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一种基于霍尔压感应的柔性手指康复握力器

阅读:513发布:2021-04-13

专利汇可以提供一种基于霍尔压感应的柔性手指康复握力器专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 属于 手指 康复相关技术领域,其公开了一种基于霍尔压 力 感应的柔性手指康复握力器,握力器包括多个导向机构、壳体、分别设置在壳体内的多个柔性霍尔压力 传感器 及采集模 块 、以及 微处理器 ,柔性霍尔 压力传感器 及采集模块;导向机构活动地连接于壳体,且其与柔性霍尔压力传感器相 接触 ;采集模块连接柔性霍尔压力传感器及微处理器;柔性霍尔压力传感器用于检测使用者手指施加的力的数值,并将检测到的力数据传输给采集模块;采集模块用于将接收到的力数据转换后传输给微处理器;微处理器用于依据接收到的数据来控制康复活动中虚拟人物的动作,且将接收到的数据实时存储,以对使用者进行康复评价。本发明结构紧凑,体积较小,适用性较强。,下面是一种基于霍尔压感应的柔性手指康复握力器专利的具体信息内容。

1.一种基于霍尔压感应的柔性手指康复握力器,其特征在于:
所述握力器包括多个导向机构(5)、多个柔性霍尔压力传感器(6)、壳体(7)、采集模(8)及微处理器,所述柔性霍尔压力传感器(6)及所述采集模块(8)分别设置在所述壳体(7)内;所述导向机构(5)活动地连接于所述壳体(7),且其与所述柔性霍尔压力传感器(6)相接触,以用于将使用者手指的作用力传递给对应的所述柔性霍尔压力传感器(6);
所述柔性霍尔压力传感器(6)与所述采集模块(8)相连接,所述微处理器连接于所述采集模块(8);所述柔性霍尔压力传感器(6)用于检测使用者手指施加的力的数值,并将检测到的力数据传输给所述采集模块(8);所述采集模块(8)用于将接收到的力数据自模拟电压数值转换成数字量后传输给所述微处理器;所述微处理器用于依据接收到的数据来控制康复活动中虚拟人物的动作,且将接收到的数据实时存储,以对使用者进行康复评价。
2.如权利要求1所述的基于霍尔压力感应的柔性手指康复握力器,其特征在于:所述柔性霍尔压力传感器(6)为阶梯状的圆柱体,其包括第一底座(3)、柔性体(2)、永磁体(1)及线性霍尔传感器(4),所述第一底座(3)朝向所述柔性体(2)的一端开设有第五凹槽,所述第五凹槽的底面开设有第六凹槽,所述第五凹槽及所述第六凹槽分别用于收容所述柔性体(2)及所述线性霍尔传感器(4);所述柔性体(2)的一端收容于所述第五凹槽内,另一端开设有第四凹槽;所述第四凹槽用于收容所述永磁体(1)。
3.如权利要求2所述的基于霍尔压力感应的柔性手指康复握力器,其特征在于:所述柔性体(2)为圆柱体,其是由Ecoflex或PDMS通过模具加工而成的。
4.如权利要求2所述的基于霍尔压力感应的柔性手指康复握力器,其特征在于:当外力作用于所述柔性霍尔压力传感器(6)时,所述柔性体(2)发生变形,并带动所述永磁体(1)朝向所述第一底座(3)移动,此时所述线性霍尔传感器(4)处的磁通量发生改变,从而检测到压力信息。
5.如权利要求1所述的基于霍尔压力感应的柔性手指康复握力器,其特征在于:所述导向机构(5)呈I型,其包括T型的导向杆(51)及T型的第二底座(52),所述导向杆(51)朝向所述第二底座(52)的一端开设有卡槽,所述卡槽用于收容所述第二底座(52)。
6.如权利要求5所述的基于霍尔压力感应的柔性手指康复握力器,其特征在于:所述导向机构(5)的数量与所述柔性霍尔压力传感器(6)的数量相等,且所述导向机构(5)的数量为5个;所述导向杆(51)远离所述壳体(7)的一端形成有按键。
7.如权利要求5所述的基于霍尔压力感应的柔性手指康复握力器,其特征在于:所述壳体(7)包括本体及一个盖板,所述盖板连接于所述本体的一侧,以将所述柔性霍尔压力传感器(6)及所述采集模块(8)封在所述本体内;所述本体开设有第一凹槽、第二凹槽及第三凹槽,所述第一凹槽、所述第二凹槽及所述第三凹槽分别用于收容所述采集模块(8)及多个所述柔性霍尔压力传感器(6)。
8.如权利要求7所述的基于霍尔压力感应的柔性手指康复握力器,其特征在于:所述第一凹槽、所述第二凹槽及所述第三凹槽互不连通;所述第二凹槽的长度方向与平方向平行;所述第三凹槽与所述第一凹槽沿水平方向间隔设置。
9.如权利要求7所述的基于霍尔压力感应的柔性手指康复握力器,其特征在于:所述本体还开设有五个间隔设置的导向槽,其中四个所述导向槽分别与所述第二凹槽相连通,剩余一个所述导向槽与所述第三凹槽相连通;所述导向机构(5)的第二底座(52)穿过所述导向槽后与所述柔性霍尔压力传感器(6)相接触。
10.如权利要求1-9任一项所述的基于霍尔压力感应的柔性手指康复握力器,其特征在于:所述微处理器设置有康复活动模块及显示屏,其依据接收到的力数据来控制所述康复活动模块中虚拟人物的动作;所述显示屏用于对所述康复活动模块使用时的界面进行显示。

