一种用于手指关节的康复训练装置的制作方法

本实用新型涉及一种医疗器械，特别是涉及一种用于手指关节的康复训练装置。

背景技术：

现在已有一些用于手指关节的康复训练装置存在。例如授权公告号cn104188739b、授权公告日2017年1月11日、名称《穿着式动作辅助装置》的中国实用新型专利就公开了一种用于辅助手指关节动作的装置。又如授权公告号cn208726199u、授权公告日2019年4月12日、名称《气动康复辅助手套》的中国实用新型专利也公开了一种辅助手指关节动作的装置。均不具备在设定的屈伸频率下训练和根据自身的需求进行不规律的训练两种训练方式，训练模式单一，达不到良好的训练效果。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是设计一种用于手指关节的康复训练装置，使患者不仅能够在设定的屈伸频率下训练，还能够根据自身的需求进行不规律的训练，提高了康复训练的效果。

为解决上述技术问题，本实用新型公开了一种用于手指关节的康复训练装置，包括穿戴部、控制部和操作部；所述穿戴部呈手套形状，包括固定在手套上的气动伸缩组件；所述控制部包括主控单元和泵送组件；所述主控单元采集所述操作部的状态，并据此控制所述康复训练装置的开关以及调整参数；泵送组件在主控单元的控制下向穿戴部中的气动伸缩组件充气或抽气，使穿戴部在屈曲工况和伸展工况之间变化；所述操作部包括间隔旋钮和采集部；所述间隔旋钮具有第一旋转部和第二旋转部，用于调节所述穿戴部的屈伸频率；所述采集部用于使穿戴部在屈曲工况和伸展工况之间进行切换，且仅在间隔旋钮位于所述第二旋转部时起作用。

本实用新型的有益效果在于：所述间隔旋钮具有第一旋转部和第二旋转部，用于调节所述穿戴部的屈伸频率，所述采集部用于使穿戴部在屈曲工况和伸展工况之间进行切换，且仅在间隔旋钮位于所述第二旋转部时起作用，所述穿戴部不仅能够在设定的屈伸频率下工作，还能由所述采集部控制，根据患者自身的需求进行屈伸，避免了屈伸频率的限制，使患者不仅能够在设定的屈伸频率下训练，还能够根据自身的需求进行不规律的训练，提高了康复训练的效果。

优选地，所述主控单元包括mcu、换向阀控制电路、adc采集电路、以及状态采集电路；所述mcu用于控制所述换向阀控制电路，还用于处理所述adc采集电路获取的所述间隔旋钮的角度数据以得到对应的间隔时间，还用于处理所述状态采集电路获取的所述采集部的数据并由此控制所述穿戴部的工况；所述换向阀控制电路用来为换向阀供电或停止供电；所述adc采集电路用于采集间隔旋钮的信号；所述状态采集电路用于采集所述采集部的状态。

进一步优选地，所述采集部包括手控按键和数据采集手套中的一种或几种。

进一步优选地，所述adc采集电路包括第一连接器、电阻一、电阻二、电容一和二极管一，所述间隔旋钮与所述第一连接器连接，所述第一连接器的引脚1通过所述电阻一与工作电压连接；所述第一连接器的引脚1通过反向的所述二极管一与所述第一连接器的引脚2连接；所述第一连接器的引脚1还通过串联的所述电容一和所述电阻二与所述第一连接器的引脚2连接；所述第一连接器的引脚1、所述电阻一和所述电容一的共同连接处为所述adc采集电路的输出端，输出表征所述间隔旋钮的旋转状态的mcu_adc信号；转动所述间隔旋钮时，所述间隔旋钮的电阻发生变化，引起所述mcu_adc信号的变化。

进一步优选地，所述第一连接器与所述间隔旋钮连接，所述adc采集电路的输出端与所述mcu连接，转动所述间隔旋钮时，所述间隔旋钮的电阻发生变化，引起所述mcu_adc信号的变化，所述mcu采集所述mcu_adc信号，再经过滤波处理和角度映射算法得到所述间隔旋钮的旋转角度所代表的间隔时间。其有益效果在于：便于得到准确的间隔时间。

