CN112915385A - 含有电刺激功能的上肢康复治疗训练的便携式装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含有电刺激功能的上肢康复治疗训练的便携式装置，包括手臂固定装置、手腕动力传动机构、上臂动力传动机构、电刺激装置及上位机；手臂固定装置用于固定手臂和手掌，上臂动力传动机构内含有上臂转动电机以及传感器；手腕动力传动机构内含有手腕径向运动电机以及传感器；电刺激装置包括肌电信号采集组件和功能性电刺激组件；上臂转动电机、手腕径向运动电机、传感器、肌电信号采集组件和功能性电刺激组件均与上位机连接；上位机接收并处理传感器的反馈信息，并控制上臂转动电机与手腕径向运动电机的运作；上位机接收肌电信号采集组件采集的肌电信号，并反馈给功能性电刺激组件，实现多维度多方面的上肢电刺激康复治疗训练。

Description

含有电刺激功能的上肢康复治疗训练的便携式装置
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，尤其是涉及一种含有电刺激功能的上肢康复治疗训练的便携式装置。
背景技术
当患者因身体的多种病症造成上肢功能发生障碍时，会产生上肢肌肉萎缩、肌无力等病状，出现无法运动、难以运动、运动功能受损等问题。上肢无法正常运动会严重影响患者的正常生活，对患者的手臂伸展收缩，手腕的弯曲与伸展，小臂的旋转造成严重的影响与困扰。临床上，上肢功能障碍的治疗方式主要是康复医师使用康复医疗器械或徒手的方式，引导上肢功能障碍的患者进行一对一，一对多的主动与被动治疗，然而这种康复疗法虽然有效，但存在许多弊端，需要依赖于康复医师的手动指导与训练，对康复医师的经验和体力都有着较大的考验，需要康复医师长时间的经验积累才能够做出最精确的判断。在治疗过程中，治疗技术会消耗大量的体力。同时，因为康复疗法具有地点的限制，只能够在医院诊所进行治疗，让部分患者无法长期持续地进行训练。
因此，开发一款上肢康复治疗训练便携式装置在临床具有重大的意义。
发明内容
基于现有技术中缺乏便携式上肢康复治疗训练装置的现状，本发明提供一种含有电刺激功能的上肢康复治疗训练的便携式装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明提供一种含有电刺激功能的上肢康复治疗训练的便携式装置，包括手臂固定装置、手腕动力传动机构、上臂动力传动机构、电刺激装置及上位机；所述手臂固定装置用于固定手臂和手掌，所述上臂动力传动机构与手臂固定装置连接，所述上臂动力传动机构用于带动手臂在肘关节处转动；所述手腕动力传动机构设置在手臂固定装置上，所述手腕动力传动机构用于带动手掌在手腕处转动；所述上臂动力传动机构内含有上臂转动电机以及传感器；所述手腕动力传动机构内含有手腕径向运动电机以及传感器；所述上臂转动电机、手腕径向运动电机及传感器均与上位机连接；所述上位机接收并处理传感器的反馈信息，并控制上臂转动电机与手腕径向运动电机的运作。所述电刺激装置包括肌电信号采集组件和功能性电刺激组件；所述肌电信号采集组件和功能性电刺激组件均与上位机连接；所述上位机接收肌电信号采集组件采集的肌电信号，并进行处理，且反馈给功能性电刺激组件，所述功能性电刺激组件基于所述上位机的指令实施对肌肉进行电流刺激，实现多维度多方面的上肢电刺激康复治疗训练。
在本发明的一个实施方式中，所述手臂固定装置包括上臂支撑杆、手腕运动机构壳体、手掌运动支撑架及固定带，所述上臂支撑杆与手掌运动支撑架由手腕运动机构壳体相连，所述固定带设置在上臂支撑杆及手掌运动支撑架上，用于将手臂和手掌进行固定。
在本发明的一个实施方式中，所述手腕运动机构壳体包括固定支撑板和固定支撑板外壳体，所述固定支撑板的下端通过螺母与上臂支撑杆的上端相连，所述手掌运动支撑架与固定支撑板的上端相连，所述固定支撑板外壳体包括前外壳体与后外壳体，所述前外壳体用于对上臂起到支撑作用，后外壳体用于覆盖手腕动力传动机构。
