CN114404228A - 一种基于软体驱动器的康复手套 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种基于软体驱动器的康复手套，所述康复手套以软体驱动器驱动手指屈伸来执行康复训练，所述软体驱动器包括固宇于指背处的柱形气囊，柱形气囊经气管、电磁阀与气源相连；所述气源对柱形气囊的充气作业由控制模块控制；当柱形气囊处于充气状态时呈挺直状态，带动手指伸直，当柱形气囊放气时软化，使手指自然恢复弯曲状态或是让手指以自力进行弯曲；本发明能满足手部不同手势的弯曲和弯曲速度，适用于手部康复的各个康复周期，提高康复运动中人的主动参与度，有助于定制化康复运动轨迹，实现差异化的康复运动，有助医师对患者的诊断。
Description
技术领域
本发明涉及康复设备技术领域，尤其是一种基于软体驱动器的康复手套。
背景技术
无论是由于激烈的运动造成的手部关节扭伤还是由于疾病导致的手部关节功能严重受损，除了进行必要的药物治疗外，运动康复治疗也是十分重要的一个环节，一些有效的康复疗法能够加快患者手部的康复。传统的康复训练是由医护人员完成，由于康复周期长，会造成医疗资源紧张和昂贵费用。
为解决这个问题，就出现了基于软体驱动器的康复手套机器人的研究与开发。目前的研究主要集中在手套驱动器的结构设计上，未能根据患者心理变化，手部的生理变化及手部康复运动规律进行康复手套的颜色，材料及结构的设计，未能根据患者手部的不便，设计更多的康复控制方式。
发明内容
本发明提出一种基于软体驱动器的康复手套，能满足手部不同手势的弯曲和弯曲速度，适用于手部康复的各个康复周期，提高康复运动中人的主动参与度，有助于定制化康复运动轨迹，实现差异化的康复运动，有助医师对患者的诊断。
本发明采用以下技术方案。
一种基于软体驱动器的康复手套，所述康复手套以软体驱动器（1）驱动手指屈伸来执行康复训练，所述软体驱动器包括固宇于指背处的柱形气囊，柱形气囊经气管（2）、电磁阀与气源相连；所述气源对柱形气囊的充气作业由控制模块控制；当柱形气囊处于充气状态时呈挺直状态，带动手指伸直，当柱形气囊放气时软化，使手指自然恢复弯曲状态或是让手指以自力进行弯曲。
所述气源为PWM气泵；所述电磁阀为两位三通的电磁阀。
所述柱形气囊以硅胶成型，其与指背接触的部位处设有内置双向缠线的限制层；当柱形气囊充气时，所述限制层对硅胶形变幅度进行限制，使柱形气囊呈弯曲状态。
所述柱形气囊处设有含气压传感器的数据采集模块；控制模块经数据采集模块采集各柱形气囊的气压数据，并通过气源改变各指背处的柱形气囊内部气压来改变各个手指的弯曲度，驱动手掌被动地进行康复动作，所述康复动作包括单指屈伸、多指屈伸、慢抓或快抓。
所述控制模块包括蓝牙模块、红外遥控模块、语音模块和上位机，所述上位机包括蓝牙、红外遥控、语音控制三种操作软件，可通过蓝牙遥控指令、红外遥控指令或语音遥控指令，优化各个手指的弯曲轨迹及弯曲动作来执行定制化的被动康复方案，以匹配使用者手部的当前机能。
当执行被动康复方案时，上位机根据柱形气囊的气压数据，经过压力反馈的阻抗模型，向控制模块的STM32控制器发出气压调节指令；由气源的PWM气泵驱动软驱动器运行，使手部康复训练跟随指令方式运动。
所述被动康复方案包括轻度康复方案、中度康复方案、重度康复方案，各方案均包括单手弯曲训练模式、五指弯曲训练模式、抓取训练模式；所述抓取训练模式仿照人类正常抓取物体习惯，分为大拇指及食指抓取模式、大拇指食指中指抓取模式、五指抓取模式；
