CN107789158A - 一种手指康复训练装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种手指康复训练装置，所述的装置包括机械框架、智能终端模块、主控模块、电机模块、安全防护模块、康复评测模块，所述的机械框架包括电机座、滑轨、滑轮、滚珠丝杆、限位块、微动开关、尼龙线、指架、指套；1号电机的传动结构为滚珠丝杆；所述的主控模块为STM32；所述的安全防护模块为限位块和微动开关，其中微动开关嵌入到限位块里面；所述的康复评测模块使用的是位移传感器，分别贴在大拇指和食指表面，采集到手指移动的位移量；依据该装置设计了一种手指训练方法。

Description

一种手指康复训练装置

技术领域

本发明涉及康复训练领域，特别涉及一种手指康复训练装置。

背景技术

手部在日常生活中非常重要，手部的构造极为精巧和复杂，对于手指不能张开的患者，如果仅靠自身，手部康复的难度较大，如果使用常规方法的康复治疗计划，治疗周期较长，价格昂贵，手指能够恢复到原来运动机能的概率较小，并且会使病人感到无聊。反复，准确的练习是协调训练的关键，所以如何恢复患者手指的运动机能，是一件非常重要的事情。手部运动包括粗大运动和精细运动，手指对指是精细运动，传统的手指康复机器人大多只能进行粗大运动的训练，无法实现手指精细运动，大拇指与食指能进行对指运动，也就意味着病人可以自己拿笔，拿筷子，拿水杯等，一定程度地实现生活自理，所以，如果患者能够完成对指运动，从而恢复了部分手部功能，这样有很可能会改善他们的日常生活。患者，特别是生活在农村的患者，可能无法得到足够的治疗来克服其损伤，他们出院后可能不会得到特殊待遇，所以不管是医院医护人员还是病人，对大拇指与食指对指训练康复装置都有着强烈的需求。

患者在康复训练时，特别是主动训练时，由于操作失误或者突发情况造成电机失控，手指会二次受到损伤，因此需要一种易于安装，便于控制，价格便宜，安全性高的安全防护模块。传统手指康复器大多只有控制系统（软件）的安全防护，由于患者对手的主动运动能力差，机构设计（硬件）问题始终是手指康复器设计要考虑的一个重要方面，本发明将限位块和微动开关运用在安全防护中，解决传统手指康复器安全防护机制不完善问题，限位块能从机械结构上限制电机的极限位置，微动开关能切断电机电源，如果把微动开关嵌入到限位块里面，当电机失控等意外情况发生时，指套会撞上限位块上的微动开关，电机立即断电，这样既不损伤患者，也不使电机烧坏。

患者在康复训练时，由于手指的位移较小，对传动装置有极高的要求，传统的皮带传送容易打滑，精度不够。滚珠丝杆具有定位精度高，精度保持性好，传动效率高，传动灵敏平稳，同步性好的优点。因此采用滚珠丝杆作为传动装置能极大提高康复效果。

患者在康复训练时，对患者的康复情况及时进行评定能对训练效果产生极大的益处。传统康复训练效果的反馈机制有待完善，还无法对训练过程中手位移大小，速度大小，角度大小等进行精确地反馈，造成训练效率低，因而影响对康复训练的有效评估。通过与位移检测相结合，探究康复效果与各训练参数的内在联系和规律，针对不同患病状态的患者进行相应的康复运动训练，建立有效的康复训练评估系统，缩短患者康复治疗的周期，并最大限度地恢复患者手部的运动功能。位置传感器价格低廉，便于贴到手指表面，能够采集到手指的位移，对位移求导得到手指移动的速度，再对速度求导得到手指移动的加速度。相同条件下，位移越大，速度越快，加速度越大，说明恢复情况越好。因此采用位置传感器作为康复评定的传感器，能够得到患者的手指康复状况，为患者制定合适的训练方案，有助于患者手指的康复。