在本发明的一个实施方式中，所述上臂动力传动机构包括上臂转动电机、联轴器及手臂旋转轴，所述手臂旋转轴通过手臂旋转轴固定轴承及联轴器和上臂转动电机连接，所述手臂旋转轴与上臂支撑杆连接，所述上臂转动电机用于驱动手臂旋转轴及上臂支撑杆转动。
在本发明的一个实施方式中，所述手臂旋转轴与上臂支撑杆通过调节螺母进行连接，所述调节螺母用于实现手臂旋转轴与上臂支撑杆的连接、固定和长度的相对位置的调整，从而实现上臂支撑杆工作长度的调节。
在本发明的一个实施方式中，所述上臂动力传动机构还包括扭矩传感器、上臂角度传感机构、上臂转动电机零位调整机构、上臂角度限位机构；所述扭矩传感器连接在手臂旋转轴固定轴承和联轴器之间，所述扭矩传感器与手臂旋转轴同轴设置；所述上臂角度传感机构由角度传感器与传动带构成，所述传动带将上臂转动电机的转动轴与角度传感器相连，实现转动角度的测量；所述上臂转动电机零位调整机构由磁铁固定带与零位传感器构成，磁铁固定带与上臂转动电机同轴心安置，通过零位传感器来判断上臂转动电机的初始位置是否正确；所述上臂角度限位机构由限位块和带两翅的圆环限位结构组成，所述限位块的位置在联轴器与扭矩传感器相连处的正下方，所述圆环限位结构与联轴器和扭矩传感器同轴心，所述圆环限位结构以螺纹钉紧的方式进行实现与联轴器和扭矩传感器的固定，通过调节螺钉能够调整圆环限位结构的位置，从而实现圆环限位结构初始位置的调整；在圆环限位结构的伸出两翅位置各安装一个螺钉，用以实现限位与调节限位的功能，在转动过程中，当螺钉触及底部限位块时，则停止运动，实现角度限位的功能；通过调节螺钉的长度可以调节限位的角度；
在本发明的一个实施方式中，手臂旋转轴通过手臂旋转轴固定轴承与扭矩传感器相连接，连接方式为键槽连接。手臂旋转轴与扭矩传感器相连一侧留有螺纹，通过螺母旋紧的方式实现轴向锁紧，保证手臂旋转轴与扭矩传感器轴向距离的相对位置。
在本发明的一个实施方式中，所述手臂旋转轴固定轴承用于安装于固定台支架的轴承固定板上。
在本发明的一个实施方式中，所述手腕动力传动机构包括手腕径向运动电机、手腕运动角度传感器、手腕扭矩传感器及传感器固定台，所述传感器固定台固定于固定支撑板上，所述手腕扭矩传感器安装在传感器固定台上，所述手腕扭矩传感器上连接有手腕扭矩传感器固定支架，在手腕扭矩传感器固定支架上安装手腕径向运动电机，所述手腕径向运动电机与手掌运动支撑架同轴心连接，所述手腕径向运动电机用于转动带动手掌运动支撑架进行转动；所述手腕扭矩传感器用于侧量手腕轴向运动时产生的扭矩，并向上位机反馈上肢康复状态；所述手腕运动角度传感器与手掌运动支撑架和手腕径向运动电机同轴心连接，用于对对手掌运动进行角度测量。
在本发明的一个实施方式中，在手掌运动支撑架上留有一个磁铁安装位置，在手掌径向运动电机的外壳上安装有霍尔传感器，通过磁铁与霍尔传感器的相对位置来判定初始位置；在手掌运动支撑架上，与磁铁安装位置相对称的位置安装有机械限位杆，所述机械限位杆伸入到手掌径向运动电机外壳的机械限位凹槽中，从而实现手掌径向运动的机械限位。
在本发明的一个实施方式中，所述上臂支撑杆与手掌运动支撑架的内侧为柔性材质，所述固定带为魔术贴固定带，用于固定手臂与手掌的位置，保证在训练过程中手臂与机器运动的一致性；柔性材质保证使用者的舒适度与体验感。柔性材质可以选择为柔性海绵。
在本发明的一个实施方式中，还包括固定台支架机构，所述固定台支架机构由装置固定机构、固定台支架外壳体、上位机支架、固定底板和轴承固定板构成，所述上臂动力传动机构设置在固定台支架外壳体内，所述轴承固定板设置在固定台支架外壳体上，所述上臂动力传动机构的手臂旋转轴固定轴承连接在所述轴承固定板上，所述上位机设置在上位机支架上，所述上位机支架与固定台支架外壳体连接，所述固定台支架外壳体位于固定底板上，所述固定底板连接在装置固定机构上，所述装置固定机构用于支撑在其他平台上。
在本发明的一个实施方式中，所述装置固定机构包括L型固定夹与调高螺母组成，L型固定夹的一端连接在固定底板上，另一端与调高螺母连接，通过对调高螺母连的调节实现将上肢康复治疗训练便携式装置进行移动。
所述固定台支架机构主要作用是起到支撑固定整个装置，为装置提供一个稳定的训练治疗平台。
