CN106236505B - 基于气动肌肉和磁流变阻尼器的手指康复训练装置及方法 - Google Patents

基于气动肌肉和磁流变阻尼器的手指康复训练装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于气动肌肉和磁流变阻尼器的手指康复训练装置及方法，装置包括有可调节绑带、固定在手臂上的机械手固定板、依次固定在机械手固定板上的掌骨、手指驱动机构、手指康复训练机构、以及气动系统、传感与控制系统；方法通过两根气动肌肉以双端反向对拉方式驱动手指各关节，实现手指抓握/伸展的被动训练，以磁流液阻尼器产生阻尼力作为被动力反馈，实现手指抓握/伸展的主动训练。本发明装置结构简单、便于穿戴、动作灵活、作用安全柔顺、控制精准，适用于偏瘫患者多手指运动功能的主/被动协调恢复训练。

Description

基于气动肌肉和磁流变阻尼器的手指康复训练装置及方法
技术领域
本发明涉及手指康复训练装置领域，具体是一种基于气动肌肉和磁流变阻尼器的手指康复训练装置及方法。
背景技术
脑卒中、脑瘫、脑肿瘤等威胁人类健康的重大疾病容易引发人体一侧出现肢体麻木，严重时甚至出现偏瘫，偏瘫往往会导致患者手指僵硬化，最典型的症状是手指呈现弯曲、蜷缩和痉挛的状态，若不能进行有效的手指康复训练，必然会引起手部肌肉的萎缩，对患者的日常生活造成严重影响。
传统的手指康复治疗中，医生一对一的对患者进行康复训练，这种治疗方式难以保证康复训练的效率和强度，而且会加剧医生的工作负担，造成医疗资源的紧张。因此，开发辅助偏瘫患者手指运动功能的康复训练装置，对于手指偏瘫患者的康复具有重大的应用价值。
公开号为CN103750980A的中国专利申请公开了一种用于病人偏瘫手指的辅助康复训练装置，公开号为CN104970949A的中国专利申请公开了一种穿戴式气动肌肉指关节主被动康复训练装置，这些装置对手指的康复训练起到了一定的作用，但仍存在一些问题：（1）前者利用电机进行驱动，稳定性和安全性相对较差，特别是出现故障时很容易失去控制，对手指产生二次伤害的可能性较大；（2）上述两种装置都只能实现单根手指的康复训练，效率较低，不能满足偏瘫患者多手指同时进行协调性康复训练的要求。因此有必要发明一种手指康复训练装置，使其既适用于单根手指运动功能康复训练，又适用于多手指协调性康复训练，同时将手指康复训练的主/被动功能有机结合，缩短患者康复训练周期，保障康复训练的安全性，最大限度的辅助恢复患者手部的运动功能。
发明内容 针对上述现有技术的缺陷与改进需求，本发明的目的是提供一种基于气动肌肉和磁流变阻尼器的手指康复训练装置及方法，以满足偏瘫患者多手指运动功能的主/被动协调恢复训练要求。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种基于气动肌肉和磁流变阻尼器的手指康复训练装置，其特征在于：包括：
机械手固定板，其立向设置，机械手固定板后侧板面连接有可调节绑带；
四根掌骨，其分别沿前后方向设置，四根掌骨后端分别连接在机械手固定板前侧板面上部不同位置；
四个气动肌肉组，每个气动肌肉组分别由两个沿前后方向设置的气动肌肉A和B构成，四个气动肌肉组一一对应设置在掌骨右侧，每个气动肌肉组中两气动肌肉A和B后端分别各自通过U型连接件铰接在机械手固定板前侧板面上；