进一步优选地，所述滤波处理为取多次输出的mcu_adc信号，去除其中的最大值和最小值后，将剩余的mcu_adc信号做平均得到一个稳定的电压值adc。其有益效果在于：避免因最大值和最小值导致所述电压值adc不稳定。

进一步优选地，所述角度映射算法为，基于所述电压值adc与所述间隔时间的关系曲线，获取所述电压值adc对应的所述间隔时间。

进一步优选地，所述状态采集电路包括第二连接器、电阻三、电阻四、电阻五、电阻六、电容二、电容三、电容四、二极管二、二极管三和运算放大器，所述第二连接器的引脚1通过反向的所述二极管三接地，还通过所述电阻五连接工作电压，还通过串联的所述电容三和电阻六接地；所述第二连接器的引脚1、所述电容三和所述电阻五的共同连接点用于输出表征手控按键开关状态的key_int信号；所述第二连接器的引脚2通过反向的所述二极管二接地，还通过所述电阻三连接工作电压，还通过串联的所述电容二和所述电阻四接地，还连接所述运算放大器的引脚3；所述运算放大器的引脚1为用于输出表征手套状态的glove_adc信号的所述运算放大器的输出端；所述运算放大器的引脚2为连接工作电压，并通过所述电容四接地；所述运算放大器的引脚3与所述第二连接器的引脚2连接；所述运算放大器的引脚4与所述运算放大器的引脚1连接，以形成负反馈回路。

附图说明

图1为本实用新型一些实施例中用于手指关节的康复训练装置的结构示意图。

图2为本实用新型又一些实施例中用于手指关节的康复训练装置的结构示意图。

图3为本实用新型一些实施例中用于手指关节的康复训练装置的工作原理示意图。

图4为本实用新型又一些实施例中用于手指关节的康复训练装置的工作原理示意图。

图5为本实用新型一些实施例中控制电路获取间隔旋钮状态的旋转角度采集电路的结构示意图。

图6为本实用新型一些实施例中经过滤波处理后的电压值adc与间隔旋钮所表示的间隔时间的关系的示意图。

图7为本实用新型一些实施例中控制电路获取手控按键和手套状态采集电路的结构示意图。

图中附图标记说明：10为穿戴部；12为气管；14为三通；16为波纹管；20为控制部；22为控制电路；222为降压单元；224为mcu；226为换向阀控制电路；228为adc采集电路；24为气泵；242为正压口；244为负压口；26为泄压阀；28为换向阀一；210为换向阀二；212为气接头；30为操作部；32为定时旋钮；34为开关；36为手控按键；38为间隔旋钮；40为数据采集手套；42为传感器。

具体实施方式

图1为本实用新型一些实施例中用于手指关节的康复训练装置的的结构示意图。其包括穿戴部10和主机。所述主机内部具有控制部20，所述主机外部具有操作部30。

所述穿戴部10呈手套形状，具体包括固定在手套上的气管12、三通14和波纹管16，三者构成一套气动伸缩组件。所述气管12沿着手套的每根手指方向设置，每根手指根部的气管12通过所述三通14相连接并连接到所述气接头212。所述波纹管16设置在手套的每个手指关节处，相邻所述波纹管16之间通过所述气管12贯通连接。当所述波纹管16被充气时，内部气压增大，其长度变大，呈拉伸状态，整个所述穿戴部10为屈曲工况，手套的每根手指弯曲。当所述波纹管16被抽气时，内部气压减小，其长度变小，呈压缩状态，整个所述穿戴部10为伸展工况，手套的每根手指伸直。

所述控制部20包括控制电路22、气泵24、泄压阀26、以及两个换向阀28和210。其中，控制电路22作为主控单元。所述气泵24、所述泄压阀26、以及两个换向阀28和210构成一套泵送组件。

所述控制电路22分别为所述气泵24、两个换向阀28和210提供能源。所述控制电路22还与所述操作部30的各个旋钮和按键等连接，用于采集这些旋钮和按键的状态并据此控制主机开关和/或调整主机参数。控制电路22由外部电源输入提供能量。优选地，外部电源输入部分为中国通用插头，可直插家用220v电源。

