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一种 外骨骼 手指康复训练装置

阅读：351发布：2024-01-07

专利汇可以提供一种外骨骼手指康复训练装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提出一种外骨骼手指康复训练装置，包括壳体以及设置在壳体内的第一电机和第二电机；所述第一电机的输出轴与第二电机的输出轴的朝向相反；所述第一电机输出轴上设置有第一电机齿轮，第一电机齿轮的右侧啮合连接有第一传动齿轮；所述第一传动齿轮的边缘依次连接有轴向排列的食指套和中指套；所述第二电机的输出轴上设置有第二电机齿轮，第二电机齿轮右侧啮合连接有第二传动齿轮；所述第二传动齿轮的边缘依次连接有轴向排列的小拇指套和无名指套；所述支撑座上还设置有大拇指套。本发明可以有效的贴合手指的运动轨迹，辅助脑卒中患者进行手指展开和握紧，给患者的手指压力小；精准控制力的输出和指套的极限旋转位置，稳定性高，安全可靠。，下面是一种外骨骼手指康复训练装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种外骨骼手指康复训练装置，其特征在于：包括壳体(1)以及设置在壳体(1)内的第一电机(2)和第二电机(3)；所述第一电机(2)的输出轴与第二电机(3)的输出轴的朝向相反；
所述第一电机(2)输出轴上设置有第一电机齿轮(4)，第一电机齿轮(4)的右侧啮合连接有第一传动齿轮(5)；所述第一传动齿轮(5)的边缘依次连接有轴向排列的食指套(6)和中指套(7)；所述第二电机(3)的输出轴上设置有第二电机齿轮(8)，第二电机齿轮(8)右侧啮合连接有第二传动齿轮(9)；所述第二传动齿轮(9)的边缘依次连接有轴向排列的小拇指套(10)和无名指套(11)；
所述壳体(1)的外壁固定有用于安装第一传动齿轮(5)转轴的第一支撑臂(12)和用于安装第二传动齿轮(9)转轴的第二支撑臂(13)；
所述壳体(1)上还设置有大拇指套(14)，所述大拇指套(14)与食指套(6)、中指套(7)、无名指套(11)和小拇指套(10)的相对位置符合人体手指排布。
2.根据权利要求1所述的外骨骼手指康复训练装置，其特征在于：所述第一电机(2)和第二电机(3)左右依次并排布置；所述第一传动齿轮(5)为圆弧状外齿齿轮；所述第二传动齿轮(9)为圆弧状内齿齿轮。
3.根据权利要求2所述的外骨骼手指康复训练装置，其特征在于：所述第一传动齿轮(5)与第一传动齿轮(5)的转轴通过第一半径连接杆(15)连接；所述第二传动齿轮(9)与第二传动齿轮(9)的转轴通过第二半径连接杆(16)连接。
4.根据权利要求3所述的外骨骼手指康复训练装置，其特征在于：所述第一半径连接杆(15)和食指套(6)分别位于第一传动齿轮(5)的圆弧两端；所述第二半径连接杆(16)和小拇指套(10)分别位于第二传动齿轮(9)的圆弧两端。
5.根据权利要求3所述的外骨骼手指康复训练装置，其特征在于：所述壳体(1)上设置有被第一传动齿轮(5)穿过的第一通道和被第二传动齿轮(9)穿过的第二通道。
6.根据权利要求4所述的手指可穿戴式柔性力触觉反馈装置，其特征在于：所述第一传动齿轮(5)在第一通道和食指套(6)之间设有第一旋转限位突出部；所述第二传动齿轮(9)在第二通道和小拇指套(10)之间设有第二旋转限位突出部。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的手指可穿戴式柔性力触觉反馈装置，其特征在于：
还包括一个控制系统；所述控制系统包括单片机，用于测量第一电机(2)和第二电机(3)转速的编码器，固定在所述第一支撑臂(12)上并套在第一传动齿轮(5)转轴外的第一角度传感器(17)，固定在所述第二支撑臂(13)上并套在第二传动齿轮(9)转轴外的第二角度传感器(18)，以及分别设置在大拇指套(14)、食指套(6)、中指套(7)、无名指套(11)和小拇指套(10)内的五个压力传感器(19)；所述编码器、第一角度传感器(17)、第二角度传感器(18)和压力传感器(19)分别将测量信号传输至单片机，所述单片机向第一电机(2)和第二电机(3)输出用于控制电机转速的控制信号。
8.根据权利要求7所述的手指可穿戴式柔性力触觉反馈装置，其特征在于：所述单片机的型号是STM32F103，所述第一角度传感器(17)和第二角度传感器(18)的型号是SV01A103AEA01R00。

