CN110974600A - 一种基于柔性触觉的可穿戴式脑卒中康复装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于柔性触觉的可穿戴式脑卒中康复装置，仿生人工肌肉和滑动块设置在手掌主体的一侧，手掌触觉按摩球设置在另一侧；仿生人工肌肉与滑动块间隔设置，手掌主体的五指上至少设置三块仿生人工肌肉；手掌主体与仿生上肢通过腕部旋转环连接；空气动力源为仿生人工肌肉输入空气。本发明使用安全性高的酒精蒸汽驱动装置，通过患者的重复性自主训练以促进神经纤维末梢的再生，使用柔性结构的仿生人工气动肌肉驱动以避免关节受到二次伤害的训练装置，在达到康复效果的同时在生理和心理上保护患者。

Description

一种基于柔性触觉的可穿戴式脑卒中康复装置

技术领域

本发明涉及复健技术领域，更具体的说是涉及一种基于柔性触觉的可穿戴式脑卒中康复装置。

背景技术

为了解决我国人口老龄化日益严峻，老龄化带来的四肢的灵活性下降，严重使得中风偏瘫患者数量不断增加，而传统作业治疗具有周期过长、需要治疗师长期陪伴、治疗人数受制于治疗师人数等效率低下。因此，现有的脑卒中康复设备存在以下问题：

1、现在大多医疗康复设备采用纯机械结构的电机驱动，只能康复手部或手腕等结构较大的关节，手指灵巧，电机笨重不易安装，并且它的扭矩不好控制，容易对患者造成二次损伤。

2、目前驱动的控制模式主要有两种，脑神经意志控制和外部指定程序控制，前者成本代价高，后者强制康复效果不理想。

3、检测关节弯曲大多采用弯曲传感器，灵敏度低，并且只能检测0～75°。

4、自张紧功能钢丝绳传动的上肢康复臂中气动肌肉的伸缩量与单臂部件的旋转角度很难保持一致，并且弯曲范围固定不能调节。

因此，如何提供一种避免造成二次损伤、灵活的可穿戴式脑卒中康复装置是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于柔性触觉的可穿戴式脑卒中康复装置，使用安全性高的酒精蒸汽驱动装置，通过患者的重复性自主训练以促进神经纤维末梢的再生，使用柔性结构的仿生人工气动肌肉驱动以避免关节受到二次伤害的训练装置，兼具了刚性结构的稳定性和柔性结构的舒适性，在达到康复效果的同时在生理和心理上保护患者。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于柔性触觉的可穿戴式脑卒中康复装置，包括：空气动力源、仿生脊背、仿生肩部、仿生上肢和仿生手部；所述仿生脊背通过所述仿生肩部与所述仿生上肢连接；所述仿生手部包括：手掌主体、腕部旋转环、仿生人工肌肉、滑动块和手掌触觉按摩球；所述仿生人工肌肉和滑动块设置在所述手掌主体的一侧，所述手掌触觉按摩球设置在另一侧；所述仿生人工肌肉与所述滑动块间隔设置，所述手掌主体的五指上至少设置三块所述仿生人工肌肉；所述手掌主体与所述仿生上肢通过所述腕部旋转环连接；所述空气动力源为所述仿生人工肌肉输入空气。

通过上述的技术方案，本发明的技术效果在于：每根手指采用三个气囊，可实现多关节独立驱动，并且气囊与气囊装有滑动副，手指弯曲时驱动器和手指表面不会产生摩擦；通过患者的重复性自主训练以促进神经纤维末梢的再生，使用柔性结构的仿生人工气动肌肉驱动以避免关节受到二次伤害的训练装置，兼具了刚性结构的稳定性和柔性结构的舒适性，在达到康复效果的同时在生理和心理上保护患者。

优选的，在上述的一种基于柔性触觉的可穿戴式脑卒中康复装置中，所述仿生脊背包括：气动肌腱、人体仿生脊椎、单丝尼龙相对位移内线、气动肌腱调节动滑轮和气动肌腱调节定滑轮；所述气动肌腱分布在所述人体仿生脊椎的两侧，且通过开关电磁阀与所述空气动力源连接；所述气动肌腱的顶端设置有所述气动肌腱调节动滑轮；所述气动肌腱调节定滑轮固定在大臂支撑杆上；所述单丝尼龙相对位移内线一端固定于气动肌腱调节动滑轮上端，绕过气动肌腱调节定滑轮后，再绕过气动肌腱调节动滑轮的下端，再穿过挡板进入单丝尼龙相对位移外线。

