摘要本发明提供一种上肢康复外骨骼系统,包括模式选择模块、控制模块和姿态调整模块。模式选择模块用于响应于输入的模式选择指令,确定康复模式。康复模式包括主动康复模式和矫正康复模式。控制模块用于在模式选择模块确定康复模式为主动康复模式的情况下,基于预设轨迹驱动姿态调整模块运动。控制模块还用于在模式选择模块确定康复模式为矫正康复模式的情况下,基于目标患者的手臂的实时运动轨迹,调整姿态调整模块的运动轨迹。姿态调整模块用于在控制模块的驱动下运动,以驱动目标患者的手臂运动。本发明提供的上肢康复外骨骼系统的成本效益高、便携且易于维护,能够提升患者的康复效果,适应患者在不同的恢复阶段的具体需求和康复目标。
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专利类型
发明专利
申请/专利号
CN202410228975.3
申请日期
2024-02-29
公开/公告号
CN117883263A
公开/公告日
2024-04-16
主分类号
A61H1/02(2006.01) A A61 A61H A61H1
分类号
A61H1/02(2006.01) G16H40/63(2018.01) G16H20/30(2018.01) A61F5/01(2006.01) A61H1/02 G16H40/63 G16H20/30 A61F5/01
主申请人地址
100094 北京市海淀区邓庄南路9号
专利代理机构
北京轻创知识产权代理有限公司
代理人
姚晓丽
国别省市代码
北京;11
主权项:
1.一种上肢康复外骨骼系统,其特征在于,包括:模式选择模块、控制模块和姿态调整模块;其中, 所述模式选择模块用于响应于输入的模式选择指令,确定康复模式;所述康复模式包括主动康复模式和矫正康复模式; 所述控制模块用于在所述模式选择模块确定康复模式为所述主动康复模式的情况下,基于预设轨迹驱动所述姿态调整模块运动; 所述控制模块还用于在所述模式选择模块确定康复模式为所述矫正康复模式的情况下,基于目标患者的手臂的实时运动轨迹,调整所述姿态调整模块的运动轨迹;所述目标患者是佩戴所述姿态调整模块的患者; 所述姿态调整模块用于在所述控制模块的驱动下运动,以驱动所述目标患者的手臂运动。 2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述预设轨迹包括目标位置在至少一个时间点的位置坐标,所述目标位置位于所述姿态调整模块上;所述控制模块用于在所述模式选择模块确定康复模式为所述主动康复模式的情况下,基于预设轨迹驱动所述姿态调整模块运动中,所述控制模块还用于: 基于所述目标患者的手臂结构、所述目标位置在至少一个时间点的位置坐标以及第一预设关系,确定所述目标患者在所述至少一个时间点中的每一个时间点的肩关节理想角度;所述第一预设关系包括所述目标患者的手臂结构、所述目标位置在至少一个时间点的位置坐标、所述目标患者在所述至少一个时间点中的每一个时间点的肩关节理想角度之间的对应关系; 基于所述目标患者的手臂结构、所述目标位置在至少一个时间点的位置坐标以及第二预设关系,确定所述目标患者在所述至少一个时间点中的每一个时间点的肘关节理想角度;所述第二预设关系包括所述目标患者的手臂结构、所述目标位置在至少一个时间点的位置坐标、所述目标患者在所述至少一个时间点中的每一个时间点的肘关节理想角度之间的对应关系; 基于所述目标患者在所述至少一个时间点中的每一个时间点的肩关节理想角度和肘关节理想角度,驱动所述姿态调整模块运动。 3.根据权利要求2所述的系统,其特征在于,所述第一预设关系包括:
其中,表示所述目标患者在t时间点的肩关节理想角度,t时间点为所述至少一个时间点中的任意时间点;/>表示所述目标位置在t时间点的横坐标;/>表示所述目标位置在t时间点的纵坐标;L1表示所述目标患者的大臂长度;L2表示所述目标患者的小臂长度。 4.根据权利要求3所述的系统,其特征在于,所述第二预设关系包括:
