手指康复训练仪和系统的制作方法

本实用新型涉及康复自动化机器技术领域，尤其是涉及一种手指康复训练仪和系统。

背景技术：

脊椎损伤、脑外伤和中风等中枢神经系统损伤的患者的上肢和手功能障碍是最常见的问题，患手功能的恢复关系到患者的生活质量，康复介入得越早，功能恢复的可能性就越大，而特定的功能训练在此过程中必不可少。针对手指的康复训练，现在普遍采用的是基于康复理疗师人工手动方式进行训练。为了让患者自主进行康复训练，需要自动化的训练机器，现有的辅助理疗师进行训练的自动化机器，仅能进行简单的关节活动训练，康复效果差。

针对上述理疗自动化机器的康复效果差的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种手指康复训练仪和系统，以提高手指康复训练的效果。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种手指康复训练仪，包括：手臂支撑部、手指训练部和主机；上述手臂支撑部用于固定和支撑使用者的手臂；手指训练部包括多个活动触头、与每个活动触头分别连接的驱动装置；每个活动触头都设置有力度传感器和位置传感器；主机设置有与力度传感器和位置传感器连接的第一接口，以及与驱动装置连接的第二接口；主机通过第一接口接收力度传感器和位置传感器采集的活动触头的力度信息和位置信息；主机对力度信息和位置信息进行对比后，通过第二接口控制驱动装置驱动活动触头移动。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，驱动装置包括多个步进电机和与步进电机匹配的多个高精度链条；活动触头通过连接件与高精度链条连接；高精度链条带动活动触头沿使用者的手指方向往复移动。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，力度传感器和位置传感器设置于活动触头的底部。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，手指训练部还包括手指间距调节装置，手指间距调节装置调节高精度链条之间的间距以调节活动触头之间的间距。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，活动触头包括两个第一触头和四个第二触头；第一触头用于固定使用者的拇指，第二触头的移动方向平行设置，用于固定使用者的其余四指；第一触头的移动方向与第二触头的移动方向垂直。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，手指训练部还包括紧急停止按钮，紧急停止按钮与步进电机连接。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，还包括固定底座；手指训练部通过连接轴与固定底座连接；手指训练部通过角度调整阀绕连接轴旋转。

结合第一方面的第六种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，固定底座包括升降立柱，升降立柱上设置有连接轴。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，手臂支撑部包括半包裹部和至少一条固定带，固定带的两端分别与半包裹部连接。

第二方面，本实用新型实施例还提供一种手指康复训练系统，包括：显示器、输入装置和第一方面及其可能的实施方式之一提供的手指康复训练仪，该显示器和该输入装置分别与该主机连接。

本实用新型实施例带来了以下有益效果：

本实用新型提供的手指康复训练仪和系统，包括手指训练部，该手指训练部包括多个活动触头，每个活动触头都设置有力度传感器和位置传感器，主机通过第一接口接收力度传感器和位置传感器采集的活动触头的力度信息和位置信息；主机对力度信息和位置信息进行对比后，通过第二接口控制驱动装置驱动活动触头移动，可以根据患者手指的运动情况在需要的时候提供最适合的辅助力度及位移补偿，从而帮助并激励患者完成更多训练次数，从而到达更好的训练效果。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的手指康复训练仪的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的手指训练部的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的驱动装置的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的辅助控制流程示意图；

图5为本实用新型实施例提供的基于神经网络自适应智能控制软件的结构框图。

图标：

11-手臂支撑部；12-手指训练部；111-半包裹部；112-固定带；122-第一触头；123-第二触头；21-紧急停止按钮；22-手指间距调节装置；31-主动轮；32-高精度链条；33-从动轮；34-连接件。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

目前脊椎损伤、脑外伤和中风等中枢神经系统损伤的患者自主进行康复训练的自动化训练机器，仅能进行简单的关节活动训练，无法根据患者的手指的实际运动情况反馈进行调整，康复效果差。基于此，本实用新型实施例提供的一种手指康复训练仪和系统，可以提高手指康复训练的效果。

