CN204428386U - 一种用于实现手部康复训练的交互装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于实现手部康复训练的交互装置，包括框型安装底座，安装底座上设置有手指支撑组件，所述安装底座上设置有多个主/被动混合驱动器，手指支撑组件通过主/被动混合驱动器以及连杆机构与手指支撑组件连接。本实用新型不但有效解决了现有的实现被动康复训练的设备大都采用主动驱动器驱动如电机、气动、液压、电磁场等，这些装置稳定性差，容易产生振动，控制难度大，一旦出现故障会对患者造成二次伤害的问题，而且有效解决了传统的实现主动康复训练的设备利用被动执行器驱动，如制动器、阻尼器等，这些设备本身是能量耗散的，相对稳定性较好，但大多驱动器完全依赖于机械接触，所以摩擦力大，也有部分稳定性不好，最主要是被动驱动器无法实现对患者的主动训练问题，不但如此，本实用新型相对于单手指康复训练设备，还能实现多手指运动协调性的康复训练。

Description

一种用于实现手部康复训练的交互装置

技术领域

本实用新型涉及医疗辅助器械设备技术领域，具体涉及一种用于实现手部康复训练的交互装置。

背景技术

手是人们探索和开发世界的重要工具，手功能的削弱和失效不但使患者不能参与社会劳动，甚至失去自理能力，给社会和家庭造成极大的负担。随着医疗技术的不断进步和医疗条件的不断改善，只要得到及时的救助，中风病人生还率比较高，但有三分之一的人失去手的运动功能，同样，手部意外伤害患者如断指再植成活率很高，但部分病人仍然丧失手部功能。研究表明，持续的一定强度重复性训练能够恢复手的功能，而手功能和技巧的恢复又能很大程度上促进脑再学习能力，否则，容易造成手的永久性残疾。

目前，手部康复训练大多利用虚拟现实技术，通过康复训练交互装置和虚拟环境进行交互实施训练，该训练方法具有以下优势：

（1）向患者提供实时直观的反馈信息，训练过程具有吸引力，患者能主动参与治疗，积极性高，训练效率高；

（2）能精确控制和记录训练参数，有利于治疗方案的确定和改进；

（3）能客观地评价康复程度和康复训练效果，有利于对患者康复规律的深入研究；

（4）医生能远程通过网络同时监控和指导多名患者的康复训练，节约医疗人力资源和提高患者参与康复的机会。

现有的用于手部康复训练的交互装置大多采用力反馈数据手套，如Rutgers MasterⅡ力觉手套、已经商业化的力反馈数据手套Cyber Glove等，还有部分其他类型的交互装置，如针对单个手指运动功能康复训练的装置等。但目前的手部康复训练交互装置存在以下一些问题：

（1）伤残处需要保护，而力觉数据手套的力反馈装置一般都穿戴于手背或安装于手掌上，穿戴时容易引起伤残处的二次伤害；

（2）根据患者手部伤残程度的不同，可能需要将主被动训练结合才能取得较好的效果，而现有的力觉数据手套基本上只能进行单独的主动训练或被动训练，无法实现主被动训练的结合；

（3）单手指康复训练交互装置不能实现手指协调性的训练；

（4）康复训练需要比较柔和的力，而目前的交互装置大多采用机械接触传动，机构刚度较大，无法产生相对柔和的力；

（5）现有的力反馈数据手套或其他康复训练交互装置成本都比较高，普通人群根本无法承受。

康复训练分为主动训练和被动训练，被动训练设备大多用主动驱动器驱动如电机、气动、液压、电磁场等，这些装置稳定性差，容易产生振动，控制难度大，一旦出现故障会对患者造成二次伤害。主动康复训练利用被动执行器驱动，如制动器、阻尼器等，这些设备本身是能量耗散的，相对稳定性较好，但大多驱动器完全依赖于机械接触，所以摩擦力大，也有部分稳定性不好，最主要是被动驱动器无法实现对患者的被动训练。根据伤残程度不同，大多患者需要主动训练与被动训练相结合，而现存的康复训练交互装置基本上只能进行单独的主动训练或被动训练。因此，开发出集主、被动训练于一身的手部康复训练装置将具有很好的康复效果和广泛的应用前景。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种用于实现手部康复训练的交互装置，本实用新型不但有效解决了现有的实现被动康复训练的设备大都采用主动驱动器驱动如电机、气动、液压、电磁场等，这些装置稳定性差，容易产生振动，控制难度大，一旦出现故障会对患者造成二次伤害的问题，而且有效解决了传统的实现主动康复训练的设备利用被动执行器驱动，如制动器、阻尼器等，这些设备本身是能量耗散的，相对稳定性较好，但大多驱动器完全依赖于机械接触，所以摩擦力大，也有部分稳定性不好，最主要是被动驱动器无法实现对患者的被动训练问题。

本实用新型通过以下技术方案实现：

一种用于实现手部康复训练的交互装置，包括框型安装底座（9），安装底座（9）上设置有手指支撑组件，其特征在于：所述安装底座（9）上设置有多个主/被动混合驱动器，手指支撑组件通过主/被动混合驱动器以及连杆机构与手指支撑组件连接；