所述电刺激装置包括中低脉冲治疗仪和与中低脉冲治疗仪相连接的贴片电极，所述贴片电极包括肌电信号采集电极和电刺激电极，所述中低脉冲治疗仪和肌电信号采集电极构成肌电信号采集组件，所述中低脉冲治疗仪和电刺激电极构成功能性电刺激组件；所述中低脉冲治疗仪与上位机连接；
所述中低脉冲治疗仪具有内置芯片，能够实现以下算法：基于肌电信号采集组件采集的表面肌电，通过肌电反馈电刺激算法进行处理，通过肌电信号的大小阈值进行实时的对比，从而实时地动态调节电刺激输出地大小，动态调节会依据患者个体差异，确定电刺激强度，从而实现电刺激辅助治疗。
在本发明的一个实施方式中，所述中低脉冲治疗仪设置在固定台支架外壳体上。
本发明中，所述电刺激装置包括肌电信号采集组件和功能性电刺激组件。优选肌电信号采集组件具有前、中、后三级放大电路，为了减少其他生理信号的干扰，结合滤波电路只保留基本范围内的信号，并用带阻滤波器去除工频干扰，使表面肌电信号放大数万倍；功能性电刺激组件采用电流刺激，肌电反馈电刺激算法通过对肌电信号的大小与阈值进行实时的对比，从而实时地动态调节电刺激输出的大小。动态调节会依据患者个体差异，确定病人适合的电刺激强度。进一步优选电刺激装置采用单片机进行控制，单片机优选采用stm32芯片，对stm32芯片采用3.3V电压供电，对其他各集成芯片采用5V双电源供电，因此电源主要由三个稳压电源模块组成；串口通讯模块实现的则为与上位机的连接通讯；肌电采集组件的作用为采集人体表面肌电信号，均方根采集芯片是为了将采集的肌电信号值转为易于分析的均方根值，电刺激组件是通过对肌电信号的大小与阈值进行对比，对患者实施功能性电刺激。本专利中的均方根采集芯片等采用现有技术的芯片。
本发明设置有上位机构成控制反馈系统，控制反馈系统接收各种传感器提供的反馈信号，并发出控制信号，控制上臂转动电机和手腕径向运动电机的运转，上臂转动电机和手腕径向运动电机的运动带动手臂固定装置进行康复治疗训练，配合控制反馈系统，实现多维度多方面的上肢康复治疗训练。同时，本发明将电刺激控制与和运动控制集成在控制系统当中，具有电刺激功能。
本发明优化了传统上肢功能障碍康复训练装置体积庞大的问题。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
1.本发明将辅助训练模块与控制反馈系统巧妙地紧密安排，缩小了结构空间的同时也实现了上肢功能障碍康复训练的功能，实现了上肢康复治疗训练便携式装置的功能。
2.本发明将机械限位结构设计为可调节装置，形状为带两翅的圆环结构，通过调节螺钉可以调整圆环装置的位置，调节螺钉的长度可以调节安全限制的范围，在转动过程中，当螺钉触及底部限位块时，则停止运动，实现角度限位的功能。在保证安全限位的同时，可以根据患者的恢复状态来调控手臂运动范围的上限与下限，用以匹配患者的康复需求。
3.辅助训练模块的手臂固定装置以环抱的方式包裹上臂，内侧有软性材质作为缓冲；固定带使用柔性轻便绑带来对康复上肢进行固定，兼顾了人体舒适体感，避免了康复训练过程中人体因机械固定而产生疼痛感。绑带材质轻便，方便携带与拆脱。
4.本发明在上肢康复治疗训练的基础上增加了电刺激装置，电刺激装置分为肌电信号采集组件和功能性电刺激组件，电刺激控制与和运动控制集成在控制系统当中。肌电信号采集组件通过采集表面肌电经由肌电反馈电刺激算法进行处理，通过肌电信号的大小阈值进行实时的对比，从而实时地动态调节电刺激输出地大小，动态调节会依据患者个体差异，确定电刺激强度，从而实现电刺激辅助治疗。
5.本发明操作简单，上位机控制系统与辅助训练模块和反馈系统紧密结合为一体。通过点触外壳体上安装的上位机操作界面，可以选择安排相应的治疗模式，下位机模块会接收传达过来的电子信号并转换成控制信号传输给控制芯片，控制芯片控制上臂转动电机与手腕径向运动电机进行相应模式的运转。
与现有技术相比，本发明具有使用简单，安装便捷，治疗模式丰富，运行稳定，安全系数高，舒适度高等优点。
附图说明
图1为本发明实施例1中含有电刺激功能的上肢康复治疗训练的便携式装置的结构示意图；
