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申请/专利权人：河南瑞禾医疗器械有限责任公司

摘要：基于SCARA机器人的主被动上肢康复训练系统，包括SCARA机器人结构，臂托转动连接在SCARA机器人上，在臂托内安装有筒形的气囊，气囊上连接有充放气装置，所述的气囊内壁上固定连接有多个肌电信号采集电极片，多个肌电信号采集电极片连接传输信号至控制上位机，在臂托下部还安装有加速度传感器。基于SCARA机器人的主被动上肢康复训练方法，包括步骤：形成训练菜单数据库，根据患者情况找到对应的训练菜单。本发明设备结构简单，成本低、容易控制，训练费用低。

主权项：1.基于SCARA机器人的主被动上肢康复训练系统，包括上悬臂，其特征在于：在上悬臂上固定设置有第一驱动电机，下悬臂一端连接在第一驱动电机的输出轴上，下悬臂的另一端上设置有第二驱动电机，安装座的一端连接在第二驱动电机的输出轴上，第一驱动电机、第二驱动电机上均安装有旋转编码器，旋转编码器与控制上位机之间通讯连接，第一输出轴、第二输出轴均为竖直方向，臂托通过竖直方向的安装轴转动连接在安装座的另一端，在臂托内安装有筒形的气囊，气囊上连接有充放气装置，所述的气囊内壁上固定连接有多个肌电信号采集电极片，多个肌电信号采集电极片连接传输信号至控制上位机，在臂托下部还安装有加速度传感器，加速度传感器连接传输信号至控制上位机，第一驱动电机、第二驱动电机的输出上还安装有扭矩传感器，扭矩传感器连接输出信号至控制上位机；在臂托的前部固定安装有环形轨道，环形轨道内转动设置有内环，沿内环直径方向固定设置有握把，握把上固定连接有肌电信号采集电极片，握把上安装有压力传感器，压力传感器连接传输信号至控制上位机，所述的加速度传感器安装在环形轨道的下端，训练时包括以下步骤：A：选取多个由于中枢神经损伤导致的上肢运动障碍患者，将各患者的患病上肢伸入气囊中，手部握住握把，给气囊充气至设定压力，各肌电信号采集电极片产生信号输送至控制上位机，得到各患者的肌电信号值；B：将患者分组，肌电信号值相差10%的患者为一组，分组后人工复查各组内的患者上肢患病程度是否有明显不一致情况，如有，重新进行步骤A复测；C：各组患者分别使用基于SCARA机器人的主被动上肢康复训练系统，得出可以进行主动训练的患者以及只能进行被动训练的组别；D：对于只能进行被动训练的患者组别，每组中均采用不同的训练参数进行训练，所述的训练参数包括第一电机转动角度、转动速度、输出扭矩、第二电机转动角度、转动速度、输出扭矩，并根据加速度传感器输出的信号得到相应的位移；根据患者的承受程度选择两个电机的电机转动角度、转动速度、输出扭矩较大值且位移较大值作为本组患者对应的的训练菜单，存储在控制上位机中，对于可以进行主动训练的患者组别，除了采用与只能进行被动训练的患者组别相同的方法得到其相应的训练菜单外，还通过以下方式得到其对应的主动训练菜单：让患者上肢主动运动，在主动运动时第一电机、第二电机逐渐增加反向力矩，再根据加速度传感器输出的信号得到相应的位移，根据患者可以克服的反向力矩得到相应的最大反向力矩存储在控制上位机中；E：患者上机训练时，上肢小臂伸入气囊中，给气囊充气至设定压力，各肌电信号采集电极片产生信号输送至控制上位机，得到各患者的肌电信号值，根据肌电信号值的大小确定患者是否可以进行主动训练，如果只能进行被动训练，则按照存储在控制上位机中的肌电信号值的大小对应的患者组别菜单进行训练；如果可以进行主动训练，则让患者选择主动训练还是被动训练，选择被动训练时按照存储在控制上位机中的肌电信号值的大小对应的患者组别菜单进行训练；选择主动训练时，在训练中第一电机、第二电机施加的反向力矩为相应组别的最大反向力矩的0.5-0.7倍；在控制上位机中安装有游戏程序，当握力传感器的值或者位移信号值达到设定值时，触发游戏中的相应动作，握力传感器的值或者位移信号值达到设定值各组别不同。

