CN106618948B - 一种智能助力康复手套 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种智能助力康复手套，包括手套本体、护臂、弯曲传感器、张角传感器、单点式压力传感器、电子控制单元、人造肌肉和辅助动力盒；所述弯曲传感器，用于检测每个手指关节的角度弯曲变化；所述张角传感器，用于检测相邻两个手指之间的张开程度；所述单点式压力传感器，用于检测每个手指指腹及其他指节内侧部位的压力变化；所电子控制单元，用于接收各个传感器输出的角度、张力以及压力的变化，根据所述信号使用特定算法控制所述辅助动力盒，通过拉动所述人造肌肉控制手指的运动，实现智能助力的功能。
Description
技术领域
本发明涉及医疗康复保健用品领域，具体涉及一种用于康复训练的智能助力康复手套。
背景技术
现代社会伴随着老龄化的加剧，出现大量的中风或脑卒中等脑疾病患者，这类患者通常由于脑血管血栓或脑血管破裂出血而导致脑供血中断，从而使相应的运动、感觉和认知等功能遭到丧失，甚至严重的会受到损害。现代神经康复医学及其临床研究结果表明对因脑卒中等疾病引起的肢体功能障碍，通过科学合理的康复治疗训练可以在一定程度上恢复其受损的肢体功能。医护人员会运用关节活动度训练、肌力训练、助力训练以及手指精细动作训练等运动疗法对患者进行传统的康复治疗训练，患者术后手部不灵活，行动极其不便，进行传统的康复治疗时需要定期地到医院进行训练，这样就会给患者带来极大的不便。
智能助力康复手套可以完成对患者的手关节活动度训练、肌力训练、助力训练以及手指精细动作训练，患者通过佩戴手套就进行可以康复治疗训练，这样不仅减轻了传统康复训练模式中理疗师的工作负担，而且也给患者带来了便利。
发明内容
本发明针对上述问题，设计了一种智能助力康复手套，包括手套本体、护臂、弯曲传感器、张角传感器、单点式压力传感器、电子控制单元、人造肌肉和辅助动力盒；所述弯曲传感器，用于检测每个手指关节的角度弯曲变化；所述张角传感器，用于检测相邻两个手指之间的张开程度；所述单点式压力传感器，用于检测每个手指指腹及其他指节内侧部位的压力变化；所电子控制单元，用于接收各个传感器输出的角度、张力以及压力的变化，根据所述信号使用特定算法控制所述辅助动力盒，通过拉动所述人造肌肉控制手指的运动，实现智能助力的功能。
进一步地，所述手套本体包括弯曲传感器、张角传感器、单点式压力传感器、牵引受力点和传感器数据连接线；所述护臂包括所述的助力驱动盒、所述的电子控制单元和电池模块。
进一步地，所述弯曲传感器为14个，分别放置在所述手套本体的拇指背面的指间关节、掌指关节处以及手套食指、中指、无名指、小手指背面的第一指间关节、第二指间关节、掌指关节处。
进一步地，所述张角传感器为4个，分别放置在所述手套本体的拇指与食指之间的指缝、食指与中指之间的指缝、中指与无名指之间的指缝、无名指与小指之间的指缝处。
进一步地，所述单点式压力传感器为14个，分别放置在所述手套本体的拇指指腹及拇指第二节内侧上以及食指、中指、无名指、小手指的第一节、第二节、第三节指内侧上。
进一步地，所述电子控制单元设有用于数据采集的ADC模块、用于数据处理的MCU模块、用于有线以及无线通讯的通讯模块、用于显示当前状态的状态指示灯、进行电源管理的开关。
进一步地，所述助力驱动盒设置有若干微型电机组，所述若干微型电机组是通过拉动人造肌肉来控制手指的运动。
进一步地，所述微型电机组通过分别拉动所述手套本体的所述人造肌肉来控制手指向内弯曲和向外伸展。
进一步地，所述人造肌肉分为内侧人造肌肉及外侧人造肌肉。
进一步地，若干微型电机组通过所述内侧人造肌肉及所述外侧人造肌肉与所述牵引受力点相连接。