图2为本发明实施例1中含有电刺激功能的上肢康复治疗训练的便携式装置中固定台支架机构的结构示意图；
图3为本发明实施例1中含有电刺激功能的上肢康复治疗训练的便携式装置中上臂动力传动机构的结构示意图；
图4为本发明实施例1中含有电刺激功能的上肢康复治疗训练的便携式装置中手腕动力传动机构的结构示意图；
图5为本发明实施例1中含有电刺激功能的上肢康复治疗训练的便携式装置中手臂固定装置的结构示意图；
图6为本发明实施例1中上臂支撑杆与手臂旋转轴连接结构示意图；
图7为本发明实施例1中上臂支撑杆与固定支撑板连接结构示意图；
图8为本发明实施例1中低脉冲治疗仪的示意图；
图9为本发明实施例1中电刺激装置结构原理示意图。
图中标号：
1-手臂固定装置；2-手腕动力传动机构；3-上臂动力传动机构；4-装置固定机构；5-固定台支架机构；6-上位机；
7-固定台支架外壳体；8-上位机支架；9-L型固定夹；10-轴承固定板；11-固定底板；
12-手臂旋转轴；13-手臂旋转轴固定轴承；14-扭矩传感器；15-上臂角度限位机构；16-联轴器；17-上臂角度传感机构；18-上臂转动电机零位调整机构；19-上臂转动电机；
20-固定支撑板；21-传感器固定台；22-手腕扭矩传感器固定支架；23-手腕扭矩传感器；24-机械限位杆；25-手腕径向运动电机；26-手腕运动角度传感器；27-霍尔传感器；
28-手掌运动支撑架；29-固定带；30-固定支撑板外壳体；
31-上臂支撑杆；32-调节螺母；
33-中低脉冲治疗仪；34-贴片电极。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
参考图1，本实施例提供一种含有电刺激功能的上肢康复治疗训练的便携式装置，包括手臂固定装置1、手腕动力传动机构2、上臂动力传动机构3、电刺激装置及上位机6；所述手臂固定装置1用于固定手臂和手掌，所述上臂动力传动机构3与手臂固定装置1连接，所述上臂动力传动机构3用于带动手臂在肘关节处转动；所述手腕动力传动机构2设置在手臂固定装置1上，所述手腕动力传动机构2用于带动手掌在手腕处转动；所述上臂动力传动机构3内含有上臂转动电机19以及传感器；所述手腕动力传动机构2内含有手腕径向运动电机25以及传感器；所述上臂转动电机19、手腕径向运动电机25及传感器均与上位机6连接；所述上位机6接收并处理传感器的反馈信息，并控制上臂转动电机19与手腕径向运动电机25的运作。所述电刺激装置包括肌电信号采集组件和功能性电刺激组件；所述肌电信号采集组件和功能性电刺激组件均与上位机6连接；所述上位机6接收肌电信号采集组件采集的肌电信号，并进行处理，且反馈给功能性电刺激组件，所述功能性电刺激组件基于所述上位机6的指令实施对肌肉进行电流刺激，实现多维度多方面的上肢电刺激康复治疗训练。
结合参考图5，所述手臂固定装置1包括上臂支撑杆31、手腕运动机构壳体、手掌运动支撑架28及固定带29，所述上臂支撑杆31与手掌运动支撑架28由手腕运动机构壳体相连，所述固定带29设置在上臂支撑杆31及手掌运动支撑架28上，用于将手臂和手掌进行固定。
结合参考图5，所述手腕运动机构壳体包括固定支撑板20和固定支撑板外壳体30，所述固定支撑板20的下端通过螺母与上臂支撑杆31的上端相连，所述手掌运动支撑架28与固定支撑板20的上端相连，所述固定支撑板外壳体30包括前外壳体与后外壳体，所述前外壳体用于对上臂起到支撑作用，后外壳体用于覆盖手腕动力传动机构2。
结合参考图3，本实施例中，所述上臂动力传动机构3包括上臂转动电机19、联轴器16及手臂旋转轴12，所述手臂旋转轴12通过手臂旋转轴固定轴承13及联轴器16和上臂转动电机19连接，所述手臂旋转轴12与上臂支撑杆31连接，所述上臂转动电机19用于驱动手臂旋转轴12及上臂支撑杆31转动。
结合参考图6，本实施例中，所述手臂旋转轴12与上臂支撑杆31通过调节螺母32进行连接，所述调节螺母32用于实现手臂旋转轴12与上臂支撑杆31的连接、固定和长度的相对位置的调整，从而实现上臂支撑杆31工作长度的调节。
