【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于医疗器械，具体涉及一种上肢康复设备及其算法。
技术介绍
1、目前对康复治疗在社会上越来越受重视，越来越被大家所熟知。通常上肢比较严重的骨与关节损伤，绝大多数需要手术治疗，但在术后，部分会遗留明显的功能障碍，如果康复进行介入治疗，可以避免许多并发症的发生，提高手术疗效，达到事半功倍的效果。
2、现有的上肢康复解决方案通常采用机械臂作为康复器械的组成部分，一是价格昂贵，二是大多数器械针对的上肢分成了左右手单独设计，不能通用。高昂的成本和左右单独设计使医院采购成本较高，分摊的治疗费用也会较高，推广存在一定障碍。现有的上肢康复设备多为外骨骼样式，为了适配不同的患者，不仅需要手动调节穿戴，为应对不同患者活动范围，还需要康复师手动拖动康复设备，实用性差。该现象成为本领域人员亟待解决的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对现有的集材装置一种上肢康复设备及其算法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种上肢康复设备及其算法，包括底座、第一执行机构、第二执行机构、第三执行机构、手托、手柄、外部控制器、拉压传感器、第二压力传感器、第三压力传感器。
3、本专利技术进一步说明，所述肢康复设备的第一执行机构由电机驱动，可实现末端推杆-的直线伸缩，其下端通过十字节固定在底座上，可实现两个轴向方向的转动，执行机构两个侧壁加工有滑道槽，滑道槽内安装有可自由滑动的滑块。
4、本专利技术进一步
5、本专利技术进一步说明，所述第一执行机构的推杆末端也安装有拉压传感器，可以实时测量第一执行机构推杆在运行的受力情况。
6、本专利技术进一步说明，所述手托固定在拉压传感器上，上面安装有手柄，使用时患者将手部置于手托之上，手握手柄，即可进行对应功能的上肢康复训练。
7、本专利技术进一步说明，所述外部控制器分别与三个执行机构以及拉压传感器、第二压力传感器和第三压力传感器进行通讯，通过内置的运动算法完成对康复过程的轨迹规划。
8、本专利技术进一步说明，所述上肢康复设备的康复训练方法如下：
9、步骤单链受力分析：执行器的伸缩杆与动平台之间有相互作用力f，将其分解为fa及fn，方向分别沿着执行器的轴线和垂直于轴线；由于f＝fa+fn，且执行机构是二力杆，结构上只受拉力和推力影响，所以fn＝0；单个执行器受力就是传感器测量值f＝fa；
10、步骤动平台受力分析：设执行器连接点到手托的距离为l；则执行器到手托的受力为f及力矩f*l，动平台受合力为通过动平台的合力分析，可以计算出动平台的整体受力情况，最终得到末端的受力情况；
11、步骤将获得的力与期望力做减法，得到的力误差作为输入；
12、步骤通过运动学逆解，将运动学信息转换为位置信息。根据球坐标将末端的位置转换为x、y轴的坐标值；
13、步骤通过求取雅可比阵得到执行器的期望力输出；
14、步骤导纳控制：基于内环运动控制的阻抗控制，根据当前的受力状况，以及目标导纳模型，决定输出的运动。
15、康复机器与患者之间的交互可以由质量-弹簧-阻尼系统来描述。
16、本专利技术进一步说明，导纳控制公式如下：
17、
18、e＝x―x0；
19、
20、
21、
22、
23、
24、通过步骤1-5计算出所需求的位置和力信息后，根据图5输出对应的力，运动范围初始化算法：上述康复设备在使用前需要根据不同患者自动确定不同的运动范围，算法如下：
25、1、设备按照设定路线往左运行，如图6所示，当获得的力信息超出阈值，确定当前点为左边的限制点。
26、2、设备往右运行，如图6所示，当获得的力信息超出阈值，确定当前点为右边的限制点。
27、3、设备往前运行，如图6所示，当获得的力信息超出阈值，确定当前点为前边的限制点。
28、4、设备往后运行，如图6所示，当获得的力信息超出阈值，确定当前点为后边的限制点。
29、5、设备向上运行，如图6所示，当获得的力信息超出阈值，确定当前点为顶点的限制点。
30、6、图7中红色点为人手活动范围，根据上述限制点的坐标可以计算出运动范围。