为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种手指康复训练仪进行详细介绍。

实施例1

本实用新型实施例1提供了一种手指康复训练仪，该手指康复训练仪包括手臂支撑部、手指训练部和主机。

参见图1所示的手指康复训练仪的结构示意图，其中示出了手臂支撑部11和手指训练部12，未示出主机。优选地，上述主机可以是计算机除去输入输出设备以外的主要机体部分，优选包括CPU、内存、硬盘、电源、以及其他输入输出控制器和接口。

其中手臂支撑部11用于固定和支撑使用者的手臂。具体地，手臂支撑部11包括半包裹部和至少一条固定带，固定带的两端分别与半包裹部连接，在图1中示出了半包裹部111和三条固定带112，其中一条固定带112固定使用者的腕部，两条固定带112固定使用者的手臂，保证在使用者进行手指训练的过程中手臂保持固定状态。

参见图2所示的手指训练部的结构示意图，手指训练部12包括多个活动触头和与每个活动触头分别连接的驱动装置(在手指训练部的内部，未示出)。每个活动触头都设置有一个力度传感器和一个位置传感器。优选地，力度传感器和位置传感器设置于活动触头的底部。在图2中还示出了活动触头包括两个第一触头122和四个第二触头123；其中，两个第一触头122分别用于固定患者的左右手拇指，第二触头123用于固定使用者的其余四指。为了符合手指的实际分布情况，并结合训练动作，上述四个第二触头123的移动方向平行设置，第一触头122的移动方向与第二触头123的移动方向垂直。同时，上述第二触头123的移动方向平行与手臂支撑部的延伸方向，用于训练患者除拇指外的四指的伸直和弯曲动作；第一触头122的移动方向与手臂支撑部的延伸方向垂直，用于训练患者拇指的伸直和弯曲动作。

为了测量患者的每根手指的运动情况(手指的力度及速度)，在每个活动触头的底部都设置有一个力度传感器和一个位置传感器。其中，力度传感器检测患者手指施加到活动触头的力度值，可以理解的是在患者做出伸直或者弯曲动作时，力度值的方向相反；位置传感器用于检测活动触头的当前位置。

主机设置有与力度传感器和位置传感器连接的第一接口，以及与驱动装置连接的第二接口；主机通过第一接口接收力度传感器和位置传感器采集的活动触头的力度信息和位置信息；主机对力度信息和位置信息进行对比后，通过第二接口控制驱动装置驱动活动触头移动。

上述驱动装置包括多个步进电机和与步进电机匹配的多个高精度链条；活动触头通过连接件与高精度链条连接；高精度链条带动活动触头沿使用者的手指方向往复移动。参见图3所示的驱动装置的结构示意图，其中示出了一组匹配的步进电机的主动轮31和高精度链条32，还示出了与高精度链条32匹配的从动轮33。在高精度链条32上固定有连接件34，该连接部34用于连接活动触头。其中高精度链条32也可以是同步带。

在使用手指康复训练仪时，患者的手臂固定在手臂支撑部内，手指固定在上述活动触头上，具体地，手指可以使用胶带或者磁铁固定在活动触头上。患者的手指可以做出伸直和弯曲等动作，带动活动触头运动，力度传感器和位置传感器检测患者每个指头施加的力量和活动触头的当前位置，并将力度信息和位置信息发送至主机。主机根据上述力度信息和位置信息判断患者是否无法完成当前动作，并根据判断结果控制驱动装置的步进电机转动，从而在患者需要的时候提供辅助力度和位移补偿，帮助并激励患者完成更多训练次数，达到更好的训练效果。

考虑到患者手指的伸直和弯曲仅发生在一定范围内，在活动触头存在最大移动范围，在移动方向上的两端被手指训练部的壳体阻挡。进一步地，为了防止出现意外，上述手指训练部还包括紧急停止按钮，如图2中所示，该紧急停止按钮21与步进电机连接。当紧急停止按钮被按下时，控制步进电机立即停止。