结合参考图7，本实施例中，所述手掌运动支撑架28与固定支撑板20的上端通过调节螺母32进行连接，所述调节螺母32用于实现所述手掌运动支撑架28与固定支撑板20的连接、固定和长度的相对位置的调整，从而实现上臂支撑杆31工作长度的调节。
结合参考图3，本实施例中，所述上臂动力传动机构3还包括扭矩传感器14、上臂角度传感机构17、上臂转动电机零位调整机构18、上臂角度限位机构15；所述扭矩传感器14连接在手臂旋转轴固定轴承13和联轴器16之间，所述扭矩传感器14与手臂旋转轴12同轴设置；所述上臂角度传感机构17由角度传感器与传动带构成，所述传动带将上臂转动电机19的转动轴与角度传感器相连，实现转动角度的测量；所述上臂转动电机零位调整机构18由磁铁固定带与零位传感器构成，磁铁固定带与上臂转动电机19同轴心安置，通过零位传感器来判断上臂转动电机19的初始位置是否正确；所述上臂角度限位机构15由限位块和带两翅的圆环限位结构组成，所述限位块的位置在联轴器16与扭矩传感器14相连处的正下方，所述圆环限位结构与联轴器16和扭矩传感器14同轴心，所述圆环限位结构以螺纹钉紧的方式进行实现与联轴器16和扭矩传感器14的固定，通过调节螺钉能够调整圆环限位结构的位置，从而实现圆环限位结构初始位置的调整；在圆环限位结构的伸出两翅位置各安装一个螺钉，用以实现限位与调节限位的功能，在转动过程中，当螺钉触及底部限位块时，则停止运动，实现角度限位的功能；通过调节螺钉的长度可以调节限位的角度。
结合参考图3，本实施例中，手臂旋转轴12通过手臂旋转轴固定轴承13与扭矩传感器14相连接，连接方式为键槽连接。手臂旋转轴12与扭矩传感器14相连一侧留有螺纹，通过螺母旋紧的方式实现轴向锁紧，保证手臂旋转轴12与扭矩传感器14轴向距离的相对位置。
结合参考图2，本实施例中，所述手臂旋转轴固定轴承13用于安装于固定台支架5的轴承固定板10上。
结合参考图4，本实施例中，所述手腕动力传动机构2包括手腕径向运动电机25、手腕运动角度传感器26、手腕扭矩传感器23及传感器固定台21，所述传感器固定台21固定于固定支撑板20上，所述手腕扭矩传感器23安装在传感器固定台21上，所述手腕扭矩传感器23上连接有手腕扭矩传感器固定支架22，在手腕扭矩传感器固定支架22上安装手腕径向运动电机25，所述手腕径向运动电机25与手掌运动支撑架28同轴心连接，所述手腕径向运动电机25用于转动带动手掌运动支撑架28进行转动；所述手腕扭矩传感器23用于侧量手腕轴向运动时产生的扭矩，并向上位机6反馈上肢康复状态；所述手腕运动角度传感器26与手掌运动支撑架28和手腕径向运动电机25同轴心连接，用于对对手掌运动进行角度测量。
结合参考图4，本实施例中，在手掌运动支撑架28上留有一个磁铁安装位置，在手掌径向运动电机25的外壳上安装有霍尔传感器27，通过磁铁与霍尔传感器27的相对位置来判定初始位置；在手掌运动支撑架28上，与磁铁安装位置相对称的位置安装有机械限位杆24，所述机械限位杆24伸入到手掌径向运动电机25外壳的机械限位凹槽中，从而实现手掌径向运动的机械限位。
结合参考图5，本实施例中，所述上臂支撑杆31与手掌运动支撑架28的内侧为柔性材质，所述固定带29为魔术贴固定带，用于固定手臂与手掌的位置，保证在训练过程中手臂与机器运动的一致性；柔性材质保证使用者的舒适度与体验感。柔性材质可以选择为柔性海绵。
结合参考图2，本实施例中，还包括固定台支架机构5，所述固定台支架机构5由装置固定机构4、固定台支架外壳体7、上位机支架8、固定底板11和轴承固定板10构成，所述上臂动力传动机构3设置在固定台支架外壳体7内，所述轴承固定板10设置在固定台支架外壳体7上，所述上臂动力传动机构3的手臂旋转轴固定轴承13连接在所述轴承固定板10上，所述上位机6设置在上位机支架8上，所述上位机支架8与固定台支架外壳体7连接，所述固定台支架外壳体7位于固定底板11上，所述固定底板11连接在装置固定机构4上，所述装置固定机构4用于支撑在其他平台上。
结合参考图2，本实施例中，所述装置固定机构4包括L型固定夹9与调高螺母组成，L型固定夹9的一端连接在固定底板11上，另一端与调高螺母连接，通过对调高螺母连的调节实现将上肢康复治疗训练便携式装置进行移动。
