CN106691780A - 一种多模式手功能训练仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多模式手功能训练仪，所述训练仪包括穿戴手套、软轴线、执行***；所述的执行***包括底托、掌托、升降机构、锁紧装置、执行机构；所述的底托包括底板和第一连接板；所述底板内壁的轴向方向上连接掌托；所述执行机构上设有第二连接板，第二连接板的外侧设有升降机构，执行机构设有锁紧装置；所述的训练仪内置WiFi模块，所述执行机构内置电机、微处理器、电源插孔、控制板、限位机构；其优点表现在：采用用被动运动的方法带动患者手部做康复训练，通过微处理器，控制执行电机动作，以带动患者手部做被动式运动。患者可以根据需要调节单个或多个手指的运动状态，且这些数据可以上传，使医护人员能够提出指导性的康复训练建议。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，具体地说，是一种多模式手功能训练仪。
背景技术
中风、偏瘫、肢体受到创伤等导致手部运动功能障碍。很多患者遭受着手或上肢功能障碍的折磨，工作和生活都受到严重影响。例如，仅中风每年就造成超过八十万的美国人身体残疾。中国每年有大约一百五十万人中风，其中80％左右的患者半身不遂或上肢(运动、感觉)功能障碍,患者出现上肢痉挛，并可能导致畸形、功能降低和疼痛。而上肢与手的运动功能复杂，动作精细，脑卒中后上肢与手功能障碍的康复治疗一直是一个难点。
关于手部运动功能障碍的康复通常是通过人工进行锻炼，即需要握住患者手部再适当稍过度地握拳屈腕并保持1分钟左右，然后反向(张开手指，腕背屈)保持1分钟左右，3-5分钟后重复1次。然而，康复训练工作量大，重复性差，难以坚持，且因锻炼方法掌握程度不一，使得患者的手功能锻炼效果大打折扣。
现有技术中也其它类似手套的进行康复锻炼，然而，在实际使用过程中主要存在以下缺陷和不足：
首先，现有技术中的康复手套对康复运动路线并不能精确设定，不同患者的骨架结构不同，对应需要设定不同的康复运动路线，使外骨骼的机械结构和自由度相匹配，不能精准反映控制运动时的牵引力，康复运动路线包括时间、运动速度、运动模式等，这都关系着康复训练的效果。
其次，现有技术中的康复手套不能对运动参数的数据进行处理，无法综合采集、分析和处理患者康复过程中的运动数据，不能建立一个完整的数字量化定量数据库和一套恢复状况评价指标，医护人员不能够明确提出指导性的康复训练建议。
另外，现有技术中的康复手套外形笨重，不便于携带，患者无法在家庭、医院等地方自主进行恢复性训练。
再者，现在市场上的设备仅能记录数据(患者手部需要有一定的活动能力)，或者专用设备只可以在固定的医疗场所做训练(价格昂贵，且只是有条件的医疗场所才有)。
中国专利文献CN201310070620.8，申请日2013.03.06，专利名称为一种用于治疗中风的康复手套，包括手套本体，还包括：五个传感器，分别设置在手套本体的五指上，用于检测各手指的近端指间关节的角度变化；电极，用于向中风手臂的指伸肌施加电刺激；控制单元，用于接收传感器输出的各手指的近端指间关节的角度变化，并依据该角度变化信号控制电极输出电刺激。
上述专利文献用于治疗中风的康复手套，结构简单，使用方便，通过检测中风患者瘫痪手掌的近端指间关节的角度变化，对瘫痪侧手臂指伸肌施加相应的电刺激，使中风患者的手掌张开，达到中风康复的目的，适合在家庭中使用。然而，关于一种便于携带，能够根据骨骼设定康复运动路线，精准反映控制运动时的牵引力，能对运动参数的数据进行处理的康复手套则无相应的公开。
