CN108245375A - 一种绳牵引式手指康复训练装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种绳牵引式手指康复训练装置，所述的装置包括机械框架、主控模块、安全模块、康复评定模块；所述的机械框架包括支撑底座、电机槽及电机随动杆、中转杆、软体结构手套、弹簧固定杆、弹簧、尼龙绳、大拇指指架及其指套、手套固定钢条、急停按钮，尼龙绳为电机的传动结构；所述的主控模块为STM32;所述的安全模块使用的是压力传感器和急停按钮，其中压力传感器嵌入到手指指套内部的前后两侧，急停按钮安在手套固定杆上；所述的康复评定模块是应变片扭矩传感器和压力传感器，其中应变片扭矩传感器放在四指关节处，压力传感器放在指套前端；依据该装置设计了一种手指训练方法。
Description
技术领域
本发明涉及康复训练领域，特别涉及一种手部康复训练装置。
背景技术
手指是人类最重要且精巧的器官之一，在各类的残疾和创伤中，手受伤占有较大的比例，除了手指创伤这一部分外，老年人由于中风或者偏瘫也需要进行手指康复训练，由于手部的构造极为精巧和复杂，致使手指受伤或者中风后康复的难度较大，且治疗周期较长，手指能够回复原来运动机能的概率较小，手指如果可以实现抓握和对指运动，那么病人可以一定程度地实现生活自理，传统的康复治疗师进行治疗要花费大量的财力，对于经济困难的患者，可能无法得到足够的治疗来克服其损伤，同时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，对手指康复训练装置都有着强烈的需求。
根据调查，很多手指患者不能进行对指运动，以至于患者不能做到自己拿笔，拿筷子，拿水杯等，严重影响患者的正常生活，现有的手指训练康复器结构复杂，成本高昂，精确性不高，不能用于抓握和对指同时训练，不能满足主动训练，同时现有的康复装置缺少安全模块和康复评定模块，不能满足患者的康复需要。
患者在康复训练时，较常人易于疲劳，在训练过程中人脑不能及时获取有关肌肉活动情况的反馈信息，随着训练的进行，疲劳程度会不断加重，肌张力会显著上升，进而引起痉挛、拉伤等严重后果；同时，患者在康复训练时，由于突发情况造成运动电机失去控制，手指会受到二次严重损伤，基于这两点，在设计康复训练装置时需要安全防护模块，现有的康复装置在安全防护方面有很多不足，有的没有安全防护模块，有的只是硬件或软件单方面防护。
康复评定模块在患者的康复训练过程中至关重要，患者接受康复训练过程中，需要进行实时的状态监测，并要根据监测的结果对患者的康复情况进行评定，同时对系统进行调整，现有的康复治疗装置在康复评定和反馈调节方面还有很多不足。
因此，本发明针对现有技术不足的问题，发明了一种手部康复训练装置。
发明内容
本发明针对手指损伤患者手术后只能自然恢复，恢复周期长，现有的手指康复器都是抓握训练的问题，提出了一种结构简单，价格较低，稳定性好，安全性高，能完成手指抓握训练和大拇指与食指、中指、无名指、小拇指分别对指的手指康复装置，采用了主控芯片对手指康复装置进行整体的控制；采用了应变片压力传感器检测肌肉的痉挛，配合急停按钮保证训练过程的安全；采用RFP弯曲传感器和应变片压力传感器指导手指抓握和对指的康复训练，检测康复训练的效果；采用了一种弹性匹配算法进行康复评定：由时间和传感器所测数据值所构成的值集合；选取点集；由端点约束、连续性约束、单调性约束等约束条件，进行正常人与患者的数据匹配，判断相似性，能够使手指康复训练更加科学和完善，解决了现有手指康复器稳定性不好，并且未能进行康复评定的问题。
为达到上述目的，本发明公开了一种绳牵引式手指康复训练装置，所述的装置包括机械框架、主控模块、安全模块、康复评定模块，所述的机械框架包括支撑底座、电机槽及电机随动杆、中转杆、软体结构手套、弹簧固定杆、弹簧、尼龙绳、大拇指指架及其指套、手套固定钢条、急停按钮，尼龙绳为电机的传动结构；所述的主控模块为STM32；所述的安全模块使用的是应变片压力传感器和急停按钮，其中应变片压力传感器嵌入到手指指套内部的前后两侧，急停按钮安在手套固定杆上；所述的康复评定模块是RFP弯曲传感器和应变片压力传感器，其中RFP弯曲传感器放在四指关节处，应变片压力传感器放在指套前端，依据该装置设计了一种手指训练方法。
本发明采用了软体材料制造的手套，在保证完成手指运动的同时兼顾患者的舒适性。
