可攜式多模式控制手功能康復訓練裝置製造方法
2023-05-23 01:49:01 2
可攜式多模式控制手功能康復訓練裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種可攜式多模式控制手功能康復訓練裝置，拇指板上裝有四指驅動機構和四指減速機構，拇指板上裝有拇指驅動機構和拇指減速機構，四指驅動機構通過四指減速機構連接連杆機構，連杆機構連接弧形滑槽機構及自適應手指調節機構，通過四指驅動機構驅動弧形滑槽機構，實現掌關節的運動和近端指關節的運動；拇指驅動機構通過拇指減速機構連接拇指驅動連杆機構，驅動連杆機構連接拇指弧形滑槽機構，拇指弧形滑槽機構前端連接拇指用非彈性綁帶，通過拇指驅動機構驅動拇指弧形滑槽機構，促使拇指關節運動。本發明利用兩個微型電機實現拇指的單獨訓、四指的聯動訓練和抓握訓練，實現輕便結構下拇指掌指關節、四指掌指關節和近端指間關節的獨立運動。
【專利說明】可攜式多模式控制手功能康復訓練裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種手功能康復訓練裝置，尤其是一處應用於腦卒中病人手部康復訓練的可攜式設備。
【背景技術】
[0002]在中國，腦卒中標化患病率約為1.82%，40歲以上罹患腦卒中的人數高達1036萬人，其中85%患者有上肢功能缺陷，在康復治療中，手以其關節數量多、動作精細程度高的因素，導致了手功能康復治療最為困難。
[0003]國內外已經得到臨床應用的外骨骼式手功能康復訓練機器人基本都是走中大型設備的路線，比如技術比較成熟的三個產品義大利IDR0GENET公司的Gloreha機器人、德國FESTO的ExoHand機器人和香港理工大學的EMG驅動機械手機器人。現有產品明顯增大了患者視野範圍內的設備體積，會不同程度的增加病人的心理壓力。
[0004]與此同時，只有大型醫院或康復中心才會購買這類價格較高的中大型設備，這樣的設備特性就限制病人必須在規定時間地點做間斷性的幾組康復訓練動作，訓練量達不到病人最佳康復需求。在小型醫院，病人必須依靠專業理療師才能進行手部的定時定點康復訓練。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是:提供一種可攜式多模式控制手功能康復訓練裝置，該裝置所佔空間小，重量輕，具有高傳動比，高轉矩輸出，可以允許有多種控制方式的手功能訓練器。它允許病人在不同階段，可以在不依靠專業醫師或者在戶外的情況下，自主進行訓練。
[0006]本發明解決其技術問題所採用的技術方案是:一種可攜式多模式控制手功能康復訓練裝置，包括外殼、拇指板、手掌板，拇指板上安裝有四指驅動機構和四指減速機構，拇指板上安裝有拇指驅動機構和拇指減速機構，所述四指驅動機構通過四指減速機構連接連杆機構，連杆機構連接弧形滑槽機構，弧形滑槽機構連接自適應手指調節機構，通過四指驅動機構驅動弧形滑槽機構，實現掌關節的運動和近端指關節的運動；所述拇指驅動機構通過拇指減速機構連接拇指驅動連杆機構，驅動連杆機構連接拇指弧形滑槽機構，拇指弧形滑槽機構前端連接拇指用非彈性綁帶，通過拇指驅動機構驅動拇指弧形滑槽機構，促使拇指關節運動。
[0007]四指減速機構由行星減速機構和直齒輪減速機構組成，傳動比為1000，其中行星減速比10，直齒輪減速機構傳動比100，輸入轉矩5mNM，輸出轉矩為5000mNM。
[0008]拇指板與手掌板之間通過鉸鏈連接，通過鉸鏈微調拇指板與手掌板之間的角度，滿足不同情況的病人的需要。
[0009]自適應手指調節機構具有一彈性綁帶經過位於手掌板上的綁帶孔和位於拇指板上的綁帶孔對手掌部分進行固定的固定手掌部分、由彈性綁帶和非彈性綁帶對手指進行固定的固定手指部分。
[0010]拇指減速機構設有固定孔1，外殼上設有第一固定孔和第二固定孔，第一固定孔、第二固定孔、固定孔分別與拇指板上的三個直槽口通過螺紋連接，通過調節外殼和減速機構上固定孔與拇指板上三個直槽口之間的連接位置實現拇指位置的微調。
