CN104921907A - 用于偏瘫患者康复训练的手指运动机构及康复训练装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于偏瘫患者康复训练的手指运动机构及训练装置，其中手指运动机构包括驱动杆、驱动杆连接杆、前端指套连接杆、后端指套连接杆、前端指套和后端指套，驱动杆的一端与力反馈驱动器的输出端通过铰链机构连接，驱动杆的另一端铰接在驱动杆连接杆的中部，前端指套连接杆的一端和后端指套连接杆的一端分别连接在驱动杆连接杆的两端，在前端指套连接杆的另一端设置有一导槽，后端指套连接杆的中部滑动的设置在导槽内，前端指套设置在前端指套连接杆上导槽的前部，后端指套设置在后端指套连接杆的端部。本发明运动机构自适应手指关节的变化，不会二次损伤关节，适用于手指运动的各个阶段，使得手指运动更加流畅。

Description

用于偏瘫患者康复训练的手指运动机构及康复训练装置

技术领域

本发明涉及一种用于偏瘫患者的多自由度拇指运动功能康复训练装置。

背景技术

手是人体上最有特色的器官之一。科学家认为，手是使人能够具有高度智慧的三大重要器官之一，是人类认识世界、改造世界的重要工具，是人们日常生活中最依赖的部位，也是最容易损伤的部位之一。在人的五个手指中，大拇指显得尤为重要，它可以和其他四个手指协同运动，从而完成拿、捏等动作。各种神经肌肉紊乱如中风等导致手部偏瘫功能丧失是很常见的，而手部的屈伸运动又是最经常受损的机动功能，这严重影响了患者的个人自理能力，给社会和家庭造成较大负担。研究表明，除了必要的药物介入外，适当的运动训练对患者肢体功能的恢复有很大的辅助作用。

目前，针对偏瘫患者所进行的手指运动功能康复训练多是在医生的一对一指导和辅助下完成的，医生根据患者的实际情况制定康复训练计划，帮助患者手指进行各种运动来达到恢复训练的效果。这种治疗方法不仅费时费力，而且治疗效果不明显。

随着科学技术的进步发展，机器人技术已逐渐运用于康复训练领域。目前存在的手指康复训练训练设备，已经可以用于手指的主动或被动康复训练，但是由于拇指是人的五个手指中最为精细、灵巧的一个，其自由度高，活动范围小，而且容易受到二次伤害，对康复训练系统的设计要求非常高。

目前针对偏瘫患者的手指康复装置对拇指多采用与其他手指相同的康复训练机构，而拇指与其他手指构造不同，运动更加灵活，这就大大降低了手指康复训练系统的适用性和训练效果。另外驱动装置多使用电机、压缩空气、电磁等主动驱动方式，很容易对患者手指产生二次伤害，稳定性、安全性得不到保证。因此，为了满足偏瘫患者对拇指运动功能康复的需求，研制出主被动混合驱动方式，多自由度的拇指康复训练装置具有重大意义。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提出一种能根据关节弯曲自适应改变距离的指关节活动灵活的用于偏瘫患者康复训练的手指运动机构及多自由度运动的康复训练装置，使得偏瘫患者在训练中习得正确的拇指运动方式，有助于患者拇指正常运动功能的恢复。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种用于偏瘫患者康复训练的手指运动机构，其特征在于：包括驱动杆、驱动杆连接杆、前端指套连接杆、后端指套连接杆、前端指套和后端指套，所述驱动杆的一端与所述力反馈驱动器的输出端通过铰链机构连接，所述驱动杆的另一端铰接在所述驱动杆连接杆的中部，所述前端指套连接杆的一端和后端指套连接杆的一端分别连接在所述驱动杆连接杆的两端，在所述前端指套连接杆的另一端设置有一导槽，所述后端指套连接杆的中部滑动的设置在所述导槽内用于调节前端指套和后端指套的相对位置，所述前端指套设置在所述前端指套连接杆上导槽的前部，所述后端指套设置在所述后端指套连接杆的端部。

