CN113797497B - 前臂关节训练装置、设备、系统、方法及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种前臂关节训练装置、设备、系统、方法及存储介质。装置包括第一训练适配件、第二训练适配件和控制装置，第一训练适配件包括：第一前臂关节适配器，用于固定健侧前臂和/或健侧手掌；第一驱动装置，第一前臂关节适配器与其第一输出轴连接；信号采集模块，包括位置速度传感器和力矩信息获取模块；第二训练适配件包括：第二前臂关节适配器，用于固定患侧前臂和/或患侧手掌；第二驱动装置，第二前臂关节适配器与其第二输出轴连接；控制装置用于基于位置速度信息和力矩相关信息生成患侧驱动信号，将其发送至第二驱动装置，驱动第二输出轴转动以带动第二前臂关节适配器进行与第一前臂关节适配器镜像或相同的运动。有效提高康复训练效果。

Description

前臂关节训练装置、设备、系统、方法及存储介质

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体地，涉及一种前臂关节训练装置、设备、系统、方法及存储介质。

背景技术

中枢神经系统疾病、外伤等原因导致的腕部功能障碍会严重影响患者的患侧上肢实用性、日常生活活动能力及生活质量。目前临床腕关节康复主要依靠治疗师进行一对一手法治疗，但这种方法耗费人力且疗效有限。高等级研究证据表明，有效的康复治疗方法需要符合高强度、任务导向、重复训练、患者能够主动参与的训练原则。机器人辅助训练是近年来的研究热点，通过集中、重复的强化训练，提高中枢神经系统功能的重塑，达到运动功能恢复的目的，具有精确化、自动化、智能化、可重复化等优点,能有效减轻治疗师负担。

目前临床上常见的腕关节训练器主要分为两种：一种为被动运动型，可以通过持续被动腕关节活动，缓解腕部肌张力，以预防关节粘连、改善并维持腕关节活动度为目的，主要应用于脑卒中痉挛期及腕外伤后关节僵硬的患者，而对大部分中枢神经系统损伤及外伤中期患者意义有限；另一种为抗阻运动型，通过给远端加阻力实现提高肌力的目的，需要患者本身具有一定肌力，主要应用于各种腕关节功能障碍的康复后期肌力训练，无法应用于肌力尚未恢复的患者。

上述常见的腕关节训练器均缺乏对患者中枢神经系统的刺激，无法调动患者的主动性，训练效果有限。

发明内容

为了至少部分地解决现有技术中存在的问题，提供一种前臂关节训练装置、设备、系统、方法及存储介质。

根据本发明一个方面，提供一种前臂关节训练装置，包括第一训练适配件、第二训练适配件和控制装置，其中，第一训练适配件包括：第一前臂关节适配器，用于固定受试者的健侧前臂和/或健侧手掌；第一驱动装置，具有第一输出轴，第一前臂关节适配器与第一输出轴连接，并且第一驱动装置能够通过驱动第一输出轴转动来带动第一前臂关节适配器转动，使得受试者能够做出健侧腕关节的掌屈背伸动作和/或健侧前臂的旋前旋后动作；信号采集模块，包括位置速度传感器和力矩信息获取模块，位置速度传感器固定在第一前臂关节适配器上，用于检测受试者的健侧前臂和/或健侧腕关节的角度位置和转动速度以获得位置速度信息，力矩信息获取模块用于获取与受试者的前臂和/或腕关节动作对第一输出轴产生的力矩相关的信息以获得力矩相关信息；第二训练适配件包括：第二前臂关节适配器，用于固定受试者的患侧前臂和/或患侧手掌；第二驱动装置，具有第二输出轴，第二前臂关节适配器与第二输出轴连接，并且第二驱动装置能够通过驱动第二输出轴转动来带动第二前臂关节适配器转动，使得受试者能够做出患侧腕关节的掌屈背伸动作和/或患侧前臂的旋前旋后动作；其中，控制装置分别与信号采集模块和第二驱动装置可通信地连接，控制装置用于接收信号采集模块发送的位置速度信息和力矩相关信息，基于位置速度信息和力矩相关信息生成患侧驱动信号，并将患侧驱动信号发送至第二驱动装置，患侧驱动信号用于驱动第二输出轴转动以带动第二前臂关节适配器进行与第一前臂关节适配器镜像或相同的运动。

示例性地，力矩信息获取模块是力矩传感器，力矩传感器与第一输出轴同心地设置在第一输出轴上，力矩传感器用于检测受试者的前臂和/或腕关节动作对第一输出轴产生的力矩，以获得力矩相关信息。

示例性地，力矩传感器包括应变体和与应变体连接的信号处理模块，信号处理模块包括电路板和位于电路板上的预处理电路，其中，应变体能够发生形变以传递力矩；预处理电路用于对应变体上的力矩进行采集和预处理，以获得力矩相关信息；位置速度传感器集成在电路板上；电路板与控制装置可通信地连接，用于将预处理电路输出的力矩相关信息以及位置传感器输出的位置速度信息传输至控制装置。

示例性地，力矩信息获取模块与第一驱动装置连接，力矩信息获取模块用于向第一驱动装置发送用于驱动第一输出轴转动的健侧驱动信号，并将健侧驱动信号作为力矩相关信息发送至控制装置，控制装置具体用于基于健侧驱动信号计算受试者的前臂和/或腕关节动作对第一输出轴产生的力矩，并基于所计算的力矩以及位置速度信息所指示的角度位置和转动速度生成患侧驱动信号。

示例性地，控制装置包括第一控制模块和第二控制模块，第一控制模块与第一驱动装置连接，用于向第一驱动装置发送用于驱动第一输出轴转动的健侧驱动信号；第二控制模块与第二驱动装置连接，用于向第二驱动装置发送患侧驱动信号；第二控制模块还通过有线或无线方式与信号采集模块连接，用于接收位置速度信息和力矩相关信息，并基于位置速度信息和力矩相关信息生成患侧驱动信号。

示例性地，控制装置包括第一控制模块、第二控制模块和上位机模块，第一控制模块与第一驱动装置连接，用于向第一驱动装置发送用于驱动第一输出轴转动的健侧驱动信号；第二控制模块与第二驱动装置连接，用于向第二驱动装置发送患侧驱动信号；上位机模块分别与信号采集模块和第二控制模块连接，用于接收位置速度信息和力矩相关信息，基于位置速度信息和力矩相关信息生成患侧驱动信号，并将患侧驱动信号发送至第二控制模块。

示例性地，位置速度传感器为9轴传感器。

示例性地，第一前臂关节适配器和第二前臂关节适配器中的每一个包括调节器、位置调节机构和关节固定件，关节固定件通过位置调节机构能够调整地连接在调节器上。

示例性地，位置调节机构包括滑块和滑轨，滑轨与调节器固定连接，滑块包括滑块体和连接体，滑块体与连接体连接呈拐角形，且滑块体与滑轨滑动配合，关节固定件与连接体相连接。

示例性地，关节固定件为通过连接销连接于连接体的腕关节固定件，腕关节固定件包括：带盘体的安装轴；以及供手握持的手约束套，手约束套能够旋转地套设在安装轴上；其中，安装轴的轴线与安装轴所属的训练适配件所包括的驱动装置的输出轴的轴线相平行。

示例性地，关节固定件为通过安装板连接于连接体的肘关节固定件，肘关节固定件包括前臂约束器和腕关节固定件，其中，前臂约束器包括安装在安装板上的两个前臂约束体，两个前臂约束体之间具有供前臂容置的间距，每一前臂约束体包括柱体和能够旋转地套设在柱体上的套体；腕关节固定件包括带盘体的安装轴以及供手握持的手约束套，手约束套能够旋转地套设在安装轴上；安装轴的轴线与柱体的轴线皆相对安装轴所属的训练适配件所包括的驱动装置的输出轴的轴线垂直。

示例性地，安装板包括：第一直板体，两个前臂约束体分别设置在第一直板体的两端头；第二直板体，具有第一连接端和第二连接端，第一连接端连接在第一直板体的中部；以及L形板体，L形板体连接于第二直板体的第二连接端，且L形板体远离第二直板体的一端固定连接于连接体。

