自動手指康復訓練器的製作方法

2023-10-07 04:41:39 2

專利名稱：自動手指康復訓練器的製作方法
技術領域：
一種自動手指康復訓練器，用於手指運動功能有待恢復的患者進行康復訓練，屬醫療保健器械。
背景技術：
醫學理論和實踐證明，肢體損傷的患者為了防止肌肉「廢用性」萎縮，必須要進行有效的肢體訓練以恢復其功能。由於患者手指本身已存在運動功能障礙，不能獨立完成訓練；需要由具有一定護理知識和體力的護士或其他人幫助實施，增加了康復難度和護理費用。為了讓患者自主地進行康復訓練，製作一種幫助其恢復運動功能的醫療保健器械是必要的。
圍繞這一課題，哈爾濱工程大學已申請過多個相關專利，諸如《智能手部康復訓練器》(200420019014X)、《手指自動康復訓練器》(200420063435.2)等，結構偏於複雜；另一方面，也有必要對該領域內的技術進行完善和補充，特別是將計算機技術運用於其中。

發明內容
本實用新型的目的是公開一種自動手指康復訓練器，它是利用微型直流減速電機帶動特製的「彎杆」使患者手指按預先設定的模式機械運動。其結構比較簡單，體積小，製作工藝性好，成本低，配以智能化的控制器，具有較高的康復訓練功效。
自動手指康復訓練器的主要結構包括機械和電控兩大部分，其中機械部分包括由底板和立板組成的⊥形支架、拇指驅動電機、四指驅動電機、拇指彎杆、拇指彎杆限位擋塊、四指彎杆、四指連接軸、四指彎杆限位擋塊、手託。拇指彎杆和四根四指彎杆均由軸套、彈性片和指尖套三部分組成。固裝在⊥形板式支架的立板上的拇指驅動電機和四指驅動電機的軸線分別呈水平和鉛垂狀態。其中，拇指驅動電機用於帶動拇指彎杆運動，並在其殼體上固裝一個拇指彎杆限位擋塊。拇指彎杆藉助軸套與拇指驅動電機軸頭固連。四指驅動電機用於帶動其餘的四根四指彎杆同步運動，運動範圍受固連在⊥形支架底板上的四指彎杆擋塊限制。四根四指彎杆的長短依次與常人四指相當，並藉助軸套、四指連接軸與四指驅動電機的軸頭固連。為使患者手臂舒適，在⊥形支架底板上固連一個手託。
兩個用於控制拇指驅動電機和四指驅動電機速度和位置的磁電編碼器分別固裝在它們的軸頭上。在拇指彎杆軸套和四指彎杆軸套上各裝有一小塊永磁體，在拇指彎杆和四指彎杆的限位擋塊上各裝有一個能感應磁場的霍爾元件，於是，當拇指彎杆和四指彎杆轉到此位置時，霍爾元件就可輸出一個電信號，從而構成拇指彎杆和四指彎杆的行程開關。
十分明顯，手指的彎曲方向決定左右手需要各自的康復訓練器，不可互換。
電控部分包括單片機、H橋驅動電路、拇指行程開關、四指行程開關、磁電編碼器以及調節速度的直線電位計、調節運動範圍的直線電位計、啟停按鈕、方式選擇按鈕、顯示訓練次數的數碼管、工作方式的指示燈。其中，速度選擇推鈕、範圍選擇推鈕、啟停按鈕、方式選擇按鈕、顯示數碼管和方式選擇指示燈均裝在外殼的面板上，並分別與單片機的相應接口相連。
面板上的速度選擇推鈕和位置選擇推鈕分別與速度直線電位計和範圍直線電位計機械連接，而速度選擇電位計和範圍選擇電位計分別電連接到單片機的兩個AD輸入接口上，用來採集速度和範圍量。啟停按鈕和方式選擇按鈕分別接到單片機的兩個I/O接口上。顯示數碼管和工作方式指示燈分別接到單片機的另外三個I/O接口上，用以顯示訓練次數和康復訓練器工作狀態。單片機輸出的兩路PWM信號經兩套H橋驅動電路分別驅動拇指驅動電機和四指驅動電機，而電機轉速快慢以及正反轉可以通過改變PWM信號的佔空比來實現。起行程開關作用的兩個霍爾元件接在單片機的I/O口上，單片機可以根據這兩個信號以及磁電編碼器檢測到拇指彎杆和四指彎杆的絕對位置。磁電編碼器的輸出接在單片機的中斷口上，利用單片機的中斷計數可以對驅動拇指驅動電機和四指驅動電機的速度和位置進行控制。