[0011]手功能康復訓練裝置還包括控制器、肌電信號傳感器、語音輸入器，肌電信號傳感器將患者肌電信號(EMG)經過特徵提取後通過控制器來控制手指的動作和動作速度；語音輸入器接收患者語音輸入的命令，進行語音識別後通過控制器來控制手指的動作和動作速度。
[0012]本發明的有益效果是:
四指驅動固定於手掌板上，通過減速機構、連杆機構、弧形滑槽機構和自適應手指調節機構，完成四指掌關節和近端指關節的運動。即單個電機實現雙自由度的運動。
[0013]減速機構部分，採用行星減速和直齒輪減速，傳動比達到1000，其中行星減速傳動比為10，直齒輪部分減速比為100。高傳動比高轉矩輸出，可以滿足病人訓練的需要。
[0014]自適應手指調節機構，包括手掌固定部分和手指固定部分。手指固定部分又分為彈性固定和非彈性固定部分，彈性部分用於固定手指根部，非彈性部分用於固定靠指尖部分，防止肌張力過大，以致於達不到訓練的效果。
[0015]根據病人的差異，拇指板和手掌板之間的角度可根據需要通過鉸鏈的固定進行調節。
[0016]根據病人康復的不同時期和不同病人的差異，可分別通過語音控制，軟癱期病人通過健側肌電控制患側手的運動，恢復期病人通過患側肌電控制患側手的運動。
[0017]本發明採用語音和肌電兩種控制方式:軟癱期腦卒中患者可以運用健側肌電信號控制患側手的運動；恢復期病人可以在患側有一定肌力的情況下，由患側肌電信號直接控制手的運動，也可直接進行語音控制來完成手部的訓練。這種應用語音和肌電進行混合控制的方法，可以實現被動與主動康復訓練。
[0018]本發明解決了腦卒中病人手部康復難和只能依賴專業醫師才能進行手部訓練的問題，打破了現有大中型康復訓練機器人定時定點訓練的現狀，且應用肌電觸發及語音混合控制實現被動與主動訓練模式。本發明利用兩個微型電機實現拇指的單獨訓、四指的聯動訓練和抓握訓練，實現輕便結構下拇指掌指關節、四指掌指關節和近端指間關節的獨立運動。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是本發明的結構立體示意圖；
圖2是本發明的內部整體結構示意圖；
圖3是四指雙自由度運動不意圖；
圖4是減速機構部分結構圖；
圖5是自適應手指調節機構示意圖；
圖6是拇指板和手掌板角度調節示意圖；
圖7是拇指位置調節示意圖；
圖8是是肌電控制的功能方框圖； 圖9是語音控制的功能方框圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖和實施例對本發明做進一步的說明。
[0021]如圖1，2所示，一種可攜式多模式控制手功能康復訓練裝置，包括外殼1、拇指板
3、手掌板4、四指驅動機構6、拇指驅動機構2、四指減速機構5、拇指減速機構10、連杆機構
7、弧形滑槽機構8、自適應手指調節機構9。其中，外殼I與拇指板3和手掌板4之間用螺紋連接，四指減速機構5與拇指板3、拇指減速機構10和手掌板3之間用螺紋連接，連杆機構7的杆件之間用圓柱銷連接。四指驅動機構6通過四指減速機構5連接連杆機構7，連杆機構7連接弧形滑槽機構8，弧形滑槽機構8連接自適應手指調節機構9，通過四指驅動機構6驅動弧形滑槽機構8，實現掌關節的運動和近端指關節的運動；拇指驅動機構2通過拇指減速機構10連接拇指驅動連杆機構，驅動連杆機構連接拇指弧形滑槽機構，拇指弧形滑槽機構前端連接拇指用非彈性綁帶9-4，通過拇指驅動機構2驅動拇指弧形滑槽機構，促使拇指關節運動。多用圓或圓弧的圓融式外觀設計，拇指採用鵝卵石狀的設計，能夠減弱病人的心理負擔。
[0022]如圖2所示，四指驅動機構6經四指減速機構5，最終驅動滑槽機構8運動。
[0023]如圖3所示，通過單個驅動電機6，實現了掌關節的運動和近端指關節的運動。
[0024]如圖4所示，減速機構5，電機輸出軸與錐齒輪5-1通過緊固螺釘連接，經過齒輪軸5-3上的錐齒輪5-2達到換向作用，齒輪軸5-3分別經過階梯齒輪軸5-4進行一級減速，再經過階梯齒輪軸5-5進行二級減速，進一步經過扇形齒輪5-6進行三級減速。電機行星減速再經過減速機構5後，減速比最終達到1000。
[0025]如圖5所示，自適應調節機構由固定手掌部分和固定手指部分兩部分構成。進一步，彈性綁帶經過第一綁帶孔9-1和第二綁帶孔9-5對手掌部分進行固定。固定手指部分由彈性綁帶9-2和非彈性綁帶9-3進行固定。拇指用非彈性綁帶9-4進行固定。