四个磁流变阻尼器B，分别各自具有外壳体B和中心轴沿左右水平方向的旋转轴B，四个磁流变阻尼器B分别通过各自的外壳体B一一对应连接在掌骨前端，每个磁流变阻尼器B中，旋转轴B的左、右端分别穿出对应的外壳体B，且旋转轴B的右端分别同轴固定安装有第二关节同步带轮，且第二关节同步带轮一一对应位于气动肌肉组前方，每个第二关节同步带轮上分别绕过有钢丝绳，钢丝绳两端分别连接在位置对应的气动肌肉组中两个气动肌肉A和B前端，每个外壳体B的左侧分别设有角度传感器B，每个角度传感器B的基座分别通过支撑板与对应的掌骨前端固定连接，每个角度传感器B的输入轴分别与对应的磁流变阻尼器中旋转轴B的左端同轴固定连接；
四个第二关节支撑架，其分别沿前后方向设置，并一一对应设置在磁流变阻尼器B前方，每个第二关节支撑架后端分别通过延伸部与对应的磁流变阻尼器B中旋转轴B左端固定连接，每个第二关节支撑架底部分别连接有第二关节指托；
四个磁流变阻尼器A，分别各自具有外壳体A和中心轴沿左右水平方向的旋转轴A，四个磁流变阻尼器A分别通过各自的外壳体A一一对应连接在第二关节支撑架前端，每个磁流变阻尼器A中，旋转轴A的左、右端分别穿出对应的外壳体A，且旋转轴A的右端分别同轴固定安装有第一关节同步带轮，第一关节同步带轮一一对应位于第二关节同步带轮前方，且第一关节同步带轮与第二关节同步带轮之间通过同步齿形带传动连接，每个外壳体A的左侧分别设有角度传感器A，每个角度传感器A的基座分别通过支撑板与对应的第二关节支撑架固定连接，每个角度传感器A的输入轴分别与对应的磁流变阻尼器中旋转轴A的左端同轴固定连接；
四个第一关节支撑架，其分别沿前后方向设置，并一一对应设置在磁流变阻尼器A前方，每个第一关节支撑架后端分别通过延伸部与对应的磁流变阻尼器A中旋转轴A左端固定连接，每个第一关节支撑架底部分别连接有第一关节指托。
所述的一种基于气动肌肉和磁流变阻尼器的手指康复训练装置，其特征在于：还包括一一对应配置于四个气动肌肉组的气动系统，每个气动系统分别包括气压源、气源调节装置、两个减压阀、比例压力阀A、比例压力阀B、电磁换向阀A、电磁换向阀B，气压源通过管路与气源调节装置进气口连接，气源调节装置出气口分别通过管路与两个减压阀进气口连接，其中一个减压阀出气口通过管路与比例压力阀A进气口连接，另一个减压阀出气口通过管路与比例压力阀B进气口连接，且比例压力阀A、比例压力阀B与对应的减压阀之间管路上分别安装有压力计，比例压力阀A出气口通过管路与电磁换向阀A进气口连接，比例压力阀B出气口通过管路与电磁换向阀B进气口连接，且比例压力阀A、比例压力阀B、电磁换向阀A、电磁换向阀B上分别安装有消声器，电磁换向阀A出气口通过管路与对应的气动肌肉组中其中一个气动肌肉A的进气口连接，电磁换向阀B出气口通过管路与对应的气动肌肉组中另一个气动肌肉B的进气口连接，且电磁换向阀A与对应的气动肌肉A之间管路上靠近气动肌肉A进气口位置安装有压力传感器A，电磁换向阀B与对应的气动肌肉B之间管路上靠近气动肌肉B进气口位置安装有压力传感器B。
所述的一种基于气动肌肉和磁流变阻尼器的手指康复训练装置，其特征在于：还包括传感与控制系统，传感与控制系统包括所述的角度传感器A、角度传感器B、压力传感器A、压力传感器B，以及两个电流控制器、四个D/A转换器、四个A/D转换器、数据采集板卡和计算机，所述计算机与数据采集板卡双向通讯连接，所述角度传感器A、角度传感器B、压力传感器A、压力传感器B的输出端一一对应与A/D转换器的输入端连接，A/D转换器的输出端分别与数据采集板卡的输入端连接，数据采集板卡的输出端分别与四个D/A转换器的输入端连接，其中两个D/A转换器的输出端一一对应与比例压力阀A、比例压力阀B的输入端连接，另外两个D/A转换器的输出端一一对应与两个电流控制器的输入端连接，两个电流控制器的输出端一一对应与磁流变阻尼器A、磁流变阻尼器B的输入端连接。
