CN108420577A - 一种基于患者主动意识控制的手部功能康复设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于患者主动意识控制的手部功能康复设备，包括穿戴式外骨骼康复手、肌电控制康复子系统和脑电控制康复子系统；所述穿戴式外骨骼康复手包括掌套、控制盒、电机、支撑架、驱动轮、第一销轴、驱动杆、第二销轴、四指驱动杆、第三销轴、第一连杆、第四销轴、支撑轴、第五销轴、第六销轴、第二连杆、第七销轴、拇指驱动杆、滑块和拇指支撑块；所述肌电控制康复子系统包括肌电解码模块、肌电信号线、肌电采集设备和金属电极片；所述脑电控制康复子系统包括脑电解码模块、脑电信号线、脑电采集设备和脑电电极。该设备便于佩戴，能够通过采集、解码患者的肌电或脑电信号，实现自主式康复训练，提高患者手部功能康复效果。

Description

一种基于患者主动意识控制的手部功能康复设备

技术领域

本发明涉及医疗康复辅助设备技术领域，尤其涉及一种基于患者主动意识控制的手部功能康复设备。

背景技术

人手可以抓取、操作形状各异的物体和工具，是人体运动系统中最重要的器官之一。脑卒中，俗称中风，对患者造成多种神经功能损伤，是导致手部功能受损的一个主要因素。通常情况下，中风往往不至于致死，在幸存者中，有80～90％的人会遗留有上肢或下肢的运动功能缺陷甚至偏瘫，从而丧失日常生活活动能力，影响患者生活质量。在手部功能康复训练初期，患者还无法进行主动康复运动，需要手部康复训练设备辅助其手部连续被动运动，但目前还没有成熟的设备帮助患者进行主动的康复训练，尤其是缺乏通过患者主动意识，即通过患者肌电或者脑电信号来帮助进行康复训练的设备。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于患者主动意识控制的手部功能康复设备，通过采集、解码患者的肌电或脑电信号，获取患者主动动作意图，实现患者自主式康复训练，提高患者手部功能康复效果。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题包括两方面：一是采用怎样的机械结构以使手部功能康复设备便于患者佩戴，自如活动；二是采用怎样的技术和元器件以使得该设备能够通过采集患者的肌电或脑电信号，来获取患者主动动作意图，实现患者自主式康复训练。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于患者主动意识控制的手部功能康复设备，包括穿戴式外骨骼康复手、肌电控制康复子系统和脑电控制康复子系统；

所述肌电控制康复子系统包括肌电解码模块、肌电信号线、肌电采集设备和金属电极片；

所述脑电控制康复子系统包括脑电解码模块、脑电信号线、脑电采集设备和脑电电极；

所述穿戴式外骨骼康复手包括掌套、控制盒、电机、支撑架、驱动轮、第一销轴、驱动杆、第二销轴、四指驱动杆、第三销轴、第一连杆、第四销轴、支撑轴、第五销轴、第六销轴、第二连杆、第七销轴、拇指驱动杆、滑块和拇指支撑块；所述控制盒固结在所述掌套上，所述支撑架固结在所述控制盒上，所述第四销轴套固在所述支撑架上，所述支撑架上设有电机安装孔和圆孔，电机通过所述电机安装孔固结在所述支撑架上，所述驱动轮固结在所述电机的输出轴上，所述第一销轴套固在所述驱动轮上；所述四指驱动杆套设在所述第四销轴上，所述四指驱动杆上设有四指指套，所述第二销轴和所述第三销轴均套固在所述四指驱动杆上；所述驱动杆一端套设在所述第一销轴上，另一端套设在所述第二销轴上；所述支撑轴套设在所述支撑架的圆孔中，所述滑块套设在所述支撑轴上，所述第五销轴套固在所述滑块上，所述拇指支撑块套固在所述支撑轴的末端，所述第七销轴套固在拇指支撑块上；所述第一连杆一端套设在所述第三销轴上，另一端套设在所述第五销轴上；所述拇指驱动杆套设在所述第七销轴上，所述拇指驱动杆上设有拇指指套，所述第六销轴套固在所述拇指驱动杆上，所述第二连杆一端套设在所述第五销轴上，另一端套设在所述第六销轴上；