全文数据：基于SCARA机器人的主被动上肢康复训练系统及训练方法技术领域本发明涉及上肢康复训练，特别涉及二维平面内的上肢康复训练系统及训练方法，属于康复设备技术领域。背景技术上肢康复训练系统是改善由于中枢神经损伤（常见的有脑卒中、脑外伤及脑瘫）引起的上肢功能障碍的新手段。脑卒中是指脑血管意外发生的破裂内出血或急性闭塞对大脑功能造成的严重损害，结果可能是死亡、昏迷、偏瘫、失语及其它运动功能障碍等，有着高致死率和致残率。目前我国脑卒中的发病率正呈现不断上升的趋势，随着医学水平的提高，脑卒中死亡率明显下降，但其致残率仍高达80％以上，大部分患者留有严重后遗症，偏瘫则是其中最为常见的表现之一，对于脑卒中导致的偏瘫，康复治疗介入的时间越晚，患者患肢功能恢复的希望就越小，使得患者家属及社会需要花费极大的代价来治疗和护理患者，给家庭和社会带来了经济及精神压力。由于人类生活因素的影响，下肢康复一般都会达到一定程度的提高，而上肢康复却由于人的惰性，潜意识等原因导致伤残率居高不下，随着医疗康复技术的快速发展，上肢康复系统逐渐被引入到患者的康复训练过程中，其融合了医学、生物学、机械学、美学、信息与计算机科学等诸多学科，满足不同患者的训练强度要求，适用于患者独立进行康复训练，实现上肢功能的恢复。现有市面上的一些康复训练机器人，上肢外骨骼康复机器人，由底座、两个机械臂组件以及六个电机驱动组件组成，可以同时实现左右手的康复训练，但局部负荷大，机构复杂度与重量偏大，操作学习成本高。机械臂的固定方式会造成穿戴者不适，穿戴时间长，不能满足较长时间的康复训练。大小臂长度采用手动调节，也增加了操作的繁琐性。患者的运动意图很难在康复过程中得到体现，使得整个康复训练过程中没有互动，单调乏味，训练模式单一、人机交互性差等缺陷，没有评估，患者训练反馈及训练参数不能直观反映，患者通过训练器无法直接得到训练恢复的成就感；患者参与的积极性、趣味性与主动性有所欠缺。现有市面上的设备，运动坐标位移感部分大部分是应用的是在桌面上安置红外边框，靠红外框的红外感应来判断运动坐标位置，限制使用场所，增加设备重量。发明内容本发明的目的在于克服目前的上肢康复训练中存在的上述问题，提供一种基于SCARA机器人的主被动上肢康复训练系统。为实现本发明的目的，采用了下述的技术方案：基于SCARA机器人的主被动上肢康复训练系统，包括上悬臂，在上悬臂上固定设置有第一驱动电机，下悬臂一端连接在第一驱动电机的输出轴上，下悬臂的另一端上设置有第二驱动电机，安装座的一端连接在第二驱动电机的输出轴上，第一驱动电机、第二驱动电机上均安装有旋转编码器，旋转编码器与控制上位机之间通讯连接，第一输出轴、第二输出轴均为竖直方向，臂托通过竖直方向的安装轴转动连接在安装座的另一端，在臂托内安装有筒形的气囊，气囊上连接有充放气装置，所述的气囊内壁上固定连接有多个肌电信号采集电极片，多个肌电信号采集电极片连接传输信号至控制上位机，在臂托下部还安装有加速度传感器，加速度传感器连接传输信号至控制上位机，第一驱动电机、第二驱动电机的输出上还安装有扭矩传感器，扭矩传感器连接输出信号至控制上位机。