示例性地，腕关节固定件设置在第二直板体的第二连接端上。

示例性地，调节器与调节器所属的训练适配件所包括的驱动装置之间设置有限位电机旋转运动的限位机构，限位机构包括固定于调节器所属的训练适配件所包括的驱动装置上的限位块，限位块上设置有限位槽，调节器上设置限位销，限位销具有能够切换的限位位置和拔出位置，限位销于限位位置时与限位槽相配合，于拔出位置时脱离限位槽的约束。

示例性地，第一驱动装置和第二驱动装置中的每一个包括电机和与电机相连接的减速器，第一输出轴和第二输出轴中的每一个为对应减速器的输出轴。

根据本发明另一方面，还提供一种前臂关节训练系统，包括：带滑轨的滑动底座；高度调节机构，高度调节机构安装在滑动底座上；上述前臂关节训练装置，其中，第一训练适配件和第二训练适配件安装在高度调节机构上；以及旋转式训练座椅，设置在滑轨上相对前臂关节训练装置位置可调节。

示例性地，高度调节机构包括第一高度调节机构和第二高度调节机构，第一训练适配件安装在第一高度调节机构上，第二训练适配件安装在第二高度调节机构上，滑轨包括：第一滑轨，第一高度调节机构设置在第一滑轨上；第二滑轨，第二高度调节机构设置在第二滑轨上；第三滑轨，旋转式训练座椅设置在第三滑轨上；第一滑轨与第三滑轨对接成T型滑轨，第二滑轨与第三滑轨对接成T型滑轨。

示例性地，前臂关节训练系统还包括：显示装置，显示装置通过屏幕支架可调支撑于第一驱动装置或第二驱动装置的上方。

根据本发明另一方面，还提供一种前臂关节训练方法，应用于上述前臂关节训练装置，其中，前臂关节训练方法包括：将受试者的健侧前臂和/或健侧手掌固定于第一前臂关节适配器上，使得受试者的腕关节或肘关节的运动中心线与第一输出轴同轴；通过位置速度传感器检测受试者的健侧前臂和/或健侧腕关节的角度位置和转动速度以获得位置速度信息，并通过力矩信息获取模块获取与受试者的前臂和/或腕关节动作对第一输出轴产生的力矩相关的信息以获得力矩相关信息；通过控制装置基于位置速度信息和力矩相关信息生成患侧驱动信号，并将患侧驱动信号发送至第二驱动装置；通过第二驱动装置基于患侧驱动信号驱动第二输出轴转动，以带动第二前臂关节适配器进行与第一前臂关节适配器镜像或相同的运动。

根据本发明另一方面，还提供一种前臂关节训练设备，包括处理器和存储器，其中，存储器中存储有计算机程序指令，计算机程序指令被处理器运行时用于执行以下步骤：接收受试者的位置速度信息和力矩相关信息，位置速度信息通过检测受试者的健侧前臂和/或健侧腕关节的角度位置和转动速度获得，力矩相关信息为与受试者的前臂和/或腕关节动作产生的力矩相关的信息；以及基于位置速度信息和力矩相关信息生成患侧驱动信号，患侧驱动信号用于驱动第二前臂关节适配器的第二输出轴转动以带动受试者的患侧前臂和/或患侧腕关节做出与健侧前臂和/或健侧腕关节镜像或相同的动作，其中，第二前臂关节适配器用于固定受试者的患侧前臂和/或患侧手掌。

根据本发明另一方面，还提供一种存储介质，在存储介质上存储了程序指令，程序指令在运行时用于执行以下步骤：接收受试者的位置速度信息和力矩相关信息，位置速度信息通过检测受试者的健侧前臂和/或健侧腕关节的角度位置和转动速度获得，力矩相关信息为与受试者的前臂和/或腕关节动作产生的力矩相关的信息；以及基于位置速度信息和力矩相关信息生成患侧驱动信号，患侧驱动信号用于驱动第二前臂关节适配器的第二输出轴转动以带动受试者的患侧前臂和/或患侧腕关节做出与健侧前臂和/或健侧腕关节镜像或相同的动作，其中，第二前臂关节适配器用于固定受试者的患侧前臂和/或患侧手掌。

根据本发明实施例的前臂关节训练装置、设备、系统、方法及存储介质，通过双侧训练适配件可以实时采集受试者的健侧前臂和/或健侧腕关节的运动情况，并驱动患侧前臂和/或患侧腕关节保持同步运动。双侧腕关节或前臂训练以镜像神经元理论为基础，可以有效提高患者康复训练效果。

在发明内容中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

以下结合附图，详细说明本发明的优点和特征。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施方式及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，

图1示出根据本发明一个实施例的前臂关节训练装置的使用示意图；

图2示出根据本发明一个实施例的练适配件的示意性立体图；

图3示出根据本发明一个实施例的前臂关节适配器的示意性立体图；

图4示出根据本发明另一个实施例的练适配件的示意性立体图；

图5示出根据本发明另一个实施例的前臂关节适配器的示意性立体图；

图6示出根据本发明一个实施例的第一训练适配件的示意图；

图7示出根据本发明一个实施例的位置速度传感器和力矩传感器集成在一起的示意图；

图8示出根据本发明一个实施例的前臂关节训练系统的部分结构的示意图；

图9示出如图8中的前臂关节适配器的结构示意图；

图10示出如图8中的前臂关节适配器的分解示意图；

图11、图12示出根据本发明一个实施例的前臂关节适配器的位置调节机构的结构图；

图13示出根据本发明一个实施例的前臂关节适配器的腕关节固定件的固定方式结构图；

图14示出根据本发明一个实施例的调节器与驱动装置之间设置的限位电机旋转运动的限位机构的结构示意图；

图15示出如图2和3中的前臂关节适配器的结构示意图；

图16示出如图2和3中的前臂关节适配器的分解示意图；

图17示出根据本发明一个实施例的前臂关节训练方法的示意性流程图；以及

图18示出了根据本发明一个实施例的前臂关节训练设备的示意性框图。

具体实施方式

在下文的描述中，提供了大量的细节以便能够彻底地理解本发明。然而，本领域技术人员可以了解，如下描述仅示例性地示出了本发明的优选实施例，本发明可以无需一个或多个这样的细节而得以实施。此外，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行详细描述。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“前”和“后”等指示方位或位置关系的术语均是相对于站立在该前臂关节训练系统的周围观察者或受试者而言的，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于电和通信领域而言，可以是有线连接，也可以是无线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了至少部分地解决上述技术问题，本发明实施例提供一种前臂关节训练装置。根据本发明实施例，配置双侧训练适配件，一侧(患侧前臂和/或患侧手掌所在侧)的前臂关节适配器可以随另一侧(健侧前臂和/或健侧手掌所在侧)的前臂关节适配器同步运动，使得患侧前臂和/或患侧腕关节随健侧前臂和/或健侧腕关节同步运动，所述同步运动可以是镜像或相同运动。

根据本发明一方面，提供一种前臂关节训练装置。图1示出根据本发明一个实施例的前臂关节训练装置的使用示意图。如图1所示，前臂关节训练装置包括第一训练适配件1000和第二训练适配件1000'。此外，前臂关节训练装置还包括控制装置(图1未示出)。

第一训练适配件1000包括第一前臂关节适配器100、第一驱动装置200和信号采集模块(图1未示出)。

第一前臂关节适配器100用于固定受试者的健侧前臂和/或健侧手掌。

第一驱动装置200具有第一输出轴，第一前臂关节适配器与第一输出轴连接，并且第一驱动装置200能够通过驱动第一输出轴转动来带动第一前臂关节适配器100转动，使得受试者能够做出健侧腕关节的掌屈背伸动作和/或健侧前臂的旋前旋后动作。

信号采集模块包括位置速度传感器和力矩信息获取模块，位置速度传感器固定在第一前臂关节适配器100上，用于检测受试者的健侧前臂和/或健侧腕关节的角度位置和转动速度以获得位置速度信息，力矩信息获取模块用于获取与受试者的前臂和/或腕关节动作对第一输出轴产生的力矩相关的信息以获得力矩相关信息。

第二训练适配件1000'包括第二前臂关节适配器100'和第二驱动装置200'。

第二前臂关节适配器100'用于固定受试者的患侧前臂和/或患侧手掌。

第二驱动装置200'具有第二输出轴，第二前臂关节适配器100'与第二输出轴连接，并且第二驱动装置200'能够通过驱动第二输出轴转动来带动第二前臂关节适配器100'转动，使得受试者能够做出患侧腕关节的掌屈背伸动作和/或患侧前臂的旋前旋后动作。