所述气泵24有两个气路接口，分别为正压口242和负压口244。所述气泵24的正压口242与泄压阀26的输入口通过中空的软管连接，所述泄压阀26的输出口与所述换向阀二210的输入口通过中空的软管连接。所述气泵24的负压口244与换向阀一28的输入口通过中空的软管连接。作为一个示例，所述气泵24正常工作时，正压口的最大气压值为210kpa(千帕)，负压口的最大气压值为－80kpa。

所述泄压阀26亦称调压阀，用来向下调节气路的气压值。作为一个示例，泄压阀26的设置的泄压值记为a，例如为100kpa。当泄压阀26的输入口的气压值为200kpa，经过所述泄压阀26后输出的气压值即为200－a，单位为kpa。

所述换向阀一28和换向阀二210的输出口分别通过两根软管汇流并连接到所述气接头212。所述气接头212例如固定在主机外壳上，所述气接头212通过气路连接所述穿戴部10的气管12。作为一个示例，两个换向阀28、210选用的是两位三通直动式电磁阀。其工作原理是在不通电时，输入口与输出口连接且封闭排气口。当正常通电时，输入口与排气口连接并封闭输出口。

所述操作部30包括间隔旋钮38和采集部；所述间隔旋钮38具有第一旋转部和第二旋转部，用于调节所述穿戴部10的屈伸频率，这是通过调整所述穿戴部10中的波纹管16内正压和负压持续时间实现的。所述采集部用于使穿戴部10在屈曲工况和伸展工况之间进行切换，且仅在间隔旋钮38位于所述第二旋转部时起作用。具体地，所述采集部为手控按键36，所述手控按键36能够使所述穿戴部10在屈曲工况和伸展工况之间进行立刻切换。

所述操作部30还包括定时旋钮32和开关34，例如均在主机外壳上。所述定时旋钮32用于设置训练时间，设置的训练时间范围例如是0至30分钟。定时旋钮32还可设有持续训练的连续档、以及停止训练的停止档。所述开关34用于控制主机电源开或关。

请参阅图2，这是本实用新型公开的又一些实施例中用于手指关节的康复训练装置的结构示意图。所述采集部为数据采集手套40。

所述数据采集手套40也呈手套形状，具体包括固定在手套上的一个或多个传感器42。所述传感器42例如设置在手套的一个或多个手指关节处，用于采集该手指关节的弯曲角度值。传感器42例如也可设置在手套的手掌弯曲位置，用于采集整个手掌的弯曲角度值。所述传感器42用来判断穿戴着数据采集手套40的手的弯曲情况整体呈屈曲还是伸展。所述数据采集手套40获取的传感器采集信号输出至所述控制部20的所述控制电路22进行处理。

图3为本实用新型一些实施例中用于手指关节的康复训练装置的工作原理示意图。图3用于表示屈曲工况。其中没有箭头的线条表示电路连接，有箭头的线条表示气路连接，箭头方向表示气流方向。当接通主机电源并使所述开关34开启后，所述控制电路22控制所述气泵24工作。所述控制电路22还对所述换向阀一28供电，使所述换向阀一28的排气口打开且输出口封闭。所述控制电路22还停止对所述换向阀二210供电，使所述换向阀二210的输出口打开且排气口封闭。此时的作用效果就是所述气泵24的负压口244通过换向阀一28的排气口抽气，所述气泵24的正压口242输出正压气体并经泄压阀26的调压，通过所述换向阀二210的输出口再经过气接头212向所述穿戴部10的波纹管充气，所述波纹管16内气压逐渐增大并膨胀伸长，最终使所述穿戴部10带动手指关节完成屈曲动作。