进一步的，在臂托的前部固定安装有环形轨道，环形轨道内转动设置有内环，沿内环直径方向固定设置有握把，握把上固定连接有肌电信号采集电极片，握把上安装有压力传感器，压力传感器连接传输信号至控制上位机，所述的加速度传感器安装在环形轨道的下端。进一步的，所述的环形轨道上具有刻度。进一步的，所述的加速度传感器通过无线信号或有线信号与控制上位机之间进行通讯。进一步的，在控制上位机上连接有显示器。基于SCARA机器人的主被动上肢康复训练方法，采用上述的任一基于SCARA机器人的主被动上肢康复训练系统，包括以下步骤：A：选取多个由于中枢神经损伤导致的上肢运动障碍患者，将各患者的患病上肢伸入气囊中，手部握住握把，给气囊充气至设定压力，各肌电信号采集电极片产生信号输送至控制上位机，得到各患者的肌电信号值；B：将患者分组，肌电信号值相差10%的患者为一组，分组后人工复查各组内的患者上肢患病程度是否有明显不一致情况，如有，重新进行步骤A复测；C：各组患者分别使用基于SCARA机器人的主被动上肢康复训练系统，得出可以进行主动训练的患者以及只能进行被动训练的组别；D：对于只能进行被动训练的患者组别，每组中均采用不同的训练参数进行训练，所述的训练参数包括第一电机转动角度、转动速度、输出扭矩、第二电机转动角度、转动速度、输出扭矩，并根据加速度传感器输出的信号得到相应的位移；根据患者的承受程度选择两个电机的电机转动角度、转动速度、输出扭矩较大值且位移较大值作为本组患者对应的的训练菜单，存储在控制上位机中，对于可以进行主动训练的患者组别，除了采用与只能进行被动训练的患者组别相同的方法得到其相应的训练菜单外，还通过以下方式得到其对应的主动训练菜单：让患者上肢主动运动，在主动运动时第一电机、第二电机逐渐增加反向力矩，再根据加速度传感器输出的信号得到相应的位移，根据患者可以克服的反向力矩得到相应的最大反向力矩存储在控制上位机中；E：患者上机训练时，上肢小臂伸入气囊中，给气囊充气至设定压力，各肌电信号采集电极片产生信号输送至控制上位机，得到各患者的肌电信号值，根据肌电信号值的大小确定患者是否可以进行主动训练，如果只能进行被动训练，则按照存储在控制上位机中的肌电信号值的大小对应的患者组别菜单进行训练；如果可以进行主动训练，则让患者选择主动训练还是被动训练，选择被动训练时按照存储在控制上位机中的肌电信号值的大小对应的患者组别菜单进行训练；选择主动训练时，在训练中第一电机、第二电机施加的反向力矩为相应组别的最大反向力矩的0.5-0.7倍。进一步的，在控制上位机中安装有游戏程序，当握力传感器的值或者位移信号值达到设定值时，触发游戏中的相应动作，握力传感器的值或者位移信号值达到设定值各组别不同。进一步的，步骤E中患者在被动训练中如训练不适，可通过选择开关向下一级训练菜单转换，下一级训练菜单指肌电信号值变小的组别对应的训练菜单。进一步的，步骤E中患者在主动训练中位移信号越来越大的情况下，增加第一电机、第二电机施加的反向力矩，超过最大反向力矩的情况下仍有位移量，则转向上一级训练菜单，上一级训练菜单指肌电信号值变大的组别对应的训练菜单。本发明的积极有益技术效果在于：本发明设备结构简单，成本低、容易控制，训练费用低，适应范围广，气囊束缚小臂的方式是患者在训练中手臂免收绑带勒的痛苦，根据不同患者的情况可自动进行训练，训练中各参数可显示、可记录，能够使患者直观的感觉到训练的效果，提高患者训练参与的积极性，在训练中可结合游戏，增加训练过程的趣味性和愉悦性，有利于综合提高训练效果。附图说明图1是本发明的整体示意图。图2是臂托处的示意图。图3是安装台面上的部分示意图。