综上所述，亟需一种便于携带，能够根据骨骼设定康复运动路线，精准反映控制运动时的牵引力，能对运动参数的数据进行处理的康复手套。而关于这种康复手套目前还未报道。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种便于携带，能够根据骨骼设定康复运动路线，精准反映控制运动时的牵引力，能对运动参数的数据进行处理的康复手套。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种多模式手功能训练仪，所述训练仪包括穿戴手套、软轴线、执行***；所述的软轴线一端与穿戴手套建立连接，另一端与执行***建立连接；所述的执行***包括底托、掌托、升降机构、锁紧装置、执行机构；所述的底托包括底板和第一连接板；所述底板内壁的轴向方向上连接掌托，所述第一连接板两两分布在底板两侧；所述执行机构上设有第二连接板，第二连接板两两分布子执行机构的两侧，且与第一连接板相对应，第二连接板的外侧设有升降机构，执行机构设有锁紧装置；所述执行机构的顶面设有显示屏和按钮；所述执行机构的一端设有软轴孔；所述执行机构内置电机、微处理器、电源插孔、控制板、限位机构；所述电机用于确保手指能够按照设定的运动路线，实现往复运动；所述的微处理器用于控制执行电机动作，通过改变恒压、变流电机的单位时间步数实现速度、扭矩的精确控制；所述的控制板用于实现对电机的控制，控制板包括由主控板和电源I/O板，主控板用于对电机的运行状态进行实时监控记录，主控板通过显示屏来显示时间、运动速度和运动模式，主控板通过按钮对显示时间、运动速度和运动模式的参数设定及网络升级；所述的控制板设有通讯接口及WiFi模块，用于实现WiFi连接、APP连接和电脑连接实现远程控制与数据上传；所述的限位机构用于限定位移长度。
作为一种优选的技术方案，所述电机为四路电机或五路电机。
作为一种优选的技术方案，所述掌托上分布有圆孔。
作为一种优选的技术方案，所述的底板的内壁面为弧形结构。
作为一种优选的技术方案，所述掌托的宽度尺寸从靠近底板一端向外侧逐渐增大。
作为一种优选的技术方案，所述穿戴手套上设有手套指尖部和手套支撑部；软轴线穿过支撑部后固定在手套指尖部上。
作为一种优选的技术方案，所述手套指尖部和手套支撑部通过缝合的方式固定在穿戴手套上。
本发明优点在于：
1)本多模式手功能训练仪采用被动运动的方法带动患者手部做康复训练，通过微处理器，控制执行电机动作，以带动患者手部做被动式运动。患者可以根据需要调节单个或多个手指的运动状态，且这些数据可以上传，使医护人员能够提出指导性的康复训练建议。
2)本款训练仪主要是为了帮助由于中风、偏瘫、肢体受到创伤等导致手部运动功能障碍的患者进行被动康复训练，能精准反映控制运动时的牵引力，能综合采集、分析和处理患者康复过程中的运动数据，通过简易操作的穿戴方式，减少康复过程中二次伤害，通过被动式牵拉运动，可有效减轻水肿，避免手部痉挛及肌肉萎缩，使手部运动尽可能达到协调和随意，缩短康复治疗时间，降低康复治疗费用，帮助患者受伤的手部尽快恢复到自然状态，尽早返回正常的生活之中。
3)把现代机器人技术和现代的医学理论相结合用于康复医疗之中，用被动运动的方法带动患者手部做恢复运动，通过微处理器改变恒压、变流电机的单位时间步数实现速度、扭矩等的精确控制，既能实现单个手指的单独运动，也可以实现多个手指的联动等精细功能，康复运动的范围和速度均可调节，尽量发挥患者的自主性进行恢复，帮助有手部运动功能障碍的患者进行恢复性训练。
4)训练仪内置WiFi模块，能实时上传患者康复训练进程，具备实时反馈***，能够建立科学的数据库，对运动参数进行分析处理，建立一个完整的数字化定量数据库和一套恢复状况评价指标，使医护人员能够明确提出指导性的康复训练建议，患者能够方便、简单的进行操作；
