CN210472556U - 一种基于手腕关节和康复手套的上肢康复*** - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及康复训练技术领域，尤其是指一种基于手腕关节和康复手套的上肢康复***，包括上位机，还包括运动辅助器械、运动控制模块、主控模块以及操作模块；所述操作模块包括有输入选择单元；所述运动控制模块包括控制电机以及均设于运动辅助器械上的弯曲传感器和体感控制器，所述控制电机以及弯曲传感器均与主控模块电连接，所述主控模块与上位机电连接。本实用新型提供的一种基于手腕关节和康复手套的上肢康复***，采用镜像康复训练，通过获取健侧手的运动数据来动态调整偏瘫手的康复训练方式，可以更全面有效、更符合手臂运动力学特征地进行上肢的康复训练。

Description

一种基于手腕关节和康复手套的上肢康复***

技术领域

本实用新型涉及康复训练技术领域，尤其是指一种基于手腕关节和康复手套的上肢康复***。

背景技术

中国每年新发脑卒中患者约200万人，脑卒中会导致患者肢体出现不同程度的运动功能障碍，70％～80％的脑卒中患者因为残疾不能独立生活。手是人类日常生活中使用频率较高的肢体部位之一，人手解剖结构相对复杂，手指外伤术后，常会伴有各种后遗症或并发症，严重影响偏瘫手运动功能。由此可见，外伤手术后的康复护理，减少上述症状的发病率。我国现代康复医学事业起步于20世纪80年代中期，关于手功能康复研究较国外相对较少。

最近几年国内外出现了不同类型的腕手运动训练设备，哈尔滨工程大学研制的多功能手臂康复训练器，但只能完成前臂内旋动作。当今康复训练器的发展趋势是功能的集成化、训练模式的多样化，侧重发展康复训练设备运动功能的实时评估功能、运动模式和参数的智能化调整功能，以及康复设备的环境适应能力。因而，如何设计更符合人体手臂运动模式，是当下亟需解决的问题。

发明内容

本实用新型针对现有技术的问题提供一种基于手腕关节和康复手套的上肢康复***，患者佩戴运动辅助器械，先由健侧手做出目标动作，再根据健侧手的运动数据来设置运动辅助器械的运动参数，在输入选择单元选择适合的康复训练方式，最后在运动辅助器械的协助下让偏瘫手完成目标动作，该康复***采用镜像康复训练的方法，通过获取健侧手的运动数据来动态调整偏瘫手的康复训练方式，可以更全面有效、更符合手臂运动力学特征地进行上肢的康复训练。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种基于手腕关节和康复手套的上肢康复***，包括上位机，还包括用于穿戴并辅助上肢动作的运动辅助器械、用于控制和调整运动辅助器械的运动控制模块、用于发送控制命令到运动辅助器械、运动控制模块的主控模块以及用于存储康复数据信息以及选择康复处方的操作模块；所述操作模块包括用于选择康复训练方式以及分析观察康复训练数据的输入选择单元；所述运动控制模块包括用于控制运动辅助器械辅助患者手臂完成目标动作的多个控制电机以及均设于运动辅助器械上的弯曲传感器和体感控制器，所述控制电机以及弯曲传感器均与主控模块电连接，所述主控模块与上位机电连接。

其中，所述运动辅助器械包括康复手套和腕关节康复器，所述康复手套用于辅助患者的手指运动，所述腕关节康复器用于辅助患者的手臂运动，所述弯曲传感器和体感控制器均设于康复手套上。

其中，所述腕关节康复器包括两个用于穿戴于手臂的外壳以及两个用于辅助手臂动作的机械臂，所述机械臂的两端分别连接两个外壳，所述机械臂的关节处装设有限位开关，所述限位开关与主控模块电连接。

进一步的，所述机械臂包括第一连接杆、第二连接杆、第一伸缩杆以及第二伸缩杆，所述第一连接杆的一端与所述第二连接杆的一端铰接，所述第一连接杆的另一端与所述第二连接杆的另一端分别与两个外壳铰接，所述第一伸缩杆的一端与所述第一连接杆的中部铰接，所述第二伸缩杆的一端与所述第二连接杆的中部铰接，所述第一伸缩杆的另一端与所述第二伸缩杆的另一端滑动连接。