抓取模式下，上位机通过压力反馈的阻抗模型，使软体驱动器的内部气压稳定在所需的气压范围内，气压范围的设置方案为：大拇指处柱形气囊的内部气压为45~48kpa，食指、中指、无名指处柱形气囊的内部气压分别为40~43kpa，小拇指处柱形气囊的内部气压为32~5kpa；
上位机根据软体驱动器的弯曲仿真及实验验证，调节PWM气泵的输出气压，以执行不同的康复模式。
所述上位机在调节PWM气泵的输出气压时，通过S型加减速控制模式，使手部的被动运动动作连续平缓，以减轻启动阶段对手部的冲击。
所述柱形气囊的气管连接端以顶部固定件支撑于手背的指根部位处，其余部分以支撑件支撑于指背处。
手套手指的内壁采用柔顺、抑菌、透气性强和吸湿性强的蚕蛹蛋白材料，以减少康复活动中对皮肤的损伤；手套手指的背部采用抗菌、透气性强的竹纤维材料；手套手掌背部采用氨纶材料；手套手掌内部采用竹纤维材料；手套的边缘缝合部位则采用涤纶材料；手套的夹层采用质量轻，透气，易吸水的泡沫材料。
本发明提出了一种基于软体驱动器的康复手套。首先优化设计基于纤维的软体驱动器结构，通过仿真分析选取不同手指部位驱动器的最优结构参数。然后基于色彩对患者的心理影响及康复训练中手部的舒适度，设计康复手套的颜色分布及布料选取。基于人手结构学，设计手背的固定保护支架及手掌固定装置，实现患者康复训练中手腕的保护。设计康复运动控制策略以满足不同手部康复阶段的康复需求。首先预设康复运动轨迹，基于气压传感器数据和运动控制算法自主实现运动轨迹，具有提供了红外遥控，蓝牙与语音识别三种控制方法，该康复方法广阔前景，原理简单，能够满足手部不同手势的弯曲和弯曲速度，适用于手部康复的各个康复周期，提高康复运动中人的主动参与度，有助于定制化康复运动轨迹，实现差异化的康复运动，有助医师对患者的诊断。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
附图1是本发明佩戴于手部时的示意图；
附图2是软体驱动器的示意图；
附图3是软体驱动器的分解示意图；
附图4是把柱形气囊的气管连接端支撑于手背指根部的顶部固定件的示意图；
附图5是把柱形气囊支撑于指背处的支撑件的示意图；
附图6是手套驱动手部进行康复训练的示意图；
附图7是本发明的原理示意图；
图中：1-软体驱动器；2-气管；3-手指；4-柱形气囊；5-限制层；6-支撑件；7-双向缠丝。
具体实施方式
如图所示，一种基于软体驱动器的康复手套，所述康复手套以软体驱动器1驱动手指3屈伸来执行康复训练，所述软体驱动器包括固宇于指背处的柱形气囊，柱形气囊经气管2、电磁阀与气源相连；所述气源对柱形气囊的充气作业由控制模块控制；当柱形气囊处于充气状态时呈挺直状态，带动手指伸直，当柱形气囊放气时软化，使手指自然恢复弯曲状态或是让手指以自力进行弯曲。
所述气源为PWM气泵；所述电磁阀为两位三通的电磁阀。
所述柱形气囊4以硅胶成型，其与指背接触的部位处设有内置双向缠线7的限制层5；当柱形气囊充气时，所述限制层对硅胶形变幅度进行限制，使柱形气囊呈弯曲状态。
所述柱形气囊处设有含气压传感器的数据采集模块；控制模块经数据采集模块采集各柱形气囊的气压数据，并通过气源改变各指背处的柱形气囊内部气压来改变各个手指的弯曲度，驱动手掌被动地进行康复动作，所述康复动作包括单指屈伸、多指屈伸、慢抓或快抓。
所述控制模块包括蓝牙模块、红外遥控模块、语音模块和上位机，所述上位机包括蓝牙、红外遥控、语音控制三种操作软件，可通过蓝牙遥控指令、红外遥控指令或语音遥控指令，优化各个手指的弯曲轨迹及弯曲动作来执行定制化的被动康复方案，以匹配使用者手部的当前机能。