具体实施方式为了更充分的解释本发明的实施，提供本发明的实施实例，这些实施实例仅仅是对本发明的阐述，不限制本发明的范围。结合附图对发明进一步详细的解释，附图中各标记为：1：安装台面；2：控制上位机机壳；3：显示器；4：上悬臂；5：下悬臂；6：安装座；7：臂托；8：气囊；9：环形轨道；10：内环；11：把手；12：急停按钮一；13：急停按钮二；14：压力传感器；15：刻度；16：气泵；17：第一驱动电机；18：第二驱动电机；19：肌电信号采集电极片。如附图所示，基于SCARA机器人的主被动上肢康复训练系统，包括上悬臂4，上悬臂通过控制上位机机壳2安装在安装台面1上，在上悬臂上固定设置有第一驱动电机17，下悬臂一端连接在第一驱动电机的输出轴上，下悬臂5的另一端上设置有第二驱动电机18，以上形成SCARA机器人结构，安装座的一端连接在第二驱动电机的输出轴上，第一驱动电机、第二驱动电机上均安装有旋转编码器，旋转编码器与控制上位机之间通讯连接，在控制上位机上连接有显示器3，第一输出轴、第二输出轴均为竖直方向，臂托7通过竖直方向的安装轴转动连接在安装座的另一端，在臂托内安装有筒形的气囊8，气囊上连接有充放气装置，本申请中，充放气装置采用气泵16，所述的气囊内壁上固定连接有多个肌电信号采集电极片19所示为一个肌电信号采集电极片，气囊内的肌电信号采集电极片可采用以下肌块对应的电极片：：测试桡侧腕屈肌、肱桡肌、桡侧腕长伸肌、指浅屈肌、旋前圆肌、拇短伸肌、拇长伸肌、尺侧腕屈肌、拇长展肌、掌长肌、桡侧腕短伸肌、桡侧腕屈肌、旋前圆肌，本实施例中，除了气囊内具有肌电信号采集电极片外，还可以设置多个外置的肌电信号采集电极片用于采集数据，外置电极片可对应于以下肌块：肱肌、肱二头、、肱三头和三角肌。多个肌电信号采集电极片连接传输信号至控制上位机，在臂托下部还安装有加速度传感器，加速度传感器在图中没有示出，加速度传感器用于测定位移，加速度传感器连接传输信号至控制上位机，所述的加速度传感器通过无线信号或有线信号与控制上位机之间进行通讯，第一驱动电机、第二驱动电机的输出上还安装有扭矩传感器，扭矩传感器连接输出信号至控制上位机。在臂托的前部固定安装有环形轨道9，所述的环形轨道上具有刻度15，环形轨道内转动设置有内环10，沿内环直径方向固定设置有握把11，握把上固定连接有肌电信号采集电极片，握把上安装有压力传感器，14所示为压力传感器，压力传感器连接传输信号至控制上位机，所述的加速度传感器安装在环形轨道的下端。握把表面安装电极片用于采集收到握力肌电信号，具有通过安装在其内部的两个压力传感器来达到训练患者的手部握力的功能，握把安装在圆环形轨道的内环滑块上，内环滑块具有训练手臂旋转（前旋、后旋）康复训练的功能，并通过传感器显示在终端屏幕旋转偏移角度，以及内环滑轨外的环形轨道上标有旋转刻度，用于显示与内环滑块相对角度等功能。基于SCARA机器人的主被动上肢康复训练方法，采用上述的任一基于SCARA机器人的主被动上肢康复训练系统，包括以下步骤：A：选取多个由于中枢神经损伤导致的上肢运动障碍患者，将各患者的患病上肢伸入气囊中，手部握住握把，给气囊充气至设定压力，各肌电信号采集电极片产生信号输送至控制上位机，得到各患者的肌电信号值；B：将患者分组，肌电信号值相差10%的患者为一组，分组后人工复查各组内的患者上肢患病程度是否有明显不一致情况，如有，重新进行步骤A复测；C：各组患者分别使用基于SCARA机器人的主被动上肢康复训练系统，得出可以进行主动训练的患者以及只能进行被动训练的组别；D：对于只能进行被动训练的患者组别，每组中均采用不同的训练参数进行训练，所述的训练参数