便患者在更大的運動空間開展康復訓練。所述伺服電機上的繩子在懸臂梁的引出位置以及懸臂梁的方向可根據每個人的具體人體參數進行匹配調整。需要說明的是可以根據使用需要，設置4個或更多個前端安裝有伺服電機的懸臂梁，這樣可以更加精確的控制牽引放有患者前臂的托板在三維空間中運動，實現優異的治療效果，以及復合協同運動的康復訓練。如圖2所示，本發明實施例二提供的一種繩牽引上肢康復機器人，為支架式主動控制模式的結構，在實施例一的基礎上，所述康復機器人還包括肌電信號采集裝置，其一端通過電極檢測患者的肌電信號，另一端連接中央控制裝置，將采集的肌電信號反饋給所述中央控制裝置，控制伺服電機Ml、M2、M3、M4運動。所述肌電信號采集裝置記錄上肢體與肩肘關節運動相關的肌肉的肌電信號，上肢運動軌跡和繩牽引力也被同步記錄并輸入至中央控制裝置；所述中央控制裝置對采集的所述肌電信號進行預處理，將每個通道的肌電信號按照對應肌肉的肌電信號最大張收縮的包絡幅值進行歸一化，根據所述肌電信號，采用主元分析算法進行降維，估計所采集的肌電信號選擇前四維的信息進行實時計算康復機器人所需提供的輔助力和關節角度參數，結合中央控制裝置中設置康復訓練程序，牽引托板在三維空間中運動。如圖3所示，本發明實施例三提供的一種繩牽引上肢康復機器人，為立柱式被動控制模式的結構，包括中央控制裝置、控制方式選擇開關和至少三個立柱，在本實施例中采用三個立柱立于患者周圍圓形的三個等分點上，三個伺服電機Ml，M2，M3固定在對應的立柱上，接收中央控制裝置控制信號，分別通過三根繩子施加力Fl、F2、F3牽引同一個托板在三維空間中運動，患者前臂放置于托板上隨托板一起在三維空間中運動，康復機器人通過繩牽引提供輔助力，方便患者在更大的運動空間開展康復訓練。所述伺服電機M1，M2，M3上的繩子的引出位置，以及伺服電機Ml，M2，M3的固定位置可根據每個人的具體人體參數進行匹配調整。當然伺服電機還可固定在立柱下面，通過滑輪來連接托板。如圖4所示，本發明實施例四提供的一種繩牽引上肢康復機器人，為立柱式主動控制模式的結構，在實施例三的基礎上，所述康復機器人還包括肌電信號采集裝置，其一端通過電極檢測患者的肌電信號，另一端連接中央控制裝置，將采集的肌電信號反饋給所述中央控制裝置，控制伺服電機Ml、M2、M3運動。所述肌電信號采集裝置記錄上肢體與肩肘關節運動相關的肌肉的肌電信號，上肢運動軌跡和繩牽引力也被同步記錄并輸入至中央控制裝置；所述中央控制裝置用于對采集的所述肌電信號進行預處理，將每個通道的肌電信號按照對應肌肉的肌電信號最大張收縮的包絡幅值進行歸一化，根據所述肌電信號，實時計算康復機器人所需提供的輔助力和關節角度參數，結合中央控制裝置中設置康復訓練程序，建立控制模型，從而得到控制康復機器人運動的命令；所述中央控制裝置用于結合采集到的上肢運動軌跡，控制伺服電機提供輔助力牽引托板在三維空間中運動。本發明的康復機器人通過繩子的牽引提供輔助力，例如可幫助患者支撐上肢，方便患者在更大的運動空間開展康復訓練，有利上肢運動功能的恢復。托板上也可以增加負重，可以給患者提供一定的阻尼，幫助患者訓練肌肉力量。本發明實施例提供了兩種控制繩牽弓I上肢的康復機器人控制方法，包括被動控制和主動控制，兩種控制方法之間可以相互切換。