CN110613580B - 一种对指康复训练手套 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种对指康复训练手套，其包含：接触传感器系统，用于采集对指活动信号；弯曲传感器系统，用于采集手指运动信号；手指助力机构；电子控制系统，用于根据对指活动信号以及手指运动信号的结果触发手指助力机构做出相应的响应，例如控制手指助力机构制动或者放松。其优点是：可为患者提供手部助力，帮助患者进行手指的弯曲或伸展以完成对指康复训练，加强肌肉肌腱的强度锻炼完成运动学习来重建或改善脑卒中患者手部的运动功能。

Description

一种对指康复训练手套

技术领域

本发明涉及医疗康复技术领域，具体涉及一种对指康复训练手套。

背景技术

目前，康复医疗领域康复设备数量少、规模小、研发落后，对于我国养老、医疗体系的形成了巨大的挑战，传统的机械刚体式手部康复设备价格昂贵且笨重，康复医生数量有限，患者可能得不到及时的康复治疗，其手功能恢复缓慢且容易出现其他并发症。对指康复训练作为患者手部康复训练中的一个关键环节，目前市面上尚未出现相关专为对指康复训练而设计的医疗设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对指康复训练手套，通过弯曲传感器系统来判断患者手指的运动意图，通过接触传感器系统来判断患者是否完成对指活动，并通过对两者所采集到的对指活动信号和/或手指运动信号进行处理后促使传动机构做出响应为患者提供手部助力。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种对指康复训练手套，其特征是，包含：

接触传感器系统，用于采集对指活动信号；

弯曲传感器系统，用于采集手指运动信号；

手指助力机构；

电子控制系统，用于根据对指活动信号以及手指运动信号的结果触发手指助力机构做出相应的响应。

上述的对指康复训练手套，其中，所述的接触传感器系统包含：

金属公片；

至少一金属母片，该金属母片包含不相连的两块金属片；

警示电路，包含至少一路控制线路，每一路控制线路连接电子控制系统以及对应的一金属母片，当任一金属母片的两块金属片同时与金属公片接触时该对应的一路控制线路被导通并输出对指活动信号给电子控制系统。

上述的对指康复训练手套，其中，所述的弯曲传感器系统包含：

至少一个弯曲传感器，分别设置在对应手指的中指节处，用于产生基于弯曲程度的一个输出；

至少一个采集处理电路，分别连接电子控制系统以及对应的弯曲传感器，用于将对应弯曲传感器的输出转化为手指运动信号，以供电子控制系统判断该手指是否弯曲以及弯曲的程度。

上述的对指康复训练手套，其中，所述的电子控制系统包含：

传感器接口电路，连接接触传感器系统以及弯曲传感器系统，用于对对指活动信号以及手指运动信号进行传输；

机电驱动电路，连接手指助力机构；

微控制单元，用于控制接触传感器系统对对指活动信号进行采集以及控制弯曲传感器系统对手指运动信号进行采集，同时对对指活动信号以及手指运动信号进行处理和判断，并根据判断结果控制手指助力机构作出相应响应；

电源管理模块，连接电机驱动电路以及微控制单元，以提供工作电源。

上述的对指康复训练手套，其中，所述的手指助力机构包含：

至少一根手指助力绳索，一端设置在对应的手指指尖上；

助力绳索调整机构；

至少一个直流电机，由所述电子控制系统中的机电驱动电路进行正反转控制，每个直流电机分别通过助力绳索调整机构连接对应的手指助力绳索的另一端，通过每一直流电机的正反转来控制对应手指助力绳索的滑动收放。

上述的对指康复训练手套，其中，所述的电子控制系统还包含：

外围通信模块，连接微控制单元，用于与外部设备进行通信。

本发明与现有技术相比具有以下优点：可为患者提供手部助力，帮助患者进行手指的弯曲或伸展以完成对指康复训练，加强肌肉肌腱的强度锻炼，完成运动学习来重建或改善脑卒中患者手部的运动功能。

附图说明

图1为本发明的实施例中的对指康复训练手套手背面的结构示意图；

图2为本发明的实施例中的对指康复训练手套手心面的结构示意图；

图3为本发明的实施例中的电子控制系统架构图；

图4为本发明的实施例中的接触传感器系统的结构示意图；

图5为本发明的实施例中的警示电路的4路控制线路中单条线路的简化原理图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1所示，本发明提出了一种对指康复训练手套，其包含：用于采集对指活动信号的接触传感器系统1；用于采集手指运动信号的弯曲传感器系统2；手指助力机构3；电子控制系统，用于根据对指活动信号以及手指运动信号的结果触发手指助力机构3做出相应的响应。