一种基于气动肌肉和磁流变阻尼器的手指康复训练方法，其特征在于：为被动训练方法，包括以下步骤：
（1）、进行系统初始化，调整电磁换向阀A、B处于右位工作，磁流变阻尼器A、B处于失电状态；
（2）、由计算机发出指令开启传感与控制系统，患者在医生帮助下完成一次抓握和伸展动作。抓握过程中，压力传感器B采集气动肌肉B的压力信号，伸展过程中，压力传感器A采集气动肌肉A的压力信号；角度传感器A、B分别采集第一关节同步带轮、第二关节同步带轮的角度信号；
（3）、所采集的压力信号和角度信号经A/D转换器后输入数据采集板卡，由计算机分别求得抓握过程中气动肌肉B和伸展过程中气动肌肉A所需气压值；
（4）、在无医生帮助下，由计算机发出开机指令，开启气压源进行供气，压力气体依此经气源调节装置过滤、减压阀稳压；
（5）、保持电磁换向阀A处于右位，调整电磁换向阀B处于左位，计算机按所需气压值向数据采集板卡输出控制信号，经D/A转换器后调节比例压力阀B的开度，控制气动肌肉B的进气压力，驱动钢丝绳下段收缩，带动第二关节同步带轮作逆时针转动，进而依次驱动第二关节支撑架、第二关节指托作逆时针摆动；与此同时，第二关节同步带轮经同步齿形带，带动第一关节同步带轮作逆时针转动，进而依次驱动第一关节支撑架、第一关节指托作逆时针摆动；根据采集的压力和角度信号实时调整气压值，辅助患者完成手指抓握动作的被动康复训练；
（6）、调整电磁换向阀A处于左位，电磁换向阀B处于右位，计算机按所需气压值向数据采集板卡输出控制信号，经D/A转换器后调节比例压力阀A的开度，控制气动肌肉A的进气压力，驱动钢丝绳上段收缩，带动第二关节同步带轮作顺时针转动，进而依次驱动第二关节支撑架、第二关节指托作顺时针摆动；与此同时，第二关节同步带轮经同步齿形带，带动第一关节同步带轮作顺时针转动，进而依次驱动第一关节支撑架、第一关节指托作顺时针摆动；根据采集的压力和角度信号实时调整气压值，辅助患者完成手指伸展动作的被动康复训练；
（7）、重复步骤（5）～步骤（6），直至训练结束，由计算机发出停机指令，依次关闭气动系统、传感与控制系统，停止信号采集和数据处理。
一种基于气动肌肉和磁流变阻尼器的手指康复训练方法，其特征在于：为主动训练方法，包括以下步骤：
（1）、进行系统初始化，调整电磁换向阀A、B处于右位工作，磁流变阻尼器A、B处于失电状态；
（2）、由计算机发出开机指令，开启传感与控制系统；
（3）、患者通过指托自行完成抓握和伸展动作，抓握过程中，压力传感器B采集气动肌肉B的压力信号，伸展过程中，压力传感器A采集气动肌肉A的压力信号；角度传感器A、B分别采集第一关节同步带轮、第二关节同步带轮的角度信号；
（4）、所采集的压力信号和角度信号经A/D转换器后输入数据采集板卡，由计算机求得抓握和伸展动作中每根手指关节的弯曲力量以及磁流变阻尼器A、B所需提供的控制电流值；
（5）、在下一次抓握和伸展动作中，根据步骤四中求得的磁流变阻尼器A、B控制电流值，由计算机向数据采集板卡输出控制信号，经D/A转换器后控制电流控制器的输出电流，调节磁流变阻尼器A、B的励磁强度，进而为手指主动运动提供合适的阻尼力，以达到训练增强手指肌肉力量的目的；
