專利名稱：外骨骼式生物反饋手功能訓(xùn)練器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于恢復(fù)手功能障礙患者部分或者全部手功能的外骨骼式生物反饋手功能訓(xùn)練器。
背景技術(shù)：
我國現(xiàn)有腦卒中患者約900萬人，每年新發(fā)病在150萬人以上，大約75%腦卒中患者在發(fā)病后會留下不同程度的后遺癥，在眾多的后遺癥中，以偏癱發(fā)生率最高，在偏癱的康復(fù)中，又以手功能的康復(fù)最為困難。患者的手在后期往往因肌肉痙攣，形成一個屈曲的半握拳姿勢，因此，手功能的康復(fù)一直是患者最需要解決的問題，也是腦卒中患者最難解決的問題。手功能康復(fù)的主要技巧是掌握好活動的力度，早期被動運動要求輕柔、緩慢，以不引起不能耐受的疼痛為宜，從而達到防止肌腱粘連和關(guān)節(jié)僵硬，并可促進血液循環(huán)，增加關(guān)節(jié)、肌肉的牽伸效果。醫(yī)學(xué)理論和實踐證明，肢體損傷的患者為了防止肌肉“廢用性”萎縮，必須要進行有效的肢體訓(xùn)練以恢復(fù)其功能。由于患者手指本身已存在功能障礙，不能獨立完成訓(xùn)練；需要由具有一定護理知識和體力的護士或者其他人幫助實施，增加了康復(fù)難度和護理費用。為了讓患者自主地進行康復(fù)訓(xùn)練，制作一種幫助其恢復(fù)運動功能的醫(yī)療保健器械是必要的。據(jù)了解國內(nèi)醫(yī)院的康復(fù)科大部分都是采用醫(yī)務(wù)人員陪同康復(fù)治療，在浪費大量資源的前提下，患者的康復(fù)情況還沒有很顯著的效果。

實用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)的諸多缺陷，本實用新型提供了一種外骨骼式生物反饋手功能訓(xùn)練器。本實用新型提供的一種外骨骼式生物反饋手功能訓(xùn)練器，其特征在于，包括:佩戴在患者手上的手背貼合面板；與手背貼合面板連接的五個手指驅(qū)動機構(gòu)；與手背貼合面板連接的電機傳動機構(gòu)，電機傳動機構(gòu)又包括驅(qū)動拇指機構(gòu)的直線電機傳動機構(gòu)和驅(qū)動其余四指的微型直流電機傳動機構(gòu)；上述的手背貼合面板是在解剖學(xué)意義上與患者手背貼合的面板。上述的五個手指驅(qū)動機構(gòu)均是連桿機構(gòu)，其中驅(qū)動拇指的機構(gòu)是由與拇指近節(jié)指骨貼合的組件和連桿機構(gòu)連接而成；其余四指是由與四指近節(jié)指骨和中節(jié)指骨貼合的組件和連桿連接而成；五個手指驅(qū)動機構(gòu)模擬了手指在抓握時關(guān)節(jié)的瞬時轉(zhuǎn)動中心，在機構(gòu)的關(guān)節(jié)處的轉(zhuǎn)動中心是模擬真實手指關(guān)節(jié)的瞬時轉(zhuǎn)動中心。上述的直線電機傳動機構(gòu)是由微型直線電機及其固定組件和直線電機與拇指驅(qū)動機構(gòu)的連接桿組成。上述四指的微型直流電機傳動機構(gòu)是由微型直流電機及其固定組件、錐齒輪傳動機構(gòu)、三級減速機構(gòu)組成和與四指驅(qū)動機構(gòu)連接的推桿組成。實用新型作用與效果[0011]本實用新型應(yīng)用連桿機構(gòu)實現(xiàn)四指的同步運動，通過控制兩個電機的運轉(zhuǎn)實現(xiàn)四指和拇指的同步或者異步運動。在其基礎(chǔ)上設(shè)計微直流電機驅(qū)動模塊并以病患者的患側(cè)肢的微弱肌電信號比例控制和聲音控制混合控制微直流電機，以生物反饋的方式訓(xùn)練功能障礙的手指。本實用新型實現(xiàn)的是用于手部功能障礙的穿戴式機械手的肌電/語音混合控制的實現(xiàn)，其創(chuàng)新點包括:穿戴式設(shè)計方便患者進行基于日常生活輔助的功能訓(xùn)練，提高訓(xùn)練效果；欠驅(qū)動多關(guān)節(jié)聯(lián)動手指機構(gòu)，實現(xiàn)輕便結(jié)構(gòu)下的指間關(guān)節(jié)運動；表面肌電信號觸發(fā)與動態(tài)智能控制實現(xiàn)互動式生物反饋訓(xùn)練；語音控制方式提供被動訓(xùn)練、實現(xiàn)互動式運動想象療法；健康側(cè)手動觸控主動軟癱期、痙攣期雙側(cè)手同步訓(xùn)練。