這兩種控制方法主要包含(1)被動式控制模式機器人系統的被動控制方法主要用于向患者提供持續的被動運動的輔助力，在這種控制方法下電機通過繩子牽引固定托板在三維空間輔助患者上肢運動，在實施例一中， 托板通過繩子連接到康復機器人副支架的三個伺服電機Ml，M2，M3上，伺服電機牽引托板輔助患者肩肘關節在三維空間做屈曲、伸展等肩關節肘關節運動，以及復合協同運動。另夕卜，整個上部支架連接至一個直流電機M4，使得康復機器人上半部分能夠在水平面上旋轉， 輔助患者肩關節在水平面做外展/內收運動。在實施例2中托板通過繩子連接到康復機器人立柱的伺服電機Ml，M2，M3上。根據寫入控制模塊的固定康復訓練程序和預先設置好的訓練參數，由中央控制裝置控制各個電機旋轉拉動繩子牽引托板提供給患側上肢肩關節和肘關節輔助力，牽引肩關節和肘關節在三維空間沿著預先設定的軌跡做外展、內收、屈曲、伸展、以及復合協同運動的康復訓練。(2)主動式控制模式主動控制方法是由肌電信號記錄儀同步記錄上肢體與肩肘關節運動相關的肌肉的肌電信號。對所采集到的肌電信號進行濾波、整流、歸一化后根據控制模型，實時計算出康復機器人所需提供的輔助力和關節角度參數，進一步得到控制康復機器人運動的命令， 輸出對應的信號給康復機器人，幫助測試者在三維空間進行康復運動。本發明主動控制的控制模型的內容如下測試者在三維空間做外展、內收、屈曲、伸展等肩關節肘關節運動，以及復合協同運動的康復訓練，實時采集與肩肘關節運動相關的肌肉(例如可包括前三角肌、中三角肌、 后三角肌、背部斜方肌下側、上胸大肌、下胸大肌、二頭肌，三頭肌)的肌電信號，并同步采集肩肘關節運動軌跡。對采集的所述肌電信號進行預處理，將每個通道的肌電信號按照對應肌肉的肌電信號最大張收縮的包絡幅值進行歸一化，根據所述肌電信號，采用主元分析算法進行降維，估計所采集的肌電信號選擇前四維的信息建立計算肌肉信號、康復機器人所需提供的輔助力和關節角度參數之間的關系。本發明實施例五提供了一種繩牽弓I上肢康復機器人被動控制方法包括步驟P1、在康復機器人的中央控制裝置中控制模塊內寫入固定的康復訓練程序，運動角度范圍，重復次數與訓練時間長度都預先在程序中設置好。P2、中央控制裝置根據所寫入的康復訓練程序與預設參數控制康復機器人的電機牽引繩子通過托板按照指定運動軌跡，幫助測試者前臂在三維空間進行運動。伺服電機通過繩子牽引托板牽引肩關節和肘關節在三維空間做外展、內收、屈曲、伸展運動，以及復合協同運動。本發明實施例六提供了一種繩牽弓I上肢康復機器人主動控制方法，包括步驟S2、在康復機器人的中央控制裝置中設置康復訓練程序和訓練參數。S3、通過與中央控制裝置連接肌電信號采集裝置，記錄上肢體與肩肘關節運動相關的肌肉的肌電信號。S4、對采集的所述肌電信號進行預處理，將每個通道的肌電信號按照對應肌肉的肌電信號最大張收縮的包絡幅值進行歸一化，根據所述肌電信號，采用主元分析算法進行降維，估計所采集的肌電信號選擇前四維的信息進行實時計算康復機器人所需提供的輔助力和關節角度參數，從而得到控制康復機器人運動的命令。S6、結合采集到的上肢運動軌跡，控制伺服電機提供輔助力牽引托板在三維空間中運動，幫助測試者在三維空間進行運動。作為實施例六方法進一步的改進，本發明實施例七提供了一種繩牽引上肢的康復機器人主動控制的改進方法，包括步驟Si、在訓練的過程中，記錄測試者的上肢運動軌跡和繩牽引力，并同步記錄上肢體與肩肘關節運動相關的肌肉的肌電信號，使用這些參數評估測試者運動功能障礙的程度， 建立控制模型，找到牽引力、肌電信號和運動軌跡之間的關系。S2、在康復機器人的中央控制裝置中設置康復訓練程序和訓練參數。