使用者佩戴上智能助力康复手套后，放置在手套本体上的弯曲传感器检测到拇指的指间关节、掌指关节处以及食指、中指、无名指、小手指的第一指间关节、第二指间关节、掌指关节处的角度弯曲变化，电子控制单元采集到弯曲传感器传输的各个关节的角度变化，如果有两个以上的手指弯曲度达到设定的阈值，电子控制单元检测单点式压力传感器是否感受到压力，对检测到的压力值进行求均值处理，如果处理后的压力平均值没有超过第一阈值，此时电子控制单元输出一定的PWM波形，控制若干微型电机组通过拉动人造肌肉控制手指的运动，使整个手套处于舒展状态；如果处理后的压力平均值超过第一阈值，说明使用者正在抓取物体，此时控制单元输出一定的PWM波形，控制若干微型电机组通过牵引人造肌肉对手指的动作进行助力；电子控制单元继续采集并处理手指内侧压力传感器的压力变化数据，如果处理后的压力平均值超过前一指定时刻的压力平均值，电子控制单元就会输出一定的PWM波形，控制若干微型电机组通过牵引人造肌肉继续助力手指的动作；直到处理得到了压力平均值超过第二阈值，或助力次数达到程序设定值，若干微型电机组控制助力驱动模块使之保持此状态一段时间，电子控制单元则输出一定的PWM波形，控制若干微型电机组通过拉动人造肌肉控制手指的运动，使整个手套处于舒展状态；
进一步地，所述的弯曲传感器是电阻式传感器，可以将检测到的角度变化转换成电阻值变化，此弯曲度传感器内侧弯曲时伴随阻抗变化；向外侧弯曲时阻抗输出为恒定；即该传感器对弯曲形变的感知为单向敏感；将弯曲传感器放置在手套背面的各个关节处可以检测手指每个关节的角度变化。
进一步地，所述的压力传感器可以是电阻式传感器，电阻式薄膜传感器在电路中等效为压敏电阻，当压力传感器无外界负载时，传感器等效于具有一定阻值的电阻。当外界压力施加到传感器上时，等效电阻随之变化。所施压力与电阻值变化量成一定比例，因此通过计算将检测到电阻变化转换为的压力变化。
进一步地，所述的压力传感器可以是电容式传感器，电容式薄膜传感器在电路中等效为压敏电容，当压力传感器无外界负载时，传感器等效于具有一定容值的电容。当外界压力施加到传感器上时，等效电容随之变化。所施压力与电容值变化量成一定比例，因此通过计算将检测到电容变化转换为的压力变化。
进一步地，所述电子控制单元的主芯片可以采用具有数据存储和处理功能的芯片，如FPGA、单片机等。
进一步地，所述的第一阈值、第二阈值、以及助力次数可以根据使用者的身体状况差异以及使用者的需求进行调整；也可根据康复训练的疗程及效果做相应调整。
本发明连续检测患者各个关节的角度变化以及手指内侧的压力变化，并根据这些变化信号控制若干微型电机组，通过牵引人造肌肉控制手指的运动，从而可以完成对患者的关节活动度训练、肌力训练、助力训练以及手指精细动作训练；与此同时，本发明还可以通过采集张角传感器的张力变化数据，检测患者相邻手指之间的张开程度，更全面的掌握使用者的康复情况；数据传输模块将采集的康复数据传到外部数据接收单元，以及接收外部指令如阈值、助力次数等参数配置对助力手套进行调整配置；这样不仅减轻了传统康复训练模式中理疗师的工作负担，而且也给使用者带来了很大的便利。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中，
图1是本发明所述的一种智能助力康复手套的传感器分布与连接的正面、背面示意图；
图2是本发明所述的一种智能助力康复手套的人造肌肉与智能助力系统的正面、背面示意图；
图3是本发明所述的一种智能助力康复手套助力驱动盒及微型电机连接示意图；
图4是本发明所述的一种智能助力康复手套的数据处理的算法流程图；
图中附图标记表示为：10-手套本体；11-张角传感器；12-弯曲度传感器；13-单点式压力传感器； 14-传感器数据连接线；15-牵引受力点；20-护臂；21-助力驱动盒；211-第一组微型电机；212-第二组微型电机；213-第三组微型电机；214-第四组微型电机；215-第五组微型电机；22-电子控制单元；221-ADC模块；222-MCU模块；223-通讯模块；224-状态指示灯；225-开关；23-电池模块；30-人造肌肉；31-内侧人造肌肉；32-外侧人造肌肉。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
