[发明专利]利用肌电信号提供机械帮助的康复机器人系统及训练方法

说明书

技术领域

本发明涉及辅助医疗康复训练设备领域，尤其涉及一种利用患者患侧肌电信号提供给患者机械帮助的康复机器人系统。 

背景技术

中风是一种常见的疾病。传统的中风康复仪器已经在美国专利US 5,466,213的“交互式机器人治疗师(Interactive robotic therapist)”和中国专利申请CN 1480118A的“偏瘫患者上肢复合运动的康复训练机器人”中作了介绍，这些康复设备能够对患者的肩肘关节进行康复训练。然而，这些康复机器人系统在患者由于自身运动困难所不能达到的运动空间只能进行被动的训练。 

由于患者的患侧肌肉通常仍然存在可以测量到的残余肌电信号(EMG信号)，因此，一些康复设备利用患者的残余EMG信号来调动患者主动参与到康复训练中，例如参见中国专利CN 2103990U的“肌电训练康复仪”。但是这些设备仅仅是根据检测出的肌电信号给患者提供一个视觉或者声音的反馈，并没有实际的机械帮助提供给患者。所以，尽管有助于提高患者的主动参与性，但是由于患者自身运动困难，导致运动质量受到很大的限制，所以仍不能很好地帮助患者进行康复训练。 

发明内容

本发明的总的目的是提供一种新的康复训练设备，帮助患者主动参与机械训练来改善运动功能。 

本发明的目的是提供一种能够利用生物反馈(肌电信号)提供给患部关节机械帮助的康复机器人系统。该康复机器人系统包括：包括依次串联连接 的肌电电极、数据采集卡以及控制部分，其特征在于还包括：驱动器，连接至数据采集卡；附加力矩提供部分，连接至驱动器；其中，肌电电极感测患部关节相对应的肌肉的肌电信号，并将所感测到的肌电信号经数据采集卡输入到控制部分，由控制部分使用所输入的肌电信号、以及根据需要设置的恒定力矩计算出将要提供给患部关节的附加力矩，并控制附加力矩提供部分提供给患部关节相应的附加力矩 

使用上述康复机器人系统，当患者有意识作用于患部肌肉时，患部肌肉即产生一些残余的肌电信号，这些残余的肌电信号经肌电电极等输入到控制部分，控制部分就会根据该肌电信号控制附加力矩提供部分提供一个适当的附加力矩。并且，在训练过程中，控制部分还可以根据需要同时提供一个辅助的恒定力矩，恒定力矩可以是与患者想要运动方向一致的辅助力矩，也可以是与患者想要运动方向相反的阻力力矩。 

优选的，该康复机器人系统还包括滤波放大电路，即EMG放大器，用于对来自肌电电极的肌电信号进行全波整流放大，并用移动窗，例如100毫秒的移动窗进行滤波后输入给数据采集卡。同时，数据采集卡以1000Hz的采样频率实时采集肌电信号和附加力矩信号，并以100Hz的采样频率实时采集角度信号。 

优选的，控制部分采用下面的公式(1)得到的标准化的肌电信号NEMG_j： 

NEMGj=wj-wrwmvc-wr---(1)]]>

其中，w_j是患部关节相对应的肌肉在当前运动中产生的肌电信号经整流滤波后的幅度，而w_r是患部关节相对应的肌肉在休息时的肌电信号经整流滤波后的幅度，w_mvc是患部关节相对应的肌肉在最大自主收缩期间产生的肌电信号经整流滤波后的最大幅度。 

控制部分采用下面的公式(2)来计算附加力矩提供部分将要提供的附加力矩T_m

T_m＝K₁×NEMG_j-K₂×NEMG_i+T₀     (2)