所述铰链机构包括一轴承固定块、第一轴承、第二轴承以及封盖，所述轴承固定块设置在所述封盖内，所述轴承固定块固定在所述力反馈驱动器的输出端，所述第一轴承设置在所述封盖内，所述第二轴承设置在所述驱动杆内，两个轴承的内圈固定在所述的轴承固定块上，所述封盖与所述驱动杆固定连接。

在所述导槽内设置有一滚轮，该滚轮与所述前端指套连接杆连接。

所述前端指套和后端指套均为半封闭指套，在所述半封闭指套内设置有双面魔术贴。

一种用于偏瘫患者的多自由度手指康复训练装置，包括力反馈驱动器以及手指训练机构，其中力反馈驱动器包括机架以及设置在机架上的电机、磁流变液阻尼器和力矩传感器，其特征在于：所述手指运动机构包括驱动杆、驱动杆连接杆、前端指套连接杆、后端指套连接杆、前端指套和后端指套，所述驱动杆的一端与所述力反馈驱动器的输出端通过铰链机构连接，所述驱动杆的另一端铰接在所述驱动杆连接杆的中部，所述前端指套连接杆的一端和后端指套连接杆的一端分别连接在所述驱动杆连接杆的两端，在所述前端指套连接杆的另一端设置有一导槽，所述后端指套连接杆的中部滑动的设置在所述导槽内用于调节前端指套和后端指套的相对位置，所述前端指套设置在所述前端指套连接杆上导槽的前部，所述后端指套设置在所述后端指套连接杆的端部。

在所述导槽内设置有一滚轮，该滚轮与所述前端指套连接杆连接。

所述铰链机构包括一轴承固定块、第一轴承、第二轴承以及封盖，所述轴承固定块设置在所述封盖内，所述轴承固定块固定在所述力反馈驱动器的输出端，所述第一轴承设置在所述封盖内，所述第二轴承设置在所述驱动杆内，两个轴承的内圈固定在所述的轴承固定块上，所述封盖与所述驱动杆固定连接。

所述轴承为双面铁密封盖轴承。

所述前端指套和后端指套均为半封闭指套，在所述半封闭指套内设置有双面魔术贴。

在偏瘫患者进行主动训练时，传感器用于测量患者手指的速度与受力情况，控制器控制电机与磁流变液阻尼器输出相应的反馈力，反馈力作用到患者手指上形成一个闭环的控制，提供的力包括助力或者阻力，使得不同康复时期患者的手指都可以得到有效的主动训练。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、手指运动机构采用驱动杆连接杆、前端指套连接杆和后端指套连接杆，前端指套铰接在前端指套连接杆上，后端指套铰接在后端指套连接杆上，在前端指套连接杆上，装有一滚轮，在后端指套连接杆上，设置有一导槽。当手指固定在前端指套和后端指套后，手指关节弯曲时，前端指套和后端指套之间的角度合距离也随之同时变化，自适应手指关节的变化，不会二次损伤关节，适用于手指运动的各个阶段，使得手指运动更加流畅。使用硬铝合金材料加工，重量小，强度高，可靠性好。指套为半封闭指套，通过双面魔术贴与手指固定，使得手指在运动过程中更加舒适。

2、在驱动杆和驱动轴之间通过一个铰链机构连接，针对手指的特殊构造，使得手指在空间内可以自由活动，实现了手指的多自由度运动康复训练。

3、手指训练机构中的驱动装置采用有源的直流力矩电机与无源的磁流变液阻尼器相结合，磁流变液阻尼器是无源执行器，不能给操作者施加主动的作用力，即操作者在没有动作时是无法感受到装置的作用力的，只有在进行动作时才能感受到来自它的反作用力，且电机具有超调性，经过磁流变液阻尼器的调节之后可以使驱动装置更加平稳的运行，因此电机与磁流变液阻尼器的混合驱动方式更加安全、稳定。

4、在进行被动训练时，磁流变液阻尼器可以辅助电机进行刹车，且在检测到手指超过安全运动范围时可以快速提供阻尼力锁住电机，防止手指受到二次伤害；

5、在进行主动训练时，电机和磁流变液阻尼器组成的混合驱动装置可以相互配合，结合控制策略提供相应的主、被动力，帮助患者完成主动训练；

6、结合电机、磁流变液阻尼器组成的混合驱动装置实现了多种训练模式，其中主动训练时通过患者手指的情况提供不等的助力或阻力，帮助患者进行手指的康复训练，不同的训练模式适用于不同康复时期患者的康复需求。