所述固定台支架机构5主要作用是起到支撑固定整个装置，为装置提供一个稳定的训练治疗平台。
使用时，如图1所示，患者将上臂及手腕放置在手臂固定装置1上，用固定带29将上肢固定。通过操作上位机6控制上臂转动电机19和手腕径向运动电机25。上臂转动电机19带动联轴器16转动，上臂角度传感机构17实现旋转角度的测量。由于在上臂转动电机19同轴心位置安装了一个上臂转动电机零位调整机构18，通过磁铁与霍尔传感器的位置来判断上臂转动电机19初始位置是否正确。与上臂转动电机19同轴心联轴器16相邻位置安装一个上臂角度限位机构15，其形状为圆环带双翅结构，当螺钉触及底部限位块时，则停止运动，实现角度限位的功能；通过调节螺钉的长度可以调节限位的角度。与上臂转动电机19同轴心继上臂角度限位机构15相邻位置安装一个扭矩传感器14，用于测量转动力矩，与扭矩传感器14同轴心位置通过手臂旋转轴固定轴承13连接手臂旋转轴12，通过上臂转动电机19带动手臂旋转轴12，手臂旋转轴12连同手臂固定装置1共同运动，达到上臂康复治疗训练的目的。
本发明设置有上位机构成控制反馈系统，控制反馈系统接收各种传感器提供的反馈信号，并发出控制信号，控制上臂转动电机和手腕径向运动电机的运转，上臂转动电机和手腕径向运动电机的运动带动手臂固定装置进行康复治疗训练，配合控制反馈系统，实现多维度多方面的上肢康复治疗训练。本发明优化了传统上肢功能障碍康复训练装置体积庞大的问题。
控制反馈系统分为上下位机两个模块，通过操作上位机控制下位机电机(即上臂转动电机和手腕径向运动电机)的运作，通过运作电机的传感器将信息反馈给上位机进行处理。上肢康复治疗训练便携式装置整体结构紧密，功能齐全，设有安全设置，可以理想地完成上肢功能障碍的康复治疗训练。其结构紧密，空间安排合理，使其小巧便携，方便使用。能够更好的完成康复训练。
本实施中，将电刺激控制与和运动控制集成在控制系统当中。
结合参考图8，所述电刺激装置包括中低脉冲治疗仪33和与中低脉冲治疗仪33相连接的贴片电极34，所述贴片电极34包括肌电信号采集电极和电刺激电极，所述中低脉冲治疗仪33和肌电信号采集电极构成肌电信号采集组件，所述中低脉冲治疗仪33和电刺激电极构成功能性电刺激组件；所述中低脉冲治疗仪33与上位机6连接；本实施例中，所述中低脉冲治疗仪设置在固定台支架外壳体上。
结合参考图9，所述中低脉冲治疗仪33具有内置芯片，能够实现以下算法：基于肌电信号采集组件采集的表面肌电，通过肌电反馈电刺激算法进行处理，通过肌电信号的大小阈值进行实时的对比，从而实时地动态调节电刺激输出地大小，动态调节会依据患者个体差异，确定电刺激强度，从而实现电刺激辅助治疗。
结合参考图9，本实施例中，所述电刺激装置包括肌电信号采集组件和功能性电刺激组件。优选肌电信号采集组件具有前、中、后三级放大电路，为了减少其他生理信号的干扰，结合滤波电路只保留基本范围内的信号，并用带阻滤波器去除工频干扰，使表面肌电信号放大数万倍；功能性电刺激组件采用电流刺激，肌电反馈电刺激算法通过对肌电信号的大小与阈值进行实时的对比，从而实时地动态调节电刺激输出的大小。动态调节会依据患者个体差异，确定病人适合的电刺激强度。进一步优选电刺激装置采用单片机进行控制，单片机优选采用stm32芯片，对stm32芯片采用3.3V电压供电，对其他各集成芯片采用5V双电源供电，因此电源主要由三个稳压电源模块组成；串口通讯模块实现的则为与上位机的连接通讯；肌电采集组件的作用为采集人体表面肌电信号，均方根采集芯片是为了将采集的肌电信号值转为易于分析的均方根值，电刺激组件是通过对肌电信号的大小与阈值进行对比，对患者实施功能性电刺激。本专利中的均方根采集芯片等采用现有技术的芯片。
