一種帕金森病人手持穩定器及其消抖實現方法與流程

2023-06-07 01:35:17 3

本發明涉及一種人體動作輔助裝置，尤其涉及一種增強帕金森患者或具有與帕金森相似症狀使用者的手部穩定裝置。

背景技術：

震顫是一種由於老齡化神經性衰退導致的疾病，65歲以上發病率為10.5％。因手部抖動造成不能正常生活的患者一般有三類，其中65歲以上帕金森發病率為1.2％，這類患者可以藥物治療控制抖動，最有效的藥物為美多巴，根據病情不同蜜月期大約為1～3年，蜜月期內效果很好，每次服藥可控制6～8小時，但蜜月期過後藥效急劇下降，有的患者每次服藥後僅能控制1小時左右，且部分患者服藥後會出現藥物過敏或血壓下降等副作用。據統計，中國帕金森患者數量為200～400萬；與此同時特發性或原發性震顫患者生活也受到不同程度的困擾，此類震顫患者沒有具體病因，也沒有藥物及其他有效治療手段。目前我國患有震顫疾病的人數在2000～4000萬，其中90％為特發性或原發性震顫，他們長期受震顫困擾。

與藥物治療相比，通過外部機械裝置來幫助帕金森患者或者具有震顫情況的患者消除或減緩手部抖動，一方面可以達到物理的治療效果，另一方能夠消除藥物治療對患者帶來的副作用與身體傷害。

公開號為CN204218557U的專利，公開了一種電子防抖勺，該裝置通過傳感器感應人的抖動信號，並將抖動信號傳送至控制器，控制器按照人抖動作出相反方向的運動信號至X軸控制電機和Z軸控制電機，X軸控制電機和Z軸控制電機控制連杆運動。但是該裝置前端只能掛接勺子，幫助使用者進食，使用 範圍有限，且控制較為複雜。

公開號為CN203646979U的專利，公開了一種防抖勺。該裝置通過傳感器和控制板來檢測和控制使用者手部抖動，裝置具有結構簡單，使用方便的特點。但該防抖勺同樣只針對患者的進食問題，且無法針對患者在不同抖動幅度下調整裝置的消抖頻率及幅度。

公開號為CN204428223U的專利，公開了一種減輕手臂振動影響的裝置，該裝置能夠替換不同的配件，與大多數防抖裝置相比具有較大的使用範圍，但該裝置在消抖過程中，其配件會跟隨轉軸在空間內擺動，無法保持配件角度的穩定，降低了消抖效果，且無法手動對裝置消抖效果進行調整。

技術實現要素：

本發明針對現有結構存在的缺陷，提出了一種配件可以替換的、依靠四連杆結構運動消抖的、易於控制的帕金森病人手持穩定器。

本發明提出的一種帕金森病人手持穩定器，針對帕金森患者震顫問題，同時結合現有已公開防抖裝置的結構複雜、適用範圍有限等不足而設計。該裝置通過俯仰、橫滾方向以及前端軸向微調的三電機控制，配合主控板算法控制，達到對使用者手部消抖的效果，消抖結構依靠平行結構的連杆裝置，能夠實現前端配件在空間內的角度不發生變化，保持配件的穩定。裝置可以替換不同的前端配件，增加患者的使用範圍，同時結構簡單，易於控制。

本發明採取的技術方案為：一種帕金森病人手持穩定器，其特徵在於，包括配件、前端軸向微調機構、擺動消抖機構、轉動消抖機構以及手持機構，所述配件通過配件安裝頭安裝在前端軸向微調機構內，配件末端的磁鐵通過永磁體進行吸附，前端軸向微調機構與擺動消抖機構機械連接，擺動消抖機構與轉 動消抖機構通過軸向調控電機機械連接，轉動消抖機構與手持機構通過連接殼機械連接，所述配件用於實現使用者不同的功能，擺動消抖機構用於帶動配件進行縱向消抖，轉動消抖機構用於帶動擺動消抖機構及配件進行橫滾方向消抖，前端軸向微調機構用於軸向微調節配件的方向，使配件在裝置消抖過程中保持水平和穩定。