当所述基于患者主动意识控制的手部功能康复设备被设置为工作在肌电控制方式时，所述穿戴式外骨骼康复手与所述肌电控制康复子系统通信并协同工作；当所述基于患者主动意识控制的手部功能康复设备被设置为工作在脑电控制方式时，所述穿戴式外骨骼康复手与所述脑电控制康复子系统通信并协同工作。

进一步地，所述驱动轮、所述驱动杆、所述四指驱动杆和所述支撑架组成四杆机构；所述四指驱动杆、所述支撑架、所述第一连杆、所述滑块和所述支撑轴组成四杆滑块机构；所述滑块、所述第二连杆、所述拇指驱动杆、所述拇指支撑块和所述支撑轴组成四杆滑块机构。

进一步地，所述穿戴式外骨骼康复手通过所述掌套佩戴在患者手掌上，患者四指套设在所述四指指套中，拇指套设在所述拇指指套中。

进一步地，所述控制盒内设有电源、电机控制模块和数据交互模块。

进一步地，所述肌电解码模块中设有第一电源、肌电信号处理芯片、第一记忆芯片、第一无线传输芯片及第一外围电路。

进一步地，所述肌电采集设备通过所述金属电极片和放大滤波电路采集患者前臂的肌电信号，所述肌电信号线的一端连接所述肌电采集设备，向所述肌电采集设备供电，所述肌电信号线的另一端连接所述肌电解码模块，向所述肌电解码模块传输所述肌电信号。

进一步地，所述肌电解码模块与所述数据交互模块通过无线传输方式进行通信，所述数据交互模块接受所述肌电解码模块发来的指令数据。

进一步地，所述脑电解码模块中设有第二电源、脑电信号处理芯片、第二记忆芯片、第二无线传输芯片及第二外围电路。

进一步地，所述脑电采集设备通过所述脑电电极获取患者脑皮层的脑电信号，所述脑电信号线的一端连接所述脑电采集设备，向所述脑电采集设备供电，所述脑电信号线的另一端连接所述脑电解码模块，向所述脑电解码模块传输所述脑电信号。

进一步地，所述脑电解码模块与所述数据交互模块通过无线传输方式进行通信，所述数据交互模块接受所述脑电解码模块发来的指令数据。

与现有技术方案相比，本发明的有益技术效果包括以下两方面：

(1)本发明的穿戴式外骨骼康复手结构紧凑，便于患者佩戴，而且活动自如，舒适感强；

(2)本发明通过采集、解码患者的肌电或脑电信号，获取患者主动动作意图，实现患者自主式康复训练，提高患者手部功能康复效果；也可以作为运动辅助设备，通过患者主动意识完成日常的抓握动作。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例中穿戴式外骨骼康复手的主视结构示意图；

图2是本发明的一个较佳实施例中肌电控制康复子系统的组成结构示意图；

图3是本发明的一个较佳实施例中脑电控制康复子系统的组成结构示意图；

图4是本发明的一个较佳实施例中穿戴式外骨骼康复手的详细组成结构示意图；

图5是本发明的一个较佳实施例中穿戴式外骨骼康复手的抓取状态示意图。

其中，1—穿戴式外骨骼康复手，200—肌电控制康复子系统，300—脑电控制康复子系统，2—肌电解码模块，3—肌电信号线，4—肌电采集设备，5—金属电极片，6—脑电解码模块，7—脑电信号线，8—脑电采集设备，9—脑电电极，10—掌套，11—控制盒，12—电机，13—支撑架，14—电机安装孔，15—驱动轮，16—第一销轴，17—驱动杆，18—第二销轴，19—四指驱动杆，20—四指指套，21—第三销轴，22—第一连杆，23—第四销轴，24—圆孔，25—支撑轴，26—第五销轴，27—第六销轴，28—第二连杆，29—第七销轴，30—拇指驱动杆，31—拇指指套，32—滑块，33—拇指支撑块。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

