專利名稱：外骨骼式生物反饋手功能訓練器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及ー種手功能康復訓練器，尤其是一種恢復手功能障礙患者部分或者全部手功能的康復訓練器。
背景技術(shù)：
中國現(xiàn)有腦卒中患者約900萬人，毎年新發(fā)病在150萬人以上，大約75%腦卒中患者在發(fā)病后會留下不同程度的后遺癥，在眾多的后遺癥中，以偏癱發(fā)生率最高，在偏癱的康復中，又以手功能的康復最為困難?；颊叩氖衷诤笃谕蚣∪獐d攣，形成ー個屈曲的半握拳姿勢，因此，手功能的康復一直是患者最需要解決的問題，也是腦卒中患者最難解決的問題。手功能康復的主要技巧是掌握好活動的力度，早期被動運動要求輕柔、緩慢，以不引起不能耐受的疼痛為宜，從而達到防止肌腱粘連和關(guān)節(jié)僵硬，并可促進血液循環(huán)，増加關(guān)節(jié)、肌肉的牽伸效果。醫(yī)學理論和實踐證明，肢體損傷的患者為了防止肌肉“廢用性”萎縮，必須要進行有效的肢體訓練以恢復其功能。由于患者手指本身已存在功能障礙，不能獨立完成訓練；需要由具有一定護理知識和體力的護士或者其他人幫助實施，増加了康復難度和護理費用。為了讓患者自主地進行康復訓練，制作一種幫助其恢復運動功能的醫(yī)療保健器械是必要的。據(jù)了解國內(nèi)醫(yī)院的康復科大部分都是采用醫(yī)務人員陪同康復治療，在浪費大量資源的前提下，患者的康復情況還沒有很顯著的效果。本發(fā)明根據(jù)國內(nèi)的臨床康復治療中還沒有特定的、高效的手功能障礙康復訓練器械，設(shè)計了ー種外骨骼式生物反饋手功能訓練器。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型是要提供ー種外骨骼式生物反饋手功能訓練器，該訓練器應用連桿機構(gòu)實現(xiàn)四指的同步運動，通過控制兩個電機的運轉(zhuǎn)實現(xiàn)四指和拇指的同步或者異步運動，在其基礎(chǔ)上設(shè)計微直流電機驅(qū)動模塊并以病患者的患側(cè)肢的微弱肌電信號比例控制和聲音控制混合控制微直流電機，以生物反饋的方式訓練功能障礙的手指。本實用新型的技術(shù)方案是ー種外骨骼式生物反饋手功能訓練器，包括佩戴在患者手上的手背貼合面板，拇指驅(qū)動機構(gòu)，四個手指驅(qū)動機構(gòu)，電機傳動機構(gòu)，其特點是手背貼合面板上分別連接拇指驅(qū)動機構(gòu)，四個手指驅(qū)動機構(gòu)和電機傳動機構(gòu)，電機傳動機構(gòu)中的直線電機傳動機構(gòu)與拇指驅(qū)動機構(gòu)連接，微型直流電機傳動機構(gòu)與四個手指驅(qū)動機構(gòu)連接。手指驅(qū)動機構(gòu)包括手指固定件，手指連桿組件，手指連桿組件，手指近節(jié)指骨，手指中節(jié)指骨，手指近節(jié)指骨遠端兩孔與手指中節(jié)指骨近端上側(cè)兩孔轉(zhuǎn)動連接，手指中節(jié)指骨近端下側(cè)兩孔分別與手指連桿組件轉(zhuǎn)動連接，手指連桿組件與手指連桿組件10焊接連接；并通過手指連桿組件與手指固定件轉(zhuǎn)動連接；手指近節(jié)指骨后端兩側(cè)下面分別與手指固定件轉(zhuǎn)動連接，兩個手指固定件分別與手背貼合面板固定連接。拇指驅(qū)動機構(gòu)包括手指固定件，手指連桿組件，拇指連桿組件，拇指近節(jié)指骨，拇指近節(jié)指骨連桿，其中，拇指連桿組件與手指連桿組件焊接連接，拇指近節(jié)指骨遠端兩側(cè)分別通過拇指近節(jié)指骨連桿與手指連桿組件轉(zhuǎn)動連接，近端兩側(cè)分別與手指固定件轉(zhuǎn)動連接，兩個手指固定件分別與手背貼合面板固定連接。微型直流電機傳動機構(gòu)包括直流電機， 錐齒輪傳動固定件，一級傳動齒輪組、ニ級傳動齒輪組，三級傳動齒輪組，四指推桿，輸出端錐齒輪，傳動錐齒輪構(gòu)件，其中，直流電機通過輸出端錐齒輪與錐齒輪傳動固定件內(nèi)的傳動錐齒輪構(gòu)件的錐齒輪嚙合傳動連接，傳動錐齒輪構(gòu)件通過ー級傳動齒輪組、ニ級傳動齒輪組和三級傳動齒輪組的齒輪傳動使使四指推桿傳動運動，四指推桿通過四指連接桿使四個手指的手指連桿組件繞其與手指固定件轉(zhuǎn)動。