通过上述的技术方案，本发明的技术效果在于：可通过气动肌腱调节动滑轮放大气动肌腱的位移，气动肌腱调节定滑轮设计可调节适用于不同用户，也可调节关节运动范围。通过调节气动肌腱调节定滑轮在大臂支撑杆上的位置，实现各关节规定范围的康复训练。

优选的，在上述的一种基于柔性触觉的可穿戴式脑卒中康复装置中，所述仿生肩部包括：肩部固定强化件和肩部固定连接件；所述肩部固定强化件和所述肩部固定连接件的两端分别固定在所述仿生脊背上、所述仿生上肢上；所述单丝尼龙相对位移外线与所述肩部固定强化件固定，所述单丝尼龙相对位移内线穿过所述肩部固定强化件与所述大臂贴合杆连接，所述单丝尼龙相对位移内线拉动大臂贴合杆使其与肩部固定强化件的角度范围为90°～0°。

通过上述的技术方案，本发明的技术效果在于：仿生肩部采用悬立支撑机构，将肩部的力量分散到人体仿生脊椎，提高舒适性的同时，避免了肩部因大臂的放下和抬起时倾角不一样而带来的运动误差。

优选的，在上述的一种基于柔性触觉的可穿戴式脑卒中康复装置中，所述仿生上肢包括大臂支撑杆、大臂贴合杆、肘部旋转结构、小臂支撑杆和小臂固定滑动件；所述大臂支撑杆与所述肩部固定连接件连接，所述大臂贴合杆与所述大臂支撑杆固定，所述大臂贴合杆顶端设置有肘部旋转结构；所述小臂支撑杆一端与所述大臂贴合杆通过所述肘部旋转机构连接，另一端与所述腕部旋转环通过小臂固定滑动件进行固定连接。

优选的，在上述的一种基于柔性触觉的可穿戴式脑卒中康复装置中，所述肘部旋转结构包括：肘部旋转块和肘部外壳；所述小臂固定滑动件与所述肘部旋转块固定；所述肘部外壳与所述大臂贴合杆固定；所述气动肌腱调节动滑轮的单丝尼龙相对位移内线和所述气动肌腱连接的单丝尼龙相对位移内线分别固定在所述肘部旋转块的两端。

通过上述的技术方案，本发明的技术效果在于：肘部设计隐形式限位自动伸直机构，在单丝尼龙相对位移内线的带动下，前小臂弯曲，同时大臂转动盘和小臂旋转盘因转动而产生轴向位移，在相对位移内外线松懈后，两个转动盘因恢复相对位移使得小臂重新放下。

