CN114632300B - 一种基于脑机接口的手臂单自由度康复训练系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于医疗器械技术领域，尤其为一种基于脑机接口的手臂单自由度康复训练系统，包括大臂固定座以及控制模块，所述大臂固定座的一侧安装有小臂固定座，所述小臂固定座的另一侧安装有调力组件，所述控制模块内部设有信号采集模块、信号处理模块、通讯模块和信号输出模块，所述信号采集模块与信号处理模块相连接，所述信号处理模块与通讯模块相连接，所述通讯模块与信号输出模块相连接，本装置通过将装置与脑电采集设备配合起来，再由脑电波传感器对病人的主观意愿控制自己手臂的单自由度运动，通过改变弹簧的初始弹力大小，可以根据病人的损伤程度灵活的调节弹簧阻力的大小，从而能够达到不同的康复力度和作用，便于辅助患者进行康复训练。

Description

一种基于脑机接口的手臂单自由度康复训练系统
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种基于脑机接口的手臂单自由度康复训练系统。
背景技术
传统的手臂康复装置(如夹板，石膏件)不具有拉伸功能，在患者进行康复治疗时，手肘关节处无法弯曲，从而使得治疗效果不理想，并且无法在康复训练中部分病人损伤较大，无法自由的自主运动，无法根据病人的损伤程度灵活的调节阻力的大小，起不到较好的训练作用，使得手臂康复缓慢，并且现有的手臂康复装置，无法根据不同体型的人群调整大臂固定座和小臂固定座之间的长短改变力矩，不能达到不同的康复力度和作用，不便于辅助患者进行康复训练。
发明内容
为解决上述背景技术中提出的问题。本发明提供了一种基于脑机接口的手臂单自由度康复训练系统，具有便于适应不同体型的病人进行套接，从而适应不同体型、臂长的病人，可以根据病人的损伤程度灵活的调节弹簧阻力的大小，从而能够达到不同的康复力度和作用的特点。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于脑机接口的手臂单自由度康复训练系统，包括大臂固定座以及控制模块，所述大臂固定座的一侧安装有小臂固定座，所述小臂固定座的另一侧安装有调力组件，所述控制模块内部设有信号采集模块、信号处理模块、通讯模块和信号输出模块，所述信号采集模块与信号处理模块相连接，所述信号处理模块与通讯模块相连接，所述通讯模块与信号输出模块相连接；
所述调力组件包括连接座、抓握架、抓握杆、滑杆、第一铰接座、连接杆和第二铰接座，所述连接座的一侧固定连接在小臂固定座的表面，所述抓握架的内部通过铰接轴铰接在连接座的表面，所述抓握杆的两端固定连接在两个所述抓握架之间，所述第一铰接座的一侧固定连接在抓握架的一侧，所述连接杆的一端活动连接在第一铰接座的内部，所述第二铰接座的内部活动连接在连接杆的另一端，所述调力组件还包括调力座、限位板和弹簧，所述滑杆的一端固定连接在第二铰接座的一侧，且所述滑杆的表面滑动连接在调力座表面开设的槽孔内，所述限位板的一侧固定连接在滑杆的另一端，且所述限位板滑动连接在所述调力座内，所述弹簧的两端固定连接在调力座和限位板之间，所述调力组件还包括限位拨杆、拉环、插接杆和电机，所述调力座的一侧开设有限位槽，所述限位拨杆的表面滑动连接在限位槽的内部，且所述限位拨杆的一端固定连接在限位板的一侧，所述拉环的表面固定连接在限位拨杆的另一端，所述调力座的表面开设有若干插接槽，所述插接杆的表面滑动连接在插接槽的内部，所述电机的输出端固定连接在连接座的内壁面，且所述电机的机身固定连接在抓握架的表面，所述限位板的表面滑动连接在调力座的内壁面，且所述限位板的表面开设有与插接杆相配适的插接槽，所述抓握架在连接座表面翻转的最大距离小于滑杆的长度，所述抓握杆的表面均匀固定连接有若干防滑凸点，所述小臂固定座表面的两侧均固定连接有拉伸绑带。
作为本发明一种基于脑机接口的手臂单自由度康复训练系统优选的，所述大臂固定座和小臂固定座之间安装有伸缩组件，所述伸缩组件包括伸缩杆、第一固定板、活动块、转动轴、支架、第二固定板和支撑杆，所述伸缩杆的一端固定连接在小臂固定座的一侧，所述第一固定板的一侧固定连接在伸缩杆的另一端，所述活动块的一侧固定连接在第一固定板的另一侧，所述转动轴的表面铰接在活动块的内部，且所述转动轴固定连接在两个所述支架之间，所述支架的一侧固定连接在第二固定板的一侧，所述第二固定板的另一侧固定连接在支撑杆的一端，所述支撑杆的另一端固定连接在大臂固定座的一侧。