直線電機傳動機構(gòu)包括直線電機，直線電機連接件，拇指推桿，拇指連接桿，其中，直線電機的輸出桿通過直線電機連接件與拇指推桿轉(zhuǎn)動連接，拇指推桿通過拇指連接桿使拇指連桿組件繞其與手指固定件的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。本實用新型的有益效果是本實用新型的拇指驅(qū)動機構(gòu)由與拇指近節(jié)指骨貼合的組件和連桿機構(gòu)連接而成；五個手指驅(qū)動機構(gòu)ネ旲擬了手指在抓握時關(guān)節(jié)的瞬時轉(zhuǎn)動中心，在機構(gòu)的關(guān)節(jié)處的轉(zhuǎn)動中心是模擬真實手指關(guān)節(jié)的瞬時轉(zhuǎn)動中心。本實用新型實現(xiàn)了用于手部功能障礙的穿戴式機械手的肌電/語音混合控制，其創(chuàng)新點有1. 穿戴式設(shè)計方便患者進行基于日常生活輔助的功能訓練，提高訓練效果；2. 欠驅(qū)動多關(guān)節(jié)聯(lián)動手指機構(gòu)，實現(xiàn)輕便結(jié)構(gòu)下的指間關(guān)節(jié)運動；3. 表面肌電信號觸發(fā)與動態(tài)智能控制實現(xiàn)互動式生物反饋訓練；4. 語音控制方式提供被動訓練、實現(xiàn)互動式運動想象療法；5. 健康側(cè)手動觸控主動軟癱期、痙攣期雙側(cè)手同步訓練。

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)之一立體示意圖；圖2是本實用新型的結(jié)構(gòu)之ニ立體示意圖；圖3是食指驅(qū)動機構(gòu)立體示意圖；圖4是直流電機外部傳動錐齒輪組件立體示意圖；圖5是直流電機外部三級減速機構(gòu)立體分解圖；圖6是直線電機傳動機構(gòu)和拇指驅(qū)動機構(gòu)立體示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖與實施例對本實用新型作進ー步說明。如圖1至圖6所示，本實用新型的外骨骼式生物反饋手功能訓練器，包括佩戴在患者手上的手背貼合面板I，拇指驅(qū)動機構(gòu)，四個手指驅(qū)動機構(gòu)，電機傳動機構(gòu)，其特點是手背貼合面板I上分別連接拇指驅(qū)動機構(gòu)，四個手指驅(qū)動機構(gòu)和電機傳動機構(gòu)，電機傳動機構(gòu)中的直線電機傳動機構(gòu)與拇指驅(qū)動機構(gòu)連接，微型直流電機傳動機構(gòu)與四個手指驅(qū)動機構(gòu)連接。[0026]手指驅(qū)動機構(gòu)包括手指固定件9，手指連桿組件10，手指連桿組件，手指近節(jié)指骨，手指中節(jié)指骨，手指近節(jié)指骨遠端兩孔與手指中節(jié)指骨近端上側(cè)兩孔轉(zhuǎn)動連接，手指中節(jié)指骨近端下側(cè)兩孔分別與手指連桿組件轉(zhuǎn)動連接，手指連桿組件與手指連桿組件10焊接連接；并通過手指連桿組件10與手指固定件9轉(zhuǎn)動連接；手指近節(jié)指骨后兩側(cè)下面分別與手指固定件9轉(zhuǎn)動連接，兩個手指固定件9分別與手背貼合面板I固定連接。如圖6所示，拇指驅(qū)動機構(gòu)包括手指固定件9，手指連桿組件10，拇指連桿組件11，拇指近節(jié)指骨16，拇指近節(jié)指骨連桿25，其中，拇指連桿組件11與手指連桿組件10焊接連接，拇指近節(jié)指骨16遠端兩側(cè)分別通過拇指近節(jié)指骨連桿25與手指連桿組件10轉(zhuǎn)動連接，近端兩側(cè)分別與手指固定件9轉(zhuǎn)動連接，兩個手指固定件09分別與手背貼合面板I固定連接。如圖4,5所不,微型直流電機傳動機構(gòu)包括直流電機2,錐齒輪傳動固定件26, —級傳動齒輪組36、ニ級傳動齒輪組37，三級傳動齒輪組38，四指推桿31，輸出端錐齒輪34，傳動錐齒輪構(gòu)件35，其中，直流電機2通過輸出端錐齒輪34與固定在錐齒輪傳動固定件26內(nèi)的傳動錐齒輪構(gòu)件35的錐齒輪嚙合傳動連接，傳動錐齒輪構(gòu)件35通過ー級傳動齒輪組36、ニ級傳動齒輪組37和三級傳動齒輪組38的齒輪傳動使四指推桿31運動，四指推桿31通過四指連接桿32使四個手指的手指連桿組件10繞其與手指固定件9轉(zhuǎn)動。
