专利名称：自动手指康复训练器的制作方法
技术领域：
一种自动手指康复训练器，用于手指运动功能有待恢复的患者进行康复训练，属医疗保健器械。
背景技术：
医学理论和实践证明，肢体损伤的患者为了防止肌肉“废用性”萎缩，必须要进行有效的肢体训练以恢复其功能。由于患者手指本身已存在运动功能障碍，不能独立完成训练；需要由具有一定护理知识和体力的护士或其他人帮助实施，增加了康复难度和护理费用。为了让患者自主地进行康复训练，制作一种帮助其恢复运动功能的医疗保健器械是必要的。
围绕这一课题，哈尔滨工程大学已申请过多个相关专利，诸如《智能手部康复训练器》(200420019014X)、《手指自动康复训练器》(200420063435.2)等，结构偏于复杂；另一方面，也有必要对该领域内的技术进行完善和补充，特别是将计算机技术运用于其中。
发明内容
本实用新型的目的是公开一种自动手指康复训练器，它是利用微型直流减速电机带动特制的“弯杆”使患者手指按预先设定的模式机械运动。其结构比较简单，体积小，制作工艺性好，成本低，配以智能化的控制器，具有较高的康复训练功效。
自动手指康复训练器的主要结构包括机械和电控两大部分，其中机械部分包括由底板和立板组成的⊥形支架、拇指驱动电机、四指驱动电机、拇指弯杆、拇指弯杆限位挡块、四指弯杆、四指连接轴、四指弯杆限位挡块、手托。拇指弯杆和四根四指弯杆均由轴套、弹性片和指尖套三部分组成。固装在⊥形板式支架的立板上的拇指驱动电机和四指驱动电机的轴线分别呈水平和铅垂状态。其中，拇指驱动电机用于带动拇指弯杆运动，并在其壳体上固装一个拇指弯杆限位挡块。拇指弯杆借助轴套与拇指驱动电机轴头固连。四指驱动电机用于带动其余的四根四指弯杆同步运动，运动范围受固连在⊥形支架底板上的四指弯杆挡块限制。四根四指弯杆的长短依次与常人四指相当，并借助轴套、四指连接轴与四指驱动电机的轴头固连。为使患者手臂舒适，在⊥形支架底板上固连一个手托。
两个用于控制拇指驱动电机和四指驱动电机速度和位置的磁电编码器分别固装在它们的轴头上。在拇指弯杆轴套和四指弯杆轴套上各装有一小块永磁体，在拇指弯杆和四指弯杆的限位挡块上各装有一个能感应磁场的霍尔元件，于是，当拇指弯杆和四指弯杆转到此位置时，霍尔元件就可输出一个电信号，从而构成拇指弯杆和四指弯杆的行程开关。
十分明显，手指的弯曲方向决定左右手需要各自的康复训练器，不可互换。
电控部分包括单片机、H桥驱动电路、拇指行程开关、四指行程开关、磁电编码器以及调节速度的直线电位计、调节运动范围的直线电位计、启停按钮、方式选择按钮、显示训练次数的数码管、工作方式的指示灯。其中，速度选择推钮、范围选择推钮、启停按钮、方式选择按钮、显示数码管和方式选择指示灯均装在外壳的面板上，并分别与单片机的相应接口相连。
面板上的速度选择推钮和位置选择推钮分别与速度直线电位计和范围直线电位计机械连接，而速度选择电位计和范围选择电位计分别电连接到单片机的两个AD输入接口上，用来采集速度和范围量。启停按钮和方式选择按钮分别接到单片机的两个I/O接口上。显示数码管和工作方式指示灯分别接到单片机的另外三个I/O接口上，用以显示训练次数和康复训练器工作状态。单片机输出的两路PWM信号经两套H桥驱动电路分别驱动拇指驱动电机和四指驱动电机，而电机转速快慢以及正反转可以通过改变PWM信号的占空比来实现。起行程开关作用的两个霍尔元件接在单片机的I/O口上，单片机可以根据这两个信号以及磁电编码器检测到拇指弯杆和四指弯杆的绝对位置。磁电编码器的输出接在单片机的中断口上，利用单片机的中断计数可以对驱动拇指驱动电机和四指驱动电机的速度和位置进行控制。