（6）、重复步骤（3）～步骤（5），直至训练结束，由计算机发出停机指令，关闭传感与控制系统，停止信号采集和数据处理。
本发明提供一种基于气动肌肉和磁流变阻尼器的手指康复训练装置及方法，适用于手指偏瘫患者多手指运动功能的主/被动协调康复训练。具有如下有益效果：
（1）气动肌肉的伸缩率特性和响应速度与生物肌肉相似度很高，具有良好的柔顺性、安全性和较快的响应速度，采用两根气动肌肉以双端反向对拉的方式驱动每个手指关节，其动作灵活、作用安全柔顺，能够有效避免对手指造成二次伤害，保障了康复训练的安全性；
（2）磁流变阻尼器是一种能量耗散型智能器件，具备安全稳定、体积小、重量轻等优点。通过被动力反馈，由磁流变阻尼器为手指主动运动提供合适的阻尼力，同时结合角度传感器检测手指关节活动范围，从而控制其运动幅度，有利于提高手指康复训练效果；
（3）通过角度传感器和压力传感器实时检测角度和压力数据，并反馈至计算机中，以获取患者当前的手指运动功能状态，根据患者的恢复情况，由计算机发出控制信号自行切换主/被动训练形式和改变主动训练强度，能够最大限度的辅助恢复患者手部运动功能；
（4）运用外骨骼装置进行手指康复训练，可以满足手指偏瘫患者多手指同时进行协调性康复训练的要求，提高了康复训练效率，缩短了患者的康复周期。
附图说明
图1是本发明手指康复训练装置结构图。
图2是本发明单根手指康复训练机构结构图。
图3是本发明单根手指驱动机构结构图。
图4是本发明气动肌肉的气动回路原理图。
图5是本发明磁流变阻尼器A的结构图。
图6是本发明单根手指康复训练控制原理框图。
图7是本发明被动训练方法流程图。
图8是本发明主动训练方法流程图。
图中：1-第一关节支撑架；2-第一关节指托；3-角度传感器A；4-第一关节同步带轮；5-第二关节指托；6-磁流变阻尼器A；6-1-旋转轴A；6-2-外壳体A；6-3-绝磁环；6-4-励磁线圈；6-5-转子；6-6-键；6-7-磁流变液；6-8-O型圈；7-支撑板A；8-支撑板B；9-第二关节支撑架；10-磁流变阻尼器B；10-1-旋转轴；10-2-外壳体；11-掌骨；12-机械手固定板；13-可调节绑带；14-U型连接件；15-气动肌肉A；16-第二关节同步带轮；17-钢丝绳；18-同步齿形带；19-气动肌肉B；20-角度传感器B；21-平键；22-圆锥销；23-进气口；24-气压源；25-气源调节装置；26-减压阀；27-压力计；28-比例压力阀A；29-消声器；30-电磁换向阀A；31-压力传感器A；32-压力传感器B；33-电磁换向阀B；34-比例压力阀B。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本发明实施例包括：
如图1所示，一种基于气动肌肉和磁流变阻尼器的手指康复训练装置，包括有可调节绑带13、固定在手臂上的机械手固定板12、依次固定在机械手固定板上的掌骨11、手指驱动机构、手指康复训练机构、以及气动系统、传感与控制系统。其中：所述掌骨11、手指驱动机构、手指康复训练机构，其数量均为4个；所述机械手固定板12下侧面为适应手腕结构的弧形面，弧形角度为150°～180°之间，机械手固定板12通过可调节绑带13固定于手臂部；