S3、通過與中央控制裝置連接肌電信號采集裝置，記錄上肢肩肘關節運動相關的肌肉的肌電信號。S4、對采集的所述肌電信號進行預處理，將每個通道的肌電信號按照對應肌肉的肌電信號最大張收縮的包絡幅值進行歸一化，根據所述肌電信號，采用主元分析算法進行降維，估計所采集的肌電信號選擇前四維的信息進行實時計算康復機器人所需提供的輔助力和關節角度參數，結合中央控制裝置中設置康復訓練程序，根據控制模型，從而得到控制康復機器人運動的命令。S5、研究由于患者的運動功能障礙所造成的參數改變，同時以正常人的參數和軌跡為標準對患者控制參數進行優化。S6、結合采集到的上肢運動軌跡，控制伺服電機提供輔助力牽引托板在三維空間中運動，幫助測試者在三維空間進行運動。具體的，建立固定支架和康復機器人運動的關系模型有兩種方式第一種，患者可以將前臂放在固定托板之上，托板通過繩子連接到康復機器人的三個力矩控制伺服電機 Ml, M2，M3，伺服電機通過繩子牽引托板在三維空間中運動，患者前臂放置于托板上隨托板一起在三維空間中運動，繩子由支架上方沿三個方向引出，支架在測試者肩部之上；所述康復機器人的上半部分連接至一個直流電機M4，使得整個上半部分能夠在水平面上旋轉，直流電機可與肩關節外展/內收運動共軸旋轉。第二種，患者可以將前臂放在固定托板之上， 托板通過繩子連接到三個伺服電機Ml，M2，M3上，所述電機固定到康復機器人的三個立柱上，伺服電機通過繩子牽引托板在三維空間中運動，患者前臂放置于托板上隨托板一起在三維空間中運動。 采用本發明的肌電控制繩牽引上肢的康復機器人及其控制方法，建立多通道肌電控制方法，通過繩牽引的方法輔助患者患側上肢肩、肘關節在三維空間進行復合協同運動的康復訓練，同時康復機器人能幫助運動功能障礙患者支撐上臂和前臂，在接近正常人的運動空間進行康復訓練，實現最優化的運動康復功能。
權利要求
1.一種繩牽引上肢康復機器人，其特征在于，包括中央控制裝置、控制方式選擇開關、 主支架和副支架，所述主支架上的伺服電機M4連接副支架，通過中央控制裝置控制副支架水平旋轉；副支架上具有多個前端設置有伺服電機的懸臂梁，多個所述伺服電機分別接收中央控制裝置的控制信號，通過繩子牽引同一個托板在三維空間中運動，患者前臂放置于所述托板上隨托板一起在三維空間中運動；多個所述伺服電機上的繩子在懸臂梁的引出位置，以及懸臂梁的方向可根據每個人的具體人體參數進行匹配調整。
2.根據權利要求1所述繩牽引上肢康復機器人，其特征在于，所述副支架上至少具有三個懸臂梁，三個懸臂梁前端分別設置的所述伺服電機為M1，M2，M3，伺服電機M1，M2，M3分別接收中央控制裝置的控制信號，通過繩子牽引同一個托板在三維空間中運動，伺服電機 M4牽引托板帶動肩關節在水平面做內收外展運動。
3.根據權利要求1或2所述繩牽引上肢康復機器人，其特征在于，還包括肌電信號采集裝置，其一端通過電極檢測患者的肌電信號，另一端連接中央控制裝置，將采集的肌電信號反饋給所述中央控制裝置，控制伺服電機Ml、M2、M3、M4運動。
4.根據權利要求3所述繩牽引上肢康復機器人，其特征在于，所述肌電信號采集裝置記錄上肢體與肩肘關節運動相關的肌肉的肌電信號，上肢運動軌跡和繩牽引力也被同步記錄并輸入至中央控制裝置；所述中央控制裝置對采集的所述肌電信號進行預處理，將每個通道的肌電信號按照對應肌肉的肌電信號最大張收縮的包絡幅值進行歸一化，根據所述肌電信號，實時計算康復機器人的四個伺服電機M1、M2、M3、M4所需提供的輔助力和關節角度參數，從而得到控制康復機器人運動的命令，牽引托板在三維空間中運動。