当执行被动康复方案时，上位机根据柱形气囊的气压数据，经过压力反馈的阻抗模型，向控制模块的STM32控制器发出气压调节指令；由气源的PWM气泵驱动软驱动器运行，使手部康复训练跟随指令方式运动。
所述被动康复方案包括轻度康复方案、中度康复方案、重度康复方案，各方案均包括单手弯曲训练模式、五指弯曲训练模式、抓取训练模式；所述抓取训练模式仿照人类正常抓取物体习惯，分为大拇指及食指抓取模式、大拇指食指中指抓取模式、五指抓取模式；
抓取模式下，上位机通过压力反馈的阻抗模型，使软体驱动器的内部气压稳定在所需的气压范围内，气压范围的设置方案为：大拇指处柱形气囊的内部气压为45~48kpa，食指、中指、无名指处柱形气囊的内部气压分别为40~43kpa，小拇指处柱形气囊的内部气压为32~5kpa；
上位机根据软体驱动器的弯曲仿真及实验验证，调节PWM气泵的输出气压，以执行不同的康复模式。
所述上位机在调节PWM气泵的输出气压时，通过S型加减速控制模式，使手部的被动运动动作连续平缓，以减轻启动阶段对手部的冲击。
所述柱形气囊的气管连接端以顶部固定件支撑于手背的指根部位处，其余部分以支撑件6支撑于指背处。
手套手指的内壁采用柔顺、抑菌、透气性强和吸湿性强的蚕蛹蛋白材料，以减少康复活动中对皮肤的损伤；手套手指的背部采用抗菌、透气性强的竹纤维材料；手套手掌背部采用氨纶材料；手套手掌内部采用竹纤维材料；手套的边缘缝合部位则采用涤纶材料；手套的夹层采用质量轻，透气，易吸水的泡沫材料。
实施例：
将基于软驱动器的康复手套与控制系统结合以构建手部康复系统，设计康复运动控制策略以满足不同手部康复阶段的康复需求。
首先综合考虑患者的年龄段及受伤程度，选择合适的控制系统的操作方式；根据患者的受伤程度，选择不同颜色的康复手套，进一步预设不同程度的康复策略，根据不同的康复训练形式，设计符合患者康复训练的康复动作。
手套背部的支撑板与不同手部的材料选择，极大地保护了患者康复训练中的手腕及表面皮肤的保护，防止二次伤害，手套颜色的选择极大地缓解了患者的心理负担；单指训练、多指训练、抓取训练满足了患者的日常需求，该方法加快了患者局部区域的康复，缩短了康复周期，方便患者进行手部康复训练。
针对老年患者，采用红外遥感硬件控制，操作简单方便；针对青年患者及部分老年患者，采用蓝牙控制；针对患者双手都需要康复的情况下，采用语音识别方法，极大地帮助患者康复训练。
在手套的颜色选择方面，当患者的压力较大时，倾向于青绿色和橙黄色或其他暖色，而黑白色和蓝紫色感到最压抑。考虑患者情感比较脆落，不太爱和同伴交流，多设计开朗明亮的色彩，更好的帮助患者对生活充满信心，有助于病情恢复。基于患者的不同受伤程度，设计了两种不同颜色分布的康复手套，颜色占比都为3:7。
对于轻者和自理的患者：以暖色为主，给患者一种新生感，重新感受到生活的希望，并融入冷色，给患者舒缓紧张的情绪。手套背面绿色为基调色，手腕处为蓝色，边缘为橙色；手套主面绿色为基调，手指为橙色。对于病情较重的患者，首先是控制好情绪，才能出现治疗奇迹，以冷色为主，手套背面绿色为基调色，手腕处为蓝色，边缘为橙色；手套主面蓝色为基调，手指为绿色。
Claims (10)
1.一种基于软体驱动器的康复手套，其特征在于：所述康复手套以软体驱动器（1）驱动手指屈伸来执行康复训练，所述软体驱动器包括固宇于指背处的柱形气囊，柱形气囊经气管（2）、电磁阀与气源相连；所述气源对柱形气囊的充气作业由控制模块控制；当柱形气囊处于充气状态时呈挺直状态，带动手指伸直，当柱形气囊放气时软化，使手指自然恢复弯曲状态或是让手指以自力进行弯曲。