如图4所示，所述的接触传感器系统包含：一金属公片11；至少一金属母片13，该金属母片13包含不相连的两块金属片，本实施例中，金属母片13分为左右两半，中间有空隙并不相连，使得警示电路与金属母片13左右两半相连接的线路断开；警示电路，包含至少一路控制线路，每一路控制线路连接电子控制系统以及对应的一金属母片13，当任一金属母片13的两块金属片同时与金属公片11接触时该对应的一路控制线路被导通并输出对指活动信号给电子控制系统。较佳的，每一路控制线路分别连接一对应的提醒元件，例如指示灯LED或蜂鸣器等，当任一控制线路被导通时对应的提醒元件工作，以便提醒使用者。如图5所示，警示电路的实现方式可以有很多，本实施例中提供了一种较简化的警示电路结构，具体包含：一电源VCC，该电源VCC的输出端分别连接每一金属母片13的其中一块金属片；所述的每一控制路线路分别包含：限流电阻R，一端连接对应金属母片的其中另一块金属片，另一端通过对应的提醒元件(LED灯)接地；稳压滤波电容C，一端连接对应的金属母片13的其中另一块金属片，另一端接地。任意控制线路被导通时，对应的金属母片13处输出signal信号即本实施例中的对指活动信号。

通常一个手套上设置1片金属公片11以及4片金属母片13，金属公片11通过金属公片缘固定底座12设置在手套的大拇指指腹位置；金属母片13通过金属母片缘固定底座14分别设置在手套食指、中指、无名指以及小指的指腹位置。警示电路通过PCB电路板17以及塑料电路板外壳16设置在手套的手心或手背位置，警示电路通过导线15与各个金属母片13建立电气连接，控制线路的路数与金属母片11的数量一致。使用时，当拇指指尖与任意指指尖相碰完成单次对指活动，也即拇指上金属公片11与任意其他手指上的金属母片13相接触，金属公片11使得金属母片13左右两半金属相连，该路线路导通，则该指金属母片13相连的对应控制线路导通，该路上的指示灯亮，拇指与该其他手指的对指训练完成，此时电路板上对应该指的控制线路可给出高电平信号用于控制用户所需的应用场景中的手指助力机构3完成响应。

如图1所示，所述的弯曲传感器系统包含：至少一个弯曲传感器2，分别设置在对应手指的中指节处，用于产生基于弯曲程度的一个输出，本实施例中，设置5个弯曲传感器2分别对应手套的5根手指；至少一路采集处理电路，路数与弯曲传感器2数量一致，分别连接电子控制系统以及对应的弯曲传感器2，用于将对应弯曲传感器的输出转化为手指运动信号，以供电子控制系统判断该手指是否弯曲以及弯曲的程度。值得注意的是，这里所述的弯曲传感器2是现有技术，其通常是一种柔性传感器，利用材料的伸长或压缩过程中的薄膜材料阻值的变化来测量弯曲程度，从而判定哪根手指弯曲即运动了。

如图3所示，所述的电子控制系统包含：传感器接口电路44，连接接触传感器系统1以及弯曲传感器系统2，用于对对指活动信号以及手指运动信号进行传输；微控制单元43，用于控制接触传感器系统1对对指活动信号进行采集以及控制弯曲传感器系统2对手指运动信号进行采集，同时对对指活动信号以及手指运动信号进行处理和判断，并根据判断结果控制手指助力机构3作出相应响应；机电驱动电路42，连接手指助力机构3，由于微控制器43(单片机，本实施例中，单片机型号为STM32F103RET6)出来的信号无法直接驱动电机正反转，因此设置机电驱动电路42，以对微控制器43的信号进行放大处理；电源管理模块41，连接电机驱动电路42以及微控制单元43，以提供工作电源；外围通信模块45，连接微控制单元43，用于与外部设备进行通信，例如，用于电脑和整个康复手套之间的通信，也可以将各传感器采集到数据通过该外围通信模块45传输到电脑端，通过分析数据可以修改代码，更改康复手套的运行程序，外围通信模块45中的外围电路主要用于和EEG、VR一体机等设备通信，采用即插即用设计，可根据实际情况选择Wi-Fi、蓝牙等通信方式，提供双向数据传输能力。