如图3所示，所述手指驱动机构包括气动肌肉A15、气动肌肉B19、两个U型连接件14和一根外部装有柔性套管的钢丝绳17。气动肌肉A15一端通过螺栓固定在U型连接件14上，气动肌肉A15另一端连接钢丝绳17上段，钢丝绳17绕过第二关节同步带轮16，钢丝绳17下段与气动肌肉B19一端固定连接，气动肌肉B19另一端通过螺栓固定在U型连接件14上，U型连接件14通过螺钉固定在机械手固定板12上。其中：所述气动肌肉是一种可收缩的直线型驱动装置，由压缩空气控制，在气动肌肉的外部覆盖一层由高抗拉强度纤维编织的网套，在气动肌肉的内部填充弹性很好的橡胶管，气动肌肉的两端均采用钢箍固定。
如图1和图2所示，所述手指康复训练机构包括第一关节同步带轮4、第二关节同步带轮16、同步齿形带18、第一关节支撑架1、第二关节支撑架9、第一关节指托2、第二关节指托5、磁流变阻尼器A6和磁流变阻尼器B10。第二关节同步带轮16与磁流变阻尼器B10的旋转轴B10-1一端通过平键21连接，磁流变阻尼器B10的外壳体B10-2通过螺钉固定在掌骨11上，旋转轴B10-1另一端依次与第二关节支撑架9一端、角度传感器B20的输入轴通过平键21连接，第二关节支撑架9另一端与磁流变阻尼器A6的外壳体A6-2通过螺钉固定连接，磁流变阻尼器A6的旋转轴A6-1一端与第一关节同步带轮4通过平键21连接，旋转轴A6-1另一端依次与第一关节支撑架1、角度传感器A3的输入轴通过平键21连接，第一关节同步带轮4与第二关节同步带轮16之间通过同步齿形带18连接。其中：所述第一关节同步带轮4、第二关节同步带轮16、第一关节支撑架1、第二关节支撑架9均通过设于旋转轴A6-1和旋转轴B10-1上的圆锥销22实现轴向定位；所述第一关节支撑架1、第二关节支撑架9中部下端分别设有第一关节指托2、第二关节指托5；所述磁流变阻尼器A6与磁流变阻尼器B10的结构及性能参数完全相同。
如图2和图6所示，所述传感与控制系统包括压力传感器A31、压力传感器B32、角度传感器A3、角度传感器B20、电流控制器、D/A转换器、A/D转换器、数据采集板卡和计算机。压力传感器A31和压力传感器B32分别安装于气动肌肉A15和气动肌肉B19的进气口23处，角度传感器A3和角度传感器B20的输入轴分别与旋转轴A6-1和旋转轴B10-1通过键21固定连接，角度传感器A3和角度传感器B20的基座均通过螺钉分别固定在支撑板A7和支撑板B8上，支撑板A7和支撑板B8通过螺钉分别与第二关节支撑架9和掌骨11固定连接。其中，压力传感器选用QBE2003-P10，其内部自带放大电路，根据采集信号成比例地输出0～10VDC的模拟信号，可检测0～1.0MPa的气体压力；角度传感器选用的是光电编码器ZSP3806，旋转时带动光电编码器的光栅盘和光耦产生可识别方向的计数脉冲信号，用于测试旋转轴角度信号，并将其传输给计算机以实时获取各关节旋转角度；电流控制器选用SC-1W，其输入端和输出端分别连接数据采集板卡和磁流变阻尼器，通过数据采集板卡输出0～10V电压信号进行线性控制，对应输出电流为0～3A；数据采集板卡选用DAQ-2501，具有8通道模拟量输出和24通道数字量输入功能，其输出端口向比例压力阀和电流控制器输入控制电压信号，其输入端口采集光电编码器输出的脉冲信号和压力传感器输出的电压信号，以获取旋转轴的角位移和气动肌肉的供气压力；D/A转换器选用DAC0809CCN，用于将数据采集板卡发出的数字量信号转换为模拟量信号，来控制比例压力阀的输出压力和电流控制器的输出电流；A/D转换器选用ADC0809CCN，用于将压力传感器和角度传感器采集的模拟量信号转换为数字量信号，输入至数据采集板卡；计算机选用PC104，计算机上包含有人机界面，用于与数据采集板卡进行数据交换。