如图1所示，由1个手套本体10、4个张角传感器11、14个弯曲传感器12、14个单点式压力传感器13、1个护臂20、1个助力驱动盒21、1个电子控制单元22、1个电池模块23以及传感器数据连接线14构成。
14个弯曲传感器12分别放置在手套拇指背面的指间关节、掌指关节处以及手套食指、中指、无名指、小手指背面的第一指间关节、第二指间关节、掌指关节处，用于检测每个手指关节的角度弯曲变化；4个张角传感器11分别放置在手套拇指与食指之间的指缝、食指与中指之间的指缝、中指与无名指之间的指缝、无名指与小指之间的指缝处，用于检测相邻两个手指之间的张开程度；14个单点式压力传感器13分别放置在手套拇指指腹及拇指第二节内侧上以及食指、中指、无名指、小手指的第一节、第二节、第三节指内侧上，用于检测每个手指指腹及其他指节内侧部位的压力变化；电子控制单元22放置在手臂的护臂20上，电子控制单元22设有用于数据采集的ADC模块221、用于数据处理的MCU模块222、用于有线以及无线通讯的通讯模块223、用于显示当前状态的状态指示灯224、进行电源管理的开关225。用于采集和处理来自各个传感器的数据，包括手指关节弯曲角度、手指与手指之间的张角，以及指腹及其他指节内侧压力的变化情况，依据这些变化信号控制若干微型电机组的转动；开关225用于控制智能助力康复手套的开启与关闭；状体指示灯224通过不同的闪烁频率以及颜色变换指示手套的当前运行状态；通讯模块223放置在手臂的护臂20位置，用于采集数据和配置信息的传输；若干微型电机组211-215放置在手臂护臂的助力驱动盒21里面，根据接收到的控制信号，通过拉动人造肌肉30控制手指的运动。
如图2所示，由1个手套本体10、1个护臂20和人造肌肉30构成。
如图3所示，由手套本体10、内侧人造肌肉31、外侧人造肌肉32、牵引受力点15、第一组微型电机211、第二组微型电机212、第三组微型电机213、第四微型组电机214，第五微型组电机215以及助力驱动盒21构成。
若干微型电机组211-215放置在手臂护臂的助力驱动盒214里面，通过内侧人造肌肉31及外侧人造肌肉32与手套本体10的牵引受力点18相连接。当电子控制单元22向若干微型电机组211-215发送正向PWM控制信号时，若干微型电机组211-215通过拉动内侧人造肌肉31来控制5个手指向内弯曲。当电子控制单元22向若干微型电机组211-215发送反向PWM控制信号时，若干微型电机组211-215通过拉动外侧人造肌肉32来控制5个手指向外弯曲。
如图4所示，使用者佩戴上智能助力康复手套后，放置在手套本体10上的弯曲传感器12检测到拇指的指间关节、掌指关节处以及其余手指的第一指间关节、第二指间关节、掌指关节处的角度变化，电子控制单元22采集到弯曲传感器12传输的各个关节的角度变化数据，如果有两个以上的手指弯曲度达到一定的阈值，电子控制单元22会检测单点式压力传感器13是否感受到压力，对检测到的压力值进行求均值处理，如果处理后的压力平均值没有超过第一阈值，此时电子控制单元输出一定的PWM波形控制若干微型电机组211-215通过拉动外侧人造肌肉32控制手指的运动，使整个手套处于舒张状态；如果计算处理后的压力平均值超过第一阈值，说明患者正在抓取物体，此时电子控制单元22输出一定的PWM波形控制若干微型电机211-215组通过拉动内侧人造肌肉31助力手指的动作；电子控制单元22持续采集并处理来自单点式压力传感器13的手指压力变化数据，如果经过处理得到的压力平均值超过前一指定时刻的压力平均值，控制单元就会输出一定的PWM波形控制若干微型电机组211-215，通过拉动内侧人造肌肉31继续助力手指的动作；直到处理得到了压力平均值超过第二阈值或助力次数超过程序设定值，若干微型电机组211-215控制助力驱动模块使之保持此状态一段时间，电子控制单元22则输出一定的PWM波形控制若干微型电机组211-215通过拉动外侧人造肌肉32控制手指的运动，使整个手恢复舒张状态。