[发明专利]一种绳索驱动可穿戴式上肢康复训练机器人及其使用方法

说明书

本发明公开一种绳索驱动可穿戴式上肢康复训练机器人及其使用方法，柔性护甲穿戴于使用者的躯干部分，柔性护甲上对于人体相应位置处分别设有对应的肩带、腰带和胸带，肩部模块固定于柔性护甲的肩部位置，上臂模块穿戴于使用者的上臂位置处，前臂模块穿戴于使用者的前臂位置处，且上臂模块与前臂模块之间通过绳索组件连接，驱动背包设置于柔性护甲上，驱动背包中设置有电源控制模块和若干电机，各电机转轴处均设有驱动轮用以收紧或放松对应的绳索组件，本发明能够实现肩关节内收/外展、屈/伸以及肘关节屈/伸自由度的康复训练，亦可以用以辅助日常生活中的上肢运动，具有便携性、轻量化等特点。

技术领域

本发明涉及一种绳索驱动外骨骼式上肢康复训练机器人，用于上肢受伤患者的上肢主被动康复训练，属于医疗保健器械。

背景技术

医学理论实践证明，对上肢受伤患者，进行康复训练是恢复其上肢运动功能的有效途径。由于上肢康复训练机器人自身低使用成本、高精度以及科学评估等特性，其常用于患者上肢康复训练中，但现有康复训练机器人存在造价高昂、体积巨大以及人机交互不友好等不足之处，研制一种低成本、轻量化、便携式以及人机交互友好的上肢康复训练机器人具有迫切的实际意义以及较高的价值。

发明内容

发明目的：本发明提供一种绳索驱动外骨骼式上肢康复训练机器人及其使用方法，能够实现上肢肩关节内收/外展、屈/伸以及肘关节的屈/伸共四个自由度的主动康复训练以及生活辅助功能。

技术方案：本发明的一种绳索驱动可穿戴式上肢康复训练机器人，包括肩部模块、上臂模块、前臂模块、柔性护甲和驱动背包，所述柔性护甲穿戴于使用者的躯干部分，柔性护甲上对于人体相应位置处分别设有对应的肩带、腰带和胸带，肩部模块固定于柔性护甲的肩部位置，上臂模块穿戴于使用者的上臂位置处，前臂模块穿戴于使用者的前臂位置处，且上臂模块与前臂模块之间通过绳索组件连接，所述驱动背包设置于柔性护甲上，驱动背包中设置有电源控制模块和若干电机，各电机转轴处均设有驱动轮用以收紧或放松对应的绳索组件；

其中，肩部模块、上臂模块和前臂模块均安装有姿态传感器和拉力传感器，姿态传感器实时检测手臂姿态以建立控制模型，拉力传感器实时检测绳索张力，结合姿态信息，控制电机输出，完成对使用者的辅助运动。

进一步的，所述肩部模块穿过柔性护甲的肩带以固定于使用者肩膀，肩部模块一侧向外凸出，上设有肩部第一绳索连接点、肩部第二绳索连接点和肩部第三绳索连接点，通过这三个连接点固定套索和绳索连接上臂模块。

进一步的，所述上臂模块整体呈环形结构，上臂模块穿戴于使用者上臂处，上臂模块上设有上臂第一绳索连接点、上臂第二绳索连接点、上臂第三绳索连接点和上臂第四绳索连接点，这四个连接点固定套索绳索连接前臂模块；所述上臂模块两侧左右两侧分别安装有两组支撑连杆，通过支撑连杆和扎带与前臂模块相连，每组支撑连杆均包括两根支撑连杆，各个支撑连杆的转动轴心与使用者肘关节转动中心重合。

进一步的，所述前臂模块整体呈椭圆环形结构，前臂模块穿戴于使用者前臂上，前臂模块上设有前臂绳索连接点，通过该连接点和绳索连接于上臂模块。

进一步的，所述电机共有五个，各个电机分别对应连接一个驱动绳索，第一驱动绳索、第二驱动绳索和第三驱动绳索的一端分别固定于对应电机，且第一驱动绳索、第二驱动绳索和第三驱动绳索的另一端分别依次经过固定在驱动背包和肩部第一绳索连接点、肩部第二绳索连接点和肩部第三绳索连接点之间的套索(26)，然后分别固定在上臂第一绳索连接点、上臂第二绳索连接点和上臂第三绳索连接点上，用以完成肩关节内收/外展、屈/伸自由度的控制；

第四驱动绳索的一端固定于对应的电机上，第四驱动绳索的另一端依次经过固定在驱动背包和上臂第四绳索连接点之间的套索(26)，然后固定在前臂绳索连接点上，用以控制肘关节屈/伸自由度的运动。