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：
本实用新型涉及一种用于恢复手功能障碍患者部分或者全部手功能的外骨骼式生物反馈手功能训练器。
背景技术：
我国现有脑卒中患者约900万人，每年新发病在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，形成一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，增加关节、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，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。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。
实用新型内容针对现有技术的诸多缺陷，本实用新型提供了一种外骨骼式生物反馈手功能训练器。本实用新型提供的一种外骨骼式生物反馈手功能训练器，其特征在于，包括:佩戴在患者手上的手背贴合面板；与手背贴合面板连接的五个手指驱动机构；与手背贴合面板连接的电机传动机构，电机传动机构又包括驱动拇指机构的直线电机传动机构和驱动其余四指的微型直流电机传动机构；上述的手背贴合面板是在解剖学意义上与患者手背贴合的面板。上述的五个手指驱动机构均是连杆机构，其中驱动拇指的机构是由与拇指近节指骨贴合的组件和连杆机构连接而成；其余四指是由与四指近节指骨和中节指骨贴合的组件和连杆连接而成；五个手指驱动机构模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。上述的直线电机传动机构是由微型直线电机及其固定组件和直线电机与拇指驱动机构的连接杆组成。上述四指的微型直流电机传动机构是由微型直流电机及其固定组件、锥齿轮传动机构、三级减速机构组成和与四指驱动机构连接的推杆组成。实用新型作用与效果[0011]本实用新型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。本实用新型实现的是用于手部功能障碍的穿戴式机械手的肌电/语音混合控制的实现，其创新点包括: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。
图1为外骨骼式生物反馈手功能训练器总装图；图2为外骨骼式生物反馈手功能训练器总装图补充图；图3为外骨骼式生物反馈手功能训练器食指驱动机构；图4为外骨骼式生物反馈手功能训练器直流电机外部传动锥齿轮组件；图5为外骨骼式生物反馈手功能训练器直流电机外部三级减速机构；图6为外骨骼式生物反馈手功能训练器直流电机外部三级减速机构的外部示意图；图7为外骨骼式生物反馈手功能训练器直线电机及拇指驱动机构的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。应理解的是，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。图1为外骨骼式生物反馈手功能训练器总装图。图2为外骨骼式生物反馈手功能训练器总装图补充图。图3为外骨骼式生物反馈手功能训练器食指驱动机构的结构示意图。图4为外骨骼式生物反馈手功能训练器直流电机外部传动锥齿轮组件的结构示意图。图5为外骨骼式生物反馈手功能训练器直流电机外部三级减速机构的结构示意图。图6为外骨骼式生物反馈手功能训练器直流电机外部三级减速机构的外部示意图。图7为外骨骼式生物反馈手功能训练器直线电机及拇指驱动机构的结构示意图。如图1至图7所示，外骨骼式生物反馈手功能训练器通过肌电信号\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是参考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维持在正常状态，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力传感器，在对患者进行手功能训练的整个过程中进行数据采集，记录患者各手指肌力的变换情况形成直观的曲线图，可以作为医师治疗的参考资料，实时调整得到更佳的训练方案。其中与手背贴合面板01连接的四指驱动机构的食指驱动机构、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09各由两个螺钉与手背贴合面板01 ;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09转动连接；食指近节指骨17与手指固定件09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01连接的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，齿轮箱组件03 (30)与轴承圈01 (50)和轴承圈02 (51)在对应的位置过盈配合(如图5所示)，齿轮箱组件01 (28)与轴承圈01 (50)也在对应的位置过盈配合；齿轮箱组件01 (28)与齿轮箱组件02 (29)边缘对齐后由3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02输出齿紧密啮合后由一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与齿轮箱组件03 (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、二级传动齿轮组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、二级传动齿轮组37和三级传动齿轮组38的另一轴端插入齿轮箱组件01 (28)内对应的轴承圈内，再由3颗螺钉把齿轮箱组件02 (29)和齿轮箱组件03 (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02传动机构的装配；直流电机02的传动是与输出齿轴固定的输出端锥齿轮34与直流电机02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一级传动齿轮组36转动，一级传动齿轮组36转动通过齿轮啮合带动二级传动齿轮组37转动，二级传动齿轮组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09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09的转轴转动时，手指固定件09、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03的连接及运动机理如下(如图6所示):直线电机03插入直线电机固定外壳04并由直线电机固定外壳封闭盖05旋紧固定,直线电机03的输出杆与直线电机连接件06螺纹连接；直线电机连接件06与拇指推杆07由一个螺栓转动连接，拇指推杆07的另一端与拇指连接杆08转动连接，拇指连接杆08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09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09是转动连接。当直线电机03的输出杆伸出时，推动拇指推杆07向前推出，并带动由手指固定件09、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，其特征在于，具有: 佩戴在患者手上的手背贴合面板， 与所述手背贴合面板连接的五个手指驱动机构， 与所述手背贴合面板连接的电机传动机构， 其中，所述电机传动机构包括，驱动拇指机构的直线电机传动机 构和驱动其余四指的微型直流电机传动机构； 所述五个手指驱动机构均是连杆机构，驱动拇指的机构是由与拇指近节指骨贴合的组件和连杆机构连接而成；其余四指是由与四指近节指骨和中节指骨贴合的组件和连杆连接而成；所述五个手指驱动机构模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。
2.根据权利要求1所述的一种外骨骼式生物反馈手功能训练器，其特征在于: 其中，所述直线电机传动机构是由微型直线电机及其固定组件和直线电机与拇指驱动机构的连接杆组成。
3.根据权利要求1所述的一种外骨骼式生物反馈手功能训练器，其特征在于: 其中，所述微型直流电机传动机构是由微型直流电机及其固定组件、锥齿轮传动机构、三级减速机构组成和与四指驱动机构连接的推杆组成。
专利摘要本实用新型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，设计了一种外骨骼式生物反馈手功能训练器。本实用新型提供的一种外骨骼式生物反馈手功能训练器，具有佩戴在患者手上的手背贴合面板；与手背贴合面板连接的五个手指驱动机构；与手背贴合面板连接的电机传动机构，电机传动机构又包括驱动拇指机构的直线电机传动机构和驱动其余四指的微型直流电机传动机构。
文档编号A61H1/02GK202909036SQ20122065650
公开日2013年5月1日 申请日期2012年12月2日 优先权日2012年12月2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