5)融入了娱乐元素和教育元素，增加训练过程的趣味性，提高恢复训练过程中患者的积极性，让患者实时的知道自己在康复训练中所取得进步和提高，使患者对康复训练有足够的信心；
6)机身小巧，携带方便，价格合理，使用简单，穿戴舒适安全，患者在家庭、医院等地方均可自主进行恢复性训练，尤其适于家庭使用，既可为患者提供有效的康复训练，又不增加临床医疗人员的负担和卫生保健成本；
7)训练仪能有针对性的实现一些手部运动康复训练功能，用以替代康复训练师完成部分或更多的康复训练工作，虽然还不能完全取代康复训练师的工作，很多细致入微的工作还需要康复训练师亲自来完成，但是利用训练仪能够把康复训练师从重复性强、工作量大的康复训练工作中解放出来，对减轻工作强度、增加患者康复训练运动量大有裨益。
附图说明
附图1是本发明的一种多模式手功能训练仪的结构框图。
附图2执行***结构示意图。
附图3是本发明的一种多模式手功能训练仪内部结构框图。
附图4为软轴线与执行机构连接结构示意图。
附图5为穿戴手套结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的具体实施方式作详细说明。
附图中涉及的附图标记和组成部分如下所示：
1.穿戴手套
12.手套指尖部 13.手套支撑部
2.软轴线 3.执行***
31.底托 311.第一连接板
312.底板 32.掌托
33.升降机构 34.锁紧装置
35.执行机构 351.软轴孔
352.第二连接板 353.显示屏
354.按钮 355.电机
356.微处理器 357.电源
358.控制板 359.限位机构
请参照图1，图1是本发明的一种多模式手功能训练仪的结构框图。一种多模式手功能训练仪，所述训练仪包括穿戴手套1、软轴线2、执行***3；所述的软轴线2一端与穿戴手套1建立连接，另一端与执行***3建立连接。
请参照图2，图2执行***3结构示意图。所述的执行***3包括底托31、掌托32、升降机构33、锁紧装置34、执行机构35；所述的底托31包括底板312和第一连接板311；所述的底板312的内壁面为弧形结构，所述底板312内壁的轴向方向上连接掌托32，所述掌托32上分布有圆孔，掌托32的宽度尺寸从靠近底板312一端向外侧逐渐增大；所述第一连接板311两两分布在底板312两侧；所述执行机构35上设有第二连接板352，第二连接板352两两分布在执行机构35的两侧，且与第一连接板311相对应，第二连接板352的外侧设有升降机构33，内侧设有锁紧装置34；所述执行机构35的顶面设有显示屏353和按钮354；所述执行机构35的一端设有软轴线孔351。
请参照图3，图3是本发明的一种多模式手功能训练仪内部结构框图。所述执行机构35内置电机355、微处理器356、电源357、控制板358、限位机构359；所述电机355用于确保手指能够按照设定的运动路线，实现往复运动，一般采用四路电机355驱动，最多可扩展至五路；所述的微处理器356用于控制执行电机355动作，通过改变恒压、变流电机355的单位时间步数实现速度、扭矩等的精确控制；所述的控制板358用于实现对电机355的控制，控制板358包括由主控板和电源357I/O板，主控板用于对电机355的运行状态进行实时监控记录，主控板通过显示屏353来显示时间、运动速度和运动模式，主控板通过按钮354对显示时间、运动速度和运动模式的参数设定及网络升级；所述的控制板358设有通讯接口及WiFi模块，用于实现WiFi连接、APP连接和电脑连接实现远程控制与数据上传；所述的限位机构359用于限定最长位移，防止手指与手掌的过度弯曲，对患者的手指与手掌起到很好的保护作用。