控制装置分别与信号采集模块和第二驱动装置200'可通信地连接，控制装置用于接收信号采集模块发送的位置速度信息和力矩相关信息，基于位置速度信息和力矩相关信息生成患侧驱动信号，并将患侧驱动信号发送至第二驱动装置200'，患侧驱动信号用于驱动第二输出轴转动以带动第二前臂关节适配器100'进行与第一前臂关节适配器100镜像或相同的运动。

前臂关节训练装置可以包括两个训练适配件，分别用于固定受试者的两个前臂和/或两个手掌，用于固定受试者的健侧前臂和/或健侧手掌的训练适配件称为第一训练适配件，用于固定受试者的患侧前臂和/或患侧手掌的训练适配件称为第二训练适配件。在一个示例中，前臂关节训练装置的两个训练适配件具有相同的结构，即采用相同的硬件组成。在这种情况下，无论受试者的患侧在左侧还是右侧，均可以采用前臂关节训练装置进行训练。受试者的患侧在左侧，则左侧的训练适配件为第一训练适配件，相应地右侧的训练适配件为第二训练适配件。反之，受试者的患侧在右侧，则右侧的训练适配件为第一训练适配件，相应地左侧的训练适配件为第二训练适配件。上述双侧结构一致的前臂关节训练装置适用范围广，但是这种方案仅是示例而非对本发明的限制，前臂关节训练装置的两个训练适配件也可以具有不同的结构。例如，可以将前臂关节训练装置的左侧训练适配件统一设定为第一训练适配件，即其专门用于固定受试者的健侧前臂和/或健侧手掌，这种前臂关节训练装置仅限于患侧在左侧的受试者训练用。当然，可以将前臂关节训练装置的右侧训练适配件统一设定为第一训练适配件，这种前臂关节训练装置仅限于患侧在右侧的受试者训练用。上述仅限于患侧位置固定的受试者使用的前臂关节训练装置并不要求两侧的训练适配件的结构一致，例如第二训练适配件可以省略信号采集模块，这种方案硬件结构简单一些，对于例如患侧位置固定的私人用户来说可以节省购置成本。

第一前臂关节适配器100和第二前臂关节适配器100'的结构和功能类似，第一驱动装置200和第二驱动装置200'的结构和功能类似，在下文的描述中，前臂关节适配器可以是指第一前臂关节适配器100和第二前臂关节适配器100'中的任一者，驱动装置可以是指第一驱动装置200和第二驱动装置200'中的任一者，不再一一赘述。

前臂关节适配器用于固定受试者的前臂和/或手掌。前臂关节适配器可以是各种合适构造的装置，只要其能够固定住受试者的前臂和/或手掌即可。例如，参见图1，前臂关节适配器可以包括前臂约束器和腕关节固定件。前臂约束器之间包括两个前臂约束体，两个前臂约束体之间具有供前臂容置的间距，即这两个前臂约束体可以将前臂夹在中间以使前臂固定。腕关节固定件包括带盘体(该盘体是可选的)的安装轴以及供手握持的手约束套，受试者的手掌可以握持住手约束套，进而使受试者的手掌固定。

驱动装置具有输出轴，前臂关节适配器与对应驱动装置的输出轴连接，并且驱动装置能够通过驱动输出轴转动来带动前臂关节适配器转动。

图2示出根据本发明一个实施例的训练适配件1000或1000'的示意性立体图。图3示出根据本发明一个实施例的前臂关节适配器100或100'的示意性立体图。在图1-3所示的实施例中，前臂关节适配器构建为包括前臂约束器和腕关节固定件，分别用于固定受试者的前臂和手掌。当受试者的前臂和手掌固定在前臂关节适配器上时，受试者的肘关节的运动中心线与对应驱动装置的输出轴的轴线对齐。这样，当受试者的前臂与前臂关节适配器一起转动(可以是前臂主动或被动运动)时，可以保持肘关节的中心部位不动，使得受试者的前臂能够做旋前和旋后动作。

图4示出根据本发明另一个实施例的训练适配件1000或1000'的示意性立体图。图5示出根据本发明另一个实施例的前臂关节适配器100或100'的示意性立体图。在图4-5所示的实施例中，前臂关节适配器构建为包括腕关节固定件，用于固定受试者的手掌。所述腕关节固定件可以包括安装轴以及供手握持的手约束套，受试者的手掌可以握持住手约束套，进而使受试者的手掌固定。所述安装轴可以是带盘体的(参见图5)，也可以是不带盘体的(参见图4)。当受试者的手掌固定在前臂关节适配器上时，受试者的腕关节的运动中心线与对应驱动装置的输出轴的轴线对齐。这样，当受试者的手掌与前臂关节适配器一起转动(可以是手掌主动或被动运动)时，可以保持腕关节的中心部位不动，使得受试者的腕关节能够做掌屈和背伸动作。

上述图3和图5示出的前臂关节适配器100或100'是可拆卸地固定在驱动装置200或200'上的，例如可以首先将图3所示的前臂关节适配器100或100'固定在驱动装置200或200'上实现前臂旋前旋后的训练，然后将其拆下来，换上图5所示的前臂关节适配器100或100'，继续进行腕关节掌屈背伸的训练。

从前臂关节适配器整体来看，其能够围绕对应的驱动装置的输出轴的轴线转动。驱动装置可以是任何合适的能够驱动前臂关节适配器转动，进而使得固定在前臂关节适配器上的受试者的前臂和/或手掌一起转动的装置。例如，驱动装置可以包括电机和与电机连接的减速器。输出轴是指减速器的输出轴。在一个示例中，控制装置可以与第一驱动装置和/或第二驱动装置的电机连接，用于向电机输出驱动信号以控制电机的运行，驱动信号可以是电流信号和/或电压信号。

信号采集模块包括位置速度传感器，位置速度传感器固定在第一前臂关节适配器100上，位置速度传感器用于检测受试者的健侧前臂和/或健侧腕关节的角度位置和转动速度以获得位置速度信息。位置速度传感器可以通过直接或间接的方式与第一前臂关节适配器100固定在一起，只要其转动角度能够反映第一前臂关节适配器100的转动角度即可。例如，在力矩信息获取模块为力矩传感器的情况下，位置速度传感器可以与力矩传感器集成在一起，力矩传感器与第一前臂关节适配器100同步转动，使得位置速度传感器采集的转动角度与第一前臂关节适配器100的转动角度保持一致。又例如，位置速度传感器可以直接固定在第一前臂关节适配器100的位置调节机构(参见下文描述)上。

角度位置可以用转动角度表示。例如，受试者的前臂和/或手掌可以从固定的起始位置开始转动，该固定的起始位置是受试者的前臂和腕关节置于中立位的位置，可以将此时的前臂和/或手掌的角度标记为0°。这样，受试者的前臂和/或手掌转动x°，则其到达的角度位置即为x°。也就是说，角度位置可以用绝对角度表示，也可以用相对的转动角度表示。示例性而非限制性地，位置速度传感器可以是9轴传感器。9轴传感器可以包括3轴加速度计、3轴陀螺仪、3轴磁力计，其可以检测自身的三个姿态角，即俯仰角、横滚角和偏航角。本领域技术人员可以理解9轴传感器的工作原理，本文不赘述。位置速度传感器固定在第一前臂关节适配器100上，其检测到的角度变化可以视为第一前臂关节适配器100的角度变化。同时，受试者的前臂和/或手掌固定在第一前臂关节适配器100上，则第一前臂关节适配器100的角度变化可以视为受试者的前臂和/或手掌的角度变化。因此，位置速度传感器可以检测受试者的前臂和/或手掌的角度位置。在进行腕关节掌屈背伸训练时，手掌的角度位置即为腕关节的角度位置。

如上所述，第二训练适配件可以采用与第一训练适配件相同的结构，这种情况下第二训练适配件可以包括第二信号采集模块，而第一训练适配件的信号采集模块可以称为第一信号采集模块。相应地，第一信号采集模块可以包括第一位置速度传感器和第一力矩信息获取模块，第二信号采集模块可以包括第二位置速度传感器和第二力矩信息获取模块。在第二训练适配件1000'包括第二信号采集模块的情况下，其具体结构、布置方式和工作原理与第一训练适配件1000的第一信号采集模块相同，此处不赘述。可选地，控制装置可以基于第二信号采集模块采集的位置速度信息和力矩相关信息判断第二前臂关节适配器是否保持与第一前臂关节适配器同步运动。

