一種康復訓練系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本新型涉及一種康復訓練系統(tǒng)，尤其是涉及一種適用于中風病人或上肢運動障礙患者的康復訓練系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]隨著老齡人口的增加，年齡增長引起的疾病也逐漸增加，其中最常見，危害最大的就是中風。中風患者會發(fā)生意識和功能活動障礙等多方面的癥狀和體征，嚴重時出現(xiàn)偏癱，失語，認知障礙甚至死亡。根據(jù)不完全統(tǒng)計，目前我國由于中風引起的偏癱、上肢運動障礙患者總數(shù)超過1000萬，肢體運動障礙伴隨75%的中風幸存者，嚴重影響他們的日常生活和工作。如何幫助中風后患者恢復肢體運動功能，重新獲得獨立生活的能力，具有非常重要的社會意義和實際研究價值。
[0003]對于中風病人，對其偏癱部位進行有效和及早的康復訓練是十分重要和關鍵的醫(yī)療手段。傳統(tǒng)的康復治療中，治療師手把手地對患者進行一對一的康復訓練，這種方式的訓練效率和訓練強度難以保證，訓練效果受到治療師水平的影響，而且缺乏評價訓練參數(shù)和康復效果關系的客觀數(shù)據(jù)，難以對訓練參數(shù)進行優(yōu)化以獲得最佳治療方案。為了減輕家庭和社會的經(jīng)濟負擔，提高康復訓練效率，目前國內(nèi)外研究者們將計算機智能控、模式識別、多傳感器信息融合、機器人技術應用于康復領域，開展了康復醫(yī)療機器人技術的研究。
[0004]現(xiàn)有技術中的康復訓練系統(tǒng)，由于裝置比較龐大，便攜性不好，另外，目前的康復醫(yī)療系統(tǒng)，不能對患者的訓練狀況實時監(jiān)控，故而無法給予實時的專業(yè)性康復訓練指導，在康復醫(yī)療資源相對短缺的情況下，康復訓練成本極高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本新型所要解決的技術問題是提供一種適用于中風病人或上肢運動障礙患者的康復訓練系統(tǒng)，至少部分的解決現(xiàn)有技術中康復訓練系統(tǒng)存在的問題。
[0006]本新型采用的技術方案是，一種康復訓練系統(tǒng)，包括肌電傳感器、可穿戴式機械臂和控制驅(qū)動子系統(tǒng)，所述可穿戴式機械臂由機械上臂和機械下臂組成，所述機械上臂被穿戴在患肢的后臂上，主要提供支撐和安裝固定功能;所述機械下臂被穿戴在患肢的前臂上，所述機械上臂根據(jù)所述肌電傳感器反饋的信號，通過控制所述控制驅(qū)動子系統(tǒng)來驅(qū)動所述機械下臂運動，所述控制驅(qū)動子系統(tǒng)安裝在所述可穿戴式機械臂的骨架上。
[0007]進一步的，所述機械上臂和所述機械下臂分別設計有多個自由度，以保證更加貼合患肢的各部位;和/或所述機械上臂和所述機械下臂的長度可以各自調(diào)節(jié)，以滿足不同患者對結構的需求。
[0008]進一步的，所述可穿戴式機械臂采用鋁合金、工程塑料或碳素材料制造。
[0009]進一步的，所述肌電傳感器安裝在所述機械上臂的骨架上，所述肌電傳感器布置在肱二頭肌和肱三頭肌上，分別檢測手臂彎曲和伸張的肌肉電信號。
[0010]進一步的，所述康復訓練系統(tǒng)還包括血壓、心律傳感器，所述血壓、心律傳感器安裝在所述可穿戴式機械臂的骨架上，用于監(jiān)測患者的血壓、心律參數(shù)指標。