附图说明

图1是本发明手指运动机构结构示意图。

图2是本发明康复训练装置结构示意图。

图3是本发明磁流变液阻尼器结构示意图。

其中：1、底座，2、密封圈，3、轴承，4、轴，5、O形密封圈，6、绝磁环，7、上盖，8、固定盘，9、旋转盘，10、垫片，11、大垫片，12、轴承，13、驱动杆，14、驱动杆连接杆，15、前端指套连接杆，16、前端指套，17、后端指套，18、后端指套连接杆，19、轴承固定块，20、驱动杆封盖，21、光电编码器，22、直流力矩电机，23、联轴器，24、磁流变液阻尼器，25、力矩传感器，26、机架。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细说明：

本发明手指运动机构如图1所示，在本实施例中以拇指训练结机构为例进行说明。由驱动杆13、轴承12、驱动杆封盖20、轴承固定块19、驱动杆连接杆14、前端指套连接杆15、前端指套16、后端指套17和后端指套连接杆18组成，其中轴承固定块19固定在驱动轴上，驱动杆13一端与轴承固定块连接，另一端与驱动杆连接杆14连接，驱动杆连接杆两端连接前端指套连接杆15和后端指套连接杆18，前端指套16与前端指套连接杆连接，后端指套17与后端指套连接杆连接，在前端指套和后端指套上固定有双面魔术贴，拇指通过魔术贴与指套固定在一起，另外驱动杆13和驱动杆连接杆14、驱动杆连接杆14和前端指套连接杆15及后端指套连接杆18、前端指套连接杆15和前端指套16、后端指套连接杆18和后端指套17之间通过销连接。

一种用于偏瘫患者的多自由度手指康复训练装置，如图2所示。由力反馈驱动器以及手指训练机构组成。其中力反馈驱动器由机架26以及设置在机架上的直流力矩电机22、联轴器23、磁流变液阻尼器24和力矩传感器25组成。

磁流变液阻尼器24结构示意图如图3所示，是由底座1、密封圈2、轴承3、轴4、O形密封圈5、绝磁环6、上盖7、固定盘8、旋转盘9、垫片10、大垫片11组成，固定盘8、旋转盘9与绝磁环6之间充满磁流变液，旋转盘9与轴4固定，固定盘8固定在绝磁环6上，绝磁环6与底座1、密封圈2、上盖7固定在一起，绝磁环6上绕有线圈，磁流变阻尼器在工作时，电流通过线圈产生磁场，磁流变液产生流变效应，轴4带动旋转盘9转动从而输出阻尼力。

拇指运动机构的设计

由于人体拇指的构造和其他手指不同，运动灵活且自由度高，需要设计出多自由度的机构用来实现拇指的康复运动训练。本发明设计出一种铰链机构用来满足拇指的多自由度运动，铰链机构两端连接驱动杆和驱动轴，可以满足拇指运动的灵活性。

本发明所设计的一种用于偏瘫患者的多自由度拇指康复训练装置的工作原理如下：

1、被动训练模式的实现

当患者处于偏瘫康复早期时，手指肌力较弱无法进行主动运动，这时使用本发明装置的被动训练模式来进行康复训练。患者首先在医生或者家人的帮助下作一个完整的拇指屈曲和伸展运动，光电编码器记录下拇指所能运动的最大范围，电机和磁流变液阻尼器组成的混合驱动装置协同带动拇指运动机构的驱动杆运动，从而使得手指运动机构带动患者手指在最大运动范围内做屈曲和伸展运动。在运动过程中，光电编码器和力矩传感器实时监测拇指的运动状况和受力状况并传送数据给控制器，控制器控制电机和磁流变液阻尼器组成的混合驱动装置输出相应的力矩，使得患者拇指在运动过程中保持平稳。由于使用了磁流变液阻尼器，大大减小了电机调速过程中的波动，对患者拇指起到了很好的保护作用。

