肌电传感器16、若干触觉传感器17和电子鼻；所述电子鼻安装在患者口鼻腔附近，测量患者的呼气量大小和气体流速信号；所述可穿戴式惯性传感器15通过弹性橡胶18粘附在患者运动关节；所述表面肌电传感器16和触觉传感器17通过弹性橡胶18粘附在患者的呼吸肌表面。
[0015]如图3所示，所述肺康复训练机器人包括中央处理器、PL C、伺服驱动器、第一伺服电机1、轴承座2、螺杆3、X型支撑杆4、腋下支撑板5、平板6、齿轮齿条结构7、抓手8、第二伺服电机9、竖直滑轨10、X型固定架11、基座12、U形螺母13和支撑台14 ;其中，所述基座12固定在病床或座椅上，基座12的前端固定两个轴承座2 ;—根两端具有相反旋向螺纹的螺杆3固定在两个轴承座2中，可以做旋转运动，水平方向固定；所述U形螺母13的下端开有与螺杆3的螺纹相配合的螺孔，两个U形螺母13分别安装在螺杆3的两端螺纹上；U形螺母13的两个侧面均开有通孔，所述两侧通孔的中心轴与下端螺孔的中心轴垂直；所述X型支撑杆4的中心具有可转动的销轴，两个底端均开有通孔，两个底端分别置于两个U形螺母13的U形槽中，通过销轴穿过通孔将X型支撑杆4与U形螺母13连接；螺杆3 —端通过联轴器安装第一伺服电机1，第一伺服电机I作为扭矩输入端；当螺杆3在第一伺服电机I带动下旋转运动时，带动两个U型螺母13做相向或相反运动，同时带动X型支撑杆4的两个底端做相向或相反运动，从而实现整个机构在垂直方向上的上下往复运动；所述支撑台14的中部下端开有两个平行的两面槽口，X型支撑杆4两个上端分别插入两面槽口与之滑动配合，两个腋下支撑板5分别安装在支撑台14伸出的手臂上，从而使得腋下支撑板5能在训练过程中支撑患者胸腔重量；支撑台14后侧楔入一块平板6，平板6上用两个轴承座固定一个齿轮，齿轮下方配合安装一段齿条，齿条可以随着齿轮的转动而前后移动，从而形成齿轮齿条结构7 ;所述两个抓手8均与齿条的末端相连，能和齿条一同前后运动；所述第二伺服电机9和齿轮用联轴器相连；支撑台14尾部两端分别伸出两个燕尾型凸起与所述竖直滑轨10的燕尾槽滑动配合；所述X型固定架11与所述竖直滑轨10焊接，起到加强系统稳定性的作用；所述竖直滑轨10底部用螺钉固定在基座12上；所述第一伺服电机I和第二伺服电机9均与伺服驱动器相连，所述伺服驱动器与PL C相连，通过PL C控制电机的转向和转速；所述PL C、可穿戴式惯性传感器、表面肌电传感器、触觉传感器和电子鼻均与中央处理器相连。
[0016]本实用新型的工作过程如下:
[0017]用户主要针对的是患有慢性阻塞性肺病的患者，也可以适用于其它呼吸功能障碍患者。将传感器测得患者的呼吸困难信息，包括胸腔、肌肉的运动状况，呼吸肌的肌肉电信号，胸腔压力信号，呼气量的大小以及气体流速信号由外设接口传输至机器人的中央处理器，中央处理器对患者呼吸信号进行量化处理，得到量化的患者呼吸困难度信号，将呼吸困难度类比于电机工作时的负载，利用阻抗反馈的控制算法，控制电机的转速和运转方向，实现呼吸困难度的反馈控制。
[0018]接收到伺服驱动器指令后，在第一伺服电机I的驱动下，由于双螺纹螺杆3两端螺纹旋向相反，在其旋转运动时，与之螺纹连接的X型支撑杆4的底端A、B两点便会相向运动或者背离运动，当A、B相向运动时，腋下支撑板5上升，抬起患者胸腔；当A、B背离运动时，腋下支撑板5下降，放下患者胸腔，整个训练过程中机构一直支撑患者上身重量，从而减轻患者的呼吸训练负担。在机器人后半部分，抓手8抓住患者的手臂，抓手8与齿轮齿条结构7相连，在第二伺服电机9的驱动下，齿轮齿条结构带动抓手8前后往复运动，使得患者手臂能实现前后摆动，从而实现患者的上肢训练动作和胸部的扩张。竖直滑轨10是用来固定住机构整体，使其只能在完全竖直方向上运动，不发生偏斜，保证患者的安全和舒适度。该机器人肺康复训练系统通过对上身的减负，辅助胸腔和手臂的拉伸扩展运动，实现对呼吸肌(膈肌)的辅助训练。利用X型支撑架4的机构支撑患者上身重量进行呼吸过程中胸腔的上下运动。