[0011]進一步的，所述控制驅(qū)動子系統(tǒng)安裝在所述可穿戴式機械臂的骨架上，其包括控制模塊、肌電信號采集處理單元、血壓、心律信號采集處理單元、電機參數(shù)采集單元、電機驅(qū)動模塊和高精度A/D數(shù)據(jù)采集模塊，肌電信號和血壓、心律參數(shù)的猜忌和處理采用所述高精度的A/D數(shù)據(jù)采集模塊，通過所述肌電信號采集處理單元和所述血壓、心律信號采集處理單元進行信號噪聲濾除、特征提取和識別，實現(xiàn)手臂肌電信號的準確識別以及血壓、心律等輔助參數(shù)的獲得，根據(jù)識別出的肌電信號，所述控制模塊準確判別患者的運動意圖，利用閉環(huán)的反饋控制，根據(jù)肌電信號的類型發(fā)送不同的控制指令給所述電機參數(shù)采集單元，進而使所述電機驅(qū)動模塊依據(jù)電機參數(shù)發(fā)送PWM脈沖信號驅(qū)動減速電機實現(xiàn)所述機械下臂的運動控制，完成康復訓練計劃指定的動作。
[0012]進一步的，所述減速電機安裝在所述可穿戴式機械臂上，并配合編碼器，實現(xiàn)所述機械下臂的運動驅(qū)動，同時實時測量運動角度、運動次數(shù)、運動時間參數(shù)。
[0013]進一步的，所述控制模塊包括電源電路、核心處理器、控制面板和存儲電路，其中:
[0014]所述電源電路用于給所述核心處理器供電，保證所述核心處理器正常工作；
[0015]所述核心處理器為嵌入式處理器，負責所有的控制功能，與其它電路或模塊進行實時數(shù)據(jù)交互，結合高精度A/D數(shù)據(jù)采集模塊，實現(xiàn)上肢肌電信號、血壓、心律參數(shù)以及手臂運動狀態(tài)數(shù)據(jù)的實時采集、處理、辨識與記錄；
[0016]所述控制面板負責供用戶選擇相應的康復功能及顯示相應的運動數(shù)據(jù)；
[0017]所述存儲電路用于存儲用戶的手臂運動狀態(tài)數(shù)據(jù)。
[0018]進一步的，所述控制模塊將實時采集到的數(shù)據(jù)進行記錄，存儲到所述存儲電路中；和/或?qū)崟r采集的數(shù)據(jù)在所述控制面板上顯示，實現(xiàn)運動狀態(tài)的實時顯示、評估和反饋。
[0019]進一步的，所述控制模塊可將實時采集到的數(shù)據(jù)通過通信模塊傳輸給客戶端子系統(tǒng)，所述客戶端子系統(tǒng)通過網(wǎng)絡將所述實時采集的數(shù)據(jù)傳輸給服務器或醫(yī)療專家，以便于醫(yī)療專家對康復訓練過程進行實時監(jiān)控并且給予專業(yè)的訓練指導；或者所述客戶端系統(tǒng)從所述服務器上下載所述醫(yī)療專家給予的康復運動建議及相關指令，依據(jù)所述康復建議和指令使用康復訓練系統(tǒng)進行康復訓練。
[0020]由于采用了上述技術方案，本新型的一種康復訓練系統(tǒng)，具有康復訓練成本低、便攜性好的特點，可以大大降低康復醫(yī)療成本，并廣泛應用于家庭、康復訓練中心、醫(yī)院等場所，因而具有廣闊的應用前景。
【附圖說明】
[0021]圖1為本新型實施例的一種康復訓練系統(tǒng)機械臂的結構示意圖。
[0022]圖2為本新型實施例的一種康復訓練系統(tǒng)的原理示意圖。
[0023]圖3為本新型實施例的一種康復訓練系統(tǒng)控制驅(qū)動子系統(tǒng)的控制模塊的原理示意圖。
[0024]圖4為本新型實施例的一種康復訓練系統(tǒng)的反饋控制理論原理示意圖。
【具體實施方式】