如图4所示，以气动肌肉A15的气动控制回路为例，其工作原理如下：气压源24输出压力气体，先经过气源调节装置25过滤、减压阀26稳压，流向比例压力阀A28和电磁换向阀A30，最后通过进气口23流入气动肌肉A15，气动肌肉A15的进气压力由压力传感器A31测得，减压阀26的出口压力由压力计27测得，比例压力阀A28和电磁换向阀A30的出口处均装有消声器29。当气动肌肉A15内充入压力气体后，其内部橡胶管向外膨胀，与外层纤维网接触，进而产生轴向收缩，所产生的拉力驱动钢丝绳17上段收缩。气动肌肉A15的内部气压由比例压力阀A28通过计算机来控制。
如图5所示，所述磁流变阻尼器A包括旋转轴A6-1、外壳体A6-2、绝磁环6-3、励磁线圈6-4、转子6-5、键6-6、磁流变液6-7和O型圈6-8。旋转轴A6-1与转子6-5之间通过键6-6固定连接，转子6-5两端侧面与外壳体A6-2内壁形成轴向间隙，其内部充满磁流变液6-7，旋转轴A6-1与外壳体A6-2之间用O形圈6-8密封，外壳体A6-2、磁流变液6-7和转子6-5组成一个磁回路，设在励磁线圈6-4内腔的绝磁环6-3用于降低电磁泄露。当励磁线圈6-4未通入控制电流时，轴向间隙内没有磁场作用，磁流变液6-7表现为自由流动的牛顿流体特性，转子6-5能够在密封空间内自由转动；当励磁线圈6-4通入控制电流时，在轴向间隙内产生磁场作用，磁流变液6-7的性质发生剧烈变化，粘度在几毫秒时间内迅速增大几个数量级，剪切屈服应力急剧增大，转子6-5相对于外壳体A6-2转动时剪切磁流变液6-7，从而对旋转轴A6-1的转动产生阻力作用。
一种基于气动肌肉和磁流变阻尼器的手指康复训练方法，包括被动训练方法和主动训练方法。其中：
如图7所示，所述被动训练方法，具体实施步骤如下：
步骤一、进行系统初始化，调整电磁换向阀A30和电磁换向阀B33处于右位工作，磁流变阻尼器A6和磁流变阻尼器B10处于失电状态；
步骤二、由计算机发出指令开启传感与控制系统，患者在医生帮助下完成一次抓握和伸展动作。抓握过程中，压力传感器B32采集气动肌肉B19的压力信号，伸展过程中，压力传感器A31采集气动肌肉A15的压力信号；角度传感器A3和角度传感器B20分别采集第一关节同步带轮4、第二关节同步带轮16的角度信号；
步骤三、所采集的压力信号和角度信号经A/D转换器后输入数据采集板卡，由计算机分别求得抓握过程中气动肌肉B19和伸展过程中气动肌肉A15所需气压值；
步骤四、在无医生帮助下，由计算机发出开机指令，开启气压源24进行供气，压力气体依此经气源调节装置25过滤、减压阀26稳压；
步骤五、保持电磁换向阀A30处于右位，调整电磁换向阀B33处于左位，计算机按所需气压值向数据采集板卡输出控制信号，经D/A转换器后调节比例压力阀B34的开度，控制气动肌肉B19的进气压力，驱动钢丝绳17下段收缩，带动第二关节同步带轮16作逆时针转动，进而依次驱动第二关节支撑架9、第二关节指托5作逆时针摆动；与此同时，第二关节同步带轮16经同步齿形带18，带动第一关节同步带轮4作逆时针转动，进而依次驱动第一关节支撑架1、第一关节指托2作逆时针摆动；根据采集的压力和角度信号实时调整气压值，辅助患者完成手指抓握动作的被动康复训练；