本发明采用了手指指套的四个接触块，这四个接触块一面与尼龙绳相连，一面与弹簧相连，保证在不影响手指安全和舒适性的情况下进行尼龙绳和弹簧的配合，完成手指的对指和抓握运动。
本发明采用了可滑动指套，在康复训练中，大拇指套在可滑动指套上，电机拉动手指运动时可以使手指与大拇指进行对指，同时，由于指套可滑动，所以本装置可以完成大拇指与食指、中指、无名指、小拇指的分别对指。
本发明采用了手套内部安装固定钢条，目的是手指进行弯曲运动时手掌不随尼龙绳和弹簧运动，保证手部安全性的同时使手指运动不受手掌影响，完成手指的康复训练。
本发明采用了主控芯片对手指康复训练装置进行整体控制，主控芯片控制电机转动，通过电机带动尼龙绳运动，尼龙绳经过中转杆与手套前端连接，带动手套弯曲运动，尼龙绳相对的方向有弹簧拉住手套，通过尼龙绳带动弯曲和弹簧的反弯曲，使手指完成对指和抓握运动。
本发明采用了应变片压力传感器配合急停按钮作安全模块，应变片压力传感器检测手指指肚的压力情况，判断肌肉痉挛和电机突然故障等安全问题，这种安全防护模块同时包括了软件和硬件双重保险，保证康复训练过程的安全。
本发明采用了RFP弯曲传感器和应变片压力传感器作康复评定装置，配合一种弹性匹配算法进行康复评定，由时间和传感器所测数据值所构成的值集合；选取点集；由端点约束、连续性约束、单调性约束等约束条件，进行正常人与患者的数据匹配，判断相似性，从而进行康复评定以及控制系统的调整。
所述的主控模块为STM32控制面板。
所述的安全模块为应变片压力传感器和急停按钮。
所述的康复评定模块是RFP弯曲传感器和应变片压力传感器。
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，能完成手指抓握运动，同时也能完成大拇指与四指对指运动的康复训练装置，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，应用软体材料手套，舒适性好，安全性高。
（3）本发明的一种手指康复训练装置，在四个手指指套下面有接触块，保证尼龙绳拉动手指的同时不影响对指和手指抓握运动。
（4）本发明的一种手指康复训练装置，在指套固定杆上安装可滑动指套，在康复训练中，大拇指套在可滑动指套上，可以完成大拇指与食指、中指、无名指、小拇指的分别对指。
（5）本发明的一种手指康复训练装置，手套内部安装固定钢条，使手指进行弯曲运动时手掌不随尼龙绳和弹簧运动，保证手部安全性的同时使手指运动不受手掌影响，完成手指的康复训练。
（6）本发明的一种手指康复训练装置，安全模块为压力传感器和急停按钮，当压力值超过限定后，电机断电，停止工作；同时，在手套固定架上安装急停按钮，方便患者和训练师在紧急情况下停止电机，兼顾软件防护和硬件防护。
（7）本发明的一种手指康复训练装置，采用RFP弯曲传感器和应变片压力传感器为康复评定的传感器，两种传感器相互配合，相对于单一康复参数来说，两种不同参数相互配合，相互补充，可以更好的进行康复评定，同时，根据两种传感器提供的数据进行反馈调节，可以更好的调节系统参数。
（8）本发明的一种手指康复训练装置，能够进行被动和主动的训练。
附图说明
图1为机械框架的设计图。
图2为机械结构主视图。
图3为机械结构位置图。
图4为手套内部图。
图5为康复评定算法流程图。
图6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2，所述的机械框架包括支撑底座15、电机槽及电机随动杆1、手套固定杆2、中转杆3、软体结构手套7、弹簧固定杆8、尼龙绳6、大拇指指架4及其指套5、接触块9、急停按钮11等，患者将四指伸到手套中，被动训练：控制系统开始工作后，电机带动电机随动轴，收缩尼龙绳；尼龙绳经过中转杆连在手套上，当尼龙绳收缩时，手套被尼龙绳拉动；手指随之做抓握和对指运动，经过患者情况判断，及应变片压力传感器和RFP弯曲传感器测量，完成对指之后，电机反转由弹簧拉动手套返回到原位置，以此循环，训练手指康复，主动训练：电机和弹簧共同作用，辅助患者进行抓握和对指训练，其中，大拇指套是可以在指套固定杆上上下可滑动，以做到大拇指与其他四指的对指。
参看图1和图2，所述的动力系统包括电机、电机随动杆、尼龙绳6、中转杆3、弹簧固定杆8和弹簧10，尼龙绳由电机随动杆经过中转杆与手套接触快连接，弹簧由弹簧固定杆与接触快连接，系统运行时，电机带动电机随动轴转动，尼龙绳随之运动，拉动手套弯曲，完成对指后，电机反转弹簧拉动指套伸直运动。