如图2所示，所述的手指助力机构3包含：至少一根手指助力绳索31，一端设置在对应的手指指尖上，本实施例中，每个手套的每个手指上分别设置一根，固定在五根手指指尖位置，缝合于手套内，除指尖部位缝合死，其余部分是可以滑动收放的；助力绳索调整机构32；至少一个直流电机33，与手指助力绳索31的数量一致，分别通过助力绳索调整机构32连接对应的手指助力绳索31的另一端，由所述电子控制系统中的机电驱动电路42进行正反转控制，每个直流电机33分别通过助力绳索调整机构32连接对应的手指助力绳索31的另一端，通过每一直流电机33的正反转来控制对应手指助力绳索31的滑动收放，从而为患者手指提供助力，帮助患者手指进行弯曲或舒展。装配时，手指助力绳索31先通过手心处的助力绳索调整机构32进行调整，然后与直流电机33相连。所述的助力绳索调整机构32是一种现有的结构，为保证不同手指上助力绳索31与直流电机33连接保持同一个方向因此需要经过助力绳索调整机构32，比如大拇指与其他手指助力绳索31连接方向是不同的。助力绳索调整机构32通常有圆形凹槽，凹槽处卡有轴承，为了助力绳索31拉伸顺畅。

采用上述的对指康复训练手套可实现对指康复训练，具体的包含：接触传感器系统采集对指活动信号；弯曲传感器系统采集手指运动信号；电子控制系统接收对指活动信号以及手指运动信号，当接收到手指运动信号时，控制手指助力机构3助力手指屈伸，当该手指运动信号达到一定的上下阈值即手指弯曲或伸展到一定程度时，则控制手指助力机构3制动从而保护手指避免受到过度助力伤害，当接收到对指活动信号时，控制手指助力机构3放松，以便手指伸展成放松状态。具体的，微控制器43实时采集手套内集成的接触传感器和弯曲传感器输出的信号，并根据处理结果转化为相应的PWM信号驱动后续直流电机33运动；对指成功时，警示电路对应的控制线路导通，signal端为高电平，未对指时signal端为低电平。signal端连接至电子控制系统，电子控制系统中的微控制器43通过判断signal端的电平即可知道是否成功对指。若对指成功，微控制器43给出指令到机电控制电路42来驱动手指助力机构3的直流电机33使手指助力绳索31放松，手指伸展成放松状态。而弯曲传感器系统输出的手指运动信号可作为阈值制动保护，当手指弯曲到一定程度或者伸展到自然状态时，弯曲传感器输出的手指运动信号将达到上下阈值，那么微控制器43检测到限位信号时，触发处理器中断命令，从而停止直流电机33运动，即直流电机33停止旋转，手指助力绳索31不再拉伸从而达到制动效果当。值得注意的是，上述微控制器43所实现功能的具体程序设计方式为本领域的公知，在此不再赘述。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (2)

1.一种对指康复训练手套，其特征在于，包含：

接触传感器系统，用于采集对指活动信号；

弯曲传感器系统，用于采集手指运动信号；

手指助力机构；

电子控制系统，用于根据对指活动信号以及手指运动信号的结果触发手指助力机构做出相应的响应；

所述的接触传感器系统包含：

金属公片；

至少一金属母片，该金属母片包含不相连的两块金属片；

警示电路，包含至少一路控制线路，每一路控制线路连接电子控制系统以及对应的一金属母片，当任一金属母片的两块金属片同时与金属公片接触时该对应的一路控制线路被导通并输出对指活动信号给电子控制系统；

所述的弯曲传感器系统包含：

至少一个弯曲传感器，分别设置在对应手指的中指节处，用于产生基于弯曲程度的一个输出；

至少一个采集处理电路，分别连接电子控制系统以及对应的弯曲传感器，用于将对应弯曲传感器的输出转化为手指运动信号，以供电子控制系统判断该手指是否弯曲以及弯曲的程度；

所述的电子控制系统包含：

传感器接口电路，连接接触传感器系统以及弯曲传感器系统，用于对对指活动信号以及手指运动信号进行传输；

机电驱动电路，连接手指助力机构；

微控制单元，用于控制接触传感器系统对对指活动信号进行采集以及控制弯曲传感器系统对手指运动信号进行采集，同时对对指活动信号以及手指运动信号进行处理和判断，并根据判断结果控制手指助力机构作出相应响应；

电源管理模块，连接电机驱动电路以及微控制单元，以提供工作电源；所述的手指助力机构包含：

至少一根手指助力绳索，一端设置在对应的手指指尖上；

助力绳索调整机构；

至少一个直流电机，由所述电子控制系统中的机电驱动电路进行正反转控制，每个直流电机分别通过助力绳索调整机构连接对应的手指助力绳索的另一端，通过每一直流电机的正反转来控制对应手指助力绳索的滑动收放。

2.如权利要求1所述的对指康复训练手套，其特征在于，所述的电子控制系统还包含：

外围通信模块，连接微控制单元，用于与外部设备进行通信。

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