控制装置分别与信号采集模块和第二驱动装置可通信地连接。控制装置可以采用任何具有数据处理能力和/或指令执行能力的装置实现，包括但不限于个人计算机、服务器等电子设备，例如上位机。此外，控制装置还可以采用中央处理单元(CPU)、微控制器(MCU)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑阵列(FPGA)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其它形式的处理单元实现。

控制装置与信号采集模块可以通过有线或无线连接方式连接，有线连接方式可以是诸如串行或并行数据传输线等连接技术，无线连接方式可以是诸如wifi、蓝牙等连接技术。控制装置与第二驱动装置也可以通过有线或无线连接方式连接，比较可取的是通过有线电缆的方式连接。

受试者的前臂关节的训练可以包括腕关节训练和/或前臂训练，腕关节训练可以通过腕关节掌屈和/或背伸动作进行训练，前臂训练可以通过前臂旋前和/或旋后动作进行训练。下面以前臂训练为例进行描述。参见图1，可以首先将受试者两侧的前臂和手掌分别固定在两个训练适配件1000和1000'上。假设右侧的训练适配件1000固定的是健侧前臂和健侧手掌，左侧的训练适配件1000'固定的是患侧前臂和患侧手掌，则受试者可以首先通过主动或助动运动方式带动第一前臂关节适配器100进行前臂旋前和/或旋后运动。在任一时刻，第一前臂关节适配器100转动到一定的角度位置并具有一定的转动速度，同时第一驱动装置200的第一输出轴上具有一定的力矩，这些角度位置、转动速度和力矩的信息被传输到控制装置。控制装置基于第一前臂关节适配器100的角度位置、转动速度和第一输出轴上的力矩这些信息计算出当前第二驱动装置所需的患侧驱动信号的信息，所述患侧驱动信号的信息可以包括所述患侧驱动信号的频率、峰值、占空比等信息。随后，控制装置可以将生成的患侧驱动信号发送至第二驱动装置200'。第二驱动装置200'基于患侧驱动信号驱动第二输出轴转动，以使得患侧前臂以相同大小的转动速度和相同大小的力矩转动到相同的角度位置，以保持与健侧前臂进行相同的运动，或者，以使得患侧前臂以相同大小的转动速度和相同大小的力矩反向转动到相同大小的角度位置，以保持与健侧前臂进行镜像的运动。相同运动和镜像运动都可以视为同步运动。此外，患侧前臂的运动模式可以是被动模式或助动模式。

示例性地，前臂关节训练装置还可以包括存储装置，与控制装置连接，用于存储位置速度信息和力矩相关信息，并可以可选地存储前臂关节训练过程中的一些中间结果，例如基于力矩相关信息计算出的力矩，或者基于角度位置、转动速度和力矩计算的患侧驱动信号的信息等。

双侧训练是基于镜像神经元理论提出的训练方法。大脑神经网络连接中，部分运动神经起自健侧而延伸到患侧，这些神经通路在患侧运动功能恢复的过程中非常重要。中枢神经系统损伤后神经功能的恢复主要源于神经系统的可塑性，镜像神经元系统的激活可通过视觉反馈、观察-执行匹配机制、减少习得性废用等方式促使大脑发生可塑性改变和功能重组，这种激活、诱导、调节、重塑神经可塑性的作用最大化，会大大改善患者康复疗效。研究表明，脑卒中后双手训练与单手训练相比，分指动作的诱导作用更明显，手指活动的协调性更好，手指活动度明显增大。也有研究发现，双侧训练可显著提高脑卒中患者上肢功能评分，诱导对侧运动网络的重组，运动皮质区得到广泛激活，证明了双侧训练能够异化患侧部分运动通路，从而达到促进肢体运动功能恢复的目的。基于以上所述研究基础，机器人辅助双侧腕关节或前臂训练对腕关节功能的恢复具有极大的潜力意义和应用前景。

根据本发明实施例的前臂关节训练装置，通过双侧训练适配件可以实时采集受试者的健侧前臂和/或健侧腕关节的运动情况，并驱动患侧前臂和/或患侧腕关节保持同步运动。双侧腕关节或前臂训练以镜像神经元理论为基础，可以有效提高患者康复训练效果。

根据本发明实施例，力矩信息获取模块是力矩传感器，力矩传感器与第一输出轴同心地设置在第一输出轴上，力矩传感器用于检测受试者的前臂和/或腕关节动作对第一输出轴产生的力矩，以获得力矩相关信息。

图6示出根据本发明一个实施例的第一训练适配件1000的示意图。图6示出了信号采集模块包括的力矩传感器101。如图6所示，力矩传感器101设置在第一驱动装置200的第一输出轴上并且与第一输出轴同心设置。

当受试者的前臂和/或手掌的转动速度，即第一前臂关节适配器100的转动速度，与第一输出轴的转动速度不完全一致时，受试者的前臂和/手掌会对第一输出轴产生反作用力，使得力矩传感器101检测到对应的力矩值。本领域技术人员可以理解力矩传感器的工作原理，本文不做赘述。

通过力矩传感器101，可以采集获得前臂和/或手掌运动产生的力矩，通过位置速度传感器，可以获得前臂和/或手掌的角度位置和转动速度，进一步通过力矩、角度位置和转动速度可以计算患侧驱动信号。这种方案可以直接检测第一输出轴上的实际力矩大小，获得比较准确的力矩信息。

根据本发明实施例，力矩传感器包括应变体和与应变体连接的信号处理模块，信号处理模块包括电路板和位于电路板上的预处理电路，其中，应变体能够发生形变以传递力矩；预处理电路用于对应变体上的力矩进行采集和预处理，以获得力矩相关信息；位置速度传感器集成在电路板上；电路板与控制装置可通信地连接，用于将预处理电路输出的力矩相关信息以及位置传感器输出的位置速度信息传输至控制装置。

如上所述，位置速度传感器和力矩传感器可以集成在一起。图7示出根据本发明一个实施例的位置速度传感器和力矩传感器101集成在一起的示意图。力矩传感器101可以包括应变体和与应变体连接的信号处理模块1012。应变体可以包括转动轴和/或应力弹片等部件，其能够发生形变进而传递力矩，本领域技术人员可以理解应变体的结构和工作原理，本文不做赘述。应变体整体可以视为刚体，其与信号处理模块固定连接在一起。同时，位置速度传感器可以集成在信号处理模块1012的电路板上，这样应变体、信号处理模块1012、位置速度传感器均可以与第一前臂关节适配器100保持同步转动，使得位置速度传感器能够检测第一前臂关节适配器100的转动角度。

上述预处理电路可以对检测到的力矩信号进行诸如放大、滤波等处理，以获得所需的力矩相关信息。

根据本发明实施例，力矩信息获取模块与第一驱动装置200连接，力矩信息获取模块用于向第一驱动装置200发送用于驱动第一输出轴转动的健侧驱动信号，并将健侧驱动信号作为力矩相关信息发送至控制装置，控制装置具体用于基于健侧驱动信号计算受试者的前臂和/或腕关节动作对第一输出轴产生的力矩，并基于所计算的力矩以及位置速度信息所指示的角度位置和转动速度生成患侧驱动信号。

上述力矩传感器是可选的，可以采用其他方式确定第一输出轴上的力矩。诸如包含电机的驱动装置通常配置有控制模块，控制模块可以将一些指令或信号转化成驱动信号，最终输入至电机中驱动电机运转。力矩信息获取模块可以是这样的控制模块本身。控制模块(即下述第一控制模块)在向第一驱动装置200输出健侧驱动信号的同时，可以将该健侧驱动信号发送给控制装置，控制装置基于健侧驱动信号的信息可以计算获得第一输出轴上的力矩的大小。本领域技术人员可以理解基于驱动信号计算力矩的实现方式，本文不赘述。

可选地，在力矩信息获取模块是第一驱动装置200的控制模块的情况下，该控制模块可以与控制装置集成在一起。

通过健侧驱动信号计算力矩的方案无需力矩传感器，可以节省硬件成本。

根据本发明实施例，控制装置可以包括第一控制模块和第二控制模块，第一控制模块与第一驱动装置连接，用于向第一驱动装置发送用于驱动第一输出轴转动的健侧驱动信号；第二控制模块与第二驱动装置连接，用于向第二驱动装置发送患侧驱动信号；第二控制模块还通过有线或无线方式与信号采集模块连接，用于接收位置速度信息和力矩相关信息，并基于位置速度信息和力矩相关信息生成患侧驱动信号。