[0025]為了便于對本新型的進一步理解，下面將結合附圖以及具體實施例對本新型的技術方案做進一步的解釋說明，且各個實施例并不構成對本新型實施例的限定。
[0026]本新型適用于中風病人或上肢運動障礙患者，提供一種基于肌電信號的康復訓練系統(tǒng)。
[0027]—種康復訓練系統(tǒng)，包括可穿戴式機械臂10，患者將可穿戴式機械臂10穿戴在需要訓練的手臂上，通過機械臂10中的人體生物電傳感器采集患者的手臂的功能性肌電信號，通過肌電信號類型的分析實現(xiàn)對機械臂10的運動控制，輔助患者開展上肢康復訓練。具體的:
[0028]如圖1所示，可穿戴式機械臂10由機械上臂11和機械下臂12組成，機械上臂11被穿戴在患肢的后臂上，主要提供支撐和安裝固定功能;機械下臂12被穿戴在患肢的前臂上，機械上臂11通過控制驅(qū)動子系統(tǒng)20控制機械下臂12運動。機械上臂11和機械下臂12可分別設計有多個自由度，以保證更加貼合患肢的各部位，滿足患肢各部位的訓練需要，同時要增強外界刺激，通過機械的輔助運動，恢復手臂的肌肉和神經(jīng)功能，提高患者對肌肉的控制能力和協(xié)調(diào)能力。另外，機械上臂11和機械下臂12的長度可以各自調(diào)節(jié)，以滿足不同患者對結構的需求。
[0029]由于機械臂10用于康復訓練，因此機械臂10遵循人體仿生學原理，能夠與人體上肢結構相吻合，和患者肢體相一致。此外，由于整個結構要全部穿戴在患肢上，因此對于材料有相應的要求，它必須密度小，質(zhì)量輕，避免對患者造成二次傷害，按照質(zhì)輕、便攜、易操作、便于佩戴的原則，采用鋁合金、工程塑料或碳素材料制造。
[0030]結合圖2所示，減速電機13和肌電傳感器14安裝在可穿戴式機械臂10的骨架上，由于機械下臂12要被驅(qū)動運動，因此減速電機13和肌電傳感器14安裝在機械上臂11上更為妥當。肌電傳感器14采集的是肱二頭肌和肱三頭肌的肌肉電信號，因此布置在對準后臂的肱二頭肌和肱三頭肌的位置處，為了保證肌電信號采集的準確性，分別在肱二頭肌和肱三頭肌上布置肌電傳感器各三個，分別檢測手臂彎曲和伸張的肌電信號，并反饋給控制驅(qū)動子系統(tǒng)20。
[0031]進一步的，其他類傳感器15(比如血壓、心律傳感器15)也可以安裝在可穿戴式機械臂10的骨架上，輔助監(jiān)測患者的其他參數(shù)指標，根據(jù)需要可以選擇安裝在機械上臂11或機械下臂12上，圖1所示部分是安裝在機械下臂12上。
[0032]控制驅(qū)動子系統(tǒng)20安裝在可穿戴式機械臂10的骨架上，由于機械下臂12要被驅(qū)動運動，因此控制驅(qū)動子系統(tǒng)安裝在機械上臂11上更為妥當?？刂乞?qū)動子系統(tǒng)20包括控制模塊21、肌電信號采集處理單元22、血壓、心律信號采集處理單元23、電機參數(shù)采集單元24、電機驅(qū)動模塊25和高精度A/D數(shù)據(jù)采集模塊26。肌電信號由肌電傳感器14獲得，血壓、心律參數(shù)可以由血壓傳感器、心律傳感器15獲得；由于身體表面信號干擾多、信號弱，肌電信號和血壓、心律參數(shù)的猜忌和處理需要采用高精度的A/D數(shù)據(jù)采集模塊26，通過肌電信號采集處理單元22和血壓、心律信號采集處理單元23進行信號噪聲濾除、特征提取和識別，實現(xiàn)手臂肌電信號的準確識別以及血壓、心律等輔助參數(shù)的獲得，根據(jù)識別出的肌電信號，控制模塊21準確判別患者的運動意圖，比如判別患者想要進行上肢的