[发明专利]配合体感游戏的单自由度手臂智能康复装置

说明书

技术领域

本发明涉及康复机器人技术领域的一种康复手臂，具体地，涉及一种配合体感游戏的单自由度手臂智能康复装置。

背景技术

手臂是日常生活中运用最多也最容易受伤的肢体，治疗时通常运用一定物理疗法以辅助药物治疗。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的技巧。所以，康复机器人应运而生。

但是，上述康复训练的实施在临床中经常遇到很多挑战。首先，康复训练本身也是一个非常枯燥乏味的过程，再加上大量患者在发病早期经常出现抑郁和焦虑等心理问题，这些因素都严重阻碍了康复训练的实施。其次，传统康复训练过程中对病人的生理状态缺乏实时监测，因而在及时调整康复运动的精准方面仍有待提高。再者，在判断病人的训练动作完成程度方面，缺乏精确量化的分析工具，在一定程度上影响治疗师训练计划的制定。另外，经常需要患者到专门的康复中心接受训练指导，或者治疗师到病人家中上门辅导，中间的交通给医患双方带来很多不便，也耗费了大量时间。

近年，人们开始研究如何利用游戏辅助康复治疗，这已成为一个非常前沿的医工交叉研究领域。多项研究指出以游戏引导康复过程是可行和安全的，与传统训练相比，游戏引导的训练在运动功能恢复方面有更好的效果。同时，也有国内外的多项研究探讨了利用专门的外骨骼或康复机器人辅助康复训练，而且一些康复机器人或体感游戏具有实时在线的生理参数监测设备，可以将病人或正常人训练过程中的生理参数反馈给治疗师。

经对现有技术的文献检索发现，吴军等在《第29届中国控制会议论文集》(2010：3709-3715)上发表的《集成运动意图辨识与虚拟现实环境的上肢康复机器人》、彭思在2010年发表的硕士学位论文《基于力反馈的远程上/下肢康复机器人研究[D]》以及孙杰等在《浙江大学学报(工学版)》(2011，45(2)：295-299)上发表的《基于心率的身体控制游戏生理状态模型[J]》，均提出了以游戏引导康复的技术方案。

但是，上述现有研究仍具有很多不足之处：

首先，现有的康复机器人或外骨骼还处于实验室原型机阶段，尚未量产，且造价较高，体积较大，不便于携带，很难在一般患者群中推广；

其次，现有研究中均未探讨如何根据患者生理参数的变化来调整康复运动的内容、节奏和强度，也缺少自动评价患者康复动作的完成情况或进步程度的算法研究。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种配合体感游戏的单自由度手臂智能康复装置。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种配合体感游戏的单自由度手臂智能康复装置，包括：控制单元、动力与传动装置、支撑架以及手动调节组件，所述支撑架包括大臂支撑架和小臂支撑架，所述动力与传动装置用于连接大臂支撑架和小臂支撑架，所述手动调节组件设置于动力与传动装置上；所述控制单元设有控制面板和体感传感器，康复手臂通过体感传感器捕捉病人全身动作，并通过控制面板控制动力与传动装置驱动大臂支撑架和小臂支撑架运动；所述大臂支撑架与小臂支承架之间通过动力与传动装置实现一个肘部自由度。

优选地，所述动力与传动装置包括：伺服电机、电机支撑架、联轴器、轴承、传动轴、大臂底部连接架和小臂底部连接架，其中，所述控制面板与伺服电机相连接，用于控制伺服电机产生驱动；所述伺服电机固定于电机支撑架上，并通过联轴器与传动轴相连接，实现一次耦合传动；所述传动轴与轴承相连接，所述小臂底部连接架与传动轴固定连接，实现二次耦合传动；所述大臂底部连接架与电机支撑架固定连接，所述大臂支撑架和小臂支撑架分别通过手动调节组件设置于大臂底部连接架和小臂底部连接架的两端。

优选地，所述电机支撑架为折形结构，电机支撑架上设有用于固定伺服电机的固定孔和/或用于伺服电机的转子穿过的通孔。

优选地，所述传动轴设有矩形剖面槽，所述小臂底部连接架内侧设有矩形面板，所述矩形剖面槽与矩形面板相适配。

优选地，所述伺服电机的最大转矩为80kg.cm。

优选地，所述手动调节组件包括蝶形螺丝和可滑动导轨，所述可滑动导轨固定于底部连接架的外侧，所述大臂支撑架和小臂支撑架分别通过可滑动导轨可滑动地设置于大臂底部连接架和和小臂底部连接架上，并通过蝶形螺丝固定。

优选地，所述手动调节组件还包括舵机支撑板架，所述舵机支撑板架连接于支撑电机支撑架与大臂底部支撑架之间；所述舵机支撑板架上与大臂底部连接架的连接处设有弧形槽孔，通过弧形槽孔调节舵机支撑板架，进而调节伺服电机的转子与联轴器的相对位置。