·[0029]如圖6所示，直線電機傳動機構(gòu)包括直線電機3，直線電機連接件6，拇指推桿7，拇指連接桿8,其中,直線電機3的輸出桿通過直線電機連接件6與拇指推桿7轉(zhuǎn)動連接,拇指推桿7通過拇指連接桿8使拇指連桿組件10繞其與手指固定件9的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。本實用新型通過肌電信號\語音信號\觸控\患者健側(cè)手觸控等控制微型直線電機和微型直流電機的運行驅(qū)動拇指和四指機構(gòu)來帶動有功能障礙的手運動，在兩個電機的帶動下，外骨骼式生物反饋手功能訓練器可以帶動患者功能障礙手實現(xiàn)抓握功能，可以逐漸恢復患者的部分或全部手功能，能有效的減小腦卒中等患者的手部病癥；外骨骼式生物反饋手功能訓練器的手背貼合面板01是參考GB中國成年人手型尺寸和小樣本抽樣統(tǒng)計而設(shè)計的，符合正常成年人手一般擺放姿勢，這種設(shè)計可以使患者的手掌部維持在正常狀態(tài)，防止畸形化；在佩戴外骨骼式生物反饋手功能訓練器時，各手指均有一定的間距，具有一定程度的分指功能。在各手指機構(gòu)與手指貼合面設(shè)有壓カ傳感器，在對患者進行手功能訓練的整個過程中進行數(shù)據(jù)采集，記錄患者各手指肌カ的變換情況形成直觀的曲線圖，可以作為醫(yī)師治療的參考資料，實時調(diào)整得到更佳的訓練方案。其中與手背貼合面板I連接的四個手指驅(qū)動機構(gòu)中的食指驅(qū)動機構(gòu)、中指驅(qū)動機構(gòu)、無名指驅(qū)動機構(gòu)和小指驅(qū)動機構(gòu)是同一結(jié)構(gòu)原理；下面以食指驅(qū)動機構(gòu)為例說明其連接方式(其裝配件的放置方式·如圖3)，兩個手指固定件9各由兩個螺釘與手背貼合面板I ;手指連桿組件10與食指連桿組件12焊接連接；手指連桿組件10與手指固定件9轉(zhuǎn)動連接；食指近節(jié)指骨17與手指固定件9轉(zhuǎn)動連接；食指連桿組件12與食指中節(jié)指骨21轉(zhuǎn)動連接；食指近節(jié)指骨17與食指中節(jié)指骨21轉(zhuǎn)動連接。其中與手背貼合面板I連接的微型直流電機傳動機構(gòu)的具體連接方式如下下面以機構(gòu)的裝配步驟說明其連接方式，第三齒輪箱組件(30)與第一軸承圈50和第二軸承圈51在對應的位置過盈配合(如圖5所示)，第一齒輪箱組件28與第一軸承圈50也在對應的位置過盈配合；第一齒輪箱組件28與第二齒輪箱組件29邊緣對齊后由三顆螺釘固定連接；傳動錐齒輪構(gòu)件35的齒軸端插入錐齒輪傳動固定件26并使錐齒輪的下端面與之貼合；已選定的直流電機裝入直流電機外殼0201內(nèi)并由直流電機外殼端蓋0202旋緊固定，直流電機外殼0201與錐齒輪傳動固定件26由三顆螺釘固定連接；輸出端錐齒輪34的內(nèi)齒與直流電機2輸出齒緊密嚙合后由ー顆螺釘和墊片將輸出端錐齒輪軸向固定；然后將錐齒輪傳動固定件封閉蓋27用兩顆螺釘與錐齒輪傳動固定件26固定，此時插入錐齒輪傳動固定件26的傳動錐齒輪構(gòu)件35的光軸端恰好頂在錐齒輪傳動固定件封閉蓋27上的一個沉孔，使傳動錐齒輪構(gòu)件35在能自由轉(zhuǎn)動的前提下限制了其軸向運動；將錐齒輪傳 