说明书全文

一种基于霍尔压感应的柔性手指康复握力器

技术领域

[0001] 本发明属于手指康复相关技术领域,更具体地,涉及一种基于霍尔压力感应的柔性手指康复握力器。

背景技术

[0002] 手是人体活动占比最大的部位,也是最容易受损伤的部位,手指康复治疗在康复医学领域中占有很大的比重,手功能的削弱和失效不但使患者不能参与社会劳动,甚至会失去自理能力,给社会和家庭造成极大的负担。
[0003] 传统的手指康复医疗主要采取的是专业的医护人员对病人进行手部活动,并且根据病人不同的情况,施以针灸点穴等辅助治疗,但是一方面,随着老年人的增多,手指康复的需求也逐渐增多,而专业医护人员的增长速度却远小于需求;另一方面,各个医院也并没有统一手指康复的各个细节,各自拥有不同的标准,使得患者的康复进程不直观,且不能直接对于转院病人等进行诊断。
[0004] 随着科技的发展,有很多自动化的设备已经被开发来完成这一手指康复过程,对于手指康复来说,按照手指的运动是否有外力施加,可以分为被动康复及主动康复。被动康复常常用于康复早期,此时病人刚做完手术等,手指还不具备主动运动的能力,故需要有外力来帮助病人进行手指运动,被动康复的设备可以分为外骨骼式及平台式;外骨骼式的手指康复设备,具有机械的结构,通过电机等控制每一个机械关节的转动,穿戴在身上后便可以控制手指的运动,随时随地进行康复训练,除此之外,还有利用软体结构充气后变形做成的外骨骼,根据充气压力的不同,该结构可以摆动不同的度;如燕山大学的张楠等设计的手指康复机器人是一种固定平台式的,它可以分别训练病人的五个手指。
[0005] 主动康复则主要用于康复后期,这时手指已经具有一定的活动能力,但是可能存在无法使力、活动范围较小等问题,相对于被动康复阶段主要提供运动,主动康复阶段则是主要提供“感知”功能,在手指训练的同时来感知病人的康复情况。然而,现有的设备多过于庞大,不适用于日常生活中的康复训练,并且大部分都不具有真实的变形反馈,当手指作用于较硬的物体上时反而更容易受伤。