31、与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：本专利结构简单，节省操作空间且作用明显，通过不同组合的训练模式，可模拟患者日常生活中上肢的动作，从而进行对应功能的康复训练；大部分的上肢康复设备无法针对左右手进行通用康复训练。而本专利提出的康复设备可以左右手通用；同时本专利构造为末端牵引式结构，不同于外骨骼式，不会对患者其他关节造成影响，不需要手动调节穿戴，运动范围确定算法可以自动确定运动范围，适配不同患者。
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1.一种上肢康复设备，其特征在于：包括底座(1)、第一执行机构(2)、第二执行机构(3)、第三执行机构(4)、手托(5)、手柄(6)、外部控制器(7)、拉压传感器(8)、第二压力传感器(9)、第三压力传感器(10)。
2.根据权利要求1所述的一种上肢康复设备，其特征在于：所述上肢康复设备的第一执行机构(2)由电机驱动，可实现末端推杆(2-4)的直线伸缩，其下端通过十字节(2-1)固定在底座(1)上，可实现两个轴向方向的转动，执行机构两个侧壁加工有滑道槽(2-1)，滑道槽(2-1)内安装有可自由滑动的滑块(2-2)。
3.根据权利要求2所述的一种上肢康复设备，其特征在于：所述上肢康复设备的第二执行机构(3)和第三执行机构(4)结构相同，二者呈90°分别置于第一执行机构(2)的两侧，下端通过球形轴承(3-3)固定于地板之上，两个执行机构的推杆末端都安装有第二压力传感器(9)和第三压力传感器(10)，传感器的上端安装有十字节(3-2)，并通过滑块连接件(3-1)固定在滑块(2-2)上，其机构末端推杆的伸缩驱动滑块(2-2)带动第二第三执行机构沿着滑道槽(2-1)
4.根据权利要求3所述的一种上肢康复设备，其特征在于：所述第一执行机构(2)的推杆末端也安装有拉压传感器(8)。
5.根据权利要求4所述的一种上肢康复设备，其特征在于：所述手托(5)固定在拉压传感器(8)上，上面安装有手柄(6)。
6.根据权利要求5所述的一种上肢康复设备，其特征在于：所述外部控制器(7)分别与三个执行机构以及拉压传感器(8)、第二压力传感器(9)和第三压力传感器(10)进行通讯。
7.根据权利要求6所述的一种上肢康复设备，其特征在于：所述上肢康复设备的康复训练方法如下：
8.根据权利要求7所述的一种上肢康复设备，其特征在于：导纳控制公式如下：
9.根据权利要求8所述的一种上肢康复设备，其特征在于：通过步骤1-5计算出所需求的位置和力信息后，根据输出对应的力，运动范围初始化算法：上述康复设备在使用前需要根据不同患者自动确定不同的运动范围，算法如下：
...【技术特征摘要】
1.一种上肢康复设备，其特征在于：包括底座(1)、第一执行机构(2)、第二执行机构(3)、第三执行机构(4)、手托(5)、手柄(6)、外部控制器(7)、拉压传感器(8)、第二压力传感器(9)、第三压力传感器(10)。
2.根据权利要求1所述的一种上肢康复设备，其特征在于：所述上肢康复设备的第一执行机构(2)由电机驱动，可实现末端推杆(2-4)的直线伸缩，其下端通过十字节(2-1)固定在底座(1)上，可实现两个轴向方向的转动，执行机构两个侧壁加工有滑道槽(2-1)，滑道槽(2-1)内安装有可自由滑动的滑块(2-2)。
3.根据权利要求2所述的一种上肢康复设备，其特征在于：所述上肢康复设备的第二执行机构(3)和第三执行机构(4)结构相同，二者呈90°分别置于第一执行机构(2)的两侧，下端通过球形轴承(3-3)固定于地板之上，两个执行机构的推杆末端都安装有第二压力传感器(9)和第三压力传感器(10)，传感器的上端安装有十字节(3-2)，并通过滑块连接件(3-1)固定在滑块(2-2)上，其机构末...
【专利技术属性】
技术研发人员：缪丰东，邸霈，侯振乾，
申请(专利权)人：无锡美安雷克斯医疗机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：
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