用於手部功能障礙患者自主康復訓練的肌電假手的製作方法
2023-12-02 06:13:31 2
專利名稱：用於手部功能障礙患者自主康復訓練的肌電假手的製作方法
技術領域：
本發明涉及以肌電信號原理設計的假肢機械手，特別是一種用於由中風等疾病引起手部功能障礙患者的康復訓練的肌電假手，屬於與機械手相關的信號採集與處理、計算機、電機控制等技術領域。
背景技術：
雖然肌電控制假手已經出現了很多年，但基本上所有肌電假手都是用於作為殘疾人缺失手臂的替代品，補償殘疾人缺失的手部功能，沒有肌電假手用於由中風等疾病引起手部功能障礙患者的手部康復訓練。在手部功能障礙患者康復訓練初期，病人還無法自主支配手部運動，需要外力輔助其手部運動，而目前還沒有這樣一種設備幫助病人進行自主專項的康復訓練，關於手部功能障礙患者如何利用肌電信號控制肌電假手，並對自身進行自主的康復訓練還是一個空白。
發明內容
本發明提出了一種用於由中風等疾病引起手部功能障礙患者自主康復訓練的肌電假手，使患者佩戴該假手後，通過自主意識支配該假手的開合，假手的開合能夠帶動手部的運動，從而藉助假手的外力輔助自己手部運動，能夠對自己的手部進行自主康復訓練。為實現上述目的，本發明採用以下技術方案一種用於手部功能障礙患者自主康復訓練的肌電假手，包括機械假手、控制模塊和肌電信號採集電極，肌電信號採集電極的信號傳入控制模塊，控制模塊輸出控制信號給機械假手；所述控制模塊包括單片機和電機驅動電路，由單片機的信號輸入端連接肌電信號採集電極，單片機的控制信號輸出端連接電機驅動電路的信號輸入端；所述機械假手包括殼體、電機、短指和長指；電機設在殼體內；短指和長指的根部都設在殼體內，並與殼體轉動連接；所述短指上設有與使用者拇指連接的拇指連接裝置，所述長指上設有與使用者其它手指連接的長指連接裝置；所述短指的根部設有短指根部齒輪，長指的根部設有長指根部齒輪，短指根部齒輪和長指根部齒輪相互嚙合；所述電機的轉子上設有電機齒輪，電機齒輪連接驅動短指根部齒輪或長指根部齒輪中任一一個；所述電機驅動電路的驅動輸出端連接電機。作為進一步改進，還包括傳動齒輪；傳動齒輪包括同軸連接同時轉動的第一齒輪和第二齒輪，第一齒輪與電機齒輪齧和，第二齒輪與短指根部齒輪或長指根部齒輪中任一一個嚙合；所述第一齒輪的齒數大於第二齒輪的齒數。作為優選，電機齒輪和第一齒輪嚙合傳動的傳動比是4 1;第二齒輪和短指根部
3齒輪或長指根部齒輪中任一一個嚙合傳動的傳動比是10 1 ；短指根部齒輪和長指根部齒輪相互嚙合傳動的傳動比是1 1。所述拇指連接裝置和長指連接裝置都是指環。本技術方案的原理說明如下機械假手由微型直流電機通過齒輪傳動機構帶動用於輔助患者手部運動的手指。 其特徵在於設置兩個肌電信號採集電極貼合在患者手臂的肌電信號較為活躍的區域，分別採集代表手指張開及閉合肌電信號，把這兩個肌電信號輸入至設有包括單片機、電機驅動電路在內的控制模塊，由單片機輸出假手的開合信號，通過電機驅動電路驅動微型直流電機正轉或者反轉，通過齒輪傳動機構使假手閉合或者張開，從而帶動患者的手部做張開和閉合的運動。本發明具有以下優點本發明採用肌電假手用於手部功能障礙患者的自主康復訓練，實現了傳統康復訓練方法的創新。患者只需要佩戴好肌電假手，並把肌電信號採集電機貼在手臂的對應位置， 按照按正常的習慣來發出手部運動意識，肌電信號採集電極就會把反應手部運動意識的肌電信號採集並提交單片機處理，又由單片機發出相應的電機驅動信號來驅動假手開合從而帶動患者手部進行運動。患者不需要別人幫助，就能在外力輔助下進行手部康復訓練，給醫護人員及家人帶來極大方便，同時由於患者是通過自身意識來進行手部運動訓練，比單純通過外力進行手部訓練更加有效，能夠更好地起到康復訓練的作用，可以幫助患者早日恢復手部自主運動能力，恢復正常生活。
圖1為機械假手平面傳動結構示意圖；圖2為本技術方案的立體結構示意圖；圖3為本技術方案的原理框圖。圖中，肌電信號採集電極1、控制模塊2、電機3、電機齒輪4、第一齒輪5、第二齒輪 6、短指根部齒輪7、長指根部齒輪8、短指9、長指10、機械假手11、指環12。