使用时，将贴片电极34紧密地贴附于目标肌肉群位置，肌电信号采集组件通过采集表面肌电经由肌电反馈电刺激算法进行处理，通过肌电信号的大小阈值进行实时的对比，从而实时地动态调节电刺激输出地大小，动态调节会依据患者个体差异，确定电刺激强度，从而实现电刺激辅助治疗。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种含有电刺激功能的上肢康复治疗训练的便携式装置，其特征在于，包括手臂固定装置(1)、手腕动力传动机构(2)、上臂动力传动机构(3)、电刺激装置及上位机(6)；
所述手臂固定装置(1)用于固定手臂和手掌，所述上臂动力传动机构(3)与手臂固定装置(1)连接，所述上臂动力传动机构(3)用于带动手臂在肘关节处转动；所述手腕动力传动机构(2)设置在手臂固定装置(1)上，所述手腕动力传动机构(2)用于带动手掌在手腕处转动；
所述上臂动力传动机构(3)内含有上臂转动电机(19)以及传感器；
所述手腕动力传动机构(2)内含有手腕径向运动电机(25)以及传感器；
所述上臂转动电机(19)、手腕径向运动电机(25)及传感器均与上位机(6)连接；
所述上位机(6)接收并处理传感器的反馈信息，并控制上臂转动电机(19)与手腕径向运动电机(25)的运作；
所述电刺激装置包括肌电信号采集组件和功能性电刺激组件；所述肌电信号采集组件和功能性电刺激组件均与上位机(6)连接；
所述上位机(6)接收肌电信号采集组件采集的肌电信号，并进行处理，且反馈给功能性电刺激组件，所述功能性电刺激组件基于所述上位机(6)的指令实施对肌肉进行电流刺激，实现多维度多方面的上肢电刺激康复治疗训练。
2.根据权利要求1所述的一种含有电刺激功能的上肢康复治疗训练的便携式装置，其特征在于，所述手臂固定装置(1)包括上臂支撑杆(31)、手腕运动机构壳体、手掌运动支撑架(28)及固定带(29)，所述上臂支撑杆(31)与手掌运动支撑架(28)由手腕运动机构壳体相连，所述固定带(29)设置在上臂支撑杆(31)及手掌运动支撑架(28)上，用于将手臂和手掌进行固定。
3.根据权利要求2所述的一种含有电刺激功能的上肢康复治疗训练的便携式装置，其特征在于，所述手腕运动机构壳体包括固定支撑板(20)和固定支撑板外壳体(30)，
所述固定支撑板(20)的下端通过螺母与上臂支撑杆(31)的上端相连，所述手掌运动支撑架(28)与固定支撑板(20)的上端相连，所述固定支撑板外壳体(30)包括前外壳体与后外壳体，所述前外壳体用于对上臂起到支撑作用，后外壳体用于覆盖手腕动力传动机构(2)。
4.根据权利要求3所述的一种含有电刺激功能的上肢康复治疗训练的便携式装置，其特征在于，所述上臂动力传动机构(3)包括上臂转动电机(19)、联轴器(16)及手臂旋转轴(12)，所述手臂旋转轴(12)通过手臂旋转轴固定轴承(13)及联轴器(16)和上臂转动电机(19)连接，所述手臂旋转轴(12)与上臂支撑杆(31)连接，所述上臂转动电机(19)用于驱动手臂旋转轴(12)及上臂支撑杆(31)转动。
5.根据权利要求4所述的一种含有电刺激功能的上肢康复治疗训练的便携式装置，其特征在于，所述上臂动力传动机构(3)还包括扭矩传感器(14)、上臂角度传感机构(17)、上臂转动电机零位调整机构(18)、上臂角度限位机构(15)；
所述扭矩传感器(14)连接在手臂旋转轴固定轴承(13)和联轴器(16)之间，所述扭矩传感器(14)与手臂旋转轴(12)同轴设置；
所述上臂角度传感机构(17)由角度传感器与传动带构成，所述传动带将上臂转动电机(19)的转动轴与角度传感器相连，实现转动角度的测量；
所述上臂转动电机零位调整机构(18)由磁铁固定带与零位传感器构成，磁铁固定带与上臂转动电机(19)同轴心安置，通过零位传感器来判断上臂转动电机(19)的初始位置是否正确；
所述上臂角度限位机构(15)由限位块和带两翅的圆环限位结构组成，所述限位块的位置在联轴器(16)与扭矩传感器(14)相连处的正下方，所述圆环限位结构与联轴器(16)和扭矩传感器(14)同轴心，所述圆环限位结构以螺纹钉紧的方式进行实现与联轴器(16)和扭矩传感器(14)的固定，通过调节螺钉能够调整圆环限位结构的位置，从而实现圆环限位结构初始位置的调整；在圆环限位结构的伸出两翅位置各安装一个螺钉，用以实现限位与调节限位的功能，在转动过程中，当螺钉触及底部限位块时，则停止运动，实现角度限位的功能。