圖1為外骨骼式生物反饋手功能訓(xùn)練器總裝圖；圖2為外骨骼式生物反饋手功能訓(xùn)練器總裝圖補充圖；圖3為外骨骼式生物反饋手功能訓(xùn)練器食指驅(qū)動機構(gòu)；圖4為外骨骼式生物反饋手功能訓(xùn)練器直流電機外部傳動錐齒輪組件；圖5為外骨骼式生物反饋手功能訓(xùn)練器直流電機外部三級減速機構(gòu)；圖6為外骨骼式生物反饋手功能訓(xùn)練器直流電機外部三級減速機構(gòu)的外部示意圖；圖7為外骨骼式生物反饋手功能訓(xùn)練器直線電機及拇指驅(qū)動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖與實施例對本實用新型作進一步說明。應(yīng)理解的是，這些實施例僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍。圖1為外骨骼式生物反饋手功能訓(xùn)練器總裝圖。圖2為外骨骼式生物反饋手功能訓(xùn)練器總裝圖補充圖。圖3為外骨骼式生物反饋手功能訓(xùn)練器食指驅(qū)動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為外骨骼式生物反饋手功能訓(xùn)練器直流電機外部傳動錐齒輪組件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為外骨骼式生物反饋手功能訓(xùn)練器直流電機外部三級減速機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為外骨骼式生物反饋手功能訓(xùn)練器直流電機外部三級減速機構(gòu)的外部示意圖。圖7為外骨骼式生物反饋手功能訓(xùn)練器直線電機及拇指驅(qū)動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1至圖7所示，外骨骼式生物反饋手功能訓(xùn)練器通過肌電信號\語音信號\觸控\患者健側(cè)手觸控等控制微型直線電機和微型直流電機的運行驅(qū)動拇指和四指機構(gòu)來帶動有功能障礙的手運動，在兩個電機的帶動下，外骨骼式生物反饋手功能訓(xùn)練器可以帶動患者功能障礙手實現(xiàn)抓握功能，可以逐漸恢復(fù)患者的部分或全部手功能，能有效的減小腦卒中等患者的手部病癥；外骨骼式生物反饋手功能訓(xùn)練器的手背貼合面板01是參考GB中國成年人手型尺寸和小樣本抽樣統(tǒng)計而設(shè)計的，符合正常成年人手一般擺放姿勢，這種設(shè)計可以使患者的手掌部維持在正常狀態(tài)，防止畸形化；在佩戴外骨骼式生物反饋手功能訓(xùn)練器時，各手指均有一定的間距，具有一定程度的分指功能。在各手指機構(gòu)與手指貼合面設(shè)有壓力傳感器，在對患者進行手功能訓(xùn)練的整個過程中進行數(shù)據(jù)采集，記錄患者各手指肌力的變換情況形成直觀的曲線圖，可以作為醫(yī)師治療的參考資料，實時調(diào)整得到更佳的訓(xùn)練方案。