步骤六、调整电磁换向阀A30处于左位，电磁换向阀B33处于右位，计算机按所需气压值向数据采集板卡输出控制信号，经D/A转换器后调节比例压力阀A28的开度，控制气动肌肉A15的进气压力，驱动钢丝绳17上段收缩，带动第二关节同步带轮16作顺时针转动，进而依次驱动第二关节支撑架9、第二关节指托5作顺时针摆动；与此同时，第二关节同步带轮16经同步齿形带18，带动第一关节同步带轮4作顺时针转动，进而依次驱动第一关节支撑架1、第一关节指托2作顺时针摆动；根据采集的压力和角度信号实时调整气压值，辅助患者完成手指伸展动作的被动康复训练；
步骤七、重复步骤五～步骤六，直至训练结束，由计算机发出停机指令，依次关闭气动系统、传感与控制系统，停止信号采集和数据处理。
如图8所示，所述主动训练方法，具体实施步骤如下：
步骤一、进行系统初始化，调整电磁换向阀A30和电磁换向阀B33处于右位工作，磁流变阻尼器A6和磁流变阻尼器B10处于失电状态；
步骤二、由计算机发出开机指令，开启传感与控制系统；
步骤三、患者通过指托自行完成抓握和伸展动作。抓握过程中，压力传感器B32采集气动肌肉B19的压力信号，伸展过程中，压力传感器A31采集气动肌肉A15的压力信号；角度传感器A3和角度传感器B20分别采集第一关节同步带轮4、第二关节同步带轮16的角度信号；
步骤四、所采集的压力信号和角度信号经A/D转换器后输入数据采集板卡，由计算机求得抓握和伸展动作中每根手指关节的弯曲力量以及磁流变阻尼器A6和磁流变阻尼器B10所需提供的控制电流值；
步骤五、在下一次抓握和伸展动作中，根据步骤四中求得的磁流变阻尼器A6和磁流变阻尼器B10控制电流值，由计算机向数据采集板卡输出控制信号，经D/A转换器后控制电流控制器的输出电流，调节磁流变阻尼器A6和磁流变阻尼器B10的励磁强度，进而为手指主动运动提供合适的阻尼力，以达到训练增强手指肌肉力量的目的；
步骤六、重复步骤三～步骤五，直至训练结束，由计算机发出停机指令，关闭传感与控制系统，停止信号采集和数据处理。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于气动肌肉和磁流变阻尼器的手指康复训练装置，其特征在于：包括：
机械手固定板，其立向设置，机械手固定板后侧板面连接有可调节绑带；
四根掌骨，其分别沿前后方向设置，四根掌骨后端分别连接在机械手固定板前侧板面上部不同位置；
四个气动肌肉组，每个气动肌肉组分别由两个沿前后方向设置的气动肌肉A和B构成，四个气动肌肉组一一对应设置在掌骨右侧，每个气动肌肉组中两气动肌肉A和B后端分别各自通过U型连接件铰接在机械手固定板前侧板面上；
四个磁流变阻尼器B，分别各自具有外壳体B和中心轴沿左右水平方向的旋转轴B，四个磁流变阻尼器B分别通过各自的外壳体B一一对应连接在掌骨前端，每个磁流变阻尼器B中，旋转轴B的左、右端分别穿出对应的外壳体B，且旋转轴B的右端分别同轴固定安装有第二关节同步带轮，且第二关节同步带轮一一对应位于气动肌肉组前方，每个第二关节同步带轮上分别绕过有钢丝绳，钢丝绳两端分别连接在位置对应的气动肌肉组中两个气动肌肉A和B前端，每个外壳体B的左侧分别设有角度传感器B，每个角度传感器B的基座分别通过支撑板与对应的掌骨前端固定连接，每个角度传感器B的输入轴分别与对应的磁流变阻尼器中旋转轴B的左端同轴固定连接；
