[发明专利]一种腕关节运动功能评测与康复机器人

说明书

本发明公开了一种腕关节运动功能评测与康复机器人，依据人体腕关节骨骼结构实现腕关节所有运动形式，且可为小臂长度粗细不同以及手腕长度不同的患者调节设备的结构。其肘部位置调节机构与支架固连，腕关节环转机构、腕关节环转轴线调节机构、尺桡偏驱动机构、掌背屈驱动机构和末端抓握机构分别连接在肘部位置调节机构的端部。其末端抓握机构的握柄可与设备分离，握柄内装有陀螺仪，当握柄与设备分离时，可通过握柄测量患者的腕关节活动范围；当握柄拼接在设备上时，可利用握柄测量患者与设备的人机交互作用力。机器人结构适用于不同患者，评测患者运动功能状态，实现个性化、定量化康复评估与训练的腕关节运动功能评测与康复。

技术领域

本发明涉及机器人及评测功能的医用设备技术，具体地说，涉及一种具备腕关节运动功能康复与评测功能的医用设备。

背景技术

脑卒中在老年人人群中发病率很高，其中80％～90％的幸存患者往往出现偏瘫后遗症。值得注意的是，在人的日常生活及工作中，上肢及手的功能起着重要的作用，许多脑卒中患者在发病后出现上肢及手的功能障碍，主要表现为手指屈曲、内收，腕关节屈曲并向尺侧偏斜，因此极大地影响了患者的日常生活，也加重了家庭和社会的负担。目前，国内临床上对脑卒中患者的康复治疗方法主要是采用传统的患者和医师一对一训练法，该治疗方式的效率较低、医师工作强度大、难以定量地评测患者康复水平。

发明专利CN108465209A“一种腕关节全功能训练机器人”，包括依次连接的前臂运动装置、腕关节上下摆动装置和腕关节左右旋转装置。该机器人通过运动装置，可实现对患者腕关节三个不同自由度的运动功能训练；机器人通过多个角度传感器可测得患者的腕关节运动范围数据。理论上患者前臂的环转轴线应与该机器人的前臂托回转轴线进行旋转重合，但由于不同患者的前臂粗细不同，该机器人难以解决人体前臂环转轴线与前臂托回转轴线不重合的问题；机器人没有使用用于驱动腕关节左右旋转装置的电机，也未安装有力/扭矩传感器，无法实现腕关节掌屈/背屈的主动运动，该机器人无法测量患者与机器人的人机交互作用力。在发明专利CN105796285A“一种上肢康复机器人手指及手腕训练装置”中，该装置包括安装基座、手腕旋转运动机构和手指抓握及伸展运动机构；该装置的手腕旋转运动机构包括伺服电机、第一级减速机构和第二级减速机构，可实现患者的腕部环转运动；手指抓握及伸展运动机构可实现患者的手指抓握及伸展训练。理论上患者前臂的环转轴线应与该装置的手腕旋转运动机构的旋转轴线重合，但由于不同患者的前臂粗细不同，该装置难以解决人体前臂环转轴线与手腕旋转运动机构回转轴线不重合的问题；仅能够实现手腕的环转运动，无法实现腕关节的尺偏/桡偏和掌屈/背屈两个方向的康复训练；难以实时监测患者与装置之间的人机交互作用力。在发明专利CN106726353B“一种基于自适应的并联腕关节康复训练装置”中采用并联结构形式，当人体穿戴后具有两个转动自由度，可实现患者的尺偏/桡偏和掌屈/背屈两个方向的康复训练。训练装置采用并联结构，无法实现患者腕关节的环转运动；该训练装置未安装编码器和陀螺仪等角位移测量传感器，从而无法对不同患者腕关节的运动范围进行评测；也无法对患者与装置之间的交互作用力进行测量。

近年来，虽然出现了许多康复机器人，或康复机器人辅助的康复治疗设备。但大多数设备与产品仍存在康复训练的模式不够全面、设备对人体运动功能状态的测量手段尚不完善、难以针对不同的患者进行个性化的评估等。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种腕关节运动功能评测与康复机器人；该机器人可广泛适用于不同患者，实现个性化、定量化康复评估和训练腕关节运动功能评测与康复。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括支架、肘部位置调节机构、腕关节环转机构、腕关节环转轴线调节机构、尺桡偏驱动机构、掌背屈驱动机构和末端抓握机构，所述肘部位置调节机构与支架固连，腕关节环转机构、腕关节环转轴线调节机构、尺桡偏驱动机构、掌背屈驱动机构和末端抓握机构分别连接在肘部位置调节机构的端部；