CN109248412A - 一种手写辅助训练装置 - Google Patents

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吴小平
刘建阳
漆令飞
潘宏烨
谢敏
张祖涛
王艺宸
隋雅晶
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Southwest Jiaotong University
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Southwest Jiaotong University
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B23/00—Exercising apparatus specially adapted for particular parts of the body
    • A63B23/035—Exercising apparatus specially adapted for particular parts of the body for limbs, i.e. upper or lower limbs, e.g. simultaneously
    • A63B23/12—Exercising apparatus specially adapted for particular parts of the body for limbs, i.e. upper or lower limbs, e.g. simultaneously for upper limbs or related muscles, e.g. chest, upper back or shoulder muscles
    • A63B23/16—Exercising apparatus specially adapted for particular parts of the body for limbs, i.e. upper or lower limbs, e.g. simultaneously for upper limbs or related muscles, e.g. chest, upper back or shoulder muscles for hands or fingers

Abstract

本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种手写辅助训练装置，其针对患精细动作技能缺失症的儿童，以及因中风后遗症而无法书写的老人治疗中存在的问题，提供了一种手写辅助训练装置。一方面，使患者可自主进行康复训练，无需专业治疗辅助治疗，解决了专业治疗增大患者心理压力的问题；另一方面，本申请设计上基于力反馈器，成本低，解决了聘请职业治疗师费用高和现有市场上辅助训练设备昂贵的问题，有效减轻普通收入家庭承受的长期康复治疗带来的经济负担。