图4为本实用新型又一些实施例中用于手指关节的康复训练装置的工作原理示意图，图4用于表示伸展工况。其中没有箭头的线条表示电路连接，有箭头的线条表示气路连接，箭头方向表示气流方向。当接通主机电源并使所述开关34开启后，所述控制电路22控制所述气泵24工作。所述控制电路22还对换向阀二210供电，使换向阀二210的排气口打开且输出口封闭。所述控制电路22还停止对所述换向阀一28供电，使所述换向阀一28的输出口打开且排气口封闭。此时的作用效果就是所述气泵24的负压口244通过换向阀一28的输出口抽气，即经过所述气接头212从所述穿戴部10的波纹管16抽气。所述气泵24的正压口242输出正压气体并经泄压阀26的调压，通过所述换向阀二210的排气口再排出。所述穿戴部10的波纹管16内气压逐渐减小并收缩变短，最终使所述穿戴部10带动手指关节完成伸展动作。

本实用新型的一些实施例中，可将所述数据采集手套40与所述穿戴部10分别由一个用户的双手佩戴，或者由不同用户进行佩戴。例如将佩戴所述数据采集手套40的手称为第一只手，将佩戴所述穿戴部10的手称为第二只手。由所述数据采集手套40获取第一只手的手指弯曲情况，然后使所述穿戴部10带动第二只手进行相应的屈曲或伸展动作。

本实用新型的一些实施例中，参照图3和图4，所述控制电路22内部包括mcu(微控制器)224、换向阀控制电路226、以及adc(模数转换)采集电路228。所述mcu224用来控制换向阀控制电路226为两个换向阀28和210供电或停止供电，还用来处理所述adc采集电路228获取的间隔旋钮38的角度数据，还用来处理手控按键36和数据采集手套40的数据。换向阀控制电路226用来为两个换向阀28和210供电或停止供电。所述adc采集电路228用来采集间隔旋钮38的电位计信号的电压值，不同的旋转角度都对应一个电压值，且所述间隔旋钮在第一旋转部内顺时针旋转或逆时针旋转时，电压值逐渐变大或逐渐变小，通过所述adc采集电路228得到的电压值就可以计算出所述间隔旋钮38的旋转角度。优选地，所述控制电路22内部还包括获取所述手控按键36和/或所述数据采集手套40的状态的采集电路(未图示)。

本实用新型的一些实施例中，参照图3和图4，所述控制电路22内部还包括降压单元222，所述降压单元222用于将外部电源的电压(例如为220v)降低为主机的工作电压(例如为12v)。

图5为本实用新型一些实施例中控制电路22获取间隔旋钮38的状旋转角度的adc采集电路。参照图5，所述adc采集电路包括第一连接器j1、电阻一r1、电阻二r2、电容一c1和二极管一d1。所述间隔旋钮(未图示)通过第一连接器j1接入该采集电路。所述第一连接器j1有两个引脚，分别作为间隔旋钮信号接入端、接地端。所述第一连接器j1的引脚1通过所述电阻一r1与工作电压vcc连接。所述第一连接器j1的引脚1通过反向的所述二极管一d1与所述第一连接器j1的引脚2连接。所述第一连接器j1的引脚1还通过串联的所述电容一c1和所述电阻二r2与所述第一连接器j1的引脚2连接。所述所述第一连接器j1的引脚1、所述电阻一r1和所述电容一c1的共同连接处为所述adc采集电路的输出端，输出表征所述间隔旋钮的旋转状态的mcu_adc信号。所述第一连接器j1的引脚2接地gnd。转动所述间隔旋钮38时，其自身电阻会发生变化。在工作电压vcc和地gnd之间由电阻一r1、电容一c1和电阻二r2构成一条电阻分压支路。根据电阻分压的原理可知，所述间隔旋钮38转动时会引起输出电压mcu_adc的变化。将输出电压mcu_adc接到所述控制电路22内部的mcu224上，可以准确地采集到mcu_adc的电压值，再经过滤波处理和角度映射算法即可得到所述间隔旋钮38的旋转角度所表示的间隔时间。

作为一个示例，输出电压mcu_adc的滤波处理方式为：取10次输出电压mcu_adc的值分别记为adc0至adc9，去除其中的最大值和最小值后将剩余的8个电压值做平均即可得到一个稳定的电压值adc。这例如由mcu224通过软件方式进行处理。