优选的，在上述的一种基于柔性触觉的可穿戴式脑卒中康复装置中，所述仿生人工肌肉和手掌触觉按摩球为中空结构，且内置挥发液体；同时通过加热电路对所述挥发液体进行加热。

通过上述的技术方案，本发明的技术效果在于：通过硅胶压力传感器检测患侧手指的弯曲状态和拿握物体的状态，将信号分别发送过手指弯曲驱动器和触觉按摩球。

优选的，在上述的一种基于柔性触觉的可穿戴式脑卒中康复装置中，所述仿生人工肌肉与所述滑动块形成滑动副；滑动块内连接的小圆柱套接在滑动块外上的套管内。

通过上述的技术方案，本发明的技术效果在于：采用多关节驱动肌肉与滑动块之间形成滑动副，使手指弯曲角度更大，弯曲更顺畅。

优选的，在上述的一种基于柔性触觉的可穿戴式脑卒中康复装置中，还包括限位挡片；所述限位挡片至少设置有2个，分别固定在所述小臂支撑杆和大臂贴合杆上。

通过上述的技术方案，本发明的技术效果在于：限制患者的胳膊能够与该装置同步动作。

优选的，在上述的一种基于柔性触觉的可穿戴式脑卒中康复装置中，还包括硅胶压力传感器，所述硅胶压力传感器设置有多个，安装在仿生上肢和仿生手部上，与用户相接触。

通过上述的技术方案，本发明的技术效果在于：根据关节的大小结构不同，用硅胶调制出适合的可穿戴贴合形状，在关节弯曲时突出的位置处嵌入双向膜片，关节弯曲时挤压膜片，使膜片与弯曲时压力成正比的微位移，使硅胶传感器电阻发生变化，通过电子线路检测这一变化，并转换输出对应的弯曲标准信号，可检测-180°～180°的弯曲范围。

优选的，在上述的一种基于柔性触觉的可穿戴式脑卒中康复装置中，还包括中央控制器；所述中央控制器与开关电池阀连接控制所述空气动力源的启停；同时与所述硅胶压力传感器电性连接控制仿生人工肌肉和手掌触觉按摩球的收缩膨胀。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于柔性触觉的可穿戴式脑卒中康复装置，使用安全性高的酒精蒸汽驱动装置，通过患者的重复性自主训练以促进神经纤维末梢的再生，使用柔性结构的仿生人工气动肌肉驱动以避免关节受到二次伤害的训练装置，兼具了刚性结构的稳定性和柔性结构的舒适性，在达到康复效果的同时在生理和心理上保护患者。开关电池阀与中央控制器相连，当硅胶压力传感器测到关节运动弯曲时，中央控制器控制开关电磁阀打开，空气动力源、开关电磁阀、气动肌腱连接形成气路，当开关电磁阀打开时，空气动力源为气动肌腱输入空气，使得气动肌腱膨胀缩短，气动肌腱、气动肌腱调节结构动滑轮、气动肌腱调节结构定滑轮、单丝尼龙相对位移内线，分别连接大臂贴合杆、肘部转动盘和腕部旋转环，气动肌腱缩短使单丝尼龙相对位移内线和单丝尼龙相对位移外线发生相对位移，使得肩部实现抬起与放下、肘部实现弯曲与伸直，腕部实现转动和摇摆。检测手拿取物体时，硅胶压力传感器检测手指弯曲角度和手掌内部压力状态，并将信号输入中央控制器输出电流，使得仿生人工肌肉和手掌触觉按摩球中的电路电阻通过电流发热，使其内部的酒精蒸发加压，使得仿生人工肌肉和手掌触觉按摩球膨胀，仿生人工肌肉和滑动块相连接形成滑动副，仿生人工肌肉膨胀时和滑动块产生滑动。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明的结构示意图；

图2附图为本发明的仿生脊背的单丝尼龙相对位移内线走线示意图；

图3附图为本发明的肘部旋转结构的示意图；

图4附图为本发明的仿真肩部结构示意图；

图5附图为本发明的腕部旋转环结构示意图；

图6附图为本发明的加热电路原理图；

图7附图为本发明的手指结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种基于柔性触觉的可穿戴式脑卒中康复装置，使用安全性高的酒精蒸汽驱动装置，通过患者的重复性自主训练以促进神经纤维末梢的再生，使用柔性结构的仿生人工气动肌肉驱动以避免关节受到二次伤害的训练装置，兼具了刚性结构的稳定性和柔性结构的舒适性，在达到康复效果的同时在生理和心理上保护患者。

如图1所示，一种基于柔性触觉的可穿戴式脑卒中康复装置，包括：空气动力源1、仿生脊背、仿生肩部、仿生上肢和仿生手部；仿生脊背通过仿生肩部与仿生上肢连接；仿生手部包括：手掌主体、腕部旋转环14、仿生人工肌肉15、滑动块16和手掌触觉按摩球17；仿生人工肌肉15和滑动块16设置在手掌主体的一侧，手掌触觉按摩球17设置在另一侧；仿生人工肌肉15与滑动块16间隔设置，手掌主体的五指上至少设置三块仿生人工肌肉15；手掌主体与仿生上肢通过腕部旋转环14连接；空气动力源1为仿生人工肌肉15输入空气。