第一驱动装置和第二驱动装置可以各自具有自己的控制模块。第一控制模块可以与第一驱动装置设置在一起，二者可以通过有线或无线连接方式连接，比较可取的是通过有线电缆的方式连接。类似地，第二控制模块可以与第二驱动装置设置在一起，二者可以通过有线或无线连接方式连接，比较可取的是通过有线电缆的方式连接。

第一控制模块和第二控制模块之间可以直接通信，基于力矩相关信息确定第一输出轴上的力矩，基于位置速度信息所指示的角度位置和转动速度以及所计算的力矩生成患侧驱动信号的操作中的任一操作可以在第一控制模块和第二控制模块中的任一者上执行。

在一个示例中，信号采集模块可以与第一控制模块连接，并将位置速度信息和力矩相关信息发送至第一控制模块。可选地，第一控制模块可以直接将位置速度信息和力矩相关信息发送至第二控制模块，以由第二控制模块基于力矩相关信息确定第一输出轴上的力矩，并基于位置速度信息所指示的角度位置和转动速度以及所计算的力矩生成患侧驱动信号，并随后将患侧驱动信号发送至第二驱动装置200'。可选地，第一控制模块可以基于力矩相关信息确定第一输出轴上的力矩，并将位置速度信息和所计算的力矩数据发送至第二控制模块，以由第二控制模块基于位置速度信息所指示的角度位置和转动速度以及所计算的力矩生成患侧驱动信号，并随后将患侧驱动信号发送至第二驱动装置200'。可选地，第一控制模块可以基于力矩相关信息确定第一输出轴上的力矩，基于位置速度信息所指示的角度位置和转动速度以及所计算的力矩生成患侧驱动信号，并将生成的患侧驱动信号发送至第二控制模块，再由第二控制模块发送至第二驱动装置200'。

在另一个示例中，信号采集模块可以与第二控制模块连接，并将位置速度信息和力矩相关信息直接发送至第二控制模块，以由第二控制模块基于力矩相关信息确定第一输出轴上的力矩，并基于位置速度信息所指示的角度位置和转动速度以及所计算的力矩生成患侧驱动信号，并随后将患侧驱动信号发送至第二驱动装置200'。

第一控制模块和第二控制模块中任一者可以采用任何具有数据处理能力和/或指令执行能力的装置实现，包括但不限于个人计算机、服务器等电子设备。此外，第一控制模块和第二控制模块中任一者还可以采用中央处理单元(CPU)、微控制器(MCU)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑阵列(FPGA)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其它形式的处理单元实现。

根据本发明实施例，控制装置可以包括第一控制模块、第二控制模块和上位机模块，第一控制模块与第一驱动装置连接，用于向第一驱动装置发送用于驱动第一输出轴转动的健侧驱动信号；第二控制模块与第二驱动装置连接，用于向第二驱动装置发送患侧驱动信号；上位机模块分别与信号采集模块和第二控制模块连接，用于接收位置速度信息和力矩相关信息，基于位置速度信息和力矩相关信息生成患侧驱动信号，并将患侧驱动信号发送至第二控制模块。

上位机模块可以采用任何具有数据处理能力和/或指令执行能力的装置实现，包括但不限于个人计算机、服务器等电子设备，例如包括显示屏的计算机等。此外，上位机模块还可以采用中央处理单元(CPU)、微控制器(MCU)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑阵列(FPGA)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其它形式的处理单元实现。

除直接通信以外，第一控制模块和第二控制模块还可以通过第三者进行通信和中间数据的处理，例如通过上位机模块实现。上位机模块可以通过有线或无线方式与信号采集模块、第一控制模块和第二控制模块中任一者连接。例如，上位机模块可以通过诸如wifi、蓝牙等无线技术与信号采集模块、第一控制模块和第二控制模块中任一者通信。在这种情况下，第一控制模块和第二控制模块主要用于对各自对应的驱动装置进行控制，比较复杂的数据处理和计算可以在上位机模块中进行，例如，基于力矩相关信息确定第一输出轴上的力矩，并基于位置速度信息所指示的角度位置和转动速度以及所计算的力矩生成患侧驱动信号的操作可以在上位机模块中进行，这样可以减少驱动装置的控制模块的数据处理压力，也便于通过上位机模块对各模块进行集中管理。

根据本发明实施例，第一前臂关节适配器和第二前臂关节适配器中的每一个包括调节器、位置调节机构和关节固定件，关节固定件通过位置调节机构能够调整地连接在调节器上。

根据本发明实施例，位置调节机构包括滑块和滑轨，滑轨与调节器固定连接，滑块包括滑块体和连接体，滑块体与连接体连接呈拐角形，且滑块体与滑轨滑动配合，关节固定件与连接体相连接。

根据本发明实施例，关节固定件为通过连接销连接于连接体的腕关节固定件，腕关节固定件包括：带盘体的安装轴；以及供手握持的手约束套，手约束套能够旋转地套设在安装轴上；其中，安装轴的轴线与安装轴所属的训练适配件所包括的驱动装置的输出轴的轴线相平行。

根据本发明实施例，关节固定件为通过安装板连接于连接体的肘关节固定件，肘关节固定件包括前臂约束器和腕关节固定件，其中，前臂约束器包括安装在安装板上的两个前臂约束体，两个前臂约束体之间具有供前臂容置的间距，每一前臂约束体包括柱体和能够旋转地套设在柱体上的套体；腕关节固定件包括带盘体的安装轴以及供手握持的手约束套，手约束套能够旋转地套设在安装轴上；安装轴的轴线与柱体的轴线皆相对安装轴所属的训练适配件所包括的驱动装置的输出轴的轴线垂直。

根据本发明实施例，安装板包括：第一直板体，两个前臂约束体分别设置在第一直板体的两端头；第二直板体，具有第一连接端和第二连接端，第一连接端连接在第一直板体的中部；以及L形板体，L形板体连接于第二直板体的第二连接端，且L形板体远离第二直板体的一端固定连接于连接体。

根据本发明实施例，腕关节固定件设置在第二直板体的第二连接端上。

根据本发明实施例，调节器与调节器所属的训练适配件所包括的驱动装置之间设置有限位电机旋转运动的限位机构，限位机构包括固定于调节器所属的训练适配件所包括的驱动装置上的限位块，限位块上设置有限位槽，调节器上设置限位销，限位销具有能够切换的限位位置和拔出位置，限位销于限位位置时与限位槽相配合，于拔出位置时脱离限位槽的约束。

根据本发明实施例，第一驱动装置和第二驱动装置中的每一个包括电机和与电机相连接的减速器，第一输出轴和第二输出轴中的每一个为对应减速器的输出轴。

图1示出前臂关节训练装置部分固定在桌面上的设置方式，但这仅是示例而非对本发明的限制，前臂关节训练装置可以进一步与其他部件结合在一起形成前臂关节训练系统。下面结合示例性的前臂关节训练系统描述前臂关节训练装置的各组成部分以及该前臂关节训练系统中的各组成部分的结构和工作原理。在下面关于前臂关节训练系统的描述中，未示出和描述信号采集模块，可以结合前文描述和附图理解信号采集模块的设置方式。

根据本发明另一方面，还提供一种前臂关节训练系统，包括：带滑轨的滑动底座；高度调节机构，高度调节机构安装在滑动底座上；上述前臂关节训练装置，其中，第一训练适配件和第二训练适配件安装在高度调节机构上；以及旋转式训练座椅，设置在滑轨上相对前臂关节训练装置位置可调节。

示例性地，高度调节机构包括第一高度调节机构和第二高度调节机构，第一训练适配件安装在第一高度调节机构上，第二训练适配件安装在第二高度调节机构上，滑轨包括：第一滑轨，第一高度调节机构设置在第一滑轨上；第二滑轨，第二高度调节机构设置在第二滑轨上；第三滑轨，旋转式训练座椅设置在第三滑轨上；第一滑轨与第三滑轨对接成T型滑轨，第二滑轨与第三滑轨对接成T型滑轨。