图6为本实用新型一些实施例中经过滤波处理后的电压值adc与间隔旋钮所表示的间隔时间的关系的示意图。参照图6，其中横坐标表示经过滤波处理后的电压值adc，单位为v。纵坐标表示间隔旋钮38的旋转角度对应的间隔时间，单位为秒。由于间隔旋钮38的旋转角度与其电阻变化率并不是线性关系，因此经过测定得到电压值adc与间隔时间的对应关系，即角度映射算法。例如预先在mcu224中存储所述角度映射算法的对应关系，后续通过查询该对应关系得到间隔时间。

当所述控制电路22采集到所述间隔旋钮38所对应的间隔时间值x，就按照该间隔时间值x在屈曲工况和伸展工况间循环切换，即在屈曲工况持续x时间后，切换到伸展工况持续x时间，再切换到屈曲工况持续x时间，以此类推。这便使所述穿戴部10带动手指连续屈伸，从而实现手指关节屈伸训练。

图7为本实用新型一些实施例中控制电路22获取手控按键36和数据采集手套40的状态采集电路。参照图7，所述状态采集电路包括第二连接器j2、电阻三r3、电阻四r4、电阻五r5、电阻六r6、电容二c2、电容三c3、电容四c4、二极管二d2、二极管三d3和运算放大器u1。所述手控按键36或数据采集手套40通过所述第二连接器j2接入所述状态采集电路。所述第二连接器j2有三个引脚，分别作为手控按键信号接入端、数据采集手套信号接入端、接地端。所述第二连接器j2的引脚1通过反向的所述二极管三d3接地，还通过所述电阻五r5连接工作电压v11，还通过串联的所述电容三c3和电阻六r6接地。所述第二连接器j2的引脚1、所述电容三c3和所述电阻五r5的共同连接点用于输出表征手控按键开关状态的key_int信号。所述第二连接器j2的引脚2通过反向的所述二极管二d2接地，还通过所述电阻三r3连接工作电压vcc，还通过串联的所述电容二c2和所述电阻四r4接地，还连接所述运算放大器u1的引脚3。所述第二连接器j2的引脚3接地。所述运算放大器u1用来按照设定比例放大所述数据采集手套40的输入信号。所述运算放大器u1的引脚1为用于输出表征手套状态的glove_adc信号的输出端vout。按照设定比例放大数据采集手套40的输入信号。运算放大器u1的引脚2为工作电压端子vdd，连接工作电压vcc，并通过电容四c4接地。按照设定比例放大数据采集手套40的输入信号。运算放大器u1的引脚3为正输入端vin+，连接到所述第二连接器j2的引脚2。所述运算放大器u1的引脚4为负输入端vin-，连接到运算放大器u1的输出端vout形成负反馈回路。运算放大器u1的引脚5为接地端vss，接地gnd。

当所述间隔旋钮38旋转到所述第二旋转部时、且用户按下所述手控按键36时，所述控制电路22中的mcu224检测输入信号key_int，当检测到所述手控按键36被按下时控制穿戴部10切换屈曲和伸展工况。

当所述数据采集手套40插入主机时，所述控制电路22中的mcu224检测glove_adc信号的电压值，通过计算得到所述数据采集手套40的手指弯曲角度，再根据规则一和/或规则二控制所述穿戴部10进行与所述数据采集手套40相同的屈曲和伸展工况。所述规则一例如是指当所述数据采集手套40的输入信号表明在第一时间段内第一只手的手指弯曲角度的变化值大于第一阈值，如果是增大则判定所述数据采集手套40为伸展工况，如果是减小则判定数据采集手套40为屈曲工况。第一时间段例如为1秒。第一阈值例如为40度至80度之间的任意数值，优选为60度。所述规则二例如是指当所述数据采集手套40的输入信号表明第一只手的手指弯曲角度大于第二阈值或小于第三阈值，如果大于第二阈值则判定所述数据采集手套40为伸展工况，如果小于第三阈值则判定所述数据采集手套40为屈曲工况。第二阈值例如为110度至150度之间的任意数值，优选为130度。第三阈值例如为30度至70度之间的任意数值，优选为50度。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限定本实用新型。对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。