参看图3，指套固定杆上放置可滑动指套，保证大拇指可以上下可滑动，目的是帮助调整患者的舒适性，同时可以完成大拇指与食指、中指、无名指、小拇指的对指运动。
参看图3，电机随动轴1、手套固定杆2、中转杆3、大拇指指架4及其指套5、弹簧固定杆8、软体结构手套7的位置关系，在这种位置下，保证尼龙绳拉动手指的同时不影响对指和手指抓握运动。
参看图4，手套的内部结构，其中手套由固定钢条14将手套的手掌部分固定在支撑底座上，RFP弯曲传感器12放在手指关节处，应变片压力传感器放在手套前端（前后各一个），监测手指在尼龙绳拉动做对指和抓握运动时的手指所受的压力数据。
参看图4，所述的安全防护模块包括应变片压力传感器和急停按钮，其中应变片压力传感器放在手指前端的指肚处，急停按钮放在手套固定杆上，本系统考虑了硬件和软件两个方面。
软件方面：应变片压力传感器实时监测手指压力值，当压力值超过患者可承受的压力上限时执行中断程序停止电机；当压力值发生陡变时，执行中断程序停止电机，保证患者安全。
硬件方面：患者在进行康复训练时，如感觉身体不适时，可以按下急停按钮停止电机；同时，医生可以根据患者的反馈信息和系统检测数据随时按下急停按钮停止电机，保证患者安全。
参看图5，康复评定算法流程图，根据应变片压力传感器和RFP弯曲传感器的监测数据，利用一种弹性匹配算法进行康复评定。
参看图5，该康复评定算法步骤如下。
定义特征空间，定义模板动作和康复等级。
（1）输入由压力传感器检测的压力信号和RFP弯曲传感器检测的弯曲信号。
（2）对压力信号和弯曲信号进行峰值检测，如大于安全阈值，则停止电机；反之继续执行。
（3）对输入信号序列和模板序列之间的距离值进行计算，根据计算结果进行康复等级评定。
（4）输入康复等级，结束。
参看图6，控制系统的结构框图，控制器STM32给电机发送PWM信号，控制电机正反转，从而控制电机进行手指的抓握和对指运动，应变片压力传感器和RFP弯曲传感器实时检测患者的数据，用于康复评定的同时，用于控制系统的反馈调节，保证系统的稳定性以及患者的安全性，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。
Claims (7)
1.一种绳牵引式手指康复训练装置，所述的装置包括机械框架、主控模块、安全模块、康复评定模块；所述的机械框架包括支撑底座、电机槽及电机随动杆、中转杆、软体结构手套、弹簧固定杆、弹簧、尼龙绳、大拇指指架及其指套、手套固定钢条、急停按钮，尼龙绳为电机的传动结构；所述的主控模块为STM32；所述的安全模块使用的是应变片压力传感器和急停按钮，其中应变片压力传感器嵌入到手指指套内部的前后两侧，急停按钮安在手套固定杆上；所述的康复评定模块是RFP弯曲传感器和应变片压力传感器，其中RFP弯曲传感器放在四指关节处，应变片压力传感器放在指套前端；依据该装置设计了一种手指训练方法。
2.根据权利要求1所述的一种绳牵引式手指康复训练装置，其特征在于：软体结构手套上有四个接触块，接触块分别与尼龙绳和弹簧相连。
3.根据权利要求1所述的一种绳牵引式手指康复训练装置，其特征在于：将可滑动指套安在手套固定杆上。
4.根据权利要求1所述的一种绳牵引式手指康复训练装置，其特征在于：软体结构手套内部有固定钢条将其固定在支撑板上。
5.根据权利要求1所述的一种绳牵引式手指康复训练装置，其特征在于：所述的安全模块是应变片压力传感器和急停按钮，其中应变片压力传感器嵌入到手指指套内部的前后两侧，急停按钮放在手套固定杆上。
6.根据权利要求1所述的一种绳牵引式手指康复训练装置，其特征在于：所述的安全模块是由硬件（急停按钮）和软件（超值检测）配合进行安全防护。
7.根据权利要求1所述的一种绳牵引式手指康复训练装置，其特征在于：所述的康复评定模块是RFP弯曲传感器和应变片压力传感器，检测应变片弯曲程度信号和压力信号；利用一种弹性匹配算法进行康复评定：（1）由时间和传感器所测数据值所构成的值集合；（2）选取点集；（3）由端点约束、连续性约束、单调性约束等约束条件；（4）进行正常人与患者的数据匹配，判断相似性，从而进行康复评定。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20180706 |