所述主/被动混合驱动器包括第一主/被动混合驱动器（15）、第二主/被动混合驱动器（8）以及第三主/被动混合驱动器（2）；

所述手指支撑组件包括第一手指支撑组件（17）、第二手指支撑组件（18）以及第三手指支撑组件（12）；

所述连杆机构包括第一连杆（14）、第二连杆（6）以及第三连杆（4），第一连杆（14）、第二连杆（6）以及第三连杆（4）上均设置有力度传感器（22）；

所述第一主/被动混合驱动器（15）、第二主/被动混合驱动器（8）均固定设置于安装底座（9）内侧下面板上，第三主/被动混合驱动器（2）固定设置于安装底座（9）内侧上面板上，第一主/被动混合驱动器（15）通过输出轴（13）上设置的第一连杆（14）与第一手指支撑组件（17）连接，第二主/被动混合驱动器（8）通过输出轴（5）上设置的第二连杆（6）与第二手指支撑组件（18）连接，第三主/被动混合驱动器（2）通过输出轴（3）上设置的第三连杆（4）与第三手指支撑组件（12）连接；

所述第一主/被动混合驱动器（15）、第二主/被动混合驱动器（8）、第三主/被动混合驱动器（2）、力度传感器（22）均通过控制器与康复虚拟环境模块进行数据交互。

本实用新型进一步技术改进方案是：

所述手指支撑组件均由连接扣（19）、指套（21）构成，指套（21）通过柱销（20）与连接扣（19）转动连接，手指支撑组件通过连接扣（19）与连杆机构转动连接。

本实用新型进一步技术改进方案是：

所述主/被动混合驱动器包括驱动电机（7）、磁流变液阻尼器（16）串联构成，主/被动混合驱动器通过角度传感器经过控制器与康复虚拟环境模块进行数据交互。

本实用新型进一步技术改进方案是：

所述角度传感器包括第一角度传感器（11）、第二角度传感器（10）以及第三角度传感器（1），第一角度传感器（11）、第二角度传感器（10）以及第三角度传感器（1）分别与输出轴（13）、输出轴（5）、输出轴（3）连接

本实用新型与现有技术相比，具有以下明显优点：

1、本实用新型的主/被动混合驱动器采用电机与磁流变液阻尼器串联组合的混合驱动方式使手部康复训练交互装置更具稳定性，当电机失控施加于患者手指上的力过大时利用磁流变液阻尼器的阻尼作用，可避免对患者伤残部位的再次伤害，当电机失控使手指张开角度过大时，也可通过磁流变液阻尼器的阻尼作用，使患者免受伤害。

2、本实用新型集手部主动和被动康复训练于一身，适合于不同伤残程度的患者的康复训练。

3、本实用新型结构相对简单、紧凑，机械加工精度要求也不高，具有便携性，适合于在医院、家庭或社区等各种场合开展康复训练。

4、本实用新型采用多个手指支撑组件不但能够适应于单手指的康复训练，而且能够实现多手指协调性的康复训练，如抓握动作的训练。

5、本实用新型无需将复杂繁重的机械机构安装于手背或手掌中，因此更具安全性，长时间训练也不会过于劳累，采用新兴的磁流变技术，不是通过机械接触，而是利用流体传递力矩，因此更为稳定和连续性。

6、本实用新型控制更精确，通过力传感器和角度传感器测量手指受力和伸展程度并作为反馈信号，由此形成闭环控制，因此使得对力和角度的控制更加精确。

7、本实用新型在对手部伤残患者进行康复训练的同时，能够通过角度传感器和力传感器分别测量出患者手的运动范围和运动力度，可以实施评估患者的康复程度，并将这些数据收集整理处理后，为治疗医师进一步研究和改进治疗方案奠定基础，也为其寻求手部伤残患者的康复规律提供客观依据。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型手指支撑组件的结构示意图；

图3为本实用新型系统原理图。

具体实施方式

如图1、2、3所示，本实用新型包括框型安装底座9，安装底座9上设置有手指支撑组件，所述安装底座9上设置有多个主/被动混合驱动器，手指支撑组件通过主/被动混合驱动器以及连杆机构与手指支撑组件连接；

所述主/被动混合驱动器包括第一主/被动混合驱动器15、第二主/被动混合驱动器8以及第三主/被动混合驱动器2；

所述手指支撑组件包括第一手指支撑组件17、第二手指支撑组件18以及第三手指支撑组件12；

所述连杆机构包括第一连杆14、第二连杆6以及第三连杆4，第一连杆14、第二连杆6以及第三连杆4上均设置有力度传感器22；

所述第一主/被动混合驱动器15、第二主/被动混合驱动器8均固定设置于安装底座9内侧下面板上，第三主/被动混合驱动器2固定设置于安装底座9内侧上面板上，第一主/被动混合驱动器15通过输出轴13上设置的第一连杆14与第一手指支撑组件17连接，第二主/被动混合驱动器8通过输出轴5上设置的第二连杆6与第二手指支撑组件18连接，第三主/被动混合驱动器2通过输出轴3上设置的第三连杆4与第三手指支撑组件12连接；

