专利名称：外骨骼式生物反馈手功能训练器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种手功能康复训练器，尤其是一种恢复手功能障碍患者部分或者全部手功能的康复训练器。
背景技术：
中国现有脑卒中患者约900万人，毎年新发病在150万人以上，大约75%脑卒中患者在发病后会留下不同程度的后遗症，在众多的后遗症中，以偏瘫发生率最高，在偏瘫的康复中，又以手功能的康复最为困难。患者的手在后期往往因肌肉痉挛，形成ー个屈曲的半握拳姿势，因此，手功能的康复一直是患者最需要解决的问题，也是脑卒中患者最难解决的问题。手功能康复的主要技巧是掌握好活动的力度，早期被动运动要求轻柔、缓慢，以不引起不能耐受的疼痛为宜，从而达到防止肌腱粘连和关节僵硬，并可促进血液循环，増加关节、肌肉的牵伸效果。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”萎縮，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者其他人帮助实施，増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。据了解国内医院的康复科大部分都是采用医务人员陪同康复治疗，在浪费大量资源的前提下，患者的康复情况还没有很显著的效果。本发明根据国内的临床康复治疗中还没有特定的、高效的手功能障碍康复训练器械，设计了ー种外骨骼式生物反馈手功能训练器。
发明内容本实用新型是要提供ー种外骨骼式生物反馈手功能训练器，该训练器应用连杆机构实现四指的同步运动，通过控制两个电机的运转实现四指和拇指的同步或者异步运动，在其基础上设计微直流电机驱动模块并以病患者的患侧肢的微弱肌电信号比例控制和声音控制混合控制微直流电机，以生物反馈的方式训练功能障碍的手指。本实用新型的技术方案是ー种外骨骼式生物反馈手功能训练器，包括佩戴在患者手上的手背贴合面板，拇指驱动机构，四个手指驱动机构，电机传动机构，其特点是手背贴合面板上分别连接拇指驱动机构，四个手指驱动机构和电机传动机构，电机传动机构中的直线电机传动机构与拇指驱动机构连接，微型直流电机传动机构与四个手指驱动机构连接。手指驱动机构包括手指固定件，手指连杆组件，手指连杆组件，手指近节指骨，手指中节指骨，手指近节指骨远端两孔与手指中节指骨近端上侧两孔转动连接，手指中节指骨近端下侧两孔分别与手指连杆组件转动连接，手指连杆组件与手指连杆组件10焊接连接；并通过手指连杆组件与手指固定件转动连接；手指近节指骨后端两侧下面分别与手指固定件转动连接，两个手指固定件分别与手背贴合面板固定连接。拇指驱动机构包括手指固定件，手指连杆组件，拇指连杆组件，拇指近节指骨，拇指近节指骨连杆，其中，拇指连杆组件与手指连杆组件焊接连接，拇指近节指骨远端两侧分别通过拇指近节指骨连杆与手指连杆组件转动连接，近端两侧分别与手指固定件转动连接，两个手指固定件分别与手背贴合面板固定连接。微型直流电机传动机构包括直流电机， 锥齿轮传动固定件，一级传动齿轮组、ニ级传动齿轮组，三级传动齿轮组，四指推杆，输出端锥齿轮，传动锥齿轮构件，其中，直流电机通过输出端锥齿轮与锥齿轮传动固定件内的传动锥齿轮构件的锥齿轮啮合传动连接，传动锥齿轮构件通过ー级传动齿轮组、ニ级传动齿轮组和三级传动齿轮组的齿轮传动使使四指推杆传动运动，四指推杆通过四指连接杆使四个手指的手指连杆组件绕其与手指固定件转动。直线电机传动机构包括直线电机，直线电机连接件，拇指推杆，拇指连接杆，其中，直线电机的输出杆通过直线电机连接件与拇指推杆转动连接，拇指推杆通过拇指连接杆使拇指连杆组件绕其与手指固定件的转轴转动。本实用新型的有益效果是本实用新型的拇指驱动机构由与拇指近节指骨贴合的组件和连杆机构连接而成；五个手指驱动机构ネ旲拟了手指在抓握时关节的瞬时转动中心，在机构的关节处的转动中心是模拟真实手指关节的瞬时转动中心。本实用新型实现了用于手部功能障碍的穿戴式机械手的肌电/语音混合控制，其创新点有1. 穿戴式设计方便患者进行基于日常生活辅助的功能训练，提高训练效果；2. 欠驱动多关节联动手指机构，实现轻便结构下的指间关节运动；3. 表面肌电信号触发与动态智能控制实现互动式生物反馈训练；4. 语音控制方式提供被动训练、实现互动式运动想象疗法；5. 健康侧手动触控主动软瘫期、痉挛期双侧手同步训练。