患者在进行康复训练时，置范围选择推钮和速度选择推钮于适当位置，手臂自然放在手托上，五个手指尖分别插入各自的指尖套中，然后按启停按钮即可。当两台电机转动时，带动各个弯杆运动，再借助弯杆末端的指尖套带动患者的全部手指做屈伸运动，以达到康复训练目的。
图1自动手指康复训练器结构示意图图2加装壳体的自动手指康复训练器外形图图3自动手指康复训练器的控制框图具体实施方式
下面给出本实用新型的优选实施方式，并结合附图加以说明。
自动手指康复训练器包括机械和电控两大部分，如图1所示，机械部分包括由底板1和立板3组成的⊥形支架、拇指驱动电机5、四指驱动电机8、拇指弯杆、拇指弯杆限位挡块4、四指弯杆10、四指连接轴11、四指弯杆限位挡块9、手托2。其中的拇指弯杆由轴套14、弹性片13和指尖套12三部分组成；类似地，四根四指弯杆9也由轴套、弹性片和指尖套组成。固装在⊥形支架立板3上的拇指驱动电机5和四指驱动电机8的轴线分别呈水平和铅垂状态。其中，拇指驱动电机5用于带动所述的拇指弯杆运动，且其壳体上固装一个拇指弯杆挡块4，用机械的方式限制大拇指弯杆运动范围，可以做大拇指弯杆的机械保护。拇指弯杆借助轴套14与拇指驱动电机5的输出轴固连。四指驱动电机8用于带动其余的四根四指弯杆10同步运动，运动范围受固连在⊥形支架底板1上的四指弯杆挡块9限制。每根四指弯杆10也均由轴套、弹性片和指尖套三部分组成，其长短依次与常人四指相当，并借助轴套、四指连接轴11与四指驱动电机8的轴头固连。为使患者手臂舒适，在⊥形支架的底板1上固连一个手托2。
如图2、图3所示的电控部分包括单片机22、H桥驱动电路23和24、磁电编码器6和7、外壳15面板上装有的启停按钮16、方式选择按钮17、显示训练次数的数码管18、工作方式指示灯19、范围选择推钮20、范围选择电位计20′、速度选择推钮21、速度选择电位计21′。其中范围选择推钮20与范围选择电位计20′机械连接(图中未画出)；速度选择推钮21与速度选择电位计21′机械连接(图中未画出)。两个用于控制拇指驱动电机5和四指驱动电机8速度和位置的磁电编码器6、7分别固装在它们的轴头上(参见图1)。在拇指弯杆轴套14和四指弯杆10上各装有一小块永磁体(图中未画出)，在拇指弯杆限位挡块4和四指弯杆挡块9上各装有一个能感应磁场的霍尔元件(图中未画出)，于是，当拇指弯杆和四指弯杆10转到此位置时，霍尔元件就可输出一个电信号，从而构成拇指弯杆和四指弯杆的行程开关25、26。
单片机22的型号为Atmega16，范围选择电位计20′和速度选择电位计21′的输出信号分别接到单片机22的输入口ADO和AD1上，用来采集速度量和范围量；启停按钮16和方式选择按钮17分别接到单片机22的两个I/O接口PB0、PB1上；显示数码管18和方式选择指示灯19分别接到单片机22的另外三个I/O接口PB2～PB4上，用以显示训练次数和康复训练器工作状态；单片机22输出的两路PWM1、PWM2信号经两套H桥驱动电路23、24分别驱动拇指驱动电机5和四指驱动电机8，电机转速快慢以及正反转可以通过改变PWM信号的占空比来实现；拇指行程开关25和四指行程开关26的输出信号分别接在单片机22的I/O接口PC0、PC1上。磁电编码器6、7的输出接在单片机22的中断口INT0、INT1上，利用单片机22的中断计数可以对驱动拇指驱动电机5和四指驱动电机8的速度和位置进行控制。