示例性地，前臂关节训练系统还包括：显示装置，显示装置通过屏幕支架可调支撑于第一驱动装置或第二驱动装置的上方。

图8示出根据本发明一个实施例的前臂关节训练系统的部分结构的示意图。在图8中，仅示出了单侧训练适配件1000，在该训练适配件1000对面，可以对称设置另一训练适配件1000'。此外，可选地，为了支撑训练适配件1000'，还可以在第一滑轨601的对面对称设置第二滑轨(未示出)以及在第一高度调节机构300的对面对称设置第二高度调节机构(未示出)。此外，图8示出了支撑第一高度调节机构300的第一滑动底座800，可选地，还可以在第一滑动底座800的对面对称设置第二滑动底座(未示出)。上述对称均以第三滑轨602的长度方向的轴线为对称中心。上述仅是示例而非对本发明的限制，例如第一训练适配件1000和第二训练适配件1000'可以安装在同一高度调节机构上，此时可以省略第二滑轨、第二高度调节机构和第二滑动底座。

如图8所示，前臂关节训练系统可以包括带滑轨的滑动底座(包括第一滑动底座800)、高度调节机构(包括第一高度调节机构300)、第一训练适配件1000、显示装置400(该显示装置400是可选的)以及旋转式训练座椅500。第一高度调节机构300安装在第一滑动底座800上。第一训练适配件1000安装在第一高度调节机构300上。显示装置400通过屏幕支架可调支撑于第一训练适配件1000的第一驱动装置200的上方。旋转式训练座椅500设置在滑轨600上相对前臂关节训练装置位置可调节。滑动底座锁定在滑轨600上，相对滑轨600位置可调整。滑轨600包括第一滑轨601、第二滑轨(未示出)和第三滑轨602，第一滑轨601可以与第三滑轨602对接成T型滑轨，第二滑轨可以与第三滑轨602对接成T型滑轨。第一滑动底座800与第一滑轨601滑动配合，旋转式训练座椅500与第三滑轨602滑动配合。

参见图8，第一训练适配件1000包括第一前臂关节适配器100和第一驱动装置200。图8还示出了第一驱动装置200的控制模块700，该控制模块可以是属于控制装置的一部分。

控制模块700可以包括角位置变化检测模块、电机电流变化检测模块以及模式选择模块，角位置变化检测模块用于检测患肢的主动运动带动所述调节器同步运动而产生的角位置变化；电机电流变化检测模块用于检测患肢对调节器施加力矩而产生的电机驱动中的电流变化；模式选择模块与角位置变化检测模块及电机电流变化检测模块分别连接，以根据所述角位置变化及/或所述电流变化选择采用固有阻力模式、拉伸模式、辅助和阻力模式、或诱发主动运动模式。

具体地，再一次参见图8，在被动训练模式下，所述驱动装置200带动所述第一前臂关节适配器100运动，进而带动患者的前臂对前臂关节进行训练；在主动训练模式下，所述驱动装置200不工作，依靠患者的自主运动带动所述第一前臂关节适配器100运动，从而使患者前臂关节获得训练。优选地，在患者经过一段时间被动训练后，检测达到要求后可以再次选择主动训练。

如图9和图10所示，分别示出如图8中的第一前臂关节适配器100的结构示意图和分解示意图。第二前臂关节适配器100'的结构与第一前臂关节适配器100相同，不再赘述。第一前臂关节适配器100包括调节器110、位置调节机构120和关节固定件130，关节固定件130通过位置调节机构120能够调整地连接在调节器110上，调节器110与第一驱动装置200的第一输出轴201连接并且能够随第一输出轴201转动而转动。

示例性地，调节器110包括压块113和安装块116。位置调节机构120包括滑块1210和滑轨1220，滑轨1220与调节器110固定连接，滑块1210包括滑块体1211和连接体1212，滑块体1211与连接体1212连接呈拐角形，且滑块体1211与滑轨1220滑动配合，关节固定件130与连接体1212相连接。结合参阅图11和图12，滑块体1211上开设有供滑轨1220穿设的穿设孔，滑轨1220穿设于穿设孔内后通过把手123锁紧定位，滑块体1211与滑轨1220之间为纯面接触，滑块体1211可沿所述滑轨1220自由滑动，滑动到目标位置时，拧紧把手123将所述滑块1210锁死在所述滑轨1220上。通过调节所述滑块1210的位置，可实现腕关节掌屈背伸训练(前臂旋前旋后训练)时腕(肘)关节的运动中心线与第一驱动装置200的输出轴同轴。

本发明实施例中，滑轨1220通过免键轴衬安装在安装块116上，且滑轨1220受压块113的压制，压块113上设置有与滑轨1220相适配的开槽，滑轨1220限位于开槽中，压块113的远离安装块116的端面上设置有盖112，盖112通过旋钮111盖设于压块113上。压块113上穿设有限位销114，限位销114的端头上设置弹簧115。

关节固定件130为通过连接销140连接于连接体1212的腕关节固定件，基于连接销140的连接，腕关节固定件与位置调节机构120之间的连接方式为快插式。

腕关节固定件包括带盘体(盘体是可选的)的安装轴131和供手握持的手约束套132，手约束套132能够旋转地套设在安装轴131上，安装轴131的轴线与驱动装置200的输出轴201的轴线相平行。较佳实施例中，手约束套132上设置有绑带133，在人手握持住手约束套132时，绑带133束缚住人手。

图13示出根据本发明一个实施例的前臂关节适配器的腕关节固定件的固定方式结构图。结合参阅图13，按图示向右按下所述连接销140上的弹簧按钮，所述腕关节固定件130即可自由插拔在所述位置调节机构120的滑块1210上。其中所述连接销140限制腕关节固定件130的轴向移动与径向移动，只保留其绕连接销140的转动自由度，使腕关节固定件130有效固定手的同时，不会出现做掌屈背伸训练时拉扯手的现象。

图14示出根据本发明一个实施例的调节器与驱动装置之间设置的限位电机旋转运动的限位机构的结构示意图。结合参阅图10和图14，调节器110与第一驱动装置200之间设置有限位电机旋转运动的限位机构150，限位机构150包括固定于第一驱动装置200上的限位块151，具体地，限位块151固定于第一驱动装置200的法兰202上，限位块151上设置有限位槽1511，调节器110上设置的限位销114具有能够切换的限位位置和拔出位置，限位销114于限位位置时与限位槽1511相配合，于拔出位置时脱离限位槽1511的约束。基于限位机构150的设置能达到限位效果，由于限位块151固定，限位销114在关节固定件130带动下可转动，当所述限位销114转动到所述限位块151的限位槽1511一侧壁上时，产生限位。示例性地，所述限位块151上对称的开设了两个75度的限位槽1511，更换不同的所述限位块151可以实现不同的训练角度范围；所述限位销114使用所述压缩弹簧115保持在限位状态，拔出所述限位销114并使所述限位销114保持在拔出状态时，所述限位销114不起作用，从而输出部分可绕第一驱动装置200的输出轴360°旋转，可使所述限位销114切换到所述限位块151对称方位上的限位槽1511中，松手时，所述限位销114在所述弹簧115压力作用下恢复限位状态，此功能可实现训练时的左右手切换，以保证左右手训练时都有机械限位的保护，且运动范围相同。

图15示出如图2和3中的前臂关节适配器的结构示意图。图16示出如图2和3中的前臂关节适配器的分解示意图。结合参阅图15和16，前臂关节适配器可以包括调节器110、位置调节机构120和关节固定件130'，关节固定件130'通过位置调节机构120能够调整地连接在调节器110上,调节器110与第一驱动装置200的第一输出轴连接并且能够随第一输出轴转动而转动。本实施例中的调节器110和位置调节机构120与图9和图10的调节器110和位置调节机构120的结构相同，在此就不对其多做赘述。

本实施例中，关节固定件130'为通过安装板160连接于连接体1212的肘关节固定件，肘关节固定件包括前臂约束器170和腕关节固定件130。前臂约束器170包括安装在安装板160上的两个前臂约束体1710，两个前臂约束体1710之间具有供前臂容置的间距，每一前臂约束体1710包括柱体1711和能够旋转地套设在柱体1711上的套体1712。示例性地，柱体1711可以通过小滑块1713滑动设置在安装板160上，同时，可通过把手1714锁紧定位。本实施例的腕关节固定件130具有与图10中的腕关节固定件130相同的结构，具体结构可以参阅前文中的描述。同样地，基于连接销140的连接，腕关节固定件130与位置调节机构120之间的连接方式为快插式，为了方便腕关节固定件130的固定，还可以设置固定块18。安装板160的设置主要是为了方便以下设置：安装轴131(见图10)的轴线与柱体1711的轴线皆相对第一驱动装置200的输出轴的轴线垂直。