现有的手指训练康复器结构复杂，成本高昂，安全性不高，精确性不高，不能用于对指训练。因此有必要设计一种结构简单、成本低廉、安全性高的手指康复训练装置，可针对对指运动进行正确、平稳、渐进和协调的运动训练，从而更好地促进手指的康复，使得整个康复过程时间更短，同时能对患者手指进行康复评定。

因此，本发明针对现有技术不足的问题，发明了一种手指康复训练装置。

发明内容

本发明提出了一种结构简单，精确性高，适应不同手的能力强，成本较低，安全性高，能完成大拇指与食指对指运动的康复训练装置的设计方法。

为达到上述目的，本发明公开了一种手指康复训练装置，所述的装置包括机械框架、指令控制模块、主控模块、电机模块、安全防护模块、康复评测模块。所述的机械框架包括电机座、滑轨、滑轮、滚珠丝杆、限位块、微动开关、尼龙线、指架、指套；1号电机的传动结构为滚珠丝杆；所述的主控模块为单片机；所述的指令控制模块为控制面板：所述的安全防护模块为限位块和微动开关，其中微动开关嵌入到限位块里面；所述的康复评测模块使用的是位置传感器，分别贴在大拇指和食指表面，采集手指移动的位移；依据该装置设计了一种手指训练方法，手指训练方法为首先将大拇指放在1号指套，食指放在2号指套，当按下控制面板的K1键时，1号电机带动大拇指进行左右运动，完成大拇指水平方向的训练；当按下控制面板的K2键时，2号电机带动大拇指进行上下运动，完成大拇指竖直方向的训练；当按下控制面板的K3键时，1号电机带动大拇指和食指进行张开和闭合运动，完成大拇指与食指对指训练；将手指康复装置旋转180度，把食指放在1号指套，大拇指放在2号指套，然后将食指放在1号指套，大拇指放在2号指套，当按下控制面板的K1键时，1号电机带动食指进行左右运动，完成食指水平方向的训练；当按下控制面板的K2键时，2号电机带动食指进行上下运动，完成食指竖直方向的训练；当按下控制面板的K3键时，1号电机带动食指和大拇指进行张开和闭合运动，完成食指与大拇指对指训练，重复上述步骤。在训练过程中，当病人主动要求停止训练或根据医护人员评定需要停止训练时，按下控制面板的STOP键就可以使电机停转，停止当前训练。停止训练后，按下RST键即可将指套复位至初始位置。

本发明的一种手指康复训练装置，所述的手指训练方法为：首先将大拇指放在1号指套，食指放在2号指套，当按下控制面板的K1键时，1号电机带动大拇指进行左右运动，完成大拇指水平方向的训练；当按下控制面板的K2键时，2号电机带动大拇指进行上下运动，完成大拇指竖直方向的训练；当按下控制面板的K3键时，1号电机带动大拇指和食指进行张开和闭合运动，完成大拇指与食指对指训练；将手指康复装置旋转180度，把食指放在1号指套，大拇指放在2号指套，然后将食指放在1号指套，大拇指放在2号指套，当按下控制面板的K1键时，1号电机带动食指进行左右运动，完成食指水平方向的训练；当按下控制面板的K2键时，2号电机带动食指进行上下运动，完成食指竖直方向的训练；当按下控制面板的K3键时，1号电机带动食指和大拇指进行张开和闭合运动，完成食指与大拇指对指训练，重复上述步骤。在训练过程中，当病人主动要求停止训练或根据医护人员评定需要停止训练时，按下控制面板的STOP键就可以使电机停转，停止当前训练。停止训练后，按下RST键即可将指套复位至初始位置。

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下有益效果：(1)本发明提出了一种结构简单，精确性高，适应不同手的能力强，价格较低，安全性高，能完成大拇指与食指对指运动的康复训练装置的设计方法，成本较低，易于推广使用。