2、主动训练模式的实现

当患者经过一段时间的康复训练后，拇指肌力得到改善，有能力完成拇指的运动，这时患者使用本发明装置的主动训练模式来进行康复训练。当患者拇指进行运动时，力矩传感器监测到力矩信息并反馈给控制器，控制器根据力矩大小发送控制信号，控制电机和磁流变阻尼器组成的混合驱动装置输出相应的力矩。若患者拇指还不足以完成大范围的屈曲和伸展运动时，混合驱动装置输出主动力帮助患者拇指完成运动；若患者拇指可以完成大范围的屈曲伸展运动时，混合驱动装置可以根据患者拇指的力的情况输出相应的阻尼力，以锻炼患者拇指的肌力，帮助其进一步恢复拇指的运动功能。

Claims (9)

1.一种用于偏瘫患者康复训练的手指运动机构，其特征在于：包括驱动杆、驱动杆连接杆、前端指套连接杆、后端指套连接杆、前端指套和后端指套，所述驱动杆的一端与所述力反馈驱动器的输出端通过铰链机构连接，所述驱动杆的另一端铰接在所述驱动杆连接杆的中部，所述前端指套连接杆的一端和后端指套连接杆的一端分别连接在所述驱动杆连接杆的两端，在所述前端指套连接杆的另一端设置有一导槽，所述后端指套连接杆的中部滑动的设置在所述导槽内用于调节前端指套和后端指套的相对位置，所述前端指套设置在所述前端指套连接杆上导槽的前部，所述后端指套设置在所述后端指套连接杆的端部。

2.根据权利要求1所述的手指运动机构，其特征在于：所述铰链机构包括一轴承固定块、第一轴承、第二轴承以及封盖，所述轴承固定块设置在所述封盖内，所述轴承固定块固定在所述力反馈驱动器的输出端，所述第一轴承设置在所述封盖内，所述第二轴承设置在所述驱动杆内，两个轴承的内圈固定在所述的轴承固定块上，所述封盖与所述驱动杆固定连接。

3.根据权利要求1或2所述的手指运动机构，其特征在于：在所述导槽内设置有一滚轮，该滚轮与所述前端指套连接杆连接。

4.根据权利要求3所述的手指运动机构，其特征在于：所述前端指套和后端指套均为半封闭指套，在所述半封闭指套内设置有双面魔术贴。

5.一种用于偏瘫患者的多自由度手指康复训练装置，包括力反馈驱动器以及手指训练机构，其中力反馈驱动器包括机架以及设置在机架上的电机、磁流变液阻尼器和力矩传感器，其特征在于：所述手指运动机构包括驱动杆、驱动杆连接杆、前端指套连接杆、后端指套连接杆、前端指套和后端指套，所述驱动杆的一端与所述力反馈驱动器的输出端通过铰链机构连接，所述驱动杆的另一端铰接在所述驱动杆连接杆的中部，所述前端指套连接杆的一端和后端指套连接杆的一端分别连接在所述驱动杆连接杆的两端，在所述前端指套连接杆的另一端设置有一导槽，所述后端指套连接杆的中部滑动的设置在所述导槽内用于调节前端指套和后端指套的相对位置，所述前端指套设置在所述前端指套连接杆上导槽的前部，所述后端指套设置在所述后端指套连接杆的端部。

6.根据权利要求5所述的多自由度手指康复训练装置，其特征在于：在所述导槽内设置有一滚轮，该滚轮与所述前端指套连接杆连接。

7.根据权利要求5或6所述的多自由度手指康复训练装置，其特征在于：所述铰链机构包括一轴承固定块、第一轴承、第二轴承以及封盖，所述轴承固定块设置在所述封盖内，所述轴承固定块固定在所述力反馈驱动器的输出端，所述第一轴承设置在所述封盖内，所述第二轴承设置在所述驱动杆内，两个轴承的内圈固定在所述的轴承固定块上，所述封盖与所述驱动杆固定连接。

8.根据权利要求7所述的多自由度手指康复训练装置，其特征在于：所述轴承为双面铁密封盖轴承。

9.根据权利要求5所述的多自由度手指康复训练装置，其特征在于：所述前端指套和后端指套均为半封闭指套，在所述半封闭指套内设置有双面魔术贴。