图1是本实用新型的结构之一立体示意图；图2是本实用新型的结构之ニ立体示意图；图3是食指驱动机构立体示意图；图4是直流电机外部传动锥齿轮组件立体示意图；图5是直流电机外部三级减速机构立体分解图；图6是直线电机传动机构和拇指驱动机构立体示意图。
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本实用新型作进ー步说明。如图1至图6所示，本实用新型的外骨骼式生物反馈手功能训练器，包括佩戴在患者手上的手背贴合面板I，拇指驱动机构，四个手指驱动机构，电机传动机构，其特点是手背贴合面板I上分别连接拇指驱动机构，四个手指驱动机构和电机传动机构，电机传动机构中的直线电机传动机构与拇指驱动机构连接，微型直流电机传动机构与四个手指驱动机构连接。[0026]手指驱动机构包括手指固定件9，手指连杆组件10，手指连杆组件，手指近节指骨，手指中节指骨，手指近节指骨远端两孔与手指中节指骨近端上侧两孔转动连接，手指中节指骨近端下侧两孔分别与手指连杆组件转动连接，手指连杆组件与手指连杆组件10焊接连接；并通过手指连杆组件10与手指固定件9转动连接；手指近节指骨后两侧下面分别与手指固定件9转动连接，两个手指固定件9分别与手背贴合面板I固定连接。如图6所示，拇指驱动机构包括手指固定件9，手指连杆组件10，拇指连杆组件11，拇指近节指骨16，拇指近节指骨连杆25，其中，拇指连杆组件11与手指连杆组件10焊接连接，拇指近节指骨16远端两侧分别通过拇指近节指骨连杆25与手指连杆组件10转动连接，近端两侧分别与手指固定件9转动连接，两个手指固定件09分别与手背贴合面板I固定连接。如图4,5所不,微型直流电机传动机构包括直流电机2,锥齿轮传动固定件26, —级传动齿轮组36、ニ级传动齿轮组37，三级传动齿轮组38，四指推杆31，输出端锥齿轮34，传动锥齿轮构件35，其中，直流电机2通过输出端锥齿轮34与固定在锥齿轮传动固定件26内的传动锥齿轮构件35的锥齿轮啮合传动连接，传动锥齿轮构件35通过ー级传动齿轮组36、ニ级传动齿轮组37和三级传动齿轮组38的齿轮传动使四指推杆31运动，四指推杆31通过四指连接杆32使四个手指的手指连杆组件10绕其与手指固定件9转动。
·[0029]如图6所示，直线电机传动机构包括直线电机3，直线电机连接件6，拇指推杆7，拇指连接杆8,其中,直线电机3的输出杆通过直线电机连接件6与拇指推杆7转动连接,拇指推杆7通过拇指连接杆8使拇指连杆组件10绕其与手指固定件9的转轴转动。本实用新型通过肌电信号\语音信号\触控\患者健侧手触控等控制微型直线电机和微型直流电机的运行驱动拇指和四指机构来带动有功能障碍的手运动，在两个电机的带动下，外骨骼式生物反馈手功能训练器可以带动患者功能障碍手实现抓握功能，可以逐渐恢复患者的部分或全部手功能，能有效的减小脑卒中等患者的手部病症；外骨骼式生物反馈手功能训练器的手背贴合面板01是參考GB中国成年人手型尺寸和小样本抽样统计而设计的，符合正常成年人手一般摆放姿势，这种设计可以使患者的手掌部維持在正常状态，防止畸形化；在佩戴外骨骼式生物反馈手功能训练器时，各手指均有一定的间距，具有一定程度的分指功能。在各手指机构与手指贴合面设有压カ传感器，在对患者进行手功能训练的整个过程中进行数据采集，记录患者各手指肌カ的变换情况形成直观的曲线图，可以作为医师治疗的參考资料，实时调整得到更佳的训练方案。