包括第一电机转动角度、转动速度、输出扭矩、第二电机转动角度、转动速度、输出扭矩，并根据加速度传感器输出的信号得到相应的位移；根据患者的承受程度选择两个电机的电机转动角度、转动速度、输出扭矩较大值且位移较大值作为本组患者对应的的训练菜单，存储在控制上位机中，对于可以进行主动训练的患者组别，除了采用与只能进行被动训练的患者组别相同的方法得到其相应的训练菜单外，还通过以下方式得到其对应的主动训练菜单：让患者上肢主动运动，在主动运动时第一电机、第二电机逐渐增加反向力矩，再根据加速度传感器输出的信号得到相应的位移，根据患者可以克服的反向力矩得到相应的最大反向力矩存储在控制上位机中；E：患者上机训练时，上肢小臂伸入气囊中，给气囊充气至设定压力，各肌电信号采集电极片产生信号输送至控制上位机，得到各患者的肌电信号值，根据肌电信号值的大小确定患者是否可以进行主动训练，如果只能进行被动训练，则按照存储在控制上位机中的肌电信号值的大小对应的患者组别菜单进行训练；如果可以进行主动训练，则让患者选择主动训练还是被动训练，选择被动训练时按照存储在控制上位机中的肌电信号值的大小对应的患者组别菜单进行训练；选择主动训练时，在训练中第一电机、第二电机施加的反向力矩为相应组别的最大反向力矩的0.5-0.7倍。进一步的，在控制上位机中安装有游戏程序，当握力传感器的值或者位移信号值达到设定值时，触发游戏中的相应动作，握力传感器的值或者位移信号值达到设定值各组别不同，例如握力传感器配合相应的射击类游戏，测试患者的平衡类游戏，如抓取和放置平衡板等作业游戏，但不限于此类形式的游戏，关于握力传感器的信号驱动游戏动作，在目前的很多康复和娱乐设备上具有现成的应用。进一步的，步骤E中患者在被动训练中如训练不适，可通过选择开关向下一级训练菜单转换，下一级训练菜单指肌电信号值变小的组别对应的训练菜单。进一步的，步骤E中患者在主动训练中位移信号越来越大的情况下，增加第一电机、第二电机施加的反向力矩，超过最大反向力矩的情况下仍有位移量，则转向上一级训练菜单，上一级训练菜单指肌电信号值变大的组别对应的训练菜单。在详细说明本发明的实施方式之后，熟悉该项技术的人士可清楚地了解，在不脱离上述申请专利范围与精神下可进行各种变化与修改，凡依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围，且本发明亦不受限于说明书中所举实例的实施方式。

权利要求：1.基于SCARA机器人的主被动上肢康复训练系统，包括上悬臂，其特征在于：在上悬臂上固定设置有第一驱动电机，下悬臂一端连接在第一驱动电机的输出轴上，下悬臂的另一端上设置有第二驱动电机，安装座的一端连接在第二驱动电机的输出轴上，第一驱动电机、第二驱动电机上均安装有旋转编码器，旋转编码器与控制上位机之间通讯连接，第一输出轴、第二输出轴均为竖直方向，臂托通过竖直方向的安装轴转动连接在安装座的另一端，在臂托内安装有筒形的气囊，气囊上连接有充放气装置，所述的气囊内壁上固定连接有多个肌电信号采集电极片，多个肌电信号采集电极片连接传输信号至控制上位机，在臂托下部还安装有加速度传感器，加速度传感器连接传输信号至控制上位机，第一驱动电机、第二驱动电机的输出上还安装有扭矩传感器，扭矩传感器连接输出信号至控制上位机。2.根据权利要求1所述的基于SCARA机器人的主被动上肢康复训练系统，其特征在于：在臂托的前部固定安装有环形轨道，环形轨道内转动设置有内环，沿内环直径方向固定设置有握把，握把上固定连接有肌电信号采集电极片，握把上安装有压力传感器，压力传感器连接传输信号至控制上位机，所述的加速度传感器安装在环形轨道的下端。