6.根据权利要求3所述的一种含有电刺激功能的上肢康复治疗训练的便携式装置，其特征在于，所述手腕动力传动机构(2)包括手腕径向运动电机(25)、手腕运动角度传感器(26)、手腕扭矩传感器(23)及传感器固定台(21)，
所述传感器固定台(21)固定于固定支撑板(20)上，所述手腕扭矩传感器(23)安装在传感器固定台(21)上，所述手腕扭矩传感器(23)上连接有手腕扭矩传感器固定支架(22)，在手腕扭矩传感器固定支架(22)上安装手腕径向运动电机(25)，所述手腕径向运动电机(25)与手掌运动支撑架(28)同轴心连接，所述手腕径向运动电机(25)用于转动带动手掌运动支撑架(28)进行转动；
所述手腕扭矩传感器(23)用于侧量手腕轴向运动时产生的扭矩；
所述手腕运动角度传感器(26)与手掌运动支撑架(28)和手腕径向运动电机(25)同轴心连接，用于对对手掌运动进行角度测量。
7.根据权利要求6所述的一种含有电刺激功能的上肢康复治疗训练的便携式装置，其特征在于，在手掌运动支撑架(28)上留有一个磁铁安装位置，在手掌径向运动电机(25)的外壳上安装有霍尔传感器(27)，通过磁铁与霍尔传感器(27)的相对位置来判定初始位置；
在手掌运动支撑架(28)上，与磁铁安装位置相对称的位置安装有机械限位杆(24)，所述机械限位杆(24)伸入到手掌径向运动电机(25)外壳的机械限位凹槽中，从而实现手掌径向运动的机械限位。
8.根据权利要求3所述的一种含有电刺激功能的上肢康复治疗训练的便携式装置，其特征在于，所述上臂支撑杆(31)与手掌运动支撑架(28)的内侧为柔性材质，所述固定带(29)为魔术贴固定带，用于固定手臂与手掌的位置，保证在训练过程中手臂与机器运动的一致性。
9.根据权利要求3所述的一种含有电刺激功能的上肢康复治疗训练的便携式装置，其特征在于，还包括固定台支架机构(5)，所述固定台支架机构(5)由装置固定机构(4)、固定台支架外壳体(7)、上位机支架(8)、固定底板(11)和轴承固定板(10)构成，所述上臂动力传动机构(3)设置在固定台支架外壳体(7)内，所述轴承固定板(10)设置在固定台支架外壳体(7)上，所述上臂动力传动机构(3)的手臂旋转轴固定轴承(13)连接在所述轴承固定板(10)上，所述上位机(6)设置在上位机支架(8)上，所述上位机支架(8)与固定台支架外壳体(7)连接，所述固定台支架外壳体(7)位于固定底板(11)上，所述固定底板(11)连接在装置固定机构(4)上，所述装置固定机构(4)用于支撑在其他平台上；所述装置固定机构(4)包括L型固定夹(9)与调高螺母组成，L型固定夹(9)的一端连接在固定底板(11)上，另一端与调高螺母连接，通过对调高螺母连的调节实现将上肢康复治疗训练便携式装置进行移动。
10.根据权利要求1所述的一种含有电刺激功能的上肢康复治疗训练的便携式装置，其特征在于，
所述电刺激装置包括中低脉冲治疗仪(33)和贴片电极(34)，所述贴片电极(34)包括肌电信号采集电极和电刺激电极，所述中低脉冲治疗仪(33)和肌电信号采集电极构成肌电信号采集组件，所述中低脉冲治疗仪(33)和电刺激电极构成功能性电刺激组件；所述中低脉冲治疗仪(33)与上位机(6)连接；
所述中低脉冲治疗仪(33)具有内置芯片，能够实现以下算法：基于肌电信号采集组件采集的表面肌电，通过肌电反馈电刺激算法进行处理，通过肌电信号的大小阈值进行实时的对比，从而实时地动态调节电刺激输出地大小，动态调节会依据患者个体差异，确定电刺激强度，从而实现电刺激辅助治疗。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023199103A1 (en) * 2022-04-16 2023-10-19 Mirbagheri Seyed Mohammad Mehdi Portable robotic rehabilitation device

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