示例性地，安装板160包括第一直板体161，第二直板体162以及L形板体163。两个前臂约束体1710分别设置在第一直板体161的两端头。第二直板体162具有第一连接端1621和第二连接端1622，第一连接端1621连接在第一直板体161的中部。L形板体163连接于第二直板体162的第二连接端1622，且L形板体163远离第二直板体162的一端固定连接于连接体1212。腕关节固定件130设置在第二直板体162的第二连接端1622上。

根据本发明另一方面，还提供了一种应用于上述装置的前臂关节训练方法。图17示出根据本发明一个实施例的前臂关节训练方法1700的示意性流程图。如图17所示，前臂关节训练方法1700包括步骤S1710、S1720、S1730和S1740。

在步骤S1710，将受试者的健侧前臂和/或健侧手掌固定于第一前臂关节适配器上，使得受试者的腕关节或肘关节的运动中心线与第一输出轴同轴。在一个示例中，固定受试者的健侧手掌以使得受试者的腕关节的运动中心线与第一输出轴同轴，这样使得受试者能够做出腕关节掌屈和/或背伸动作。在另一个示例中，固定受试者的健侧前臂和健侧手掌以使得受试者的肘关节的运动中心线与第一输出轴同轴，这样使得受试者能够做出前臂旋前和/或旋后动作。

在步骤S1720，通过位置速度传感器检测受试者的健侧前臂和/或健侧腕关节的角度位置和转动速度以获得位置速度信息，并通过力矩信息获取模块获取与受试者的前臂和/或腕关节动作对第一输出轴产生的力矩相关的信息以获得力矩相关信息。

在步骤S1730，通过控制装置基于位置速度信息和力矩相关信息生成患侧驱动信号，并将患侧驱动信号发送至第二驱动装置。

在步骤S1740，通过第二驱动装置基于患侧驱动信号驱动第二输出轴转动，以带动第二前臂关节适配器进行与第一前臂关节适配器镜像或相同的运动。

结合上文关于前臂关节训练装置和前臂关节训练系统的描述，可以理解前臂关节训练方法1700的具体实施方式，此处不再赘述。

根据本发明另一方面，提供一种前臂关节训练设备。图18示出了根据本发明一个实施例的前臂关节训练设备1800的示意性框图。前臂关节训练设备1800包括处理器1810和存储器1820。

所述存储器1820存储计算机程序指令，所述计算机程序指令被所述处理器1810运行时用于执行以下步骤：接收受试者的位置速度信息和力矩相关信息，位置速度信息通过检测受试者的健侧前臂和/或健侧腕关节的角度位置和转动速度获得，力矩相关信息为与受试者的前臂和/或腕关节动作产生的力矩相关的信息；以及基于位置速度信息和力矩相关信息生成患侧驱动信号，患侧驱动信号用于驱动第二前臂关节适配器的第二输出轴转动以带动受试者的患侧前臂和/或患侧腕关节做出与健侧前臂和/或健侧腕关节镜像或相同的动作，其中，第二前臂关节适配器用于固定受试者的患侧前臂和/或患侧手掌。

所述处理器1810用于运行所述存储器1820中存储的计算机程序指令，以执行相应步骤。

根据本发明另一方面，提供一种存储介质，在所述存储介质上存储了程序指令，在所述程序指令被计算机或处理器运行时用于执行以下步骤：接收受试者的位置速度信息和力矩相关信息，位置速度信息通过检测受试者的健侧前臂和/或健侧腕关节的角度位置和转动速度获得，力矩相关信息为与受试者的前臂和/或腕关节动作产生的力矩相关的信息；以及基于位置速度信息和力矩相关信息生成患侧驱动信号，患侧驱动信号用于驱动第二前臂关节适配器的第二输出轴转动以带动受试者的患侧前臂和/或患侧腕关节做出与健侧前臂和/或健侧腕关节镜像或相同的动作，其中，第二前臂关节适配器用于固定受试者的患侧前臂和/或患侧手掌。

所述存储介质例如可以包括智能电话的存储卡、平板电脑的存储部件、个人计算机的硬盘、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、便携式紧致盘只读存储器(CD-ROM)、USB存储器、或者上述存储介质的任意组合。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个设备，或一些特征可以忽略，或不执行。

类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该本发明的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如相应的权利要求书所反映的那样，其发明点在于可以用少于某个公开的单个实施例的所有特征的特征来解决相应的技术问题。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域的技术人员可以理解，除了特征之间相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的前臂关节训练系统中的一些模块的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式或对具体实施方式的说明，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (21)

1.一种前臂关节训练装置，包括第一训练适配件、第二训练适配件和控制装置，其中，

所述第一训练适配件包括：

第一前臂关节适配器，用于固定受试者的健侧前臂和/或健侧手掌；

第一驱动装置，具有第一输出轴，所述第一前臂关节适配器与所述第一输出轴连接，并且所述第一驱动装置能够通过驱动所述第一输出轴转动来带动所述第一前臂关节适配器转动，使得所述受试者能够做出健侧腕关节的掌屈背伸动作和/或健侧前臂的旋前旋后动作；

信号采集模块，包括位置速度传感器和力矩信息获取模块，所述位置速度传感器固定在所述第一前臂关节适配器上，用于检测所述受试者的健侧前臂和/或健侧腕关节的角度位置和转动速度以获得位置速度信息，所述力矩信息获取模块用于获取与所述受试者的前臂和/或腕关节动作对所述第一输出轴产生的力矩相关的信息以获得力矩相关信息；

所述第二训练适配件包括：

第二前臂关节适配器，用于固定所述受试者的患侧前臂和/或患侧手掌；

第二驱动装置，具有第二输出轴，所述第二前臂关节适配器与所述第二输出轴连接，并且所述第二驱动装置能够通过驱动所述第二输出轴转动来带动所述第二前臂关节适配器转动，使得所述受试者能够做出患侧腕关节的掌屈背伸动作和/或患侧前臂的旋前旋后动作；

其中，所述控制装置分别与所述信号采集模块和所述第二驱动装置可通信地连接，所述控制装置用于接收所述信号采集模块发送的位置速度信息和力矩相关信息，基于所述位置速度信息和所述力矩相关信息生成患侧驱动信号，并将所述患侧驱动信号发送至所述第二驱动装置，所述患侧驱动信号用于驱动所述第二输出轴转动以带动所述第二前臂关节适配器进行与所述第一前臂关节适配器镜像或相同的运动。

2.根据权利要求1所述的前臂关节训练装置，其中，所述力矩信息获取模块是力矩传感器，所述力矩传感器与所述第一输出轴同心地设置在所述第一输出轴上，所述力矩传感器用于检测所述受试者的前臂和/或腕关节动作对所述第一输出轴产生的力矩，以获得所述力矩相关信息。

3.根据权利要求2所述的前臂关节训练装置，其中，

所述力矩传感器包括应变体和与所述应变体连接的信号处理模块，所述信号处理模块包括电路板和位于所述电路板上的预处理电路，其中，

所述应变体能够发生形变以传递力矩；

所述预处理电路用于对所述应变体上的力矩进行采集和预处理，以获得所述力矩相关信息；

所述位置速度传感器集成在所述电路板上；

所述电路板与所述控制装置可通信地连接，用于将所述预处理电路输出的所述力矩相关信息以及所述位置速度传感器输出的所述位置速度信息传输至所述控制装置。

4.根据权利要求1所述的前臂关节训练装置，其中，所述力矩信息获取模块与所述第一驱动装置连接，所述力矩信息获取模块用于向所述第一驱动装置发送用于驱动所述第一输出轴转动的健侧驱动信号，并将所述健侧驱动信号作为所述力矩相关信息发送至所述控制装置，

所述控制装置具体用于基于所述健侧驱动信号计算所述受试者的前臂和/或腕关节动作对所述第一输出轴产生的力矩，并基于所计算的力矩以及所述位置速度信息所指示的角度位置和转动速度生成所述患侧驱动信号。