(2)本发明的一种手指康复训练装置，能完成大拇指与食指对指运动，协调性好。

(3)本发明的一种手指康复训练装置，所述的1号电机的传动结构为滚珠丝杆，具有定位精度高，同步性好的优点，能极大提高康复效果。

(4)本发明的一种手指康复训练装置，使用的安全防护模块为限位块和微动开关，其中微动开关嵌入到限位块里面，当电机失控等意外情况发生时，指架会撞上限位块上的微动开关，电机立即断电，这样既不使电机烧坏，也不损伤患者。

(5)本发明的一种手指康复训练装置，采用位置传感器作为康复评定的传感器，能够采集到手指的位移,能够得到患者的手指康复状况，为患者制定合适的训练方案，有助于患者手指的康复。

附图说明

图1为机械框架的设计图。

图2为控制系统的结构框图。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参看图1，所述的机械框架包括电机座、滑轨、滑轮、滚珠丝杆、限位块、微动开关、尼龙线、指套、指架、电机等。

指套是通过3D打印机打印而成，这样可以根据不同患者的手实现定制化，做到大小合适，减少患者不适感，提高训练效果。

参看图1，1号电机安装在整机机架上，1号电机采用滚珠丝杆传动装置，1号电机带动滚珠丝杆正反转，滚珠丝杆通过滚珠带动1号指架进行左右运动，滚珠丝杆定位精度高，同步性好，能极大提高康复效果。在1号指架的上下适当位置分别安装一个微动开关，微动开关的作用是当电机失控等意外情况发生时，1号指架会撞上微动开关，此时电机断电，这样既不使电机烧坏，也不损伤患者，这样当电机转动时就可带动1号指架在滑轨上来回摆动，即可分别完成大拇指和食指水平方向的训练。

参看图1，2号电机所在支架固连在1号指架上，它随着1号指架在竖直滑轨上来回滑动，在2号指架上下的适当位置分别安装一个微动开关，微动开关的作用是当电机失控等意外情况发生时，1号指架会撞上微动开关，此时电机断电，这样既不使电机烧坏，也不损伤患者。1号指套的左侧是经过特殊加工的滑轨，同时1号指套内部安装有一个小型的滑块，使得它可在滑轨上上下滑动。电机减速器输出轴上安装了一个轮盘，它和安装在支架顶部的滑轮及尼龙线组成了一个竖直方向上的带传动机构。当电机正反转时，尼龙线带动1号指套在滑轨上上下移动。

参看图1，通过调节两个指套的相对位置和1号指架的相对位置，让大拇指和食指舒服的放进指套，STM32给2号电机发送PWM信号，控制电机正反转，从而控制电机进行两个手指的对指运动，来完成对指训练。如此往复运动，直至完成当前设定的训练次数或控制面板输入停止命令。

参看图1，控制面板连接STM32单片机，把输入的命令传给单片机，单片机驱动电机控制模块完成相应的手指康复训练。首先将大拇指放在1号指套，食指放在2号指套，当按下控制面板的K1键时，1号电机带动大拇指进行左右运动，完成大拇指水平方向的训练；当按下控制面板的K2键时，2号电机带动大拇指进行上下运动，完成大拇指竖直方向的训练；当按下控制面板的K3键时，1号电机带动大拇指与食指进行张开和闭合运动，完成大拇指与食指对指训练；将手指康复装置旋转180度，然后把食指放在1号指套，大拇指放在2号指套，当按下控制面板的K1键时，1号电机带动食指进行左右运动，完成食指水平方向的训练；当按下控制面板的K2键时，2号电机带动食指进行上下运动，完成食指竖直方向的训练；当按下控制面板的K3键时，1号电机带动食指与大拇指进行张开和闭合运动，完成食指与大拇指对指训练；重复上述步骤。在训练过程中，当病人主动要求停止训练或根据医护人员评定需要停止训练时，按下控制面板的STOP键就可以使电机停转，停止当前训练。停止训练后，按下RST键即可将指套和指架复位至初始位置。