如图1、图2和图3所示，本发明提供的一种基于患者主动意识控制的手部功能康复设备包括穿戴式外骨骼康复手1、肌电控制康复子系统200和脑电控制康复子系统300。本发明提供的一种基于患者主动意识控制的手部功能康复设备有两种工作方式——肌电控制方式和脑电控制方式。在肌电控制方式下，患者使用穿戴式外骨骼康复手1和肌电控制康复子系统200来进行康复训练。在脑电控制方式下，患者使用穿戴式外骨骼康复手1和脑电控制康复子系统300来进行康复训练。

如图4所示，穿戴式外骨骼康复手1可以驱动患者手部完成抓握动作，包括掌套10、控制盒11、电机12、支撑架13、驱动轮15、第一销轴16、驱动杆17、第二销轴18、四指驱动杆19、第三销轴21、第一连杆22、第四销轴23、支撑轴25、第五销轴26、第六销轴27、第二连杆28、第七销轴29、拇指驱动杆30、滑块32和拇指支撑块33。控制盒11固结在掌套10上，支撑架13固结在控制11盒上，第四销轴23套固在支撑架13上，支撑架13上设有电机安装孔14和圆孔24，电机12通过电机安装孔14固结在支撑架13上，驱动轮15固结在电机12输出轴上，第一销轴16套固在驱动轮15上。四指驱动杆19套设在第四销轴23上，四指驱动杆19上设有四指指套20，第二销轴18和第三销轴21均套固在四指驱动杆19上。驱动杆17一端套设在第一销轴16上，另一端套设在第二销轴18上。支撑轴25套设在支撑架13的圆孔24中，滑块32套设在支撑轴25上，第五销轴26套固在滑块32上，拇指支撑块33套固在支撑轴25末端，第七销轴29套固在拇指支撑块33上。第一连杆22一端套设在第三销轴21上，另一端套设在第五销轴26上。拇指驱动杆30套设在第七销轴29上，拇指驱动杆30上设有拇指指套31，第六销轴27套固在拇指驱动杆30上。第二连杆28一端套设在第五销轴26上，另一端套设在第六销轴27上。穿戴式外骨骼康复手1通过掌套10佩戴在患者手掌上，患者四指套设在四指指套20中，拇指套设在拇指指套31中。

在穿戴式外骨骼康复手1中，驱动杆17两端可分别相对驱动轮15和四指驱动杆19转动。驱动轮15、驱动杆17、四指驱动杆19和支撑架13组成四杆机构。四指驱动杆19可相对支撑架13转动，第一连杆22一端可相对四指驱动杆19转动，另一端可相对滑块32转动，滑块32可沿支撑轴25滑移。四指驱动杆19、支撑架13、第一连杆22、滑块32和支撑轴25组成四杆滑块机构。拇指驱动杆30可相对拇指支撑块33转动，第二连杆28两端可分别相对滑块32和拇指驱动杆30转动。滑块32、第二连杆28、拇指驱动杆30、拇指支撑块33和支撑轴25组成四杆滑块机构。

如图2所示，肌电控制康复子系统200包括肌电解码模块2、肌电信号线3和肌电采集设备4。肌电解码模块2中设有第一电源、肌电信号处理芯片、第一记忆芯片、第一无线传输芯片及第一外围电路。肌电采集设备4通过金属电极片5和放大滤波电路采集患者前臂的肌电信号。肌电信号线3的一端连接肌电采集设备4为其供电，肌电信号线3的另一端连接肌电解码模块2向其传输采集到的肌电信号。

如图3所示，脑电控制康复子系统300包括脑电解码模块6、脑电信号线7和脑电采集设备8。脑电解码模块6中设有第二电源、脑电信号处理芯片、第二记忆芯片、第二无线传输芯片及第二外围电路。脑电采集设备8通过脑电电极9获取患者脑皮层的电信号。脑电信号线7的一端连接脑电采集设备8为其供电，脑电信号线7的另一端连接脑电解码模块6向其传输采集到的脑电信号。