Description

一种手写辅助训练装置
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种手写辅助训练装置。
背景技术
精细动作，是动作技能中最重要的分支之一。尤其是手部精细动作，指手部小肌肉群的活动能力，它是由人脑的高级神经中枢发送指令来完成的动作。运动皮层直接向手指发送信号，控制手的精细运动。它还通过向脑干中四个运动通路中枢发送其他信号来对运动施加间接的影响，这些信号转而又使肌肉作适当的收缩。运动皮层的不同部分被分派来控制身体的不同部位。
在我国人口中，有成千上万的儿童和成年人由于发育障碍或脑外伤患有精细运动功能缺乏症，患者需要与专业治疗师紧密合作做康复训练，重复完成各种书写任务，达到肌肉记忆从而能够手写与绘图。尽管他们中的一些人已经通过他们自己不懈的毅力战胜了这些劣势，在学习及生活中取得了和其他人一样的成功，但是这些人中仍然有很大一部分因为缺乏对他们有针对性的训练而无法掌握应该掌握的技能。
传统上对于这一类残疾的治疗依赖于个人和专业治疗师之间的配合，需要接受长期的重复性的康复训练，以克服他们的残疾。然而，专业治疗会使人感到心理上的压力，因为需要康复训练来重新获得的技能，在正常人看来很普通，但是患者却难以做到，并且这种专业的康复治疗不可能一次就轻松完成。
随着基于触觉的科技装置的进步，基于触觉装置的手写辅助系统成为更好的选择。近年来，触觉装置已被应用于许多医疗领域，其中利用触觉装置进行康复训练也成为了一个新兴的研究方向。本发明针对现有问题，基于三自由度触觉装置Novint Falcon，设计出一种手写辅助训练装置，帮助患精细动作技能缺失症的儿童，以及因中风后遗症而无法书写的老人，训练他们的手眼协调能力和精细动作技能，主要是书写技能和准确判断、记忆手部空间位置以及运动轨迹的意识。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：传统上对于患精细动作技能缺失症的儿童，以及因中风后遗症而无法书写的老人的治疗依赖于个人和专业治疗师之间的配合，需要接受长期的重复性的康复训练，但是专业治疗会使人感到心理上的压力。第一，对于学生，教师手把手教学这种方式不能被广泛采用，教师数量有限，时间和空间上也有限制；第二，聘请职业治疗师来进行治疗是非常昂贵的，普通收入的家庭无法承受长期康复治疗所带来的巨大经济负担；第三，市面上现有的利用触觉技术的辅助训练设备费用仍然较高。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
一种手写辅助训练装置，由硬件部分和软件部分组成；硬件部分包括书写板、触觉装置和连杆机构，软件部分包括字母库和人机交互界面。
所述触觉装置为力反馈器，该力反馈器采用的是Novint Falcon力反馈器；
所述连杆机构包括力反馈器夹紧装置、支撑杆、支撑臂、四连杆放大机构和悬臂夹紧机构；
力反馈器夹紧装置中间位置处挖空，用于安装力反馈器前端的控制球，连接力反馈器的一端还开有螺纹孔安装螺栓，用于挡住力反馈器前端的控制球，使其不会从加紧装置中脱落，夹紧装置另一端固定连接有双耳座，用于连接四连杆放大机构；
四连杆放大机构，是由四根杆组成的一个平行四边形，利用不同长度不同的主动力输入点，产生与原始图形放大或缩小的复制后的图形。
四连杆放大机构包括A杆、B杆C杆和D杆，A杆与C杆互相平行，B杆与D杆互相平行；A杆和D杆通过双剪型连接方式连接于力反馈器夹紧装置，B杆与C杆通过支撑臂连接于支撑杆；
支撑臂包括第一支撑臂和第二支撑臂，均为圆弧状，第一支撑臂一端连接于四连杆放大机构，另一端连接于支撑杆；
支撑杆呈竖放的“凹”字状，凹槽面相四连杆放大机构，底端与第一支撑臂连接，顶端与第二支撑臂连接；第二支撑臂另一端则连接于四连杆放大机构B杆的中间位置处；
悬臂夹紧机构一端通过手旋螺母与四连杆放大机构的C杆连接，另一端同样通过手旋螺母与书写笔夹紧装置连接，便于插入和调节书写笔的高度。
软件部分只有连接上了，其程序才能被识别和执行。
所述字母库，包含26个英文字母和阿拉伯数字，这些字母和数字可看做是由直线、圆形和椭圆形组成，整个字母库的软件算法就是基于数学公式结合组成字母、数字的直线、圆弧轨迹实现的，即将字母和数字分为仅有直线和曲线直线共存两大类型，利用坐标位置来对书写字母进行点式的移动，从而使书写轨迹清晰精确。
所述人机交互界面，一方面，可以录入用户信息，并将信息保存在系统中的任意路径下，即使软件重新安装，信息也不会丢失；另一方面，用户登录后可针对自己的习惯对装置进行设置，可设置的内容有触觉装置移动范围、触觉装置移动速度、用户重复书写次数、书写结束停留时间、选择书写字母或者数字等。
本发明的有益效果：本发明针对患精细动作技能缺失症的儿童，以及因中风后遗症而无法书写的老人治疗中存在的问题，提供了一种手写辅助训练装置。一方面，使患者可自主进行康复训练，无需专业治疗辅助治疗，解决了专业治疗增大患者心理压力的问题；另一方面，本申请设计上基于力反馈器，成本低，解决了聘请职业治疗师费用高和现有市场上辅助训练设备昂贵的问题，有效减轻普通收入家庭承受的长期康复治疗带来的经济负担。
附图说明
图1所示为本发明的结构示意图
附图标记说明：1、力反馈器；2、控制球；3、A杆；4、支撑杆；5、B杆；6、第二支撑臂；7、第一支撑臂；8、C杆；9、手旋螺母；10、固定板；11、书写板；12、悬臂夹紧机构；13、D杆；14、书写笔夹紧装置；15、力反馈器夹紧装置
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做详细的说明。
一种手写辅助训练装置，由硬件部分和软件部分组成；硬件部分包括触觉装置和连杆机构，软件部分包括字母库和人机交互界面。
所述触觉装置为力反馈器1；
所述连杆机构包括力反馈器夹紧装置15、支撑杆4、支撑臂、四连杆放大机构和悬臂夹紧机构12；
力反馈器夹紧装置15中间位置处挖空，用于安装力反馈器前端的控制球2，连接力反馈器1的一端还开有螺纹孔安装螺栓，力反馈器夹紧装置15另一端固定连接有双耳座，用于连接四连杆放大机构；
四连杆放大机构，包括A杆3、B杆5、C杆8和D杆13，A杆3与C杆8互相平行，B杆5与D杆13互相平行；A杆3和D杆13通过双剪型连接方式连接于力反馈器夹紧装置15，B杆5与C杆8通过支撑臂连接于支撑杆4；
支撑臂包括第一支撑臂7和第二支撑臂6，第一支撑臂7一端连接于四连杆放大机构，另一端连接于支撑杆4；
支撑杆4连接于四连杆放大机构，其底端与第一支撑臂7连接，其顶端与第二支撑臂6连接；第二支撑臂6另一端则连接于四连杆放大机构B杆5的中间位置处；
悬臂夹紧机构12一端通过手旋螺母9与四连杆放大机构的C杆8连接，另一端同样通过手旋螺母9与书写笔夹紧装置14连接。
软件部分只有连接上了力反馈器1，其程序才能被识别和执行。
所述字母库，包含26个英文字母和阿拉比数字；
所述人机交互界面，一方面，可以录入用户信息，并将信息保存在系统中的任意路径下；另一方面，用户登录后可针对自己的习惯对装置进行设置。
使用前，先对手写辅助训练装置进行安装。
第一，将固定板平放在桌面上，用四根尼龙弹性带将力反馈器1的底座固定在固定板10上；
第二，在固定板10前端拧入一颗螺钉，用于定位；
第三，在第二步中拧入的螺钉上加上垫圈，并套上弹簧，作为对支撑杆的支撑，再将空心轴套套在螺钉上，使得支撑杆4能随着轴套上下滑动和旋转；
第四，取下力反馈器1前端的控制球2，并放入力反馈器夹紧装置15中，再将螺栓宁入力反馈器夹紧装置15中前端的螺纹孔，至此装置硬件部分安装完成；
第五，将安装好的硬件装置与电脑相连，使力反馈器1能执行程序指令，并点击力反馈器1可识别的软件程序，此过程中，可轻轻拉动力反馈器1前端的控制球2，如果力反馈器1检测到有程序可以执行会显示蓝色标示；至此整个装置可以投入使用了。
使用时，用户可通过人机交互界面对触觉装置移动范围、触觉装置移动速度、用户重复书写次数、书写结束停留时间、选择书写字母或者数字等进行自主设置。