说明书全文

一种外骨骼 手指康复训练装置

技术领域

[0001] 本发明属于医疗康复器械领域，具体涉及一种外骨骼手指康复训练装置。

背景技术

[0002] 脑卒中是一种由于各种原因导致脑动脉和静脉系统发生病理性改变的一类疾病，手部作为人重要的器官，是实现生活和劳动不可或缺的一部分，对于由于脑卒中引起的手部瘫痪，有关研究表明，经过一定的康复训练，可以恢复正常功能。

[0003] 现有的手部康复治疗，主要是通过专业的医生进行物理训练治疗，这样治疗方法有三个缺点：

[0004] 一、治疗效果依赖医生经验，不同医生治疗效果不同；

[0005] 二、不同医生治疗效果不一样，只有极少数人可以得到专业的治疗；

[0006] 三、治疗环境受到限制，治疗时间非常受限。

发明内容

[0007] 为解决上述问题，本发明提出一种外骨骼手指康复训练装置，辅助脑卒中患者进行手指展开和握紧的康复训练，使用安全可靠。

[0008] 技术方案：本发明提出一种外骨骼手指康复训练装置，包括壳体以及设置在壳体内的第一电机和第二电机；所述第一电机的输出轴与第二电机的输出轴的朝向相反；

[0009] 所述第一电机输出轴上设置有第一电机齿轮，第一电机齿轮的右侧啮合连接有第一传动齿轮；所述第一传动齿轮的边缘依次连接有轴向排列的食指套和中指套；所述第二电机的输出轴上设置有第二电机齿轮，第二电机齿轮右侧啮合连接有第二传动齿轮；所述第二传动齿轮的边缘依次连接有轴向排列的小拇指套和无名指套；

[0010] 所述壳体的外壁固定有用于安装第一传动齿轮转轴的第一支撑臂和用于安装第二传动齿轮转轴的第二支撑臂；

[0011] 所述支撑座上还设置有大拇指套，所述大拇指套与食指套、中指套、无名指套和小拇指套的相对位置符合人体手指排布。

[0012] 进一步，所述第一电机和第二电机左右依次并排布置；所述第一传动齿轮为圆弧状外齿齿轮；所述第二传动齿轮为圆弧状内齿齿轮。

[0013] 进一步，所述第一传动齿轮与第一传动齿轮的转轴通过第一半径连接杆连接；所述第二传动齿轮与第二传动齿轮的转轴通过第二半径连接杆连接。

[0014] 进一步，所述第一半径连接杆和食指套分别位于第一传动齿轮的圆弧两端；所述第二半径连接杆和小拇指套分别位于第二传动齿轮的圆弧两端。

[0015] 进一步，所述壳体上设置有被第一传动齿轮穿过的第一通道和被第二传动齿轮穿过的第二通道。

[0016] 进一步，所述第一传动齿轮在第一通道和食指套之间设有第一旋转限位突出部；所述第二传动齿轮在第二通道和小拇指套之间设有第二旋转限位突出部。

[0017] 进一步，所述外骨骼手指康复训练装置还包括一个控制系统；所述控制系统包括单片机，用于测量第一电机和第二电机转速的编码器，固定在所述第一支撑臂上并套在第一传动齿轮转轴外的第一角度传感器，固定在所述第二支撑臂上并套在第二传动齿轮转轴外的第二角度传感器，以及分别设置在大拇指套、食指套、中指套、无名指套和小拇指套内的五个压力传感器；所述编码器、第一角度传感器、第二角度传感器和压力传感器分别将测量信号传输至单片机，所述单片机向第一电机和第二电机输出用于控制电机转速的控制信号。