其中與手背貼合面板01連接的四指驅(qū)動機構(gòu)的食指驅(qū)動機構(gòu)、中指驅(qū)動機構(gòu)、無名指驅(qū)動機構(gòu)和小指驅(qū)動機構(gòu)是同一結(jié)構(gòu)原理；下面以食指驅(qū)動機構(gòu)為例說明其連接方式(其裝配件的放置方式如圖3)，兩個手指固定件09各由兩個螺釘與手背貼合面板01 ;手指連桿組件10與食指連桿組件12焊接連接；手指連桿組件10與手指固定件09轉(zhuǎn)動連接；食指近節(jié)指骨17與手指固定件09轉(zhuǎn)動連接；食指連桿組件12與食指中節(jié)指骨21轉(zhuǎn)動連接；食指近節(jié)指骨17與食指中節(jié)指骨21轉(zhuǎn)動連接；其中與手背貼合面板01連接的直流電機傳動機構(gòu)的具體連接方式如下:下面以機構(gòu)的裝配步驟說明其連接方式，齒輪箱組件03 (30)與軸承圈01 (50)和軸承圈02 (51)在對應(yīng)的位置過盈配合(如圖5所示)，齒輪箱組件01 (28)與軸承圈01 (50)也在對應(yīng)的位置過盈配合；齒輪箱組件01 (28)與齒輪箱組件02 (29)邊緣對齊后由3顆螺釘固定連接；傳動錐齒輪構(gòu)件35的齒軸端插入錐齒輪傳動固定件26并使錐齒輪的下端面與之貼合；已選定的直流電機裝入直流電機外殼0201內(nèi)并由直流電機外殼端蓋0202旋緊固定，直流電機外殼0201與錐齒輪傳動固定件26由三顆螺釘固定連接；輸出端錐齒輪34的內(nèi)齒與直流電機02輸出齒緊密嚙合后由一顆螺釘和墊片將輸出端錐齒輪軸向固定；然后將錐齒輪傳動固定件封閉蓋27用兩顆螺釘與錐齒輪傳動固定件26固定，此時插入錐齒輪傳動固定件26的傳動錐齒輪構(gòu)件35的光軸端恰好頂在錐齒輪傳動固定件封閉蓋27上的一個沉孔，使傳動錐齒輪構(gòu)件35在能自由轉(zhuǎn)動的前提下限制了其軸向運動；將錐齒輪傳動固定件26與齒輪箱組件03 (30)的兩個裝配螺孔對齊由兩顆螺釘固定連接；把一級傳動齒輪組36、二級傳動齒輪組37和三級傳動齒輪組38按照圖5所示的方式放入對應(yīng)軸承圈內(nèi)，然后把一級傳動齒輪組36、二級傳動齒輪組37和三級傳動齒輪組38的另一軸端插入齒輪箱組件01 (28)內(nèi)對應(yīng)的軸承圈內(nèi)，再由3顆螺釘把齒輪箱組件02 (29)和齒輪箱組件03 (30)固定連接；將齒輪向內(nèi)推桿33插入三級傳動齒輪組38的孔中，然后將長短兩個管件39、40套在齒輪向內(nèi)推桿33的兩側(cè)，再把兩個四指推桿31套在齒輪向內(nèi)推桿33的兩側(cè)并由兩個螺母使其軸向固定；這樣就完成了直流電機02傳動機構(gòu)的裝配；直流電機02的傳動是與輸出齒軸固定的輸出端錐齒輪34與直流電機02同步轉(zhuǎn)動，輸出端錐齒輪34的轉(zhuǎn)動帶動與之嚙合的傳動錐齒輪構(gòu)件35轉(zhuǎn)動，傳動錐齒輪構(gòu)件35轉(zhuǎn)動通過齒輪嚙合帶動一級傳動齒輪組36轉(zhuǎn)動，一級傳動齒輪組36轉(zhuǎn)動通過齒輪嚙合帶動二級傳動齒輪組37轉(zhuǎn)動，二級傳動齒輪組37轉(zhuǎn)動通過齒輪嚙合帶動三級傳動齒輪組38轉(zhuǎn)動；三級傳動齒輪組38轉(zhuǎn)動通過齒輪箱內(nèi)推桿33帶動四指推桿31在齒輪箱內(nèi)推桿33作弧形運動的時候繞其轉(zhuǎn)動；四指推桿31的另一端與四指連接桿32轉(zhuǎn)動連接，四指連接桿32與四個手指的手指連桿組件10固定連接，從而在四指推桿31的推動下，四個手指的手指連桿組件10可以繞其與手指固定件09的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動；由于四個手指的結(jié)構(gòu)是同一原理，下面以食指的運動為例說明其運動機理。由上述食指的連接方式可知，當(dāng)手指連桿組件10繞其與手指固定件09的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，手指固定件09、手指連桿組件10和食指連桿組件12的焊件、食指中節(jié)指骨21及食指近節(jié)指骨17構(gòu)成一個四連桿結(jié)構(gòu)，食指驅(qū)動機構(gòu)就能做出模擬食指彎曲的運動。