3.根据权利要求2所述的基于SCARA机器人的主被动上肢康复训练系统，其特征在于：所述的环形轨道上具有刻度。4.根据权利要求1所述的基于SCARA机器人的主被动上肢康复训练系统，其特征在于：所述的加速度传感器通过无线信号或有线信号与控制上位机之间进行通讯。5.根据权利要求1所述的基于SCARA机器人的主被动上肢康复训练系统，其特征在于：在控制上位机上连接有显示器。6.基于SCARA机器人的主被动上肢康复训练方法，采用权利要求1-5所述的任一基于SCARA机器人的主被动上肢康复训练系统，其特征在于：包括以下步骤：A：选取多个由于中枢神经损伤导致的上肢运动障碍患者，将各患者的患病上肢伸入气囊中，手部握住握把，给气囊充气至设定压力，各肌电信号采集电极片产生信号输送至控制上位机，得到各患者的肌电信号值；B：将患者分组，肌电信号值相差10%的患者为一组，分组后人工复查各组内的患者上肢患病程度是否有明显不一致情况，如有，重新进行步骤A复测；C：各组患者分别使用基于SCARA机器人的主被动上肢康复训练系统，得出可以进行主动训练的患者以及只能进行被动训练的组别；D：对于只能进行被动训练的患者组别，每组中均采用不同的训练参数进行训练，所述的训练参数包括第一电机转动角度、转动速度、输出扭矩、第二电机转动角度、转动速度、输出扭矩，并根据加速度传感器输出的信号得到相应的位移；根据患者的承受程度选择两个电机的电机转动角度、转动速度、输出扭矩较大值且位移较大值作为本组患者对应的的训练菜单，存储在控制上位机中，对于可以进行主动训练的患者组别，除了采用与只能进行被动训练的患者组别相同的方法得到其相应的训练菜单外，还通过以下方式得到其对应的主动训练菜单：让患者上肢主动运动，在主动运动时第一电机、第二电机逐渐增加反向力矩，再根据加速度传感器输出的信号得到相应的位移，根据患者可以克服的反向力矩得到相应的最大反向力矩存储在控制上位机中；E：患者上机训练时，上肢小臂伸入气囊中，给气囊充气至设定压力，各肌电信号采集电极片产生信号输送至控制上位机，得到各患者的肌电信号值，根据肌电信号值的大小确定患者是否可以进行主动训练，如果只能进行被动训练，则按照存储在控制上位机中的肌电信号值的大小对应的患者组别菜单进行训练；如果可以进行主动训练，则让患者选择主动训练还是被动训练，选择被动训练时按照存储在控制上位机中的肌电信号值的大小对应的患者组别菜单进行训练；选择主动训练时，在训练中第一电机、第二电机施加的反向力矩为相应组别的最大反向力矩的0.5-0.7倍。7.根据权利要求6所述的基于SCARA机器人的主被动上肢康复训练方法，其特征在于：在控制上位机中安装有游戏程序，当握力传感器的值或者位移信号值达到设定值时，触发游戏中的相应动作，握力传感器的值或者位移信号值达到设定值各组别不同。8.根据权利要求6所述的基于SCARA机器人的主被动上肢康复训练方法，其特征在于：步骤E中患者在被动训练中如训练不适，可通过选择开关向下一级训练菜单转换，下一级训练菜单指肌电信号值变小的组别对应的训练菜单。9.根据权利要求6所述的基于SCARA机器人的主被动上肢康复训练方法，其特征在于：步骤E中患者在主动训练中位移信号越来越大的情况下，增加第一电机、第二电机施加的反向力矩，超过最大反向力矩的情况下仍有位移量，则转向上一级训练菜单，上一级训练菜单指肌电信号值变大的组别对应的训练菜单。

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