四个第二关节支撑架，其分别沿前后方向设置，并一一对应设置在磁流变阻尼器B前方，每个第二关节支撑架后端分别通过延伸部与对应的磁流变阻尼器B中旋转轴B左端固定连接，每个第二关节支撑架底部分别连接有第二关节指托；
四个磁流变阻尼器A，分别各自具有外壳体A和中心轴沿左右水平方向的旋转轴A，四个磁流变阻尼器A分别通过各自的外壳体A一一对应连接在第二关节支撑架前端，每个磁流变阻尼器A中，旋转轴A的左、右端分别穿出对应的外壳体A，且旋转轴A的右端分别同轴固定安装有第一关节同步带轮，第一关节同步带轮一一对应位于第二关节同步带轮前方，且第一关节同步带轮与第二关节同步带轮之间通过同步齿形带传动连接，每个外壳体A的左侧分别设有角度传感器A，每个角度传感器A的基座分别通过支撑板与对应的第二关节支撑架固定连接，每个角度传感器A的输入轴分别与对应的磁流变阻尼器中旋转轴A的左端同轴固定连接；
四个第一关节支撑架，其分别沿前后方向设置，并一一对应设置在磁流变阻尼器A前方，每个第一关节支撑架后端分别通过延伸部与对应的磁流变阻尼器A中旋转轴A左端固定连接，每个第一关节支撑架底部分别连接有第一关节指托。
2.根据权利要求1所述的一种基于气动肌肉和磁流变阻尼器的手指康复训练装置，其特征在于：还包括一一对应配置于四个气动肌肉组的气动系统，每个气动系统分别包括气压源、气源调节装置、两个减压阀、比例压力阀A、比例压力阀B、电磁换向阀A、电磁换向阀B，气压源通过管路与气源调节装置进气口连接，气源调节装置出气口分别通过管路与两个减压阀进气口连接，其中一个减压阀出气口通过管路与比例压力阀A进气口连接，另一个减压阀出气口通过管路与比例压力阀B进气口连接，且比例压力阀A、比例压力阀B与对应的减压阀之间管路上分别安装有压力计，比例压力阀A出气口通过管路与电磁换向阀A进气口连接，比例压力阀B出气口通过管路与电磁换向阀B进气口连接，且比例压力阀A、比例压力阀B、电磁换向阀A、电磁换向阀B上分别安装有消声器，电磁换向阀A出气口通过管路与对应的气动肌肉组中其中一个气动肌肉A的进气口连接，电磁换向阀B出气口通过管路与对应的气动肌肉组中另一个气动肌肉B的进气口连接，且电磁换向阀A与对应的气动肌肉A之间管路上靠近气动肌肉A进气口位置安装有压力传感器A，电磁换向阀B与对应的气动肌肉B之间管路上靠近气动肌肉B进气口位置安装有压力传感器B。
3.根据权利要求2所述的一种基于气动肌肉和磁流变阻尼器的手指康复训练装置，其特征在于：还包括传感与控制系统，传感与控制系统包括所述的角度传感器A、角度传感器B、压力传感器A、压力传感器B，以及两个电流控制器、四个D/A转换器、四个A/D转换器、数据采集板卡和计算机，所述计算机与数据采集板卡双向通讯连接，所述角度传感器A、角度传感器B、压力传感器A、压力传感器B的输出端一一对应与A/D转换器的输入端连接，A/D转换器的输出端分别与数据采集板卡的输入端连接，数据采集板卡的输出端分别与四个D/A转换器的输入端连接，其中两个D/A转换器的输出端一一对应与比例压力阀A、比例压力阀B的输入端连接，另外两个D/A转换器的输出端一一对应与两个电流控制器的输入端连接，两个电流控制器的输出端一一对应与磁流变阻尼器A、磁流变阻尼器B的输入端连接。
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