为了进一步优化上述技术方案，如图1和2所示，仿生脊背包括：气动肌腱3、人体仿生脊椎4、单丝尼龙相对位移内线8、单丝尼龙相对位移外线10、气动肌腱调节动滑轮5和气动肌腱调节定滑轮6；气动肌腱3分布在人体仿生脊椎4的两侧，且通过开关电磁阀2与空气动力源1连接；气动肌腱3的顶端设置有气动肌腱调节动滑轮5；气动肌腱调节定滑轮6固定在大臂支撑杆18上；单丝尼龙相对位移内线8一端固定于气动肌腱调节动滑轮5上端，绕过气动肌腱调节定滑轮6后，再绕过气动肌腱调节动滑轮5的下端，再穿过挡板进入单丝尼龙相对位移外线10。

为了进一步优化上述技术方案，如图1所示，仿生上肢包括大臂支撑杆18、大臂贴合杆11、肘部旋转结构12、小臂支撑杆和小臂固定滑动件13；大臂支撑杆18与肩部固定连接件9连接，大臂贴合杆11与大臂支撑杆18固定，大臂贴合杆11顶端设置有肘部旋转结构12；小臂支撑杆一端与大臂贴合杆11通过肘部旋转机构连接，另一端与腕部旋转环14通过小臂固定滑动件13进行固定连接。

为了进一步优化上述技术方案，如图1和4所示，仿生肩部包括：肩部固定强化件7和肩部固定连接件9；肩部固定强化件7和肩部固定连接件9的两端分别固定在仿生脊背、仿生上肢上；单丝尼龙相对位移外线10与肩部固定强化件7固定，单丝尼龙相对位移内线8穿过肩部固定强化件7与大臂贴合杆11连接，单丝尼龙相对位移内线8拉动大臂贴合杆11使其与肩部固定强化件7的角度范围为90°～0°。

为了进一步优化上述技术方案，如图1和3所示，肘部旋转结构12包括：肘部旋转块122和肘部外壳121；小臂固定滑动件13与肘部旋转块122固定；肘部外壳121与大臂贴合杆11固定；气动肌腱调节动滑轮5的单丝尼龙相对位移内线8和气动肌腱3连接的单丝尼龙相对位移内线8分别固定在肘部旋转块122的两端。

为了进一步优化上述技术方案，仿生人工肌肉和手掌触觉按摩球17为中空结构，且内置挥发液体；同时通过加热电路对挥发液体进行加热。

为了进一步优化上述技术方案，如图6所示，加热电路采用arduino mega2560控制器19，控制器19的AD引脚与硅胶压力传感器21连接；控制器19的数字引脚与ULN2003驱动器20进行连接，并利用ULN驱动器20驱动加热电阻22；加热电阻与有挥发性的酒精接触。

为了进一步优化上述技术方案，如图5所示，单丝尼龙相对位移外线10与腕部旋转环外部141底端固定，单丝尼龙相对位移内线8穿过腕部旋转环外部141底端与腕部旋转环内部142的上端连接，单丝尼龙相对位移内线8拉动腕部旋转环内部142上端使其靠近腕部旋转环外部141底端，发生轴向位移，实现腕部旋转。

为了进一步优化上述技术方案，如图7所示，仿生人工肌肉15与滑动块16形成滑动副；利用基本骨架支撑滑动副，基本骨架上的小圆柱161与套管162相匹配，仿生人工肌肉15膨胀时，滑块相对滑动，不会与手指产生摩擦。

为了进一步优化上述技术方案，还包括限位挡片；限位挡片至少设置有2个，分别固定在小臂支撑杆和大臂贴合杆11上。

为了进一步优化上述技术方案，还包括硅胶压力传感器21，硅胶压力传感器21设置有多个，安装在仿生上肢和仿生手部上，与用户相接触。

为了进一步优化上述技术方案，还包括中央控制器；中央控制器与开关电磁阀2连接控制空气动力源1的启停。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于柔性触觉的可穿戴式脑卒中康复装置，其特征在于，包括：空气动力源、仿生脊背、仿生肩部、仿生上肢和仿生手部；所述仿生脊背通过所述仿生肩部与所述仿生上肢连接；所述仿生手部包括：手掌主体、腕部旋转环、仿生人工肌肉、滑动块和手掌触觉按摩球；所述仿生人工肌肉和滑动块设置在所述手掌主体的一侧，所述手掌触觉按摩球设置在另一侧；所述仿生人工肌肉与所述滑动块间隔设置，所述手掌主体的五指上至少设置三块所述仿生人工肌肉；所述手掌主体与所述仿生上肢通过所述腕部旋转环连接；所述空气动力源为所述仿生人工肌肉输入空气。