具體實施例方式下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步說明一種用於手部功能障礙患者自主康復訓練的肌電假手，包括機械假手、控制模塊和肌電信號採集電極，肌電信號採集電極的信號傳入控制模塊，控制模塊輸出控制信號給機械假手；所述控制模塊包括單片機和電機驅動電路，由單片機的信號輸入端連接肌電信號採集電極，單片機的控制信號輸出端連接電機驅動電路的信號輸入端；所述機械假手包括殼體、電機、短指和長指；電機設在殼體內；短指和長指的根部都設在殼體內，並與殼體轉動連接；所述短指上設有與使用者拇指連接的拇指連接裝置，所述長指上設有與使用者其它手指連接的長指連接裝置；所述短指的根部設有短指根部齒輪，長指的根部設有長指根部齒輪，短指根部齒輪和長指根部齒輪相互嚙合；所述電機的轉子上設有電機齒輪，電機齒輪連接驅動短指根部齒輪或長指根部齒輪中任一一個；所述電機驅動電路的驅動輸出端連接電機。作為進一步改進，還包括傳動齒輪；傳動齒輪包括同軸連接同時轉動的第一齒輪和第二齒輪，第一齒輪與電機齒輪齧和，第二齒輪與短指根部齒輪或長指根部齒輪中任一一個嚙合；所述第一齒輪的齒數大於第二齒輪的齒數。作為優選，電機齒輪和第一齒輪嚙合傳動的傳動比是4 1 ；第二齒輪和短指根部齒輪或長指根部齒輪中任一一個嚙合傳動的傳動比是10 1;短指根部齒輪和長指根部齒輪相互嚙合傳動的傳動比是1 1。所述拇指連接裝置和長指連接裝置都是指環。本實施例的說明如下如圖1所示(圖中機械假手只畫出了用於帶動患者手指的二根手指)，兩個肌電信號採集電極連接到假手根部的肌電假手控制模塊，肌電假手控制模塊的電機驅動信號線連接到機械假手上的微型直流電機，微型直流電機輸出軸(轉子)上安裝的電機齒輪和第一齒輪嚙合傳動，傳動比4 1，起到減速增力的作用；與第一齒輪同軸的第二齒輪與短指根部齒輪嚙合，傳動比10 1，也起到減速增力的作用，短指根部齒輪的軸與短指為鍵固定聯接，使短指和短指根部齒輪同步轉動。同理，長指根部齒輪的軸和長指也為鍵固定聯接，長指和長指根部齒輪同步轉動，短指根部齒輪和長指根部齒輪嚙合，傳動比1 1，使長指在短指轉動的同時向反方向轉動，從而達到手指開合的效果。如圖2所示(圖中機械假手為適用於左手佩戴)，按照圖中箭頭方向將五指分別插入指環12中，並將機械手的根部與手腕固定好，當假手拇指(即短指)和食指(即長指) 運動時會帶動患者的手指進行運動。如圖3所示，當肌電信號採集電極採集到肌電信號之後，把該信號提供給肌電假手控制模塊判斷出患者的運動意圖，並發出相應的電機驅動信號來驅動機械假手的張開和閉合，當機械假手閉合時，就會帶動穿戴於假手上的患者手部運動。
權利要求
1.一種用於手部功能障礙患者自主康復訓練的肌電假手，其特徵在於包括機械假手、控制模塊和肌電信號採集電極，肌電信號採集電極的信號傳入控制模塊，控制模塊輸出控制信號給機械假手；所述控制模塊包括單片機和電機驅動電路，由單片機的信號輸入端連接肌電信號採集電極，單片機的控制信號輸出端連接電機驅動電路的信號輸入端；所述機械假手包括殼體、電機、短指和長指；電機設在殼體內；短指和長指的根部都設在殼體內，並與殼體轉動連接；所述短指上設有與使用者拇指連接的拇指連接裝置，所述長指上設有與使用者其它手指連接的長指連接裝置；所述短指的根部設有短指根部齒輪，長指的根部設有長指根部齒輪，短指根部齒輪和長指根部齒輪相互嚙合；所述電機的轉子上設有電機齒輪，電機齒輪連接驅動短指根部齒輪或長指根部齒輪中任一一個；所述電機驅動電路的驅動輸出端連接電機。
2.根據權利要求1所述的用於手部功能障礙患者自主康復訓練的肌電假手，其特徵是包括傳動齒輪；傳動齒輪包括同軸連接同時轉動的第一齒輪和第二齒輪，第一齒輪與電機齒輪齧和，第二齒輪與短指根部齒輪或長指根部齒輪中任一一個嚙合；所述第一齒輪的齒數大於第二齒輪的齒數。
3.根據權利要求2所述的用於手部功能障礙患者自主康復訓練的肌電假手，其特徵是電機齒輪和第一齒輪嚙合傳動的傳動比是4 1 ；第二齒輪和短指根部齒輪或長指根部齒輪中任一一個嚙合傳動的傳動比是10 1 ；短指根部齒輪和長指根部齒輪相互嚙合傳動的傳動比是1 1。
4.根據權利要求1所述的用於手部功能障礙患者自主康復訓練的肌電假手，其特徵是所述拇指連接裝置和長指連接裝置都是指環。
全文摘要
一種用於手部功能障礙患者自主康復訓練的肌電假手，機械假手由微型直流電機通過齒輪傳動機構帶動用於輔助患者手部運動的手指。其特徵在於設置兩個肌電信號採集電極貼合在患者手臂的肌電信號較為活躍的區域，分別採集代表手指張開及閉合肌電信號，把這兩個肌電信號輸入至設有包括單片機、電機驅動電路在內的控制模塊，由單片機輸出假手的開合信號，通過電機驅動電路驅動微型直流電機正轉或者反轉，通過齒輪傳動機構使假手閉合或者張開，從而帶動患者的手部做張開和閉合的運動。
文檔編號A61F2/54GK102379759SQ20111024439
公開日2012年3月21日 申請日期2011年8月25日 優先權日2011年8月25日
發明者吳常鋮, 宋愛國, 崔建偉, 李會軍, 章華濤, 茅晨, 錢夔 申請人:東南大學