在使用时，首先根据需要选择采用肌电控制方式还是脑电控制方式。

若采用肌电控制方式，就意味着使用肌电信号进行主动康复训练或日常抓握，则将穿戴式外骨骼康复手1通过掌套10佩戴在患者手掌上，患者四指套设在四指指套20中，拇指套设在拇指指套31中，并将肌电控制康复子系统200佩戴在患者前臂部位。在这种肌电控制工作方式下，肌电采集设备4实时采集患者前臂部位的肌电信号并通过肌电信号线3传递到肌电解码模块2，肌电解码模块2对肌电信号依次进行数字化处理、数据加窗处理、特征提取处理以及模式分类处理，解码出患者的动作意图并生成运动指令，同时将生成的运动指令通过无线传输方式发送给穿戴式外骨骼康复手1的控制盒11。控制盒11内装有电源、电机控制模块和数据交互模块，控制盒11内的数据交互模块接受肌电解码模块2发来的运动指令，进而由控制盒11内的电机控制模块来控制电机12转动，控制穿戴式外骨骼康复手1运动，以帮助患者进行主动康复训练或完成日常的抓握动作。

若采用脑电控制方式，就意味着使用脑电信号进行主动康复训练或日常抓握，则将穿戴式外骨骼康复手1通过掌套10佩戴在患者手掌上，患者四指套设在四指指套20中，拇指套设在拇指指套31中，并将脑电控制康复子系统300佩戴在患者的头部。在这种脑电控制工作方式下，脑电采集设备8佩戴在患者头部，脑电采集设备8可以实时采集脑皮层电信号并通过脑电信号线7传递到脑电解码模块6，脑电解码模块6对脑电信号依次进行数字化处理、数据加窗处理、特征提取处理以及模式分类处理，解码出患者的动作意图并生成运动指令，同时将生成的运动指令通过无线传输方式发送给穿戴式外骨骼康复手1的控制盒11。控制盒11内装有电源、电机控制模块和数据交互模块，控制盒11内的数据交互模块接受脑电解码模块6发来的运动指令，进而由控制盒11内的电机控制模块来控制电机12转动，控制穿戴式外骨骼康复手1运动，以帮助患者进行主动康复训练或完成日常的抓握动作。

无论是在肌电控制方式还是脑电控制方式下，穿戴式外骨骼康复手1的动作原理完全一样。如图1所示为穿戴式外骨骼康复手1的初始状态，四指驱动杆19处于伸直状态。如图5所示为穿戴式外骨骼康复手1的抓取状态。如图4和图5所示，当电机12接受控制命令开始转动时，驱动轮15随着电机12输出轴转动，进而通过驱动轮15、驱动杆17、四指驱动杆19和支撑架13组成的四杆机构带动四指驱动杆19和患者四指一起运动，四指驱动杆19运动的同时通过四指驱动杆19、支撑架13、第一连杆22、滑块32和支撑轴25组成的四杆滑块机构带动滑块32沿着支撑轴25移动，进而通过滑块32、第二连杆28、拇指驱动杆30、拇指支撑块33和支撑轴25组成的四杆滑块机构使拇指驱动杆30相对拇指支撑块33转动，实现患者五指的康复训练或者用五指抓握物体。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于患者主动意识控制的手部功能康复设备，其特征在于，包括穿戴式外骨骼康复手、肌电控制康复子系统和脑电控制康复子系统；