发明内容

[0006] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本发明提供了一种基于霍尔压力感应的柔性手指康复握力器,其基于现有手指康复装置的工作特点,研究及设计了一种结构紧凑的基于霍尔压力感应的柔性手指康复握力器。所述柔性手指康复握力器适用于康复后期,其利用丰富的康复活动来激发病人的康复积极性,并且可以记录手指康复数据以用于康复程度评价。同时,所述柔性手指康复握力器的结构紧凑,体积较小,适用性较好。
[0007] 为实现上述目的,按照本发明的一个方面,提供了一种基于霍尔压力感应的柔性手指康复握力器,所述握力器包括多个导向机构、多个柔性霍尔压力传感器、壳体、采集模微处理器,所述柔性霍尔压力传感器及所述采集模块分别设置在所述壳体内;所述导向机构活动地连接于所述壳体,且其与所述柔性霍尔压力传感器相接触,以用于将使用者手指的作用力传递给对应的所述柔性霍尔压力传感器;
[0008] 所述柔性霍尔压力传感器与所述采集模块相连接,所述微处理器连接于所述采集模块;所述柔性霍尔压力传感器用于检测使用者手指施加的力的数值,并将检测到的力数据传输给所述采集模块;所述采集模块用于将接收到的力数据自模拟电压数值转换成数字量后传输给所述微处理器;所述微处理器用于依据接收到的数据来控制康复活动中虚拟人物的动作,且将接收到的数据实时存储,以对使用者进行康复评价。
[0009] 进一步地,所述柔性霍尔压力传感器为阶梯状的圆柱体,其包括第一底座、柔性体、永磁体及线性霍尔传感器,所述第一底座朝向所述柔性体的一端开设有第五凹槽,所述第五凹槽的底面开设有第四凹槽,所述第五凹槽及所述第四凹槽分别用于收容所述柔性体及所述线性霍尔传感器;所述柔性体的一端收容于所述第五凹槽内,另一端开设有第四凹槽;所述第四凹槽用于收容所述永磁体。
[0010] 进一步地,所述柔性体为圆柱体,其是由Ecoflex或PDMS通过模具加工而成的。
[0011] 进一步地,当外力作用于所述柔性霍尔压力传感器时,所述柔性体发生变形,并带动所述永磁体朝向所述第一底座移动,此时所述线性霍尔传感器处的磁通量发生改变,从而检测到压力信息。
[0012] 进一步地,所述导向机构呈I型,其包括T型的导向杆及T型的第二底座,所述导向杆朝向所述第二底座的一端开设有卡槽,所述卡槽用于收容所述第二底座。
[0013] 进一步地,所述导向机构的数量与所述柔性霍尔压力传感器的数量相等,且所述导向机构的数量为5个;所述导向杆远离所述壳体的一端形成有按键。
[0014] 进一步地,所述壳体包括本体及一个盖板,所述盖板连接于所述本体的一侧,以将所述柔性霍尔压力传感器及所述采集模块封在所述本体内;所述本体开设有第一凹槽、第二凹槽及第三凹槽,所述第一凹槽、所述第二凹槽及所述第三凹槽分别用于收容所述采集模块及多个所述柔性霍尔压力传感器。
[0015] 进一步地,所述第一凹槽、所述第二凹槽及所述第三凹槽互不连通;所述第二凹槽的长度方向与平方向平行;所述第三凹槽与所述第一凹槽沿水平方向间隔设置。
[0016] 进一步地,所述本体还开设有五个间隔设置的导向槽,其中四个所述导向槽分别与所述第二凹槽相连通,剩余一个所述导向槽与所述第三凹槽相连通;所述导向机构的第二底座穿过所述导向槽后与所述柔性霍尔压力传感器相接触。
[0017] 进一步地,所述微处理器设置有康复活动模块及显示屏,其依据接收到的力数据来控制所述康复活动模块中虚拟人物的动作;所述显示屏用于对所述康复活动模块使用时的界面进行显示。
[0018] 总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,本发明提供的基于霍尔压力感应的柔性手指康复握力器主要具有以下有益效果:
[0019] 1.所述柔性霍尔压力传感器及所述采集模块分别设置在所述壳体内;所述导向机构活动地连接于所述壳体,且其与所述柔性霍尔压力传感器相接触,使得所述握力器的结构紧凑且简单,成本较低,方便携带,适用性较强。
[0020] 2.所述微处理器用于依据接收到的数据来控制康复活动中虚拟人物的动作,且将接收到的数据实时存储,以对使用者进行康复评价,为康复训练者的康复情况提供了数据支持,有利于合理调整康复者的康复方案。
[0021] 3.所述微处理器设置有康复活动模块及显示屏,其依据接收到的力数据来控制所述康复活动模块中虚拟人物的动作;所述显示屏用于对所述康复活动模块使用时的界面进行显示,由此可以调动使用者的积极性,且直观,可视性强。
[0022] 4.所述握力器不仅可用于手指康复,也可以用于普通人释放压力,活动手指,缓解手部疲劳,还可以用于专业人员锻炼手指,训练反应能力、手指灵活性等。附图说明
[0023] 图1是本发明提供的基于霍尔压力感应的柔性手指康复握力器的局部示意图;
[0024] 图2是图1中的基于霍尔压力感应的柔性手指康复握力器的柔性霍尔压力传感器的示意图;
[0025] 图3是图2中的柔性霍尔压力传感器的剖视图;
[0026] 图4是图1中的基于霍尔压力感应的柔性手指康复握力器的导向机构的示意图;
[0027] 图5是图1中的基于霍尔压力感应的柔性手指康复握力器处于使用状态的示意图。
[0028] 在所有附图中,相同的附图标记用来表示相同的元件或结构,其中:1-永磁体,2-柔性体,3-第一底座,4-线性霍尔传感器,5-导向机构,51-导向杆,52-第二底座,6-柔性霍尔压力传感器,7-壳体,8-采集模块。