作为本发明一种基于脑机接口的手臂单自由度康复训练系统优选的，所述调力组件还包括限位拨杆、拉环、插接杆和电机，所述调力座的一侧开设有限位槽，所述限位拨杆的表面滑动连接在限位槽的内部，且所述限位拨杆的一端固定连接在限位板的一侧，所述拉环的表面固定连接在限位拨杆的另一端，所述调力座的表面开设有若干插接槽，所述插接杆的表面滑动连接在插接槽的内部，所述电机的输出端固定连接在连接座的内壁面，且所述电机的机身固定连接在抓握架的表面，所述限位板的表面滑动连接在调力座的内壁面，且所述限位板的表面开设有与插接杆相配适的插接槽，所述活动块的表面铰接在支架的内部，且所述活动块和支架之间的转动角度小于180度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
通过将大臂固定座和小臂固定座分别固定于病人的大臂和小臂上，再将大臂固定座和小臂固定座两侧的拉伸绑带进行扣接，从而将手臂固定，避免康复训练过程中大臂固定座和小臂固定座掉落，从而能够更好的进行康复训练，通过拉动小臂固定座带动伸缩杆进行伸缩，以便适应不同体型的病人进行套接，从而适应不同体型、臂长的病人，当小臂移动时，通过活动块在转动轴的表面进行转动，从而达到不妨碍患者做手臂拉伸活动的作用，从而提高治疗效果，通过将该装置与脑电采集设备配合起来，再由脑电波传感器对病人的主观意愿控制自己手臂手肘的单自由度运动，通过手握抓握杆，翻转手腕带动抓握架在连接座的表面进行转动，再由第一铰接座与连接杆、第二铰接座的配合使用，从而带动滑杆在调力座一侧开设的槽孔内进行滑动，通过滑杆带动限位板在调力座的内部进行滑动，并拉伸弹簧产生弹力，从而起到较好的训练作用，提高手臂康复的速度，通过拉动拉环带动限位拨杆在第二铰接座的内部进行滑动，从而带动限位板在调力座的内部进行滑动，通过将插接杆插入插接槽的内部，从而对调力座和限位板的位置进行固定，从而改变弹簧的初始弹力大小，可以根据病人的损伤程度灵活的调节弹簧阻力的大小，从而能够达到不同的康复力度和作用，当患者损伤过重或无力进行训练时，通过大脑控制脑电波传感器启动脑电采集设备和控制模块，再由控制模块启动电机，通过电机带动抓握架在连接座的表面进行转动，从而带动患者手臂进行运动，便于辅助患者进行康复训练。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明中调力座的结构示意图；
图3为本发明中调力座的剖视图；
图4为本发明中抓握架和滑杆的连接结构示意图；
图5为本发明中小臂固定座的结构示意图；
图6为本发明中伸缩杆和支撑杆的爆炸图；
图7为本发明的系统框图；
图8为本发明中控制模块的流程框图。
图中：
1、大臂固定座；2、小臂固定座；21、拉伸绑带；3、伸缩组件；31、伸缩杆；32、第一固定板；33、活动块；34、转动轴；35、支架；36、第二固定板；37、支撑杆；4、调力组件；41、连接座；42、抓握架；421、第一铰接座；422、连接杆；423、第二铰接座；424、电机；425、控制模块；43、抓握杆；44、滑杆；45、调力座；451、限位槽；452、限位拨杆；453、拉环；454、插接杆；455、插接槽；46、限位板；47、弹簧。
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。
如图1所示：
一种基于脑机接口的手臂单自由度康复训练系统，包括大臂固定座1以及控制模块425，大臂固定座1的一侧安装有小臂固定座2，小臂固定座2的另一侧安装有调力组件4，控制模块425内部设有信号采集模块、信号处理模块、通讯模块和信号输出模块，信号采集模块与信号处理模块相连接，信号处理模块与通讯模块相连接，通讯模块与信号输出模块相连接。
本实施方案中：现有的基于脑机接口的手臂单自由度康复训练系统通过将大臂固定座1和小臂固定座2分别固定于病人的大臂和小臂上，通过转动手臂从而带动活动块33在转动轴34的表面进行转动，进而对患者的手臂进行康复训练。
需要说明的是：小臂固定座2表面的两侧均固定连接有拉伸绑带21，通过将拉伸绑带21进行扣接从而将手臂固定，避免康复训练过程中大臂固定座1和小臂固定座2掉落，从而能够更好的进行康复训练。
如图1-图8所示：