其中,表示所述目标患者在t时间点的肘关节理想角度,t时间点为所述至少一个时间点中的任意时间点;/>表示所述目标位置在t时间点的横坐标;/>表示所述目标位置在t时间点的纵坐标;L1表示所述目标患者的大臂长度;L2表示所述目标患者的小臂长度。 5.根据权利要求4所述的系统,其特征在于,所述姿态调整模块还包括大臂姿态调整模块和小臂姿态调整模块,所述控制模块用于基于所述目标患者在所述至少一个时间点中的每一个时间点的肩关节理想角度和肘关节理想角度,驱动所述姿态调整模块运动中,所述控制模块还用于: 基于所述目标患者在所述至少一个时间点中的每一个时间点的肩关节理想角度,确定用于调整所述目标患者的肩关节的扭矩; 基于所述目标患者在所述至少一个时间点中的每一个时间点的肘关节理想角度,确定用于调整所述目标患者的肘关节的扭矩; 基于用于调整所述目标患者的肘关节的扭矩调整所述小臂姿态调整模块的运动轨迹,和/或,基于用于调整所述目标患者的肩关节的扭矩调整所述大臂姿态调整模块的运动轨迹。 6.根据权利要求5所述的系统,其特征在于,所述用于调整所述目标患者的肩关节的扭矩基于第三预设关系确定,所述第三预设关系包括:
其中,τas表示用于调整所述目标患者的肩关节的扭矩,I1表示所述大臂姿态调整模块的转动惯量,α1表示所述目标患者的肩关节的加速度,m1表示所述大臂姿态调整模块的质量,d1表示所述目标患者的肩关节到所述目标患者的大臂的质心之间的距离,g表示重力加速度,表示所述目标患者在t时间点的肩关节理想角度,m2表示所述小臂姿态调整模块的质量,L1表示所述目标患者的大臂长度,L2表示所述目标患者的小臂长度,/>表示所述目标患者在t时间点的肘关节理想角度。 7.根据权利要求6所述的系统,其特征在于,所述用于调整所述目标患者的肘关节的扭矩基于第四预设关系确定,所述第四预设关系包括:
其中,τae表示用于调整所述目标患者的肘关节的扭矩,I2表示所述小臂姿态调整模块的转动惯量,α2表示所述目标患者的肘关节的加速度,m2表示所述小臂姿态调整模块的质量,g表示重力加速度,L2表示所述目标患者的小臂长度,表示所述目标患者在t时间点的肩关节理想角度,/>表示所述目标患者在t时间点的肘关节理想角度。 8.根据权利要求7所述的系统,其特征在于,所述控制模块用于在所述模式选择模块确定康复模式为所述矫正康复模式的情况下,基于目标患者的手臂的实时运动轨迹,调整所述姿态调整模块的运动轨迹中,所述控制模块还用于: 基于所述目标患者的手臂的实时运动轨迹,确定所述目标患者对应的所述肩关节实时角度和所述肘关节实时角度; 基于所述肩关节实时角度和所述肩关节理想角度的偏差,确定用于调整所述目标患者的肩关节的纠正扭矩,基于用于调整所述目标患者的肩关节的纠正扭矩调整所述大臂姿态调整模块的运动轨迹; 基于所述肘关节实时角度和所述肘关节理想角度的偏差,确定用于调整所述目标患者的肘关节的纠正扭矩,基于用于调整所述目标患者的肘关节的纠正扭矩调整所述小臂姿态调整模块的运动轨迹。 9.根据权利要求8所述的系统,其特征在于,所述控制模块用于基于所述肩关节实时角度和所述肩关节理想角度的偏差,确定用于调整所述目标患者的肩关节的纠正扭矩中,所述控制模块还用于: 基于所述肩关节实时角度和所述肩关节理想角度的偏差以及第五预设关系,确定用于调整所述目标患者的肩关节的纠正扭矩;所述第五预设关系包括:
其中,τcs表示用于调整所述目标患者的肘关节的纠正扭矩,表示所述目标患者在t时间点的肩关节实时角度,/>表示所述目标患者在t时间点的肩关节理想角度,kp为第一预设影响因子、ki为第二预设影响因子、kd为第三预设影响因子。 10.根据权利要求9所述的系统,其特征在于,所述控制模块用于基于所述肘关节实时角度和所述肘关节理想角度的偏差,确定用于调整所述目标患者的肘关节的纠正扭矩中,所述控制模块还用于: 基于所述肘关节实时角度和所述肘关节理想角度的偏差以及第六预设关系,确定用于调整所述目标患者的肘关节的纠正扭矩;所述第六预设关系包括:
其中,τce表示用于调整所述目标患者的肩关节的纠正扭矩,表示所述目标患者在t时间点的肘关节实时角度,/>表示所述目标患者在t时间点的肘关节理想角度,kp为第一预设影响因子、ki为第二预设影响因子、kd为第三预设影响因子。
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