2.根据权利要求1所述的一种基于柔性触觉的可穿戴式脑卒中康复装置，其特征在于，所述仿生脊背包括：气动肌腱、人体仿生脊椎、单丝尼龙相对位移内线、单丝尼龙相对位移外线、气动肌腱调节动滑轮和气动肌腱调节定滑轮；所述气动肌腱分布在所述人体仿生脊椎的两侧，且通过开关电磁阀与所述空气动力源连接；所述气动肌腱的顶端设置有所述气动肌腱调节动滑轮；所述气动肌腱调节定滑轮固定在大臂支撑杆上；所述单丝尼龙相对位移内线一端固定于气动肌腱调节动滑轮上端，绕过气动肌腱调节定滑轮后，再绕过气动肌腱调节动滑轮的下端，再穿过挡板进入单丝尼龙相对位移外线。

3.根据权利要求1所述的一种基于柔性触觉的可穿戴式脑卒中康复装置，其特征在于，所述仿生上肢包括大臂支撑杆、大臂贴合杆、肘部旋转结构、小臂支撑杆和小臂固定滑动件；所述大臂支撑杆与所述肩部固定连接件连接，所述大臂贴合杆与所述大臂支撑杆固定，所述大臂贴合杆顶端设置有肘部旋转结构；所述小臂支撑杆一端与所述大臂贴合杆通过所述肘部旋转机构连接，另一端与所述腕部旋转环通过小臂固定滑动件进行固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于柔性触觉的可穿戴式脑卒中康复装置，其特征在于，所述仿生肩部包括：肩部固定强化件和肩部固定连接件；所述肩部固定强化件和所述肩部固定连接件的两端分别固定在所述仿生脊背上、所述仿生上肢上；所述单丝尼龙相对位移外线与所述肩部固定强化件固定，所述单丝尼龙相对位移内线穿过所述肩部固定强化件与所述大臂贴合杆连接，所述单丝尼龙相对位移内线拉动大臂贴合杆使其与肩部固定强化件的角度范围为90°～0°。

5.根据权利要求3所述的一种基于柔性触觉的可穿戴式脑卒中康复装置，其特征在于，所述肘部旋转结构包括：肘部旋转块和肘部外壳；所述小臂固定滑动件与所述肘部旋转块固定；所述肘部外壳与所述大臂贴合杆固定；所述气动肌腱调节动滑轮的单丝尼龙相对位移内线和所述气动肌腱连接的单丝尼龙相对位移内线分别固定在所述肘部旋转块的两端。

6.根据权利要求1所述的一种基于柔性触觉的可穿戴式脑卒中康复装置，其特征在于，所述仿生人工肌肉和手掌触觉按摩球为中空结构，且内置挥发液体；同时通过加热电路对所述挥发液体进行加热。

7.根据权利要求1所述的一种基于柔性触觉的可穿戴式脑卒中康复装置，其特征在于，所述仿生人工肌肉与所述滑动块形成滑动副；滑动块内连接的小圆柱套接在滑动块外上的套管内。

8.根据权利要求4所述的一种基于柔性触觉的可穿戴式脑卒中康复装置，其特征在于，还包括限位挡片；所述限位挡片至少设置有2个，分别固定在所述小臂支撑杆和大臂贴合杆上。

9.根据权利要求2所述的一种基于柔性触觉的可穿戴式脑卒中康复装置，其特征在于，还包括硅胶压力传感器，所述硅胶压力传感器设置有多个，安装在仿生上肢和仿生手部上，与用户相接触。

10.根据权利要求9所述的一种基于柔性触觉的可穿戴式脑卒中康复装置，其特征在于，还包括中央控制器；所述中央控制器与开关电池阀连接控制所述空气动力源的启停。

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