2.根据权利要求1所述的一种基于软体驱动器的康复手套，其特征在于：所述气源为PWM气泵；所述电磁阀为两位三通的电磁阀。
3.根据权利要求1所述的一种基于软体驱动器的康复手套，其特征在于：所述柱形气囊以硅胶成型，其与指背接触的部位处设有内置双向缠线的限制层；当柱形气囊充气时，所述限制层对硅胶形变幅度进行限制，使柱形气囊呈弯曲状态。
4.根据权利要求1所述的一种基于软体驱动器的康复手套，其特征在于：所述柱形气囊处设有含气压传感器的数据采集模块；控制模块经数据采集模块采集各柱形气囊的气压数据，并通过气源改变各指背处的柱形气囊内部气压来改变各个手指的弯曲度，驱动手掌被动地进行康复动作，所述康复动作包括单指屈伸、多指屈伸、慢抓或快抓。
5.根据权利要求4所述的一种基于软体驱动器的康复手套，其特征在于：所述控制模块包括蓝牙模块、红外遥控模块、语音模块和上位机，所述上位机包括蓝牙、红外遥控、语音控制三种操作软件，可通过蓝牙遥控指令、红外遥控指令或语音遥控指令，优化各个手指的弯曲轨迹及弯曲动作来执行定制化的被动康复方案，以匹配使用者手部的当前机能。
6.根据权利要求5所述的一种基于软体驱动器的康复手套，其特征在于：当执行被动康复方案时，上位机根据柱形气囊的气压数据，经过压力反馈的阻抗模型，向控制模块的STM32控制器发出气压调节指令；由气源的PWM气泵驱动软驱动器运行，使手部康复训练跟随指令方式运动。
7.根据权利要求6所述的一种基于软体驱动器的康复手套，其特征在于：所述被动康复方案包括轻度康复方案、中度康复方案、重度康复方案，各方案均包括单手弯曲训练模式、五指弯曲训练模式、抓取训练模式；所述抓取训练模式仿照人类正常抓取物体习惯，分为大拇指及食指抓取模式、大拇指食指中指抓取模式、五指抓取模式；
抓取模式下，上位机通过压力反馈的阻抗模型，使软体驱动器的内部气压稳定在所需的气压范围内，气压范围的设置方案为：大拇指处柱形气囊的内部气压为45~48kpa，食指、中指、无名指处柱形气囊的内部气压分别为40~43kpa，小拇指处柱形气囊的内部气压为32~5kpa；
上位机根据软体驱动器的弯曲仿真及实验验证，调节PWM气泵的输出气压，以执行不同的康复模式。
8.根据权利要求7所述的一种基于软体驱动器的康复手套，其特征在于：所述上位机在调节PWM气泵的输出气压时，通过S型加减速控制模式，使手部的被动运动动作连续平缓，以减轻启动阶段对手部的冲击。
9.根据权利要求4所述的一种基于软体驱动器的康复手套，其特征在于：所述柱形气囊的气管连接端以顶部固定件支撑于手背的指根部位处，其余部分以支撑件支撑于指背处。
10.根据权利要求4所述的一种基于软体驱动器的康复手套，其特征在于：手套手指的内壁采用柔顺、抑菌、透气性强和吸湿性强的蚕蛹蛋白材料，以减少康复活动中对皮肤的损伤；手套手指的背部采用抗菌、透气性强的竹纤维材料；手套手掌背部采用氨纶材料；手套手掌内部采用竹纤维材料；手套的边缘缝合部位则采用涤纶材料；手套的夹层采用质量轻，透气，易吸水的泡沫材料。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2022-01-29 CN CN202210109777.6A patent/CN114404228A/zh active Pending
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