具体实施方式

[0029] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0030] 请参阅图1及图5,本发明提供的基于霍尔压力感应的柔性手指康复握力器,所述柔性手指康复握力器包括多个导向机构5、多个柔性霍尔压力传感器6、壳体7、采集模块8及微处理器,所述柔性霍尔压力传感器6及所述采集模块8设置在所述壳体7内,所述导向机构5活动地连接于所述壳体7,且所述导向机构5与所述柔性霍尔压力传感器6相接触,以用于将手指的作用力传递给所述柔性霍尔压力传感器6。所述采集模块8与所述柔性霍尔压力传感器6相连接,所述柔性霍尔压力传感器6将采集到的压力信号传输给所述采集模块8,所述采集模块8用于将接收到的模拟信号转换为数字信号后传输给所述微处理器。所述微处理器依据接收到的数据来控制康复活动中虚拟人物的动作及康复评价。本实施方式中,所述柔性手指康复握力器采用通用设计,左右手均可持握,持握时并不强行要求指尖作用于所述导向结构5,而是以舒适的姿势为主。
[0031] 请参阅图2及图3,所述柔性霍尔压力传感器6为阶梯状的圆柱体,其包括第一底座3、柔性体2、永磁体1及线性霍尔传感器4,所述第一底座3朝向所述柔性体2的一端开设有第五凹槽,所述第五凹槽的底面开设有第六凹槽,所述第五凹槽及所述第六凹槽分别用于收容所述柔性体2及所述线性霍尔传感器4。所述线性霍尔传感器4收容于所述第六凹槽内,所述柔性体2的一端收容于所述第五凹槽内,另一端开设有第四凹槽。所述第四凹槽用于收容所述永磁体1。
[0032] 本实施方式中,所述柔性体2为圆柱体;所述柔性霍尔压力传感器6的数量为五个;可以理解,在其他实施方式中,所述柔性霍尔压力传感器6的数量可以根据实际需要增加或者减少;所述柔性体2是由Ecoflex或PDMS等材料通过模具加工制成的;所述永磁体1与所述柔性体2之间、所述柔性体2与所述第一底座3之间、所述第一底座3与所述线性霍尔传感器4之间均是通过胶水进行固连的。
[0033] 当外力作用于所述柔性霍尔压力传感器6时,所述柔性体2发生变形,并带动所述永磁体1朝向所述第一底座3移动,此时所述线性霍尔传感器4处的磁通量发生改变,从而检测到压力信息。
[0034] 请参阅图4,所述导向机构5呈I型,其包括T型的导向杆51及T型的第二底座52,所述导向杆51朝向所述第二底座52的一端开设有卡槽,所述卡槽用于收容所述第二底座52。本实施方式中,所述卡槽与所述第二底座52之间通过过盈配合连接,简化了结构,且方便安装。本实施方式中,所述导向机构5的数量与所述柔性霍尔压力传感器6的数量相等,且所述导向机构5的数量为5个;所述导向杆51远离所述壳体7的一端形成有按键。
[0035] 所述壳体7用于承载所述导向机构5、所述柔性霍尔压力传感器6及所述采集模块8,其包括本体及一个盖板,所述盖板连接于所述本体的一侧。所述本体开设有第一凹槽、第二凹槽及第三凹槽,所述第一凹槽、所述第二凹槽及所述第三凹槽分别用于收容所述采集模块8及多个所述柔性霍尔压力传感器6。本实施方式中,所述第一凹槽、所述第二凹槽及所述第三凹槽互不连通;所述第二凹槽的长度方向与水平方向平行;所述第三凹槽与所述第一凹槽沿水平方向间隔设置。