直線電機03的連接及運動機理如下(如圖6所示):直線電機03插入直線電機固定外殼04并由直線電機固定外殼封閉蓋05旋緊固定,直線電機03的輸出桿與直線電機連接件06螺紋連接；直線電機連接件06與拇指推桿07由一個螺栓轉(zhuǎn)動連接，拇指推桿07的另一端與拇指連接桿08轉(zhuǎn)動連接，拇指連接桿08與拇指驅(qū)動機構(gòu)的手指連桿組件10是固定連接；手指連桿組件10與拇指連桿組件11是焊接連接；手指連桿組件10與手指固定件09是轉(zhuǎn)動連接，拇指近節(jié)指骨16與拇指近節(jié)指骨連桿25是轉(zhuǎn)動連接，拇指近節(jié)指骨連桿25拇指連桿組件11是轉(zhuǎn)動連接，拇指近節(jié)指骨16與手指固定件09是轉(zhuǎn)動連接。當(dāng)直線電機03的輸出桿伸出時，推動拇指推桿07向前推出，并帶動由手指固定件09、手指連桿組件10與拇指連桿組件11的焊接件、拇指近節(jié)指骨16和拇指近節(jié)指骨連桿25構(gòu)成的四連桿運動。
權(quán)利要求1.一種外骨骼式生物反饋手功能訓(xùn)練器，其特征在于，具有: 佩戴在患者手上的手背貼合面板， 與所述手背貼合面板連接的五個手指驅(qū)動機構(gòu)， 與所述手背貼合面板連接的電機傳動機構(gòu)， 其中，所述電機傳動機構(gòu)包括，驅(qū)動拇指機構(gòu)的直線電機傳動機 構(gòu)和驅(qū)動其余四指的微型直流電機傳動機構(gòu)； 所述五個手指驅(qū)動機構(gòu)均是連桿機構(gòu)，驅(qū)動拇指的機構(gòu)是由與拇指近節(jié)指骨貼合的組件和連桿機構(gòu)連接而成；其余四指是由與四指近節(jié)指骨和中節(jié)指骨貼合的組件和連桿連接而成；所述五個手指驅(qū)動機構(gòu)模擬了手指在抓握時關(guān)節(jié)的瞬時轉(zhuǎn)動中心，在機構(gòu)的關(guān)節(jié)處的轉(zhuǎn)動中心是模擬真實手指關(guān)節(jié)的瞬時轉(zhuǎn)動中心。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種外骨骼式生物反饋手功能訓(xùn)練器，其特征在于: 其中，所述直線電機傳動機構(gòu)是由微型直線電機及其固定組件和直線電機與拇指驅(qū)動機構(gòu)的連接桿組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種外骨骼式生物反饋手功能訓(xùn)練器，其特征在于: 其中，所述微型直流電機傳動機構(gòu)是由微型直流電機及其固定組件、錐齒輪傳動機構(gòu)、三級減速機構(gòu)組成和與四指驅(qū)動機構(gòu)連接的推桿組成。
專利摘要本實用新型根據(jù)國內(nèi)的臨床康復(fù)治療中還沒有特定的、高效的手功能障礙康復(fù)訓(xùn)練器械，設(shè)計了一種外骨骼式生物反饋手功能訓(xùn)練器。本實用新型提供的一種外骨骼式生物反饋手功能訓(xùn)練器，具有佩戴在患者手上的手背貼合面板；與手背貼合面板連接的五個手指驅(qū)動機構(gòu)；與手背貼合面板連接的電機傳動機構(gòu)，電機傳動機構(gòu)又包括驅(qū)動拇指機構(gòu)的直線電機傳動機構(gòu)和驅(qū)動其余四指的微型直流電機傳動機構(gòu)。
文檔編號A61H1/02GK202909036SQ20122065650
公開日2013年5月1日 申請日期2012年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月2日
發(fā)明者李繼才, 胡鑫, 喻洪流, 張穎, 官龍, 蘇鵬飛, 李秀芝 申請人:上海理工大學(xué)