所述第一主/被动混合驱动器15、第二主/被动混合驱动器8、第三主/被动混合驱动器2、力度传感器22均通过控制器与康复虚拟环境模块进行数据交互。

所述手指支撑组件均由连接扣19、指套21构成，指套21通过柱销20与连接扣19转动连接，手指支撑组件通过连接扣19与连杆机构转动连接。

所述主/被动混合驱动器包括驱动电机（7）、磁流变液阻尼器（16）串联构成，主/被动混合驱动器通过角度传感器经过控制器与康复虚拟环境模块进行数据交互。

所述角度传感器包括第一角度传感器11、第二角度传感器10以及第三角度传感器1，第一角度传感器11、第二角度传感器10以及第三角度传感器1分别与输出轴13、输出轴5、输出轴3连接。

结合图1、2、3简述本实用新型的工作过程：

患者的单个或多个手指如拇指、食指和中指通过指套固定，其中的第一手指支撑组件一般固定于拇指上，其余两个组件分别固定于食指和中指上，被动训练过程中，虚拟环境中对手部进行的训练使虚拟手受力并伸屈，该力和伸屈角度信息通过控制器传输到交互装置，此时阻尼器不工作，电机控制输出轴旋转，并根据虚拟环境传递来的力控制转矩和旋转角度，该转矩施加在手指上使手指受力，力传感器测量手指受力，对电机输出力进行闭环控制，使施加于手指上的力与虚拟环境中虚拟手受力相等，角度传感器测量输出轴旋转角度，进而测量手指伸屈程度，并使其伸屈角度与虚拟环境传递来的角度信息相同。主动训练时电机不动作，其他过程与被动训练时相同，这里不再赘述。本实用新型既可以实现对单个手指的主被动康复训练，也可以同时对三个手指施加力，实现对三个手指的协调性动作训练。利用角度传感器可以测量和控制手指的活动范围，被动训练时，手指活动范围达到极限时电机立即停止动作，主动训练时，手指活动范围到达极限时，阻尼器阻尼力调整到最大，限止手指进一步活动，因此可以保证受训者的安全。本实用新型手部康复训练交互装置还能与虚拟环境中康复游戏相配合实现手部康复训练，远程治疗医师可以通过网络指导和监督患者在家中进行康复训练，因此一个治疗医师同时指导多个患者康复训练。

本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于实现手部康复训练的交互装置，包括框型安装底座（9），安装底座（9）上设置有手指支撑组件，其特征在于：所述安装底座（9）上设置有多个主/被动混合驱动器，手指支撑组件通过主/被动混合驱动器以及连杆机构与手指支撑组件连接；

所述主/被动混合驱动器包括第一主/被动混合驱动器（15）、第二主/被动混合驱动器（8）以及第三主/被动混合驱动器（2）；

所述手指支撑组件包括第一手指支撑组件（17）、第二手指支撑组件（18）以及第三手指支撑组件（12）；

所述连杆机构包括第一连杆（14）、第二连杆（6）以及第三连杆（4），第一连杆（14）、第二连杆（6）以及第三连杆（4）上均设置有力度传感器（22）；

所述第一主/被动混合驱动器（15）、第二主/被动混合驱动器（8）均固定设置于安装底座（9）内侧下面板上，第三主/被动混合驱动器（2）固定设置于安装底座（9）内侧上面板上，第一主/被动混合驱动器（15）通过输出轴（13）上设置的第一连杆（14）与第一手指支撑组件（17）连接，第二主/被动混合驱动器（8）通过输出轴（5）上设置的第二连杆（6）与第二手指支撑组件（18）连接，第三主/被动混合驱动器（2）通过输出轴（3）上设置的第三连杆（4）与第三手指支撑组件（12）连接；

所述第一主/被动混合驱动器（15）、第二主/被动混合驱动器（8）、第三主/被动混合驱动器（2）、力度传感器（22）均通过控制器与康复虚拟环境模块进行数据交互。

2.根据权利要求1所述的一种用于实现手部康复训练的交互装置，其特征在于：所述手指支撑组件均由连接扣（19）、指套（21）构成，指套（21）通过柱销（20）与连接扣（19）转动连接，手指支撑组件通过连接扣（19）与连杆机构转动连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于实现手部康复训练的交互装置，其特征在于：所述主/被动混合驱动器包括驱动电机（7）、磁流变液阻尼器（16）串联构成，主/被动混合驱动器通过角度传感器经过控制器与康复虚拟环境模块进行数据交互。

4.根据权利要求3所述的一种用于实现手部康复训练的交互装置，其特征在于：所述角度传感器包括第一角度传感器（11）、第二角度传感器（10）以及第三角度传感器（1），第一角度传感器（11）、第二角度传感器（10）以及第三角度传感器（1）分别与输出轴（13）、输出轴（5）、输出轴（3）连接。