[0018] 进一步，所述单片机的型号是STM32F103，所述第一角度传感器和第二角度传感器的型号是SV01A103AEA01R00。

[0019] 有益效果：本发明适用于帮助由于脑卒中引起的手部偏瘫患者进行主动和被动康复训练，具有以下优点：

[0020] a、外骨骼手指康复训练装置包括分别通过第一传动齿轮控制食指套和中指套，通过第二传动齿轮控制无名指套和小拇指套，可以有效的贴合手指的运动轨迹，辅助脑卒中患者进行手指展开和握紧，给患者的手指压力小，装置轻巧，不会造成二次伤害；

[0021] b、通过压力传感器精准控制力的输出，通过角度传感器精准控制指套的极限旋转位置，稳定性更高，安全可靠。附图说明

[0022] 图1为本发明的立体结构示意图；

[0023] 图2为本发明的主视图；

[0024] 图3为本发明解体移除外壳后的结构图。

[0025] 图中：1-壳体，2-第一电机，3-第二电机，4-第一电机齿轮，5-第一传动齿轮，6-食指套，7-中指套，8-第二电机齿轮，9-第二传动齿轮，10-小拇指套，11-无名指套，12-第一支撑臂，13-第二支撑臂，14-大拇指套，15-第一半径连接杆，16-第二半径连接杆，17-第一角度传感器，18-第二角度传感器，19-压力传感器。

具体实施方式

[0026] 本发明提出一种外骨骼手指康复训练装置，如图1-3所示，为对本发明做出清楚的描述，本说明书中对各部件的左右位置关系的描述以图2的主视图为基准。

[0027] 本发明包括壳体1以及设置在壳体1内的第一电机2和第二电机3；所述第一电机2的输出轴与第二电机3的输出轴的朝向相反。

[0028] 所述第一电机2输出轴上设置有第一电机齿轮4，第一电机齿轮4的右侧啮合连接有第一传动齿轮5。第一传动齿轮5的转轴安装在壳体1外壁的第一支撑臂12上。所述第一传动齿轮5的边缘依次连接有轴向排列的食指套6和中指套7。

[0029] 为实现整个装置的轻量化，所述第一传动齿轮5为圆弧状外齿齿轮，并且第一传动齿轮5与第一传动齿轮5的转轴通过第一半径连接杆15连接；同时，所述第一半径连接杆15和食指套6分别位于第一传动齿轮5的圆弧两端，第一传动齿轮5的圆弧弧度根据手指的展握进行设计，有效利用整个第一传动齿轮5的圆弧角度，实现发明效果的同时使整个装置更加轻巧实用。

[0030] 所述壳体1上设置有被第一传动齿轮5穿过的第一通道。所述第一传动齿轮5在第一通道和食指套6之间设有第一旋转限位突出部。第一传动齿轮5旋转到一端极限位置时，第一旋转限位突出部卡在第一通道处，实现限位功能。固定在第一传动齿轮5的第一半径连接杆15在第一传动齿轮5旋转到另一端极限位置时，同样可以卡在第一通道处，实现限位功能。

[0031] 所述第二电机3的输出轴上设置有第二电机齿轮8，第二电机齿轮8右侧啮合连接有第二传动齿轮9。第二传动齿轮9的转轴安装在壳体1外壁的第二支撑臂13上。所述第二传动齿轮9的边缘依次连接有轴向排列的小拇指套10和无名指套11。

[0032] 为实现整个装置的轻量化，所述第二传动齿轮9为圆弧状内齿齿轮，并且第二传动齿轮9与第二传动齿轮9的转轴通过第二半径连接杆16连接；同时，所述第二半径连接杆16和小拇指套10分别位于第二传动齿轮9的圆弧两端，第二传动齿轮9的圆弧弧度根据手指的展握进行设计，有效利用整个第一传动齿轮5的圆弧角度，实现发明效果的同时使整个装置更加轻巧实用。