进一步的，所述运动控制模块还包括支架，所述控制电机固定于支架上，控制电机的转轴连接有转动杆，所述转动杆外套设有柔性管，所述柔性管与转动杆之间留有缝隙，所述转动杆上绕设有柔性线；所述柔性管下方固定有滑动柱，所述支架上固定有用于控制滑动柱上下移动的滑动件，所述滑动件与主控模块电连接。

其中，所述操作模块还包括数据库以及康复游戏单元，所述数据库用于存储患者和治疗师的基本信息、弯曲传感器的数据以及体感控制器的数据，所述康复游戏单元用于增加患者康复训练的乐趣。

进一步的，所述康复***还包括与主控模块电连接的FES功能性电刺激模块。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供的一种基于手腕关节和康复手套的上肢康复***和康复方法，患者佩戴运动辅助器械，先由健侧手穿戴运动辅助器械并做出动作，主控模块采集运动辅助器械上的弯曲传感器以及体感控制器的数据，来确定控制运动辅助器械的控制电机的工作数据，再通过输入选择单元选择适合的基本康复运动训练方式，最后在设置好相关数据参数的运动辅助器械的协助下让偏瘫手完成目标动作。该康复***采用镜像康复训练的方法，通过获取健侧手的运动数据来动态调整偏瘫手的康复训练方式，可以更全面有效、更符合手臂运动力学特征地进行上肢的康复训练。

附图说明

图1为本发明的***原理图。

图2为本发明的运动辅助器械的结构示意图。

图3为图2中A处的放大图。

图4为本发明的控制电机的结构示意图。

在图1至图4中的附图标记包括：

1-上位机，2-运动辅助器械，21-康复手套，22-腕关节康复器，23-外壳，24-机械臂，25-限位开关，26-套环，241-第一连接杆，242-第二连接杆，243-第一伸缩杆，244-第二伸缩杆，3-运动控制模块，31-控制电机，32-弯曲传感器，33-体感控制器，34-支架，35-转动杆，36-柔性管，37-柔性线，38-滑动柱，39-滑动件，4-主控模块，5-操作模块，51-输入选择单元，52-数据库，53-康复游戏单元，6-FES功能性电刺激模块。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。以下结合附图对本发明进行详细的描述。

本实施例提供的一种基于手腕关节和康复手套的上肢康复***，如图1和图2，包括上位机1，还包括用于穿戴并辅助上肢动作的运动辅助器械2、用于控制和调整运动辅助器械2的运动控制模块3、用于发送控制命令到运动辅助器械2、运动控制模块3的主控模块4以及用于存储康复数据信息以及选择康复处方的操作模块5；所述操作模块5包括用于选择康复训练方式以及分析观察康复训练数据的输入选择单元51；所述运动控制模块3包括用于控制运动辅助器械2辅助患者手臂完成目标动作的多个控制电机31以及均设于运动辅助器械2上的弯曲传感器32和体感控制器33，所述控制电机31以及弯曲传感器32均与主控模块4电连接，所述主控模块4与上位机1电连接。进一步的，所述运动辅助器械2包括康复手套21和腕关节康复器22，所述康复手套21用于辅助患者的手指运动，所述腕关节康复器22用于辅助患者的手臂运动，所述弯曲传感器32和体感控制器33均设于康复手套21上。优选的，体感控制器33采用Leap Motion体感控制器33；主控模块4包括多个基于ATmega2560的Arduino Mega2560主控板。