所述前端軸向微調機構包括前端外殼、配件安裝頭、永磁體、軸承、內圈齒輪、前端外殼支架、角加速度傳感器以及重力傳感器。

所述擺動消抖機構包括擺動從動機構和擺動主動機構。其中擺動從動機構包括電機A、擺動從動外殼、從動連杆、主動連杆，擺動主動機構包括電機安裝殼、電機B以及電機B轉軸。

所述轉動消抖機構包括軸向調控電機和連接殼，軸向調控電機通過固定孔與電機安裝殼相固定，連接殼與手持機構相固定。

所述手持機構包括固定帶、手持外殼、調整補償按鈕以及控制電路板、電池。

所述配件安裝頭安裝在前端外殼的前部，永磁體放置在配件安裝頭內，配件通過配件安裝頭與永磁體相吸附，配件可根據患者不同的生活需求，替換成具體不同形式的替代物。

所述角加速度傳感器和重力傳感器安裝在前端外殼內部，用於實時檢測配件的姿態以及裝置抖動情況。

所述前端軸向微調機構中的內圈齒輪安裝在前端外殼內部，並與電機A的小齒輪相互咬合，前端軸向微調機構與擺動從動機構通過中心轉軸相連接，中心轉軸通過軸承分別固定在前端外殼支架上與從動外殼支架上。

所述擺動從動機構中的電機A通過電機A安裝支架固定在擺動從動外殼上。 電機A工作時驅動小齒輪轉動，進而帶動前端軸向微調機構中的內圈齒輪轉動，再帶動前端外殼轉動，從而實現前端軸向微調機構對配件在橫滾方向上的調控，從動連杆和主動連杆分別通過連杆轉軸固定在軸孔上，擺動從動機構與擺動主動機構通過從動連杆和主動連杆相連接。

所述擺動主動機構中的電機B通過電機B安裝孔固定在電機安裝殼上，電機B轉軸穿過電機B轉軸孔，並與主動連杆相連接，從動連杆通過從動連杆安裝孔與電機安裝殼固定，電機B工作時，電機B轉軸轉動帶動主動連杆轉動，從動連杆跟隨主動連杆轉動，進而帶動擺動從動機構在俯仰方向上擺動，從而實現擺動消抖機構在擺動方向上的調控。所述從動連杆與主動連杆之間形成四連杆機構，這種運動形式能夠消除前端配件的擺動顫抖的影響，從而保證配件在消抖過程中平穩運動。

所述轉動消抖機構中的軸向調控電機的電機轉子與電機安裝殼相連接，其電機定子與連接殼相連接，連接殼與手持外殼相連接，軸向調控電機中間為空心轉軸，方便前面的控制線通過並連接到後面的控制電路板上。

所述手持機構包含固定帶，其作用為輔助人手固定在裝置上，控制電路板和電池均安裝在手持外殼內部。所述手持外殼上安裝有調整補償按鈕，可以讓使用者手動調節消抖的幅度、配件的角度狀態等參數，使消抖更加準確。

所述擺動消抖機構與手持機構均可進行左右拆分，整體結構沿軸線對稱，便於裝置的安裝。

一種帕金森病人手持穩定器消抖動作的實現方法，包括以下步驟：

A：若使用者手部處於豎直方向抖動，當手部向下(或向上)抖動時，帕金森病人手持穩定器擺動消抖機構中的擺動主動機構進行調控，電機B工作帶動電機B轉軸轉動，使主動連杆向上(或向下)擺動，擺動幅度及方向通過角加 速度傳感器檢測後，保持與使用者手部抖動角度一致，主動連杆向上擺動帶動從動連杆運動，由於主動連杆和從動連杆保持四連杆結構運動，從而使前端配件能夠保持其水平面穩定；

B：若使用者手部處於水平方向抖動時，穩定器轉動消抖機構調控，軸向調控電機工作使擺動消抖機構的從動連杆和主動連杆旋轉到水平方向，與此同時前端軸向微調機構調控，電機A工作帶動前端外殼轉動，使配件調整到使用者正常使用的角度，當手部向左(或向右)抖動時，參考步驟A，擺動消抖機構中的擺動主動機構進行調控，電機B工作帶動電機B轉軸轉動，使主動連杆向右(或向左)擺動，從而進行水平消抖調控；

C：若使用者手部處於任意角度抖動時，穩定器轉動消抖機構調控，軸向調控電機工作使擺動消抖機構的從動連杆和主動連杆旋轉到與使用者抖動方向垂直的平面，與此同時前端軸向微調機構調控，使配件調整到使用者正常使用的角度，參考步驟A，擺動消抖機構中的擺動主動機構進行調控，電機B工作帶動電機B轉軸轉動，使主動連杆向使用者抖動的相反方向擺動，擺動幅度及方向通過角加速度傳感器檢測後，保持與使用者手部抖動角度一致，從而進行任意角度的消抖調控。