[0033] 所述壳体1上设置有被第二传动齿轮9穿过的第二通道。所述第二传动齿轮9在第二通道和小拇指套10之间设有第二旋转限位突出部。第二传动齿轮9旋转到一端极限位置时，第二旋转限位突出部卡在第二通道处，实现限位功能。固定在第二传动齿轮9的第二半径连接杆16在第二传动齿轮9旋转到另一端极限位置时，同样可以卡在第二通道处，实现限位功能。

[0034] 所述壳体1上还设置有大拇指套14，所述大拇指套14与食指套6、中指套7、无名指套11和小拇指套10的相对位置符合人体手指排布。

[0035] 本发明考虑到了不同的使用者的手掌大小不同，对于决定装置的旋转半径的上齿轮和下齿轮的大小，根据手指的不同关节做作计算处理，表一所示为全世界的人均手指统计值作为参考，如下所示：

[0036]长度大拇指食指中指无名指小拇指
近指节 42.4 42.7 43.4 41.4 32.7
中指节 31.2 24.2 28.6 25.6 18.1
远指节 27.2 21.4 23.6 21.2 19.7

[0037] 第一传动齿轮5半径R1可以由食指的近指节长度L1、中指节长度L2、计算而得：

[0038] L1+L2＝R1

[0039] 由第一传动齿轮5半径R1,给定上齿轮的模数m＝1,第一电机齿轮4的齿数等于Z1计算出第一传动齿轮5的齿数Z2

[0040]

[0041] 第二传动齿轮9半径R2可以由小拇指的近指节长度L3、中指节长度L4、计算而得：

[0042] L3+L4＝R2

[0043] 由第二传动齿轮9半径R2,给定下齿轮的模数m＝1,第二电机齿轮8的齿数等于Z1计算出第二传动齿轮9的齿数Z3

[0044]

[0045] 本发明为了符合手型大小，第一电机2和第二电机3需要左右依次并排布置，使得第一电机齿轮4与第二电机齿轮8的距离接近手掌宽度。但是这样布置使得第一电机齿轮4至食指套6的距离大于第二电机齿轮8至小拇指套10的距离。因此本发明的第一传动齿轮5为圆弧状外齿齿轮，第二传动齿轮9为圆弧状内齿齿轮，使得第一传动齿轮5的半径与第二传动齿轮9的半径更加接近手型大小，同时有效利用空间，使得装置更加紧凑小巧。

[0046] 本发明还包括一个控制系统。所述控制系统包括单片机，用于测量第一电机2和第二电机3转速的编码器，固定在所述第一支撑臂12上并套在第一传动齿轮5转轴外的第一角度传感器17，固定在所述第二支撑臂13上并套在第二传动齿轮9转轴外的第二角度传感器18，以及分别设置在大拇指套14、食指套6、中指套7、无名指套11和小拇指套10内的五个压力传感器19；所述编码器、第一角度传感器17、第二角度传感器18和压力传感器19分别将测量信号传输至单片机，所述单片机向第一电机2和第二电机3输出用于控制电机转速的控制信号。

[0047] 本实施例的单片机的型号是STM32F103，所述第一角度传感器17和第二角度传感器18的型号是SV01A103AEA01R00。

[0048] 单片机接收压力传感器19的压力信号和编码器的电机转速信号，用PID 算法处理，然后输出控制信号控制电机的输出力保持稳定。PID算法具体是采用一种力稳定控制算法，利用力的偏差进行比例积分、微分的计算并进行电机控制。

[0049] 第一传动齿轮5的力偏差E1可以由大拇指压力值F1、食指压力值F2、中指压力值F3、上齿轮设定力大小S计算而得：

[0050] F2+F3-F1-S＝E1

[0051] 同理第二传动齿轮9的力偏差E2可以由大拇指压力值F1、无名指压力值F4、小拇指压力值F5、上齿轮设定力大小S计算而得：

[0052] F4+F5-F1-S＝E2

[0053] 单片机通过对上述参数的计算处理，输出电机的力稳定控制信号，使电机对手指的力输出更稳定，减少装置对手指的二次伤害。

[0054] 角度传感器可以用来判断手指的位置，保证了装置运行时的安全。当角度传感器的值小于角度极小值时，单片机控制电机正转，当角度传感器的值大于角度极大值时，单片机控制电机反向转动。

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