5.一種繩牽引上肢康復機器人，其特征在于，包括中央控制裝置、控制方式選擇開關和至少三個立柱，所述立柱位于患者周圍，每個立柱上設置有伺服電機，所述伺服電機接收中央控制裝置控制信號，通過繩子直接牽引或匹配滑輪組牽引同一個托板，控制放置有患者前臂的所述托板在三維空間中運動；所述伺服電機上的繩子的引出位置，以及伺服電機的固定位置可根據每個人的具體人體參數進行匹配調整。
6.根據權利要求5所述繩牽引上肢康復機器人，其特征在于，還包括肌電信號采集裝置，其一端通過電極檢測患者的肌電信號，另一端連接中央控制裝置，將采集的肌電信號反饋給所述中央控制裝置，控制伺服電機運動。
7.根據權利要求5所述繩牽引上肢康復機器人，其特征在于，所述肌電信號采集裝置記錄上肢體與肩肘關節運動相關的肌肉的肌電信號，上肢運動軌跡和繩牽引力也被同步記錄并輸入至中央控制裝置；所述中央控制裝置用于對采集的所述肌電信號進行預處理，將每個通道的肌電信號按照對應肌肉的肌電信號最大張收縮的包絡幅值進行歸一化，根據所述肌電信號，實時計算康復機器人所需提供的輔助力和關節角度參數，結合中央控制裝置中設置康復訓練程序， 建立控制模型，從而得到控制康復機器人運動的命令；所述中央控制裝置還用于結合采集到的上肢運動軌跡，控制伺服電機提供輔助力牽引托板在三維空間中運動。
8.—種繩牽引上肢康復機器人的控制方法，其特征在于，包括步驟A、在康復機器人的中央控制裝置中設置康復訓練程序和訓練參數；B、根據康復機器人的中央控制裝置中設置的康復訓練程序和訓練參數，選擇被動控制方式或主動控制方式，由中央控制裝置控制至少三個伺服電機，分別通過繩子牽引放置有患者前臂的托板，在三維空間中運動。
9.根據權利要求8所述控制方法，其特征在于，在步驟B中，當采用被動控制方式時，伺服電機通過繩子牽引放置有前臂的托板沿著固定軌跡在三維空間做外展、內收、屈曲、伸展的肩關節肘關節運動，以及復合協同運動；當采用主動控制方式時，通過與中央控制裝置連接肌電信號采集裝置，根據患者患側肩關節肘關節肌電信號，實時計算康復機器人所需提供的輔助力和關節角度參數，結合中央控制裝置控制伺服電機提供輔助力來牽引托板在三維空間中運動。
10.根據權利要求8所述控制方法，其特征在于，還包括以下步驟在控制運動的過程中，記錄測試者的上肢運動軌跡和繩牽引力，并同步記錄上肢體與肩肘關節運動相關的肌肉的肌電信號。
全文摘要
本發明公開了一種繩牽引上肢康復機器人及其控制方法，其中康復機器人包括中央控制裝置、控制方式選擇開關、伺服電機，牽引繩，托板和支架，可分為支架式和立柱式結構。控制方法包括被動控制與主動控制，兩種控制方法之間可以相互切換。支架式中M4電機連接主支架和副支架，控制副支架水平旋轉。副支架的三個懸臂梁連接三個伺服電機分別通過繩子牽引托板在三維空間中運動，患者前臂放置于托板上隨托板一起在三維空間中運動。立柱式中立柱上固定的三個伺服電機分別通過繩子牽引托板在三維空間中運動，患者前臂放置于托板上隨托板一起運動。康復機器人可輔助患者牽引上肢，方便患者在更大的運動空間開展康復訓練，實現最優化的運動功能恢復。
文檔編號A61F5/042GK102525712SQ20121005256
公開日2012年7月4日 申請日期2012年3月1日 優先權日2012年3月1日
發明者周偉, 孫睿, 宋嶸, 湯啟宇, 燕鐵斌 申請人:中山大學