具体地，在上位机1安装操作模块5，使用时，先由健侧手穿戴运动辅助器械2，将康复手套21戴于手掌，将腕关节康复器22固定于手臂，接着做出动作，康复手套21上的弯曲传感器32采集康复手套21手指的弯曲数据，体感控制器33监控康复手套的三维运动效果，同时，弯曲传感器32和体感控制器33将采集到的数据信号传输给主控模块4，主控模块4根据接收的健侧手的运动数据信息，来确定控制运动辅助器械2的控制电机31的运动长度以及速度，再通过输入选择单元51选择适合的基本康复运动训练方式，由控制电机31控制康复手套21的手指以及腕关节康复器22进行运动，使患者的偏瘫手做出弯曲、伸展等动作，通过以上控制操作让偏瘫手完成目标动作，输入选择单元51可以根据体感控制器33的数据，建立患者偏瘫手的3D模型，便于治疗师观察分析患者偏瘫手的康复情况。该康复***采用镜像康复训练的方法，研制一种能给予动态反馈的镜像治疗康复设备，通过在镜像治疗中获取健侧手抓握运动数据信息来动态调整偏瘫手的运动数据，来诱导偏瘫手抓握动作并反馈在上位机1的显示屏终端上；通过获取健侧手的运动数据来动态调整偏瘫手的康复训练方式，可以更全面有效、更符合手臂运动力学特征地进行上肢的康复训练。

本实施例提供的一种基于手腕关节和康复手套的上肢康复***，如图2和图3，所述腕关节康复器22包括两个用于穿戴于手臂的外壳23以及两个用于辅助手臂动作的机械臂24，所述机械臂24的两端分别连接两个外壳23，所述机械臂24的关节处装设有限位开关25，所述限位开关25与主控模块4电连接；优选的，如图2，机械臂24包括第一连接杆241、第二连接杆242、第一伸缩杆243以及第二伸缩杆244，第一连接杆241的一端与第二连接杆242的一端铰接，第一连接杆241的另一端与第二连接杆242的另一端分别与两个外壳23铰接，所述第一伸缩杆243的一端与第一连接杆241的中部铰接，所述第二伸缩杆244的一端与第二连接杆242的中部铰接，所述第一伸缩杆243的另一端与第二伸缩杆244的另一端滑动连接。

具体地，两个机械臂24均带有五个自由度，将两个外壳23分别穿戴于手腕处以及手臂，通过控制电机31控制第一伸缩杆243与第二伸缩杆244进行伸缩，控制第一连接杆241与第二连接杆242转动，两个机械臂24可分别控制偏瘫手的内外旋方向和上下旋方向，即控制好两个方向，可以使得偏瘫手完成各种偏瘫手动作；同时，在机械臂24的关节处设置有保护手臂安全的限位开关25，当第一连接杆241和第二连接杆242转动到手臂的极限处时，便会触发限位开关25，限位开关25将信号发送至主控模块4，主控模块4进而停止控制电机31的运作，使机械臂24停止运动，同时，***设置根据健侧手的运动数据设置控制电机31的工作参数时，设置有做出相应动作时控制电机31所需的转动角度，当到达设置好的转动角度时，控制电机31便停止转动，进而停止机械臂24的运动，即设置两个层面保护患者的偏瘫手，安全度极高。

本实施例提供的一种基于手腕关节和康复手套的上肢康复***，如图4，所述运动控制模块3还包括支架34，所述控制电机31固定于支架34上，控制电机31的转轴连接有转动杆35，所述转动杆35外套设有柔性管36，所述柔性管36与转动杆35之间留有缝隙，所述转动杆35上绕设有柔性线37；所述柔性管36下方固定有滑动柱38，所述支架34上固定有用于控制滑动柱38上下移动的滑动件39，所述滑动件39与主控模块4电连接。优选的，控制电机31采用但不限于为两相步进电机；滑动件39为但不限于为气缸等可驱动滑动柱38上下滑动的零件。

具体地，如图2，运动辅助器械2设有多个套环26，进行康复训练时，先将不同的柔性线37穿过各个部位的套环26，接着，控制电机31转动，控制柔性线37的长短，例如手指部位，柔性线37放长，手指伸展，柔性线37收短，手指屈曲，其他部位为相同道理，如图2和图4，在柔性管36下方设置滑动柱38，例如在手指屈曲的时候，当手指屈曲到一定程度时，主控模块4发送信号，启动滑动件39，滑动件39进而控制滑动柱38下滑，使得柔性管36抵接在柔性线37上，将柔性线37封住，是控制电机31的转动受到一定阻碍，进而减小控制电机31的转动速度和力度，使手指的屈曲减缓速度，防止受伤。