方式选择按钮17提供三种训练方式一是四指与大拇指交替训练模式；二是四指单独训练模式；三是大拇指单独训练模式。
患者进行康复训练时，置范围选择推钮20和速度选择推钮21于适当位置，手臂自然放在手托2上，五个手指尖分别插入各自的指尖套中，然后按启停按钮16即可。当电机转动时，电机带动各个弯杆运动，而弯杆的末端借助指尖套带动患者的全部手指做屈伸运动，以达到康复训练目的。
本实用新型结构简单、美观大方、操作方便、成本低廉，可供患者自由进行康复训练。
权利要求1.一种自动手指康复训练器，它包括机械和电控两大部分，其特征在于机械部分包括由底板(1)和立板(3)组成的⊥形支架、拇指驱动电机(5)、四指驱动电机(8)、拇指弯杆、拇指弯杆限位挡块(4)、四指弯杆(10)、四指弯杆连接轴(11)、四指弯杆限位挡块(9)和手托(2)；其中拇指弯杆由轴套(14)、弹性片(13)和指尖套(12)组成；四根四指弯杆(10)由轴套、弹性片和指尖套组成；固装在⊥形支架立板(3)上的拇指驱动电机(5)和四指驱动电机(8)的轴线分别呈水平和铅垂状态；拇指驱动电机(5)的壳体上固装一个拇指弯杆挡块(4)；拇指弯杆借助轴套(14)与拇指驱动电机(5)的轴头固连；每根四指弯杆(10)借助轴套、四指弯杆连接轴(11)与四指驱动电机(8)的轴头固连，四指弯杆挡块(9)固定在四指弯杆(10)外侧的⊥形支架底板(1)上；⊥形支架的底板(1)上固连一个手托(2)。
2.如权利要求1所述的自动手指康复训练器，其电控部分包括单片机(22)、H桥驱动电路(23、24)、磁电编码器(6、7)、外壳(15)面板上装有的启停按钮(16)、方式选择按钮(17)、训练次数数码管(18)、工作方式指示灯(19)、范围选择推钮(20)及其机械带动的范围选择电位计(20′)、速度选择推钮(21)及其机械带动的速度选择电位计(21′)，其特征在于电控部分中的两个磁电编码器(6、7)分别固装在拇指驱动电机(5)和四指驱动电机(8)的轴头上；拇指弯杆行程开关(25)和四指弯杆行程开关(26)由分别固装在拇指弯杆轴套(14)和四指弯杆(10)上的一小块永磁体与分别固装在拇指弯杆限位挡块(4)和四指弯杆限位挡块(9)上的能感应磁场的霍尔元件组成。
专利摘要一种自动手指康复训练器，用于手指运动功能有待恢复的患者进行康复训练。它是利用微型直流减速电机带动特制的“弯杆”使患者手指按预先设定的模式作机械运动。其中固装在形板式支架的立板上的拇指驱动电机和四指驱动电机的轴线分别呈水平和铅垂状态。拇指弯杆和四根四指弯杆均由轴套、弹性片和指尖套组成。拇指弯杆借助轴套与拇指驱动电机轴头固连。四根四指弯杆借助轴套、四指连接轴与四指驱动电机的轴头固连。为使患者手臂舒适，在形板式支架底板上固连一个手托。两个用于控制电机速度和位置的磁电编码器分别固装在电机的轴头上。本实用新型结构简单，体积小，制作工艺性好，成本低，配以智能化的控制器，具有较高的康复训练功效。
文档编号A61H1/02GK2933378SQ200620021268
公开日2007年8月15日 申请日期2006年7月21日 优先权日2006年7月21日
发明者张立勋, 杨勇, 刘亚鹏 申请人:哈尔滨工程大学