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种智能助力康复手套，其特征在于，包括手套本体、护臂、弯曲传感器、张角传感器、单点式压力传感器、电子控制单元、人造肌肉、助力驱动盒、传感器数据连接线和电池模块；所述弯曲传感器，用于检测每个手指关节的角度弯曲变化；所述张角传感器，用于检测相邻两个手指之间的张开程度；所述单点式压力传感器，用于检测每个手指指腹及其他指节内侧部位的压力变化；所电子控制单元，用于接收各个传感器输出的角度、张力以及压力的变化，根据信号使用特定算法控制所述助力驱动盒，通过拉动所述人造肌肉控制手指的运动，实现智能助力的功能；
使用者佩戴上智能助力康复手套后，放置在所述手套本体上的所述弯曲传感器检测到拇指的指间关节、掌指关节处以及其余手指的第一指间关节、第二指间关节、掌指关节处的角度变化，所述电子控制单元采集到所述弯曲传感器传输的各个关节的角度变化数据，如果有两个以上的手指弯曲度达到一定的阈值，所述电子控制单元会检测所述单点式压力传感器是否感受到压力，对检测到的压力值进行求均值处理；如果处理后的压力平均值没有超过第一阈值，则所述电子控制单元输出PWM波形控制若干微型电机组通过拉动外侧人造肌肉控制手指的运动，使整个手套处于舒张状态；如果计算处理后的压力平均值超过第一阈值，说明患者正在抓取物体，则所述电子控制单元输出PWM波形控制若干所述微型电机组通过拉动内侧人造肌肉助力手指的动作；所述电子控制单元持续采集并处理来自所述单点式压力传感器的手指压力变化数据，如果经过处理得到的压力平均值超过前一指定时刻的压力平均值，则所述控制单元就会输出PWM波形控制若干所述微型电机组，通过拉动内侧人造肌肉继续助力手指的动作，直到处理得到了压力平均值超过第二阈值或助力次数超过程序设定值，若干所述微型电机组控制所述助力驱动模块使之保持此状态一段时间，所述电子控制单元则输出PWM波形控制若干所述微型电机组通过拉动外侧人造肌肉控制手指的运动，使整个手恢复舒张状态。
2.根据权利要求1所述的智能助力康复手套，其特征在于，所述手套本体包括牵引受力点。
3.根据权利要求1或2任一项所述的智能助力康复手套，其特征在于，所述弯曲传感器为14个，分别放置在所述手套本体的拇指背面的指间关节、掌指关节处以及手套食指、中指、无名指、小手指背面的第一指间关节、第二指间关节、掌指关节处。
4.根据权利要求1或2任一项所述的智能助力康复手套，其特征在于，所述张角传感器为4个，分别放置在所述手套本体的拇指与食指之间的指缝、食指与中指之间的指缝、中指与无名指之间的指缝、无名指与小指之间的指缝处。
5.根据权利要求1或2任一项所述的智能助力康复手套，其特征在于，所述单点式压力传感器为14个，分别放置在所述手套本体的拇指指腹及拇指第二节内侧上以及食指、中指、无名指、小手指的第一节、第二节、第三节指内侧上。
6.根据权利要求1所述的一种智能助力康复手套，其特征在于，所述电子控制单元设有用于数据采集的ADC模块、用于数据处理的MCU模块、用于有线以及无线通讯的通讯模块、用于显示当前状态的状态指示灯、进行电源管理的开关。
7.根据权利要求1所述的一种智能助力康复手套，其特征在于，所述助力驱动盒设置有若干微型电机组，所述若干微型电机组是通过拉动人造肌肉来控制手指的运动。
8.根据权利要求7所述的一种智能助力康复手套，其特征在于，所述微型电机组通过分别拉动所述手套本体的所述人造肌肉来控制手指向内弯曲和向外伸展。
9.根据权利要求1或8任一项所述的智能助力康复手套，其特征在于，所述人造肌肉分为内侧人造肌肉及外侧人造肌肉。
10.根据权利要求2所述的一种智能助力康复手套，其特征在于，若干微型电机组通过所述内侧人造肌肉及所述外侧人造肌肉与所述牵引受力点相连接。
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