[0026]根據人手的差異，拇指板3和手掌板4之間的角度需要進行調節。如圖6所示，第一固定板3-1和第二固定板3-2之間通過合頁結構連接，子母合頁之間通過螺栓連接，第一固定板3-1和手掌板4之間，第二固定板3-2和拇指板3之間都通過螺紋連接進行固定。這樣，既能保證拇指板3和手掌板4之間角度的調節，又能進行固定。
[0027]根據人手的差異，還需要對拇指的位置進行微調。如圖7所示，拇指位置的調節通過外殼I上的第一固定孔1-1和第二固定孔1-2、拇指減速機構10上固定孔10-1，分別與拇指板3上三個直槽口通過螺紋連接，同時能夠進行結構微調。
[0028]如圖8所示，肌電信號(EMG)經過處理後進行特徵提取來控制動作類型，經過相關參數計算後來控制動作速度，最終達到執行動作的目的。對於患者來說，軟癱期患側肌電信號比較微弱，可以通過健側肌電信號控制患側手指運動。恢復期可以直接用患側肌電控制患側運動。
[0029]如圖9所示，對於嚴重癱瘓者，如果兩側肢肌電信號都比較弱，可採用語音控制:語音輸入經過預處理，在完成語音訓練後，可輸入命令，進行語音識別後，可直接出發命令，完成動作的執打。
【權利要求】
1.一種可攜式多模式控制手功能康復訓練裝置，包括外殼(1)、拇指板(3)、手掌板(4)、拇指板(3)上安裝有四指驅動機構(6)和四指減速機構(5)，拇指板(3)上安裝有拇指驅動機構(2)和拇指減速機構(10)，其特徵在於:所述四指驅動機構(6)通過四指減速機構(5)連接連杆機構(7)，連杆機構(7)連接弧形滑槽機構(8)，弧形滑槽機構(8)連接自適應手指調節機構(9)，通過四指驅動機構(6)驅動弧形滑槽機構(8)，實現掌關節的運動和近端指關節的運動；所述拇指驅動機構(2)通過拇指減速機構(10)連接拇指驅動連杆機構，驅動連杆機構連接拇指弧形滑槽機構(11)，拇指弧形滑槽機構(11)前端連接拇指用非彈性綁帶(9-4)，通過拇指驅動機構(2)驅動拇指弧形滑槽機構，促使拇指關節運動。
2.根據權利要求1所述的可攜式多模式控制手功能康復訓練裝置，其特徵在於:所述四指減速機構(5)由行星減速機構和直齒輪減速機構組成，傳動比為1000，其中行星減速比10，直齒輪減速機構傳動比100，輸入轉矩5mNM，輸出轉矩為5000mNM。
3.根據權利要求1所述的可攜式多模式控制手功能康復訓練裝置，其特徵在於:所述拇指板(3)與手掌板(4)之間通過鉸鏈連接，通過鉸鏈微調拇指板(3)與手掌板(4)之間的角度，滿足不同情況的病人的需要。
4.根據權利要求1所述的可攜式多模式控制手功能康復訓練裝置，其特徵在於:所述自適應手指調節機構(9)具有一彈性綁帶經過位於手掌板(4)上的綁帶孔和位於拇指板(3)上的綁帶孔對手掌部分進行固定的固定手掌部分、由彈性綁帶(9-2)和非彈性綁帶(9-3)對手指進行固定的固定手指部分。
5.根據權利要求1所述的可攜式多模式控制手功能康復訓練裝置，其特徵在於:所述拇指減速機構(10)設有固定孔(10-1)，外殼(1)上設有第一固定孔(1-1)和第二固定孔(1-2)，第一固定孔(1-1)、第二固定孔(1-2)、固定孔(10-1)分別與拇指板(3)上的三個直槽口通過螺紋連接，通過調節外殼(1)和減速機構(10)上固定孔與拇指板(3)上三個直槽口之間的連接位置實現拇指位置的微調。
6.根據權利要求1所述的可攜式多模式控制手功能康復訓練裝置，其特徵在於:所述手功能康復訓練裝置還包括控制器、肌電信號傳感器、語音輸入器，肌電信號傳感器將患者肌電信號(EMG)經過特徵提取後通過控制器來控制手指的動作和動作速度；語音輸入器接收患者語音輸入的命令，進行語音識別後通過控制器來控制手指的動作和動作速度。
【文檔編號】A61H1/02GK104306134SQ201410543803
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月15日 優先權日:2014年10月15日
【發明者】喻洪流, 王振平, 王露露, 何榮榮 申請人:上海理工大學