患者在進行康復訓練時，置範圍選擇推鈕和速度選擇推鈕於適當位置，手臂自然放在手託上，五個手指尖分別插入各自的指尖套中，然後按啟停按鈕即可。當兩臺電機轉動時，帶動各個彎杆運動，再藉助彎杆末端的指尖套帶動患者的全部手指做屈伸運動，以達到康復訓練目的。


圖1自動手指康復訓練器結構示意圖圖2加裝殼體的自動手指康復訓練器外形圖圖3自動手指康復訓練器的控制框圖具體實施方式
下面給出本實用新型的優選實施方式，並結合附圖加以說明。
自動手指康復訓練器包括機械和電控兩大部分，如圖1所示，機械部分包括由底板1和立板3組成的⊥形支架、拇指驅動電機5、四指驅動電機8、拇指彎杆、拇指彎杆限位擋塊4、四指彎杆10、四指連接軸11、四指彎杆限位擋塊9、手託2。其中的拇指彎杆由軸套14、彈性片13和指尖套12三部分組成；類似地，四根四指彎杆9也由軸套、彈性片和指尖套組成。固裝在⊥形支架立板3上的拇指驅動電機5和四指驅動電機8的軸線分別呈水平和鉛垂狀態。其中，拇指驅動電機5用於帶動所述的拇指彎杆運動，且其殼體上固裝一個拇指彎杆擋塊4，用機械的方式限制大拇指彎杆運動範圍，可以做大拇指彎杆的機械保護。拇指彎杆藉助軸套14與拇指驅動電機5的輸出軸固連。四指驅動電機8用於帶動其餘的四根四指彎杆10同步運動，運動範圍受固連在⊥形支架底板1上的四指彎杆擋塊9限制。每根四指彎杆10也均由軸套、彈性片和指尖套三部分組成，其長短依次與常人四指相當，並藉助軸套、四指連接軸11與四指驅動電機8的軸頭固連。為使患者手臂舒適，在⊥形支架的底板1上固連一個手託2。
如圖2、圖3所示的電控部分包括單片機22、H橋驅動電路23和24、磁電編碼器6和7、外殼15面板上裝有的啟停按鈕16、方式選擇按鈕17、顯示訓練次數的數碼管18、工作方式指示燈19、範圍選擇推鈕20、範圍選擇電位計20′、速度選擇推鈕21、速度選擇電位計21′。其中範圍選擇推鈕20與範圍選擇電位計20′機械連接(圖中未畫出)；速度選擇推鈕21與速度選擇電位計21′機械連接(圖中未畫出)。兩個用於控制拇指驅動電機5和四指驅動電機8速度和位置的磁電編碼器6、7分別固裝在它們的軸頭上(參見圖1)。在拇指彎杆軸套14和四指彎杆10上各裝有一小塊永磁體(圖中未畫出)，在拇指彎杆限位擋塊4和四指彎杆擋塊9上各裝有一個能感應磁場的霍爾元件(圖中未畫出)，於是，當拇指彎杆和四指彎杆10轉到此位置時，霍爾元件就可輸出一個電信號，從而構成拇指彎杆和四指彎杆的行程開關25、26。
單片機22的型號為Atmega16，範圍選擇電位計20′和速度選擇電位計21′的輸出信號分別接到單片機22的輸入口ADO和AD1上，用來採集速度量和範圍量；啟停按鈕16和方式選擇按鈕17分別接到單片機22的兩個I/O接口PB0、PB1上；顯示數碼管18和方式選擇指示燈19分別接到單片機22的另外三個I/O接口PB2～PB4上，用以顯示訓練次數和康復訓練器工作狀態；單片機22輸出的兩路PWM1、PWM2信號經兩套H橋驅動電路23、24分別驅動拇指驅動電機5和四指驅動電機8，電機轉速快慢以及正反轉可以通過改變PWM信號的佔空比來實現；拇指行程開關25和四指行程開關26的輸出信號分別接在單片機22的I/O接口PC0、PC1上。磁電編碼器6、7的輸出接在單片機22的中斷口INT0、INT1上，利用單片機22的中斷計數可以對驅動拇指驅動電機5和四指驅動電機8的速度和位置進行控制。