为了适应不同手掌大小各不相同的患者，手指训练部还包括手指间距调节装置，如图2中所示，手指间距调节装置22可以调节高精度链条之间的间距以调节活动触头之间的横向间距。

进一步，上述手指康复训练仪，还包括固定底座。手指训练部通过连接轴与固定底座连接；手指训练部通过角度调整阀绕连接轴旋转。上述固定底座还包括升降立柱，该升降立柱上设置有连接轴。通过固定底座的上述结构，使手指训练部和手臂支撑部可以相对于水平面旋转及升高、降低高度，从而适应不同患者手臂的位置，使用过程更加舒适。

手指康复训练仪进行上述判断并提供辅助力度和位移补偿的流程具体参见图4所示的辅助控制流程示意图，包括以下步骤：

步骤S41，采集力度传感器和位置传感器的数据。

当手指康复训练仪启动时，活动触头处于自由状态。上述采集可以采取定时采集的方式，优选以100HZ的采样频率进行采集；上述数据包括力度信息和位置信息，力度信息包括力度值和力度方向，位置信息包括位移值和位移方向。上述传感器可以提供手指准确的运动数据，从而可以为后续的精细化反馈奠定基础。

步骤S42，当检测到力度值且位移有变化，则保持自由状态。

此时患者的手指施加的力可以克服手指训练部本身的阻力，不需要提供辅助力度或者位移。此时步进电机不转动，活动触头不施力。

步骤S43，当检测到力度值但位移无变化，提供辅助位移。

当有力度值但位移无变化时，表示患者可以通过手指对触头施加一定力量，但是力量力度强度不足以克服阻力。此时则沿着检测到的力度方向驱动触头移动1/100的手指活动范围的位移量，通过控制步进电机实现。因此可以根据患者的实际运动情况提供反馈，进行辅助力度和位移补偿，从而帮助并激励患者完成更多次训练，达到更好的训练效果。同时不断检测位置和力度变化，一旦检测到患者主动施力产生的位移变化则按照步骤S41进行状态采集。

步骤S44，当检测到力度方向与位移方向相反，立即停止步进电机动作。

正常情况下，手指带动的位移方向和力度方向是相同的，当检测到力度方向与位移方向相反时，表明手指训练部出现故障，需要立即停止步进电机动作，进而停止活动触头动作，避免给患者带来伤害。

本实用新型实施例还提供了与上述手指康复训练仪配套的基于神经网络的自适应软件，该软件可以根据患者手指的运动情况(力度及速度)，在需要的时候提供最适合的辅助力度及位移补偿，从而帮助并激励患者完成更多训练次数，从而到达更好的训练效果。参见图5所示的基于神经网络自适应智能控制软件的结构框图，其中r(t)是位置和速度输入信号；y(t)是输出的力度和位置信号；Up(t)是PID控制器的输出信号；Ur(t)是神经网络控制器的输出信号；NN为Neural Network。在实际使用过程中，神经网络控制器需要在线学习患者的使用数据，从而实现自适应控制。上述控制软件结合了先进的神经网络控制和经典PID控制，从而实现了控制系统的高可靠性和自适应性。

本实用新型提供的手指康复训练仪，包括手指训练部，该手指训练部包括多个活动触头，每个活动触头都设置有力度传感器和位置传感器，主机通过第一接口接收力度传感器和位置传感器采集的活动触头的力度信息和位置信息；主机对力度信息和位置信息进行对比后，通过第二接口控制驱动装置驱动活动触头移动，可以根据患者手指的运动情况在需要的时候提供最适合的辅助力度及位移补偿，从而帮助并激励患者完成更多训练次数，从而到达更好的训练效果。

实施例2

本实用新型实施例2提供了一种手指康复训练系统，包括显示器、输入装置和实施例1提供的手指康复训练仪，显示器和输入装置分别与手指康复训练仪的主机连接。

本实用新型实施例提供的手指康复训练系统，与上述实施例提供的手指康复训练仪具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

上述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例的方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。