参看图1，当按下控制面板的K1键时，1号电机带动1号指架进行左右运动，完成手指水平方向的训练；当按下控制面板的K2键时，2号电机带动手指进行上下运动，完成手指竖直方向的训练；当按下控制面板的K3键时，1号电机带动大拇指与食指进行张开和闭合运动，完成大拇指与食指对指训练；在训练过程中，当需要停止训练时，按下控制面板的STOP键就可以使电机停转，停止当前训练。停止训练后，按下RST键即可将指套复位至初始位置。控制面板的LED灯在每次按下一个按钮，即每输出一个指令后会闪烁一次，提供给医护人员视觉反馈。

参看图2，指令控制模块与主控模块通过导线连接，主控模块接收到指令控制发来的指令后，首先要解析指令，然后通过DMA方式反馈给智能终端模块应答信号，来表示通信正常。主控模块需要采集电机编码器的信号，从而进行转速闭环控制。在高级定时器所在的中断程序中进行控制算法的运算，计算后产生PWM方波信号来控制电机运动。

参看图2，主控模块产生PWM方波信号控制电机模块运动，通过编码器产生调速命令，反馈给 STM32单片机，STM32通过不同的指令可以调节电机模块的状态，使电机完成电机的加速、减速、正反转和制动等动作。

参看图2，位置传感器贴到手指表面，采集手指的位移参数，对位移求导得到手指移动的速度，再对速度求导得到手指移动的加速度。位置传感器采集大量健康人的数据，位置传感器通过SPI把数据传给STM32，STM32把数据进行处理，建立数学模型，利用此模型对患者进行康复评价。

参看图2，移动终端可以设定重复训练的时间或次数，传送给STM32单片机，实时改变患者康复训练强度。同时，医护人员通过移动终端监测手指的运动状态及评估手指的恢复效果，根据评价的结果为患者进一步制定合适的训练方案，有助于患者手指的康复。

Claims (5)

1.本发明公开了一种手指康复训练装置，所述的装置包括机械框架、智能终端模块、主控模块、电机模块、反馈模块、安全防护模块、康复评测模块，所述的机械框架包括电机座、滑轨、滑轮、滚珠丝杆、限位块、微动开关、尼龙线、指架、指套；1号电机的传动结构为滚珠丝杆；所述的主控模块为STM32；所述的安全防护模块为限位块和微动开关，其中微动开关嵌入到限位块里面；所述的康复评测模块使用的是位置传感器，分别贴在大拇指和食指表面，采集到手指移动的位移；依据该装置设计了一种手指训练方法。

2.根据权利要求1所述的一种手指康复训练装置，其特征在于：所述的1号电机的传动结构为滚珠丝杆。

3.根据权利要求1所述的一种手指康复训练装置，其特征在于：所述的安全防护模块为限位块和微动开关，其中微动开关嵌入到限位块里面。

4.根据权利要求1所述的一种手指康复训练装置，其特征在于：所述的康复评测模块使用的是位置传感器，分别贴在大拇指和食指表面，采集手指移动的位移量。

5.根据权利要求1所述的一种手指康复训练装置，其特征在于：所述的手指训练方法为，首先将大拇指放在1号指套，食指放在2号指套，当按下控制面板的K1键时，1号电机带动大拇指进行左右运动，完成大拇指水平方向的训练；当按下控制面板的K2键时，2号电机带动大拇指进行上下运动，完成大拇指竖直方向的训练；当按下控制面板的K3键时，1号电机带动大拇指和食指进行张开和闭合运动，完成大拇指与食指对指训练；将手指康复装置旋转180度，把食指放在1号指套，大拇指放在2号指套，然后将食指放在1号指套，大拇指放在2号指套，当按下控制面板的K1键时，1号电机带动食指进行左右运动，完成食指水平方向的训练；当按下控制面板的K2键时，2号电机带动食指进行上下运动，完成食指竖直方向的训练；当按下控制面板的K3键时，1号电机带动食指和大拇指进行张开和闭合运动，完成食指与大拇指对指训练，重复上述步骤，在训练过程中，当病人主动要求停止训练或根据医护人员评定需要停止训练时，按下控制面板的STOP键就可以使电机停转，停止当前训练，停止训练后，按下RST键即可将指套复位至初始位置。