在现有的基于脑机接口的手臂单自由度康复训练系统上设置伸缩组件3和调力组件4，来解决现有技术中，无法根据不同体型的人群调整大臂固定座1和小臂固定座2之间的长短改变力矩，无法根据病人的损伤程度灵活的调节弹簧47阻力的大小，使得手臂康复缓慢，不能达到不同的康复力度和作用的问题。
进一步而言：
结合上述内容，调力组件4包括连接座41、抓握架42、抓握杆43、滑杆44、调力座45、限位板46、弹簧47、第一铰接座421、连接杆422和第二铰接座423，连接座41的一侧固定连接在小臂固定座2的表面，抓握架42的内部通过铰接轴铰接在连接座41的表面，抓握杆43的两端固定连接在两个抓握架42之间，第一铰接座421的一侧固定连接在抓握架42的一侧，连接杆422的一端活动连接在第一铰接座421的内部，第二铰接座423的内部活动连接在连接杆422的另一端，滑杆44的一端固定连接在第二铰接座423的一侧，且滑杆44的表面滑动连接在调力座45表面开设的槽孔内，限位板46的一侧固定连接在滑杆44的另一端，且限位板46滑动连接在调力座45内，弹簧47的两端固定连接在调力座45和限位板46之间。
本实施方案中：通过将该装置与脑电采集设备配合起来，再由脑电波传感器对病人的主观意愿控制自己手臂手肘的单自由度运动，通过手握抓握杆43，翻转手腕带动抓握架42在连接座41的表面进行转动，再由第一铰接座421与连接杆422、第二铰接座423的配合使用，从而带动滑杆44在调力座45一侧开设的槽孔内进行滑动，通过滑杆44带动限位板46在调力座45的内部进行滑动，并拉伸弹簧47产生弹力，从而起到较好的训练作用，提高手臂康复的速度，当患者损伤过重或无力进行训练时，通过大脑控制脑电波传感器启动脑电采集设备和控制模块425，再由控制模块425启动电机424，通过电机424带动抓握架42在连接座41的表面进行转动，从而带动患者手臂进行运动，便于辅助患者进行康复训练。
需要说明的是：抓握架42在连接座41表面翻转的最大距离小于滑杆44的长度，抓握杆43的表面均匀固定连接有若干防滑凸点，本专利中设计到的电力设备均通过外部电源供电，脑电采集设备为现有的成熟技术，此处就不做过多赘述。
更进一步而言：
结合上述内容，调力组件4还包括限位拨杆452、拉环453、插接杆454、电机424和控制模块425，调力座45的一侧开设有限位槽451，限位拨杆452的表面滑动连接在限位槽451的内部，且限位拨杆452的一端固定连接在限位板46的一侧，拉环453的表面固定连接在限位拨杆452的另一端，调力座45的表面开设有若干插接槽455，插接杆454的表面滑动连接在插接槽455的内部，电机424的输出端固定连接在连接座41的内壁面，且电机424的机身固定连接在抓握架42的表面，控制模块425的底端固定连接在抓握架42的表面。
本实施方案中：通过拉动拉环453带动限位拨杆452在第二铰接座423的内部进行滑动，从而带动限位板46在调力座45的内部进行滑动，通过将插接杆454插入插接槽455的内部，从而对调力座45和限位板46的位置进行固定，从而改变弹簧47的初始弹力大小，可以根据病人的损伤程度灵活的调节弹簧47阻力的大小，从而能够达到不同的康复力度和作用。
需要说明的是：限位板46的表面滑动连接在调力座45的内壁面，且限位板46的表面开设有与插接杆454相配适的插接槽455。
更进一步而言：
结合上述内容，大臂固定座1和小臂固定座2之间安装有伸缩组件3，伸缩组件3包括伸缩杆31、第一固定板32、活动块33、转动轴34、支架35、第二固定板36和支撑杆37，伸缩杆31的一端固定连接在小臂固定座2的一侧，第一固定板32的一侧固定连接在伸缩杆31的另一端，活动块33的一侧固定连接在第一固定板32的另一侧，转动轴34的表面铰接在活动块33的内部，且转动轴34固定连接在两个支架35之间，支架35的一侧固定连接在第二固定板36的一侧，第二固定板36的另一侧固定连接在支撑杆37的一端，支撑杆37的另一端固定连接在大臂固定座1的一侧。
本实施方案中：通过将大臂固定座1和小臂固定座2分别固定于病人的大臂和小臂上，再将大臂固定座1和小臂固定座2两侧的拉伸绑带21进行扣接，从而将手臂固定，避免康复训练过程中大臂固定座1和小臂固定座2掉落，从而能够更好的进行康复训练，通过拉动小臂固定座2带动伸缩杆31进行伸缩，以便适应不同体型的病人进行套接，从而适应不同体型、臂长的病人，当小臂移动时，通过活动块33在转动轴34的表面进行转动，从而达到不妨碍患者做手臂拉伸活动的作用，从而提高治疗效果。