请参照图4，图4为软轴线2与执行机构35连接结构示意图。所述软轴线2为连接执行机构35与手套的传动部件，其能将电机355的运动传递至手指，带动手指按照设定的程序进行相应的动作。
请参照图5，图5为穿戴手套1结构示意图。所述穿戴手套1上设有手套指尖部12和手套支撑部13；手套指尖部12和手套支撑部13通过缝合的方式固定在穿戴手套1上，软轴线2穿过支撑部后固定在手套指尖部12上。
需要说明的是：底托31、升降机构33及锁紧装置34为本产品的固定部件，其能方便的固定手臂，当放入手臂时按压本产品能用锁紧装置锁紧手臂，并可通过打开锁紧装置释放手臂。
掌托32为本产品的手掌支撑部分，其能固定手掌位置，确保在软轴线2推、拉时，手掌不会随着软轴线2移动位置。
执行机构35为本产品的主动执行部件(内含电机355)，其在主控板的控制下能带动软轴线2进行推、拉操作。
显示屏353与按钮354为主控板组成部分，主要用于直观的显示当前信息操控本产品的动作。
手套指尖部12直接接受软轴线2的推、拉力带动手指运动；手套支撑部13能限制软轴线2的径向运动，确保软轴线2的推、拉力能平稳的传递至指尖，同时避免在训练中软轴线2勒紧手部。
训练仪内置WiFi模块能实时上传患者康复训练进程，具备实时反馈***，能够建立科学的数据库，对运动参数进行分析处理，建立一个完整的数字化定量数据库和一套恢复状况评价指标，使医护人员能够明确提出指导性的康复训练建议，患者能够方便、简单的进行操作。
本多模式手功能训练仪所采用的技术方案主要是设计一种仿生可穿戴式和精确运动控制的自适应机械手手套，主要是根据不同患者的骨架结构，在安全稳定的固定住病人的手臂和手指之后随着控制机构按设定的运动路线，让手指做往复运动。用掌托32支撑住患者的手部，再利用手套升降机构33的上下移动实现对手臂的固定，手套执行机构35的最长位移范围限位机构359可以防止手指与手掌的过度弯曲，对患者的手指与手掌起到很好的保护作用。
本康复手套设计为一种仿生可穿戴式和精确运动控制的自适应机械手手套，利用病人自己的骨架作为框架来操作，拟人化方案设计。1、通过人手解剖学分析，研究手部抓握动作等运动学机理，建立合理的抓握模型，使外骨骼的机械结构和自由度相匹配，并具有良好的可穿戴性。2、低质量、小惯性的传动，由于使用对象是手部功能异常的患者，应尽量减少给患者带来的负担，同时考虑控制性能，小惯性的传动结构具有很大的优势。3、手部的智能主动控制，将动作进行合理的分类，制定控制策略，进行轨道规划，并优化算法。同时，探索将力信号引入，以实现手部的柔顺控制。4、根据用户的实际情况，可由专业人员设置最符合手指控制的长度。
本发明的一种多模式手功能训练仪具有的技术效果是：
1)本款训练仪主要是为了帮助由于中风、偏瘫、肢体受到创伤等导致手部运动功能障碍的患者进行被动康复训练，能精准反映控制运动时的牵引力，能综合采集、分析和处理患者康复过程中的运动数据，通过简易操作的穿戴方式，减少康复过程中二次伤害，通过被动式牵拉运动，可有效减轻水肿，避免手部痉挛及肌肉萎缩，使手部运动尽可能达到协调和随意，缩短康复治疗时间，降低康复治疗费用，帮助患者受伤的手部尽快恢复到自然状态，尽早返回正常的生活之中。
2)本多模式手功能训练仪采用被动运动的方法带动患者手部做康复训练，通过微处理器356，控制执行电机355动作，以带动患者手部做被动式运动。患者可以根据需要调节单个或多个手指的运动状态，且这些数据可以上传，使医护人员能够提出指导性的康复训练建议。