動固定件26與第三齒輪箱組件30的兩個裝配螺孔對齊由兩顆螺釘固定連接；把一級傳動齒輪組36、ニ級傳動齒輪組37和三級傳動齒輪組38按照圖5所示的方式放入對應軸承圈內(nèi)，然后把一級傳動齒輪組36、ニ級傳動齒輪組37和三級傳動齒輪組38的另ー軸端插入第ー齒輪箱組件28內(nèi)對應的軸承圈內(nèi)，再由三顆螺釘把第二齒輪箱組件29和第三齒輪箱組件30固定連接；將齒輪向內(nèi)推桿33插入三級傳動齒輪組38的孔中，然后將長、短兩個管件39、40套在齒輪向內(nèi)推桿33的兩側(cè)，再把兩個四指推桿31套在齒輪向內(nèi)推桿33的兩側(cè)并由兩個螺母使其軸向固定；這樣就完成了直流電機2傳動機構(gòu)的裝配；直流電機2的傳動是與輸出齒軸固定的輸出端錐齒輪34與直流電機2同步轉(zhuǎn)動，輸出端錐齒輪34的轉(zhuǎn)動帶動與之嚙合的傳動錐齒輪構(gòu)件35轉(zhuǎn)動，傳動錐齒輪構(gòu)件35轉(zhuǎn)動通過齒輪嚙合帶動ー級傳動齒輪組36轉(zhuǎn)動，一級傳動齒輪組36轉(zhuǎn)動通過齒輪嚙合帶動ニ級傳動齒輪組37轉(zhuǎn)動，ニ級傳動齒輪組37轉(zhuǎn)動通過齒輪嚙合帶動三級傳動齒輪組38轉(zhuǎn)動；三級傳動齒輪組38轉(zhuǎn)動通過齒輪箱內(nèi)推桿33帶動四指推桿31在齒輪箱內(nèi)推桿33作弧形運動的時候繞其轉(zhuǎn)動；四指推桿31的另一端與四指連接桿32轉(zhuǎn)動連接，四指連接桿32與四個手指的手指連桿組件10固定連接，從而在四指推桿31的推動下，四個手指的手指連桿組件10可以繞其與手指固定件9的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動；由于四個手指的結(jié)構(gòu)是同一原理，下面以食指的運動為例說明其運動機理。由上述食指的連接方式可知，當手指連桿組件10繞其與手指固定件9的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，手指固定件9、手指連桿組件10和食指連桿組件12的焊件、食指中節(jié)指骨21及食指近節(jié)指骨17構(gòu)成一個四連桿結(jié)構(gòu)，食指驅(qū)動機構(gòu)就能做出模擬食指彎曲的運動。直線電機3的連接及運動機理如下(如圖6所示)直線電機3插入直線電機固定外殼4并由直線電機固定外殼封閉蓋5旋緊固定,直線電機3的輸出桿與直線電機連接件6螺紋連接；直線電機連接件6與拇指推桿7由一個螺栓轉(zhuǎn)動連接,拇指推桿7的另一端與拇指連接桿8轉(zhuǎn)動連接，拇指連接桿8與拇指驅(qū)動機構(gòu)的手指連桿組件10是固定連接；手指連桿組件10與拇指連桿組件11是焊接連接；手指連桿組件10與手指固定件9是轉(zhuǎn)動連接，拇指近節(jié)指骨16與拇指近節(jié)指骨連桿25是轉(zhuǎn)動連接，拇指近節(jié)指骨連桿25拇指連桿組件11是轉(zhuǎn)動連接，拇指近節(jié)指骨16與手指固定件9是轉(zhuǎn)動連接；當直線電機3的輸出桿伸出時，推動拇指推桿7向前推出，并帶動由手指固定件9、手指連桿組件10與拇指連桿組件11的焊接件、拇指近節(jié)指骨16和拇指近節(jié)指骨連桿25構(gòu)成的四連桿運動。
權(quán)利要求1.一種外骨骼式生物反饋手功能訓練器，包括佩戴在患者手上的手背貼合面板(I)， 拇指驅(qū)動機構(gòu)，四個手指驅(qū)動機構(gòu)，電機傳動機構(gòu)，其特征在于所述手背貼合面板(I)上分別連接拇指驅(qū)動機構(gòu)，四個手指驅(qū)動機構(gòu)和電機傳動機構(gòu)，電機傳動機構(gòu)中的直線電機傳動機構(gòu)與拇指驅(qū)動機構(gòu)連接，微型直流電機傳動機構(gòu)與四個手指驅(qū)動機構(gòu)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外骨骼式生物反饋手功能訓練器，其特征在于所述手指驅(qū)動機構(gòu)包括手指固定件(9)，手指連桿組件(10)，手指連桿組件，手指近節(jié)指骨，手指中節(jié)指骨，手指近節(jié)指骨遠端兩孔與手指中節(jié)指骨近端上側(cè)兩孔轉(zhuǎn)動連接，手指中節(jié)指骨近端下側(cè)兩孔分別與手指連桿組件轉(zhuǎn)動連接，手指連桿組件與手指連桿組件(10)焊接連接；并通過手指連桿組件(10)與手指固定件(9)轉(zhuǎn)動連接；手指近節(jié)指骨后端兩側(cè)下面分別與手指固定件(9)轉(zhuǎn)動連接，兩個手指固定件(9)分別與手背貼合面板(I)固定連接。