[0019]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于呼吸困难度反馈的机器人肺康复训练系统，其特征在于，包括可穿戴式呼吸传感监测系统和肺康复训练机器人，所述可穿戴式呼吸传感监测系统包含若干可穿戴式惯性传感器(15)、若干表面肌电传感器(16)、若干触觉传感器(17)和电子鼻；所述电子鼻安装在患者口鼻腔附近，测量患者的呼气量大小和气体流速信号；所述可穿戴式惯性传感器(15)通过弹性橡胶(18)粘附在患者运动关节；所述表面肌电传感器(16)和触觉传感器(17)通过弹性橡胶(18)粘附在患者的呼吸肌表面； 所述肺康复训练机器人包括中央处理器、PL C、伺服驱动器、第一伺服电机(1)、轴承座(2)、螺杆(3)、X型支撑杆(4)、腋下支撑板(5)、平板(6)、齿轮齿条结构(7)、抓手(8)、第二伺服电机(9)、竖直滑轨(10)、X型固定架(11)、基座(12)、U形螺母(13)和支撑台(14)；其中，所述基座(12)固定在病床或座椅上，基座(12)的前端固定两个轴承座(2); —根两端具有相反旋向螺纹的螺杆(3)固定在两个轴承座(2)中，水平方向固定；所述U形螺母(13)的下端开有与螺杆(3)的螺纹相配合的螺孔，两个U形螺母(13)分别安装在螺杆(3)的两端螺纹上；U形螺母(13)的两个侧面均开有通孔，所述两侧通孔的中心轴与下端螺孔的中心轴垂直；所述X型支撑杆(4)的中心具有可转动的销轴，两个底端均开有通孔，两个底端分别置于两个U形螺母(13)的U形槽中，通过销轴穿过通孔将X型支撑杆(4)与U形螺母(13)连接；螺杆(3)—端通过联轴器安装第一伺服电机(1)，第一伺服电机(I)作为扭矩输入端；当螺杆(3 )在第一伺服电机(I)带动下旋转运动时，带动两个U型螺母(13 )做相向或相反运动，同时带动X型支撑杆(4)的两个底端做相向或相反运动；所述支撑台(14)的中部下端开有两个平行的两面槽口，X型支撑杆(4)两个上端分别插入两面槽口与之滑动配合，两个腋下支撑板(5)分别安装在支撑台(14)伸出的手臂上；支撑台(14)后侧楔入一块平板(6)，平板(6)上用两个轴承座固定一个齿轮，齿轮下方配合安装一段齿条，齿条可以随着齿轮的转动而前后移动，从而形成齿轮齿条结构(7);所述两个抓手(8)均与齿条的末端相连，能和齿条一同前后运动；所述第二伺服电机(9)和齿轮用联轴器相连；支撑台(14)尾部两端分别伸出两个燕尾型凸起与所述竖直滑轨(10)的燕尾槽滑动配合；所述X型固定架(11)与所述竖直滑轨(10)焊接；所述竖直滑轨(10)底部用螺钉固定在基座(12)上；所述第一伺服电机(I)和第二伺服电机(9)均与伺服驱动器相连，所述伺服驱动器与PL C相连，通过PL C控制电机的转向和转速；所述PL C、可穿戴式惯性传感器、表面肌电传感器、触觉传感器和电子鼻均与中央处理器相连。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于呼吸困难度反馈的机器人肺康复训练系统，包括可穿戴式呼吸传感监测系统和肺康复训练机器人，所述可穿戴式呼吸传感监测系统利用可穿戴式惯性传感器、表面肌电传感器、触觉传感器监测患者呼吸信息，并利用电子鼻监测患者的呼气量和气体流速，从而得到患者呼吸的阻滞情况，对患者的呼吸困难程度进行量化处理。利用测得的患者呼吸困难度以及呼吸阻滞情况等生物力学信息，结合患者自身身体状况以及对肺康复训练动作的要求，指导肺康复训练机器人辅助患者进行相应的训练，实现机器人和患者的实时交互，减轻患者康复训练的负担，提高患者对康复训练的依存性。
【IPC分类】A63B23/18
【公开号】CN204723707
【申请号】CN201520402905
【发明人】刘涛, 朱志华, 丛博, 韩梅梅
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2015年6月11日