其中与手背贴合面板I连接的四个手指驱动机构中的食指驱动机构、中指驱动机构、无名指驱动机构和小指驱动机构是同一结构原理；下面以食指驱动机构为例说明其连接方式(其装配件的放置方式·如图3)，两个手指固定件9各由两个螺钉与手背贴合面板I ;手指连杆组件10与食指连杆组件12焊接连接；手指连杆组件10与手指固定件9转动连接；食指近节指骨17与手指固定件9转动连接；食指连杆组件12与食指中节指骨21转动连接；食指近节指骨17与食指中节指骨21转动连接。其中与手背贴合面板I连接的微型直流电机传动机构的具体连接方式如下下面以机构的装配步骤说明其连接方式，第三齿轮箱组件(30)与第一轴承圈50和第二轴承圈51在对应的位置过盈配合(如图5所示)，第一齿轮箱组件28与第一轴承圈50也在对应的位置过盈配合；第一齿轮箱组件28与第二齿轮箱组件29边缘对齐后由三颗螺钉固定连接；传动锥齿轮构件35的齿轴端插入锥齿轮传动固定件26并使锥齿轮的下端面与之贴合；已选定的直流电机装入直流电机外壳0201内并由直流电机外壳端盖0202旋紧固定，直流电机外壳0201与锥齿轮传动固定件26由三颗螺钉固定连接；输出端锥齿轮34的内齿与直流电机2输出齿紧密啮合后由ー颗螺钉和垫片将输出端锥齿轮轴向固定；然后将锥齿轮传动固定件封闭盖27用两颗螺钉与锥齿轮传动固定件26固定，此时插入锥齿轮传动固定件26的传动锥齿轮构件35的光轴端恰好顶在锥齿轮传动固定件封闭盖27上的一个沉孔，使传动锥齿轮构件35在能自由转动的前提下限制了其轴向运动；将锥齿轮传 动固定件26与第三齿轮箱组件30的两个装配螺孔对齐由两颗螺钉固定连接；把一级传动齿轮组36、ニ级传动齿轮组37和三级传动齿轮组38按照图5所示的方式放入对应轴承圈内，然后把一级传动齿轮组36、ニ级传动齿轮组37和三级传动齿轮组38的另ー轴端插入第ー齿轮箱组件28内对应的轴承圈内，再由三颗螺钉把第二齿轮箱组件29和第三齿轮箱组件30固定连接；将齿轮向内推杆33插入三级传动齿轮组38的孔中，然后将长、短两个管件39、40套在齿轮向内推杆33的两侧，再把两个四指推杆31套在齿轮向内推杆33的两侧并由两个螺母使其轴向固定；这样就完成了直流电机2传动机构的装配；直流电机2的传动是与输出齿轴固定的输出端锥齿轮34与直流电机2同步转动，输出端锥齿轮34的转动带动与之啮合的传动锥齿轮构件35转动，传动锥齿轮构件35转动通过齿轮啮合带动ー级传动齿轮组36转动，一级传动齿轮组36转动通过齿轮啮合带动ニ级传动齿轮组37转动，ニ级传动齿轮组37转动通过齿轮啮合带动三级传动齿轮组38转动；三级传动齿轮组38转动通过齿轮箱内推杆33带动四指推杆31在齿轮箱内推杆33作弧形运动的时候绕其转动；四指推杆31的另一端与四指连接杆32转动连接，四指连接杆32与四个手指的手指连杆组件10固定连接，从而在四指推杆31的推动下，四个手指的手指连杆组件10可以绕其与手指固定件9的转轴转动；由于四个手指的结构是同一原理，下面以食指的运动为例说明其运动机理。由上述食指的连接方式可知，当手指连杆组件10绕其与手指固定件9的转轴转动时，手指固定件9、手指连杆组件10和食指连杆组件12的焊件、食指中节指骨21及食指近节指骨17构成一个四连杆结构，食指驱动机构就能做出模拟食指弯曲的运动。直线电机3的连接及运动机理如下(如图6所示)直线电机3插入直线电机固定外壳4并由直线电机固定外壳封闭盖5旋紧固定,直线电机3的输出杆与直线电机连接件6螺纹连接；直线电机连接件6与拇指推杆7由一个螺栓转动连接,拇指推杆7的另一端与拇指连接杆8转动连接，拇指连接杆8与拇指驱动机构的手指连杆组件10是固定连接；手指连杆组件10与拇指连杆组件11是焊接连接；手指连杆组件10与手指固定件9是转动连接，拇指近节指骨16与拇指近节指骨连杆25是转动连接，拇指近节指骨连杆25拇指连杆组件11是转动连接，拇指近节指骨16与手指固定件9是转动连接；当直线电机3的输出杆伸出时，推动拇指推杆7向前推出，并带动由手指固定件9、手指连杆组件10与拇指连杆组件11的焊接件、拇指近节指骨16和拇指近节指骨连杆25构成的四连杆运动。