所述肌电控制康复子系统包括肌电解码模块、肌电信号线、肌电采集设备和金属电极片；

所述脑电控制康复子系统包括脑电解码模块、脑电信号线、脑电采集设备和脑电电极；

所述穿戴式外骨骼康复手包括掌套、控制盒、电机、支撑架、驱动轮、第一销轴、驱动杆、第二销轴、四指驱动杆、第三销轴、第一连杆、第四销轴、支撑轴、第五销轴、第六销轴、第二连杆、第七销轴、拇指驱动杆、滑块和拇指支撑块；所述控制盒固结在所述掌套上，所述支撑架固结在所述控制盒上，所述第四销轴套固在所述支撑架上，所述支撑架上设有电机安装孔和圆孔，电机通过所述电机安装孔固结在所述支撑架上，所述驱动轮固结在所述电机的输出轴上，所述第一销轴套固在所述驱动轮上；所述四指驱动杆套设在所述第四销轴上，所述四指驱动杆上设有四指指套，所述第二销轴和所述第三销轴均套固在所述四指驱动杆上；所述驱动杆一端套设在所述第一销轴上，另一端套设在所述第二销轴上；所述支撑轴套设在所述支撑架的圆孔中，所述滑块套设在所述支撑轴上，所述第五销轴套固在所述滑块上，所述拇指支撑块套固在所述支撑轴的末端，所述第七销轴套固在拇指支撑块上；所述第一连杆一端套设在所述第三销轴上，另一端套设在所述第五销轴上；所述拇指驱动杆套设在所述第七销轴上，所述拇指驱动杆上设有拇指指套，所述第六销轴套固在所述拇指驱动杆上，所述第二连杆一端套设在所述第五销轴上，另一端套设在所述第六销轴上；

当所述基于患者主动意识控制的手部功能康复设备被设置为工作在肌电控制方式时，所述穿戴式外骨骼康复手与所述肌电控制康复子系统通信并协同工作；当所述基于患者主动意识控制的手部功能康复设备被设置为工作在脑电控制方式时，所述穿戴式外骨骼康复手与所述脑电控制康复子系统通信并协同工作。

2.如权利要求1所述的基于患者主动意识控制的手部功能康复设备，其特征在于，所述驱动轮、所述驱动杆、所述四指驱动杆和所述支撑架组成四杆机构；所述四指驱动杆、所述支撑架、所述第一连杆、所述滑块和所述支撑轴组成四杆滑块机构；所述滑块、所述第二连杆、所述拇指驱动杆、所述拇指支撑块和所述支撑轴组成四杆滑块机构。

3.如权利要求2所述的基于患者主动意识控制的手部功能康复设备，其特征在于，所述穿戴式外骨骼康复手通过所述掌套佩戴在患者手掌上，患者四指套设在所述四指指套中，拇指套设在所述拇指指套中。

4.如权利要求3所述的基于患者主动意识控制的手部功能康复设备，其特征在于，所述控制盒内设有电源、电机控制模块和数据交互模块。

5.如权利要求4所述的基于患者主动意识控制的手部功能康复设备，其特征在于，所述肌电解码模块中设有第一电源、肌电信号处理芯片、第一记忆芯片、第一无线传输芯片及第一外围电路。

6.如权利要求5所述的基于患者主动意识控制的手部功能康复设备，其特征在于，所述肌电采集设备通过所述金属电极片和放大滤波电路采集患者前臂的肌电信号，所述肌电信号线的一端连接所述肌电采集设备，向所述肌电采集设备供电，所述肌电信号线的另一端连接所述肌电解码模块，向所述肌电解码模块传输所述肌电信号。

7.如权利要求6所述的基于患者主动意识控制的手部功能康复设备，其特征在于，所述肌电解码模块与所述数据交互模块通过无线传输方式进行通信，所述数据交互模块接受所述肌电解码模块发来的指令数据。

8.如权利要求4所述的基于患者主动意识控制的手部功能康复设备，其特征在于，所述脑电解码模块中设有第二电源、脑电信号处理芯片、第二记忆芯片、第二无线传输芯片及第二外围电路。

9.如权利要求8所述的基于患者主动意识控制的手部功能康复设备，其特征在于，所述脑电采集设备通过所述脑电电极获取患者脑皮层的脑电信号，所述脑电信号线的一端连接所述脑电采集设备，向所述脑电采集设备供电，所述脑电信号线的另一端连接所述脑电解码模块，向所述脑电解码模块传输所述脑电信号。

10.如权利要求9所述的基于患者主动意识控制的手部功能康复设备，其特征在于，所述脑电解码模块与所述数据交互模块通过无线传输方式进行通信，所述数据交互模块接受所述脑电解码模块发来的指令数据。