本实施例提供的一种基于手腕关节和康复手套的上肢康复***，如图1，所述操作模块5还包括数据库52以及康复游戏单元53，所述数据库52用于存储患者和治疗师的基本信息、弯曲传感器32的数据以及体感控制器33的数据，所述康复游戏单元53用于增加患者康复训练的乐趣。

具体地，患者的康复数据均可存储于数据库52，便于查看分析，另外，患者除了做一些康复动作之外，还可以由上位机1上打开康复游戏，配合游戏进行偏瘫手的抓握等训练，可以增加患者康复训练过程的趣味性。

本实施例提供的一种基于手腕关节和康复手套的上肢康复***，如图1，所述康复***还包括与主控模块4电连接的FES功能性电刺激模块6。

具体地，患者在康复训练的过程中，配合FES功能性电刺激模块6，根据医嘱将电极片贴于人体合适处，初始，在输入选择单元51内选择预设的FES处方，健侧手佩戴运动辅助器械2进行运动后，主控模块4将根据采集的运动数据分析，并转化为指令，调整FES功能电刺激模块的刺激频率以及强度，在患者康复运动时适时刺激患者的肌肉，可缓解患者手臂肌肉的疼痛等。

本康复***的使用步骤如下：

a.治疗师由输入选择单元51录入患者的基本信息以及治疗师的信息，并将所有信息保存至数据库52里，并进行康复参数设定，选择符合患者的FES功能电刺激模块预设康复处方；

b.***开始进行康复训练，将步骤a中设定好的康复参数发送到主控模块4，同时患者健侧手或者治疗师佩戴运动辅助器械2并进行运动；

c.主控模块4采集运动辅助器械2上的弯曲传感器32的数据，再配合步骤a中设定的参数，确定控制电机31的运动长度和速度、FES功能电刺激模块的电刺激频率和强度以及基本康复运动训练方式；

d.根据确定的电机参数以及训练方式，控制偏瘫手侧的运动辅助器械2的运动，帮助偏瘫手进行康复训练；

e.弯曲传感器32和体感控制器33将采集到的数据传输到上位机1，建立患者偏瘫手完整的三维模型，用于观察分析患者的康复训练成果；

f.在上位机打开康复游戏单元，配合游戏进行康复训练。

基本康复运动训练方式包括主动运动方式、被动运动方式以及主被动结合运动方式；选择主动运动方式时，患者根据不同外界阻尼条件，自主完成规定训练动作；选择被动运动方式时，患者处于放松状态，由外力促使其完成特定训练动作；选择主被动结合运动方式时，事先设定一个运动学目标，患者先尽自己最大的努力来完成动作，外力通过调节患者发力的方向和大小，使患者完成目标动作。

具体地，做康复治疗时，需先在上位机1安装输入选择单元51，康复治疗师根据患者具体情况在输入选择单元51上登陆并录入病人基本信息，之后进行参数设定，选定好FES功能电刺激的预设处方，将设定好的参数通过串口协议传递给主控模块4，同时患者健侧手或者康复治疗师佩戴具有弯曲传感器32的康复手套21，根据医嘱的训练计划进行运动，此时主控模块4会采集弯曲传感器32的数据，再加上上位机1传输过来的参数，确定了控制电机31的运动长度和速度和FES功能电刺激的刺激频率和强度以及基本康复运动训练方式，在多个控制电机31的协同作用下，推动偏瘫手端手指间屈曲，伸展，内收，外展，以及手腕的康复运动，与此同时，主控模块4通过串口通讯的方式将获取到的弯曲传感器32数据传输到上位机1上，Leap Motion体感控制器33也将采集到的数据传输到上位机1上，输入选择单元51采集这些数据，建立偏瘫手完整的三维模型展示出来并实时更新，并且计算弯曲传感器32传过来的数据，即弯曲传感器32每变化20°,输入选择单元51可修改角度，则记录一次Leap Motion数据和弯曲传感器32反馈的数据到数据库52里面。此时上位机1屏幕另外一端可以打开康复游戏，在偏瘫手运动过程中，游戏中的人物可以根据传输过来的Leap Motion数据和弯曲传感器32的数据转换为鼠标的位置和键盘的按键，例如，偏瘫手食指动作，相对应的等同于键盘的W键，从而控制游戏人物运动。