权利要求1.一种外骨骼式生物反馈手功能训练器，包括佩戴在患者手上的手背贴合面板(I)， 拇指驱动机构，四个手指驱动机构，电机传动机构，其特征在于所述手背贴合面板(I)上分别连接拇指驱动机构，四个手指驱动机构和电机传动机构，电机传动机构中的直线电机传动机构与拇指驱动机构连接，微型直流电机传动机构与四个手指驱动机构连接。
2.根据权利要求1所述的外骨骼式生物反馈手功能训练器，其特征在于所述手指驱动机构包括手指固定件(9)，手指连杆组件(10)，手指连杆组件，手指近节指骨，手指中节指骨，手指近节指骨远端两孔与手指中节指骨近端上侧两孔转动连接，手指中节指骨近端下侧两孔分别与手指连杆组件转动连接，手指连杆组件与手指连杆组件(10)焊接连接；并通过手指连杆组件(10)与手指固定件(9)转动连接；手指近节指骨后端两侧下面分别与手指固定件(9)转动连接，两个手指固定件(9)分别与手背贴合面板(I)固定连接。
3 根据权利要求1所述的外骨骼式生物反馈手功能训练器，其特征在于所述拇指驱动机构包括手指固定件(9)，手指连杆组件(10)，拇指连杆组件(11)，拇指近节指骨(16)， 拇指近节指骨连杆(25 )，其中，拇指连杆组件(11)与手指连杆组件(10 )焊接连接，拇指近节指骨(16)远端两侧分别通过拇指近节指骨连杆(25)与手指连杆组件(10)转动连接，近端两侧分别与手指固定件(9)转动连接，两个手指固定件(9)分别与手背贴合面板(I)固定连接。
4.根据权利要求1所述的外骨骼式生物反馈手功能训练器，其特征在于所述微型直流电机传动机构包括直流电机(2)，锥齿轮传动固定件(26)，一级传动齿轮组(36)、二级传动齿轮组(37)，三级传动齿轮组(38)，四指推杆(31)，输出端锥齿轮(34)，传动锥齿轮构件 (35 )，其中，直流电机(2 )通过输出端锥齿轮(34)与锥齿轮传动固定件(26 )内的传动锥齿轮构件(35 )的锥齿轮啮合传动连接，传动锥齿轮构件(35 )通过一级传动齿轮组(36 )、二级传动齿轮组(37)和三级传动齿轮组(38)的齿轮传动使四指推杆(31)运动，四指推杆(31) 通过四指连接杆(32)使四个手指的手指连杆组件(10)绕其与手指固定件(9)转动。
5.根据权利要求1所述的外骨骼式生物反馈手功能训练器，其特征在于所述直线电机传动机构包括直线电机(3)，直线电机连接件(6)，拇指推杆(7)，拇指连接杆(8)，其中， 直线电机(3 )的输出杆通过直线电机连接件(6 )与拇指推杆(7 )转动连接，拇指推杆(7 )通过拇指连接杆(8)使拇指连杆组件(10)绕其与手指固定件(9)的转轴转动。
专利摘要本实用新型涉及一种外骨骼式生物反馈手功能训练器，包括佩戴在患者手上的手背贴合面板，拇指驱动机构，四个手指驱动机构，电机传动机构，其特点是手背贴合面板上分别连接拇指驱动机构，四个手指驱动机构和电机传动机构，电机传动机构中的直线电机传动机构与拇指驱动机构连接，微型直流电机传动机构与四个手指驱动机构连接。本实用新型穿戴式设计方便患者进行基于日常生活辅助的功能训练，提高训练效果；欠驱动多关节联动手指机构实现轻便结构下的指间关节运动；表面肌电信号触发与动态智能控制实现互动式生物反馈训练；语音控制方式提供被动训练实现互动式运动想象疗法；健康侧手动触控主动软瘫期痉挛期双侧手同步训练。
文档编号A61H1/02GK202875744SQ20122058760
公开日2013年4月17日 申请日期2012年11月9日 优先权日2012年11月9日
发明者李继才, 胡鑫, 喻洪流, 张颖, 官龙, 苏鹏飞, 李秀芝 申请人:上海理工大学