3 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外骨骼式生物反饋手功能訓練器，其特征在于所述拇指驅(qū)動機構(gòu)包括手指固定件(9)，手指連桿組件(10)，拇指連桿組件(11)，拇指近節(jié)指骨(16)， 拇指近節(jié)指骨連桿(25 )，其中，拇指連桿組件(11)與手指連桿組件(10 )焊接連接，拇指近節(jié)指骨(16)遠端兩側(cè)分別通過拇指近節(jié)指骨連桿(25)與手指連桿組件(10)轉(zhuǎn)動連接，近端兩側(cè)分別與手指固定件(9)轉(zhuǎn)動連接，兩個手指固定件(9)分別與手背貼合面板(I)固定連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外骨骼式生物反饋手功能訓練器，其特征在于所述微型直流電機傳動機構(gòu)包括直流電機(2)，錐齒輪傳動固定件(26)，一級傳動齒輪組(36)、二級傳動齒輪組(37)，三級傳動齒輪組(38)，四指推桿(31)，輸出端錐齒輪(34)，傳動錐齒輪構(gòu)件 (35 )，其中，直流電機(2 )通過輸出端錐齒輪(34)與錐齒輪傳動固定件(26 )內(nèi)的傳動錐齒輪構(gòu)件(35 )的錐齒輪嚙合傳動連接，傳動錐齒輪構(gòu)件(35 )通過一級傳動齒輪組(36 )、二級傳動齒輪組(37)和三級傳動齒輪組(38)的齒輪傳動使四指推桿(31)運動，四指推桿(31) 通過四指連接桿(32)使四個手指的手指連桿組件(10)繞其與手指固定件(9)轉(zhuǎn)動。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外骨骼式生物反饋手功能訓練器，其特征在于所述直線電機傳動機構(gòu)包括直線電機(3)，直線電機連接件(6)，拇指推桿(7)，拇指連接桿(8)，其中， 直線電機(3 )的輸出桿通過直線電機連接件(6 )與拇指推桿(7 )轉(zhuǎn)動連接，拇指推桿(7 )通過拇指連接桿(8)使拇指連桿組件(10)繞其與手指固定件(9)的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。
專利摘要本實用新型涉及一種外骨骼式生物反饋手功能訓練器，包括佩戴在患者手上的手背貼合面板，拇指驅(qū)動機構(gòu)，四個手指驅(qū)動機構(gòu)，電機傳動機構(gòu)，其特點是手背貼合面板上分別連接拇指驅(qū)動機構(gòu)，四個手指驅(qū)動機構(gòu)和電機傳動機構(gòu)，電機傳動機構(gòu)中的直線電機傳動機構(gòu)與拇指驅(qū)動機構(gòu)連接，微型直流電機傳動機構(gòu)與四個手指驅(qū)動機構(gòu)連接。本實用新型穿戴式設(shè)計方便患者進行基于日常生活輔助的功能訓練，提高訓練效果；欠驅(qū)動多關(guān)節(jié)聯(lián)動手指機構(gòu)實現(xiàn)輕便結(jié)構(gòu)下的指間關(guān)節(jié)運動；表面肌電信號觸發(fā)與動態(tài)智能控制實現(xiàn)互動式生物反饋訓練；語音控制方式提供被動訓練實現(xiàn)互動式運動想象療法；健康側(cè)手動觸控主動軟癱期痙攣期雙側(cè)手同步訓練。
文檔編號A61H1/02GK202875744SQ20122058760
公開日2013年4月17日 申請日期2012年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月9日
發(fā)明者李繼才, 胡鑫, 喻洪流, 張穎, 官龍, 蘇鵬飛, 李秀芝 申請人:上海理工大學