本康复***和康复方法，从功能性电刺激出发，研制一种能给予动态反馈的镜像治疗康复设备，将人体运动－功能性电刺激－镜像康复训练视作一个整体进行开发和应用。通过在镜像治疗中获取健侧手抓握运动数据信息来动态调整功能性电刺激的刺激处方，来诱导弛缓期患手抓握动作并反馈在显示屏终端上，更好的满足了精细化的偏瘫手康复，使偏瘫手完成更多自由的运动，达到更好的康复治疗效果。

以上所述，仅是本实用新型较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种基于手腕关节和康复手套的上肢康复***，包括上位机，其特征在于：还包括用于穿戴并辅助上肢动作的运动辅助器械、用于控制和调整运动辅助器械的运动控制模块、用于发送控制命令到运动辅助器械、运动控制模块的主控模块以及用于存储康复数据信息以及选择康复处方的操作模块；

所述操作模块包括用于选择康复训练方式以及分析观察康复训练数据的输入选择单元；

所述运动控制模块包括用于控制运动辅助器械辅助患者手臂完成目标动作的多个控制电机以及均设于运动辅助器械上的弯曲传感器和体感控制器，所述控制电机以及弯曲传感器均与主控模块电连接，所述主控模块与上位机电连接。

2.根据权利要求1所述一种基于手腕关节和康复手套的上肢康复***，其特征在于：所述运动辅助器械包括康复手套和腕关节康复器，所述康复手套用于辅助患者的手指运动，所述腕关节康复器用于辅助患者的手臂运动，所述弯曲传感器和体感控制器均设于康复手套上。

3.根据权利要求2所述一种基于手腕关节和康复手套的上肢康复***，其特征在于：所述腕关节康复器包括两个用于穿戴于手臂的外壳以及两个用于辅助手臂动作的机械臂，所述机械臂的两端分别连接两个外壳，所述机械臂的关节处装设有限位开关，所述限位开关与主控模块电连接。

4.根据权利要求3所述一种基于手腕关节和康复手套的上肢康复***，其特征在于：所述机械臂包括第一连接杆、第二连接杆、第一伸缩杆以及第二伸缩杆，所述第一连接杆的一端与所述第二连接杆的一端铰接，所述第一连接杆的另一端与所述第二连接杆的另一端分别与两个外壳铰接，所述第一伸缩杆的一端与所述第一连接杆的中部铰接，所述第二伸缩杆的一端与所述第二连接杆的中部铰接，所述第一伸缩杆的另一端与所述第二伸缩杆的另一端滑动连接。

5.根据权利要求1所述一种基于手腕关节和康复手套的上肢康复***，其特征在于：所述运动控制模块还包括支架，所述控制电机固定于支架上，控制电机的转轴连接有转动杆，所述转动杆外套设有柔性管，所述柔性管与转动杆之间留有缝隙，所述转动杆上绕设有柔性线；所述柔性管下方固定有滑动柱，所述支架上固定有用于控制滑动柱上下移动的滑动件，所述滑动件与主控模块电连接。

6.根据权利要求1所述一种基于手腕关节和康复手套的上肢康复***，其特征在于：所述操作模块还包括数据库以及康复游戏单元，所述数据库用于存储患者和治疗师的基本信息、弯曲传感器的数据以及体感控制器的数据，所述康复游戏单元用于增加患者康复训练的乐趣。

7.根据权利要求1所述一种基于手腕关节和康复手套的上肢康复***，其特征在于：所述上肢康复***还包括与主控模块电连接的FES功能性电刺激模块。

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