Claims (8)

1.一种手写辅助训练装置，由硬件部分和软件部分组成；硬件部分包括触觉装置和连杆机构，软件部分包括字母库和人机交互界面，其特征在于：所述触觉装置为力反馈器(1)；
所述连杆机构包括力反馈器夹紧装置(15)、支撑杆(4)、支撑臂、四连杆放大机构和悬臂夹紧机构(12)；力反馈器夹紧装置(15)中间位置处安装力反馈器(1)的控制球(2)，力反馈器夹紧装置(15)另一端固定连接有双耳座，连接有四连杆放大机构；
四连杆放大机构，包括A杆(3)、B杆(5)、C杆(8)和D杆(13)，A杆(3)和D杆(13)连接于力反馈器夹紧装置(15)，B杆(5)与C杆(8)通过支撑臂连接于支撑杆(4)；支撑臂包括第一支撑臂(7)和第二支撑臂(6)，第一支撑臂(7)一端连接于四连杆放大机构，另一端连接于支撑杆(4)；
支撑杆(4)连接于四连杆放大机构，其底端与第一支撑臂(7)连接，其顶端与第二支撑臂(6)连接；第二支撑臂(6)另一端则连接于四连杆放大机构B杆(5)的中间位置处；
悬臂夹紧机构(12)一端通过手旋螺母(9)与四连杆放大机构的C杆(8)连接，另一端同样通过手旋螺母(9)与书写笔夹紧装置(14)连接。
2.根据权利要求1所述的一种手写辅助训练装置，其特征在于：力反馈器夹紧装置(15)连接力反馈器(1)的一端还开有螺纹孔安装螺栓。
3.根据权利要求1所述的一种手写辅助训练装置，其特征在于：四连杆放大机构的A杆(3)与C杆(8)互相平行，B杆(5)与D杆(13)互相平行。
4.根据权利要求1所述的一种手写辅助训练装置，其特征在于：A杆(3)、D杆(13)与力反馈器夹紧装置(15)的连接方式为双剪型连接。
5.根据权利要求1所述的一种手写辅助训练装置，其特征在于：支撑杆(4)呈竖放的“凹”字状，凹槽面相四连杆放大机构，底端与第一支撑臂(7)连接，顶端与第二支撑臂(6)连接。
6.根据权利要求1所述的一种手写辅助训练装置，其特征在于：所述字母库包含26个英文字母和阿拉伯数字。
7.根据权利要求1所述的一种手写辅助训练装置，其特征在于：整个字母库的软件算法是基于数学公式结合组成字母、数字的直线、圆弧轨迹实现的，即将字母和数字分为仅有直线和曲线直线共存两大类型，利用坐标位置来对书写字母进行点式的移动。
8.根据权利要求1所述的一种手写辅助训练装置，其特征在于：所述人机交互界面可以录入用户信息，并将信息保存在系统中的任意路径下，且用户登录后可针对自己的习惯对装置进行书写设置。
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