由於上述技術方案運用，本發明與現有技術相比具有下列優點和效果：

本發明的一個效果在於，通過磁塊吸附配件，可以實現配件的替換，滿足使用者的不同場景的生活需求；

本發明的一個效果在於，裝置具有擺動、轉動及前端軸向微調三重調控機構，通過俯仰方向和橫滾方向雙電機的配合控制，可以實現正交空間內的任意角度消抖；，通過前端軸向微調機構可以使配件始終保持在與使用者操作時合適的角度；

本發明的一個效果在於，穩定器俯仰消抖利用四連杆結構的運動形式，裝置消抖不會影響前端配件姿態的變化，進而保證在消抖過程中前端配件始終處於平面內穩定；

本發明的一個效果在於，裝置利用角加速度傳感器、重力傳感器等各種傳感器件實時檢測裝置抖動情況與配件的角度變化，使消抖調控更加準確。

本發明的一個效果在於，穩定器裝有調節補償按鈕，可以手動調節消抖幅度和配件的所處角度等參數；

本發明的一個效果在於，穩定器外形仿槍形結構，提升使用者手持的舒適度。

附圖說明

圖1是穩定器整體結構示意圖；

圖2是穩定器整體等軸測視圖；

圖3是穩定器整體俯視圖；

圖4是穩定器整體零件分解視圖；

圖5是前端微調機構示意圖；

圖6是前端微調機構組裝示意圖；

圖7是前端外殼示意圖；

圖8是前端微調機構剖視圖；

圖9是俯仰從動調控機構示意圖；

圖10是俯仰從動調控機構組裝示意圖；

圖11是俯仰從動外殼圖示；

圖12是俯仰主動調控結構示意圖；

圖13是軸向調控電機示意圖；

圖14是連接殼示意圖；

圖15是手持機構示意圖；

圖16是手持機構組裝示意圖；

圖17是穩定器剖視圖；

圖18是俯仰擺動動作圖示；

圖19是水平擺動動作圖示；

圖20是任意角度擺動動作圖示。

附圖中，各標號所代表的部件：1、配件 101、磁鐵 2、前端軸向微調機構 3、擺動消抖機構 4、轉動消抖機構 5、手持機構 201、前端外殼 202、配件安裝頭 203、永磁體 204、軸承 205、內圈齒輪 211、前端外殼支架 212、角加速度傳感器 213、重力傳感器 300、擺動從動機構 310、擺動主動機構 301、連接軟套 302、電機安裝殼 303、電機B 304、電機B轉軸 305、電機B安裝孔 306、電機B轉軸孔 307、從動連杆安裝孔 311、擺動從動外殼 312、電機A安裝支架 313、電機A 314、小齒輪 315、中心轉軸 316、連杆轉軸 317、從動連杆 318、主動連杆 319、軸孔 3110、從動外殼支架 401、軸向調控電機 402、連接殼 4021、連接殼支架 4011、固定孔 4012、電機轉子 4013、電機定子 4014、空心轉軸 501、固定帶 502、調整補償按鈕 503、手持外殼 504、控制電路板 505、電池

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步的介紹。

如圖1～4所示，一種帕金森病人手持穩定器，包括配件1、前端軸向微調機 構2、擺動消抖機構3、轉動消抖機構4以及手持機構5。所述配件安裝頭202安裝在前端外殼201的前部，永磁體203放置在配件安裝頭202內，配件1末端的磁鐵101通過配件安裝頭202與永磁體203相吸附，配件1可根據患者不同的生活需求，替換成具體的不同形式的替代物品，如勺子、叉子、觸控筆、鉛筆等。

前端軸向微調機構2與擺動消抖機構3機械連接，擺動消抖機構3與轉動消抖機構4通過軸向調控電機401機械連接，轉動消抖機構4與手持機構5通過連接殼402機械連接，所述配件1用於實現使用者不同的功能，擺動消抖機構3用於帶動配件1進行縱向消抖，轉動消抖機構4用於帶動擺動消抖機構3及配件1進行橫滾方向消抖，前端軸向微調機構2用於軸向微調節配件1的方向，使配件1在裝置消抖過程中保持水平和穩定。

如圖5～8所示，所述前端軸向微調機構2包括前端外殼201、配件安裝頭202、永磁體203、軸承204、內圈齒輪205、前端外殼支架211、角加速度傳感器212以及重力傳感器213。所述角加速度傳感器212和重力傳感器213安裝在前端外殼201內部，用於實時檢測配件1的姿態以及裝置抖動情況。