3)把现代机器人技术和现代的医学理论相结合用于康复医疗之中，用被动运动的方法带动患者手部做恢复运动，通过微处理器356改变恒压、变流电机355的单位时间步数实现速度、扭矩等的精确控制，既能实现单个手指的单独运动，也可以实现多个手指的联动等精细功能，康复运动的范围和速度均可调节，尽量发挥患者的自主性进行恢复，帮助有手部运动功能障碍的患者进行恢复性训练；
4)训练仪内置WiFi模块，能实时上传患者康复训练进程，具备实时反馈***，能够建立科学的数据库，对运动参数进行分析处理，建立一个完整的数字化定量数据库和一套恢复状况评价指标，使医护人员能够明确提出指导性的康复训练建议，患者能够方便、简单的进行操作；
5)融入了娱乐元素和教育元素，增加训练过程的趣味性，提高恢复训练过程中患者的积极性，让患者实时的知道自己在康复训练中所取得进步和提高，使患者对康复训练有足够的信心；
6)机身小巧，携带方便，价格合理，使用简单，穿戴舒适安全，患者在家庭、医院等地方均可自主进行恢复性训练，尤其适于家庭使用，既可为患者提供有效的康复训练，又不增加临床医疗人员的负担和卫生保健成本；
7)训练仪能有针对性的实现一些手部运动康复训练功能，用以替代康复训练师完成部分或更多的康复训练工作，虽然还不能完全取代康复训练师的工作，很多细致入微的工作还需要康复训练师亲自来完成，但是利用康复手套能够把康复训练师从重复性强、工作量大的康复训练工作中解放出来，对减轻工作强度、增加患者康复训练运动量大有裨益。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种多模式手功能训练仪，其特征在于，所述训练仪包括穿戴手套、软轴线、执行***；所述的软轴线一端与穿戴手套建立连接，另一端与执行***建立连接；所述的执行***包括底托、掌托、升降机构、锁紧装置、执行机构；所述的底托包括底板和第一连接板；所述底板内壁的轴向方向上连接掌托，所述第一连接板两两分布在底板两侧；所述执行机构上设有第二连接板，第二连接板两两分布子执行机构的两侧，且与第一连接板相对应，第二连接板的外侧设有升降机构，执行机构设有锁紧装置；所述执行机构的顶面设有显示屏和按钮；所述执行机构的一端设有软轴孔；所述执行机构内置电机、微处理器、电源插孔、控制板、限位机构；所述电机用于确保手指能够按照设定的运动路线，实现往复运动；所述的微处理器用于控制执行电机动作，通过改变恒压、变流电机的单位时间步数实现速度、扭矩的精确控制；所述的控制板用于实现对电机的控制，控制板包括由主控板和电源I/O板，主控板用于对电机的运行状态进行实时监控记录，主控板通过显示屏来显示时间、运动速度和运动模式，主控板通过按钮对显示时间、运动速度和运动模式的参数设定及网络升级；所述的控制板设有通讯接口及WiFi模块，用于实现WiFi连接、APP连接和电脑连接实现远程控制与数据上传；所述的限位机构用于限定位移长度。
2.根据权利要求1所述的多模式手功能训练仪，其特征在于，所述电机为四路电机或五路电机。
3.根据权利要求2所述的多模式手功能训练仪，其特征在于，所述掌托上分布有圆孔。
4.根据权利要求1所述的多模式手功能训练仪，其特征在于，所述的底板的内壁面为弧形结构。
5.根据权利要求1或3所述的多模式手功能训练仪，其特征在于，所述掌托的宽度尺寸从靠近底板一端向外侧逐渐增大。
6.根据权利要求1-5任意所述的多模式手功能训练仪，其特征在于，所述穿戴手套上设有手套指尖部和手套支撑部；软轴线穿过支撑部后固定在手套指尖部上。
7.根据权利要求6所述的多模式手功能训练仪，其特征在于，所述手套指尖部和手套支撑部通过缝合的方式固定在穿戴手套上。
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