[0036] 所述本体还开设有五个间隔设置的导向槽,其中四个所述导向槽分别与所述第二凹槽相连通,剩余一个所述导向槽与所述第三凹槽相连通。所述导向机构5的第二底座52穿过所述导向槽后与所述柔性霍尔压力传感器6相接触;四个所述柔性霍尔压力传感器6间隔设置在所述第二凹槽内,一个所述柔性霍尔压力传感器6设置在所述第三凹槽内,且所述柔性霍尔压力传感器6与所述导向机构5沿同一个方向设置。
[0037] 所述导向机构5用于将使用者手指的力竖直传递给所述柔性霍尔压力传感器6,所述柔性霍尔压力传感器6用于检测手指施加的力的大小,其检测到的力数据用于康复操作及康复评价。
[0038] 所述采集模块8设置在所述第一凹槽内,其可由STM32完成,STM32内置模数转换器,可将所述柔性霍尔压力传感器6采集的模拟电压数值转换为数字量,再通过串口USB转TTL将数据发送给所述微处理器。本实施方式中,该采集模块8的体积较小,可直接集成在所述壳体上,方便携带;除此之外,这一功能还可通过FPGA、51单片机等实现。
[0039] 所述微处理器设置有康复活动模块及显示屏,其依据接收到的压力数据用于所述康复活动模块中虚拟人物的动作控制,并将接收到的压力数据实时存储,以用于使用者的康复评价。所述显示屏用于对所述康复活动模块使用时的界面进行显示,以便于使用者能够直观观察。
[0040] 本实施方式中,所述康复活动模块设置有跨栏活动、躲避活动等。其中,跨栏活动有五条跑道,对应所述柔性手指康复握力器的五个按键,虚拟人物在跑动中会自主选择跑道,当该跑道栅栏出现在虚拟人物面前时,使用人员需按下相应的按键使虚拟人物跳起,从而跨过栅栏;且栅栏设置有不同高度,需使用人员使用不同大小的力来按下对应的按键。跨栏活动可分为不同难度等级,其对应奔跑速度,虚拟人物数量、栅栏高度等都有不同的设置。在使用过程中,使用人员需要不停地使用不同大小的力、活动不同的手指来使虚拟人物完成跨栏,从而达到康复训练的目的。
[0041] 躲避活动内同样设置有五条线路,活动开始后,使用人员需一直提供某一范围大小的力来使虚拟人物保持一定的高度。在活动过程中,每个虚拟人物上方或下方会有不同干扰物出现,使用人员需根据实际情况调整用力的大小来完成躲避,此活动可以训练使用人员对于手指力度的控制。
[0042] 使用人员使用该柔性手指康复握力器进行康复活动的过程中,其所有压力数据都将被所述微处理器记录下来,包括每根手指所能施加的最大压力,每根手指的灵活程度(可根据每根手指的失误次数推算)等,并输出康复评价数据,多次使用还可得到康复曲线,让康复过程数据化及可视化
[0043] 本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
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