所述前端軸向微調機構2中的內圈齒輪205安裝在前端外殼201內部，並與電機A 313的小齒輪314相互咬合，前端軸向微調機構2與擺動從動機構300通過中心轉軸315相連接，中心轉軸315通過軸承204分別固定在前端外殼支架211上與從動外殼支架3110上。

如圖9～11所示，所述擺動從動機構300中的電機A 313通過電機A安裝支架312固定在擺動從動外殼311上，電機A 313工作時驅動小齒輪314轉動，進而帶動前端軸向微調機構2中的內圈齒輪205轉動，再帶動前端外殼201轉動，從而實現前端軸向微調機構2對配件1在橫滾方向上的調控，從動連杆317 和主動連杆318分別通過連杆轉軸316固定在軸孔319上，擺動從動機構300與擺動主動機構310通過從動連杆317和主動連杆318相連接。

如圖12所示，所述擺動主動機構310中的電機B 303通過電機B安裝孔305固定在電機安裝殼302上，電機B轉軸304穿過電機B轉軸孔306，並與主動連杆318相連接，從動連杆317通過從動連杆安裝孔307與電機安裝殼302固定，電機B 303工作時，電機B轉軸304轉動帶動主動連杆318轉動，從動連杆317跟隨主動連杆318轉動，進而帶動擺動從動機構300在擺動方向上擺動，從而實現擺動消抖機構3在俯仰方向上的調控。

所述從動連杆317與主動連杆318之間保持四連杆結構運動，這種消抖運動形式能夠保證前端配件1的水平面保持角度不變，從而保證配件1在消抖過程中平穩運動。

如圖13所示，所述轉動消抖機構4中的軸向調控電機401的電機轉子4012與電機安裝殼302相連接，其電機定子4013與連接殼402相連接，連接殼40與手持外殼503相連接，軸向調控電機401中間為空心轉軸4014，方便前面的控制線通過並連接到後面的控制電路板504上。

如圖15所示，所述手持機構5包含固定帶501，其作用為輔助人手固定在裝置上，控制電路板504和電池505均安裝在手持外殼503內部。所述手持外殼503上安裝有調整補償按鈕502，可以讓使用者手動調節消抖的幅度、配件所處角度等參數，使消抖更加準確。

如圖18～20所示，一種帕金森病人手持穩定器消抖動作的實現方法包括以下步驟：

1：若使用者手部處於豎直方向抖動，當手部向下(或向上)抖動時，帕金森病人手持穩定器擺動消抖機構3中的擺動主動機構310進行調控，電機B 303 工作帶動電機B轉軸304轉動，使主動連杆318向上(或向下)擺動，擺動幅度通過角加速度傳感器212檢測後，保持與使用者手部抖動角度一致，主動連杆318向上擺動帶動從動連杆317運動，由於主動連杆318和從動連杆317保持四連杆結構運動，從而使前端配件1能夠保持其水平面穩定；

2：若使用者手部處於水平方向抖動時，穩定器轉動消抖機構4調控，軸向調控電機401工作使擺動消抖機構3的從動連杆317和主動連杆318旋轉到水平方向，與此同時前端軸向微調機構2調控，電機A 313工作帶動前端外殼201轉動，使配件1調整到使用者正常使用的角度，當手部向左(或向右)抖動時，參考步驟1，擺動消抖機構3中的俯仰主動機構310進行調控，電機B 303工作帶動電機B轉軸304轉動，使主動連杆318向右(或向左)擺動，從而進行水平消抖調控；

3：若使用者手部處於任意角度抖動時，穩定器轉動消抖機構4調控，軸向調控電機401工作使擺動消抖機構3的從動連杆317和主動連杆318旋轉到與使用者抖動方向垂直的平面，與此同時前端軸向微調機構2調控，使配件1調整到使用者正常使用的角度，參考步驟1，擺動消抖機構3中的擺動主動機構310進行調控，電機B 303工作帶動電機B轉軸304轉動，使主動連杆318向使用者抖動的相反方向擺動，其擺動幅度與方向通過角加速度傳感器212檢測後，保持與使用者手部抖動角度一致，從而進行任意角度的消抖調控。

本實施例中所描述的具體實施例僅僅是對本發明精神作舉例說明。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或採用類似的方式替代，但並不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的範圍。

儘管本實施例中所使用的前端配件是勺子，但是相同的位置可根據患者不 同生活需求而替換成寫字筆、打字器等不同物品，使用勺子僅僅是為了更方便形象地描述和解釋本發明的本質。同時，本發明適用但不僅限於帕金森病症患者，其他具有震顫特徵的使用者亦在本發明受用範圍之內。