需要说明的是：活动块33的表面铰接在支架35的内部，且活动块33和支架35之间的转动角度小于180度。
需要说明的是：通过脑电波传感器将病人的主观意愿发送到控制模块425内部的信号采集模块，由信号采集模块将采集的信息发送至信息处理模块，信息处理模块负责处理信号采集模块传至的信息，得出命令发送至通讯模块，再由通讯模块电信号发送至信号输出模块，再由信号输出模块控制电机424进行通电，从而带动患者手臂进行运动，进而辅助患者进行康复训练。
最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于脑机接口的手臂单自由度康复训练系统，包括大臂固定座(1)以及控制模块(425)，所述大臂固定座(1)的一侧安装有小臂固定座(2)，其特征在于：所述小臂固定座(2)的另一侧安装有调力组件(4)，所述控制模块(425)内部设有信号采集模块、信号处理模块、通讯模块和信号输出模块，所述信号采集模块与信号处理模块相连接，所述信号处理模块与通讯模块相连接，所述通讯模块与信号输出模块相连接；
所述调力组件(4)包括连接座(41)、抓握架(42)、抓握杆(43)、滑杆(44)、第一铰接座(421)、连接杆(422)和第二铰接座(423)，所述连接座(41)的一侧固定连接在小臂固定座(2)的表面，所述抓握架(42)的内部通过铰接轴铰接在连接座(41)的表面，所述抓握杆(43)的两端固定连接在两个所述抓握架(42)之间，所述第一铰接座(421)的一侧固定连接在抓握架(42)的一侧，所述连接杆(422)的一端活动连接在第一铰接座(421)的内部，所述第二铰接座(423)的内部活动连接在连接杆(422)的另一端，所述调力组件(4)还包括调力座(45)、限位板(46)和弹簧(47)，所述滑杆(44)的一端固定连接在第二铰接座(423)的一侧，且所述滑杆(44)的表面滑动连接在调力座(45)表面开设的槽孔内，所述限位板(46)的一侧固定连接在滑杆(44)的另一端，且所述限位板(46)滑动连接在所述调力座(45)内，所述弹簧(47)的两端固定连接在调力座(45)和限位板(46)之间，所述调力组件(4)还包括限位拨杆(452)、拉环(453)、插接杆(454)和电机(424)，所述调力座(45)的一侧开设有限位槽(451)，所述限位拨杆(452)的表面滑动连接在限位槽(451)的内部，且所述限位拨杆(452)的一端固定连接在限位板(46)的一侧，所述拉环(453)的表面固定连接在限位拨杆(452)的另一端，所述调力座(45)的表面开设有若干插接槽(455)，所述插接杆(454)的表面滑动连接在插接槽(455)的内部，所述电机(424)的输出端固定连接在连接座(41)的内壁面，且所述电机(424)的机身固定连接在抓握架(42)的表面，所述限位板(46)的表面滑动连接在调力座(45)的内壁面，且所述限位板(46)的表面开设有与插接杆(454)相配适的插接槽(455)，所述抓握架(42)在连接座(41)表面翻转的最大距离小于滑杆(44)的长度，所述抓握杆(43)的表面均匀固定连接有若干防滑凸点，所述小臂固定座(2)表面的两侧均固定连接有拉伸绑带(21)。
2.根据权利要求1所述的基于脑机接口的手臂单自由度康复训练系统，其特征在于：所述大臂固定座(1)和小臂固定座(2)之间安装有伸缩组件(3)，所述伸缩组件(3)包括伸缩杆(31)、第一固定板(32)、活动块(33)、转动轴(34)、支架(35)、第二固定板(36)和支撑杆(37)，所述伸缩杆(31)的一端固定连接在小臂固定座(2)的一侧，所述第一固定板(32)的一侧固定连接在伸缩杆(31)的另一端，所述活动块(33)的一侧固定连接在第一固定板(32)的另一侧，所述转动轴(34)的表面铰接在活动块(33)的内部，且所述转动轴(34)固定连接在两个所述支架(35)之间，所述支架(35)的一侧固定连接在第二固定板(36)的一侧，所述第二固定板(36)的另一侧固定连接在支撑杆(37)的一端，所述支撑杆(37)的另一端固定连接在大臂固定座(1)的一侧，所述活动块(33)的表面铰接在支架(35)的内部，且所述活动块(33)和支架(35)之间的转动角度小于180度。
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