5.根据权利要求1所述的前臂关节训练装置，其中，所述控制装置包括第一控制模块和第二控制模块，

所述第一控制模块与所述第一驱动装置连接，用于向所述第一驱动装置发送用于驱动所述第一输出轴转动的健侧驱动信号；

所述第二控制模块与所述第二驱动装置连接，用于向所述第二驱动装置发送所述患侧驱动信号；

所述第二控制模块还通过有线或无线方式与所述信号采集模块连接，用于接收所述位置速度信息和所述力矩相关信息，并基于所述位置速度信息和所述力矩相关信息生成所述患侧驱动信号。

6.根据权利要求1所述的前臂关节训练装置，其中，所述控制装置包括第一控制模块、第二控制模块和上位机模块，

所述第一控制模块与所述第一驱动装置连接，用于向所述第一驱动装置发送用于驱动所述第一输出轴转动的健侧驱动信号；

所述第二控制模块与所述第二驱动装置连接，用于向所述第二驱动装置发送所述患侧驱动信号；

所述上位机模块分别与所述信号采集模块和所述第二控制模块连接，用于接收所述位置速度信息和所述力矩相关信息，基于所述位置速度信息和所述力矩相关信息生成所述患侧驱动信号，并将所述患侧驱动信号发送至所述第二控制模块。

7.根据权利要求1所述的前臂关节训练装置，其中，所述位置速度传感器为9轴传感器。

8.根据权利要求1所述的前臂关节训练装置，其中，所述第一前臂关节适配器和所述第二前臂关节适配器中的每一个包括调节器、位置调节机构和关节固定件，所述关节固定件通过所述位置调节机构能够调整地连接在所述调节器上。

9.根据权利要求8所述的前臂关节训练装置，其中，所述位置调节机构包括滑块和滑轨，所述滑轨与所述调节器固定连接，所述滑块包括滑块体和连接体，所述滑块体与所述连接体连接呈拐角形，且所述滑块体与所述滑轨滑动配合，所述关节固定件与所述连接体相连接。

10.根据权利要求9所述的前臂关节训练装置，其中，所述关节固定件为通过连接销连接于所述连接体的腕关节固定件，所述腕关节固定件包括：

带盘体的安装轴；以及

供手握持的手约束套，所述手约束套能够旋转地套设在所述安装轴上；

其中，所述安装轴的轴线与所述安装轴所属的训练适配件所包括的驱动装置的输出轴的轴线相平行。

11.根据权利要求9所述的前臂关节训练装置，其中，所述关节固定件为通过安装板连接于所述连接体的肘关节固定件，所述肘关节固定件包括前臂约束器和腕关节固定件，其中，

所述前臂约束器包括安装在所述安装板上的两个前臂约束体，两个前臂约束体之间具有供前臂容置的间距，每一所述前臂约束体包括柱体和能够旋转地套设在所述柱体上的套体；

所述腕关节固定件包括带盘体的安装轴以及供手握持的手约束套，所述手约束套能够旋转地套设在所述安装轴上；

所述安装轴的轴线与所述柱体的轴线皆相对所述安装轴所属的训练适配件所包括的驱动装置的输出轴的轴线垂直。

12.根据权利要求11所述的前臂关节训练装置，其中，所述安装板包括：

第一直板体，所述两个前臂约束体分别设置在所述第一直板体的两端头；

第二直板体，具有第一连接端和第二连接端，所述第一连接端连接在所述第一直板体的中部；以及

L形板体，所述L形板体连接于所述第二直板体的第二连接端，且所述L形板体远离所述第二直板体的一端固定连接于所述连接体。

13.根据权利要求12所述的前臂关节训练装置，其中，所述腕关节固定件设置在所述第二直板体的第二连接端上。

14.根据权利要求8所述的前臂关节训练装置，其中，所述调节器与所述调节器所属的训练适配件所包括的驱动装置之间设置有限位电机旋转运动的限位机构，所述限位机构包括固定于所述调节器所属的训练适配件所包括的驱动装置上的限位块，所述限位块上设置有限位槽，所述调节器上设置限位销，所述限位销具有能够切换的限位位置和拔出位置，所述限位销于限位位置时与所述限位槽相配合，于拔出位置时脱离所述限位槽的约束。

15.根据权利要求8所述的前臂关节训练装置，其中，所述第一驱动装置和所述第二驱动装置中的每一个包括电机和与所述电机相连接的减速器，所述第一输出轴和所述第二输出轴中的每一个为对应减速器的输出轴。

16.一种前臂关节训练系统，包括：

带滑轨的滑动底座；

高度调节机构，所述高度调节机构安装在所述滑动底座上；

如权利要求1-15中任一项所述的前臂关节训练装置，其中，所述第一训练适配件和所述第二训练适配件安装在所述高度调节机构上；以及

旋转式训练座椅，设置在所述滑轨上相对所述前臂关节训练装置位置可调节。

17.根据权利要求16所述的前臂关节训练系统，其中，所述高度调节机构包括第一高度调节机构和第二高度调节机构，所述第一训练适配件安装在所述第一高度调节机构上，所述第二训练适配件安装在所述第二高度调节机构上，所述滑轨包括：

第一滑轨，所述第一高度调节机构设置在所述第一滑轨上；

第二滑轨，所述第二高度调节机构设置在所述第二滑轨上；

第三滑轨，所述旋转式训练座椅设置在所述第三滑轨上；

所述第一滑轨与所述第三滑轨对接成T型滑轨，所述第二滑轨与所述第三滑轨对接成T型滑轨。

18.根据权利要求16所述的前臂关节训练系统，其中，所述前臂关节训练系统还包括：

显示装置，所述显示装置通过屏幕支架可调支撑于所述第一驱动装置或所述第二驱动装置的上方。

19.一种前臂关节训练方法，应用于如权利要求1-15中任一项所述的前臂关节训练装置，其中，所述前臂关节训练方法包括：

将所述受试者的健侧前臂和/或健侧手掌固定于所述第一前臂关节适配器上，使得所述受试者的腕关节或肘关节的运动中心线与所述第一输出轴同轴；

通过所述位置速度传感器检测所述受试者的健侧前臂和/或健侧腕关节的角度位置和转动速度以获得位置速度信息，并通过所述力矩信息获取模块获取与所述受试者的前臂和/或腕关节动作对所述第一输出轴产生的力矩相关的信息以获得力矩相关信息；

通过所述控制装置基于所述位置速度信息和所述力矩相关信息生成患侧驱动信号，并将所述患侧驱动信号发送至所述第二驱动装置；

通过所述第二驱动装置基于所述患侧驱动信号驱动所述第二输出轴转动，以带动所述第二前臂关节适配器进行与所述第一前臂关节适配器镜像或相同的运动。

20.一种前臂关节训练设备，应用于如权利要求1-15中任一项所述的前臂关节训练装置，所述前臂关节训练设备包括处理器和存储器，其中，所述存储器中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被所述处理器运行时用于执行以下步骤：

接收所述受试者的位置速度信息和力矩相关信息，所述位置速度信息通过检测所述受试者的健侧前臂和/或健侧腕关节的角度位置和转动速度获得，所述力矩相关信息为与所述受试者的前臂和/或腕关节动作产生的力矩相关的信息；以及

基于所述位置速度信息和所述力矩相关信息生成患侧驱动信号，所述患侧驱动信号用于驱动所述第二前臂关节适配器的所述第二输出轴转动以带动所述受试者的患侧前臂和/或患侧腕关节做出与健侧前臂和/或健侧腕关节镜像或相同的动作，其中，所述第二前臂关节适配器用于固定所述受试者的患侧前臂和/或患侧手掌。

21.一种存储介质，应用于如权利要求1-15中任一项所述的前臂关节训练装置，在所述存储介质上存储了程序指令，所述程序指令在运行时用于执行以下步骤：

接收所述受试者的位置速度信息和力矩相关信息，所述位置速度信息通过检测所述受试者的健侧前臂和/或健侧腕关节的角度位置和转动速度获得，所述力矩相关信息为与所述受试者的前臂和/或腕关节动作产生的力矩相关的信息；以及

基于所述位置速度信息和所述力矩相关信息生成患侧驱动信号，所述患侧驱动信号用于驱动所述第二前臂关节适配器的所述第二输出轴转动以带动所述受试者的患侧前臂和/或患侧腕关节做出与健侧前臂和/或健侧腕关节镜像或相同的动作，其中，所述第二前臂关节适配器用于固定所述受试者的患侧前臂和/或患侧手掌。

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