方式選擇按鈕17提供三種訓練方式一是四指與大拇指交替訓練模式；二是四指單獨訓練模式；三是大拇指單獨訓練模式。
患者進行康復訓練時，置範圍選擇推鈕20和速度選擇推鈕21於適當位置，手臂自然放在手託2上，五個手指尖分別插入各自的指尖套中，然後按啟停按鈕16即可。當電機轉動時，電機帶動各個彎杆運動，而彎杆的末端藉助指尖套帶動患者的全部手指做屈伸運動，以達到康復訓練目的。
本實用新型結構簡單、美觀大方、操作方便、成本低廉，可供患者自由進行康復訓練。
權利要求1.一種自動手指康復訓練器，它包括機械和電控兩大部分，其特徵在於機械部分包括由底板(1)和立板(3)組成的⊥形支架、拇指驅動電機(5)、四指驅動電機(8)、拇指彎杆、拇指彎杆限位擋塊(4)、四指彎杆(10)、四指彎杆連接軸(11)、四指彎杆限位擋塊(9)和手託(2)；其中拇指彎杆由軸套(14)、彈性片(13)和指尖套(12)組成；四根四指彎杆(10)由軸套、彈性片和指尖套組成；固裝在⊥形支架立板(3)上的拇指驅動電機(5)和四指驅動電機(8)的軸線分別呈水平和鉛垂狀態；拇指驅動電機(5)的殼體上固裝一個拇指彎杆擋塊(4)；拇指彎杆藉助軸套(14)與拇指驅動電機(5)的軸頭固連；每根四指彎杆(10)藉助軸套、四指彎杆連接軸(11)與四指驅動電機(8)的軸頭固連，四指彎杆擋塊(9)固定在四指彎杆(10)外側的⊥形支架底板(1)上；⊥形支架的底板(1)上固連一個手託(2)。
2.如權利要求1所述的自動手指康復訓練器，其電控部分包括單片機(22)、H橋驅動電路(23、24)、磁電編碼器(6、7)、外殼(15)面板上裝有的啟停按鈕(16)、方式選擇按鈕(17)、訓練次數數碼管(18)、工作方式指示燈(19)、範圍選擇推鈕(20)及其機械帶動的範圍選擇電位計(20′)、速度選擇推鈕(21)及其機械帶動的速度選擇電位計(21′)，其特徵在於電控部分中的兩個磁電編碼器(6、7)分別固裝在拇指驅動電機(5)和四指驅動電機(8)的軸頭上；拇指彎杆行程開關(25)和四指彎杆行程開關(26)由分別固裝在拇指彎杆軸套(14)和四指彎杆(10)上的一小塊永磁體與分別固裝在拇指彎杆限位擋塊(4)和四指彎杆限位擋塊(9)上的能感應磁場的霍爾元件組成。
專利摘要一種自動手指康復訓練器，用於手指運動功能有待恢復的患者進行康復訓練。它是利用微型直流減速電機帶動特製的「彎杆」使患者手指按預先設定的模式作機械運動。其中固裝在形板式支架的立板上的拇指驅動電機和四指驅動電機的軸線分別呈水平和鉛垂狀態。拇指彎杆和四根四指彎杆均由軸套、彈性片和指尖套組成。拇指彎杆藉助軸套與拇指驅動電機軸頭固連。四根四指彎杆藉助軸套、四指連接軸與四指驅動電機的軸頭固連。為使患者手臂舒適，在形板式支架底板上固連一個手託。兩個用於控制電機速度和位置的磁電編碼器分別固裝在電機的軸頭上。本實用新型結構簡單，體積小，製作工藝性好，成本低，配以智能化的控制器，具有較高的康復訓練功效。
文檔編號A61H1/02GK2933378SQ200620021268
公開日2007年8月15日 申請日期2006年7月21日 優先權日2006年7月21日
發明者張立勳, 楊勇, 劉亞鵬 申請人:哈爾濱工程大學