一種手指運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)訓(xùn)練裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及手指康復(fù)訓(xùn)練領(lǐng)域，特別是用于偏癱患者手指的運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)訓(xùn)練裝 置。 技術(shù)背景
[0002] 手是人類感受世界、改變世界的重要工具，也是人賴以生存的最精細(xì)的工具。人類 的日常生活離不開(kāi)人手的運(yùn)動(dòng)，而人手是人體最為靈巧的部位也是最容易產(chǎn)生功能障礙的 部位。腦卒中患者在偏癱時(shí)，手部運(yùn)動(dòng)功能往往損傷嚴(yán)重，給患者的生活帶來(lái)了諸多不便， 另外手功能的缺失也給患者的精神造成嚴(yán)重的傷害。
[0003] 目前，偏癱患者所進(jìn)行的康復(fù)訓(xùn)練多是在醫(yī)生的指導(dǎo)和輔助下完成的，醫(yī)生對(duì)患 者進(jìn)行一對(duì)一的康復(fù)訓(xùn)練，醫(yī)生首先對(duì)患者的運(yùn)動(dòng)功能進(jìn)行評(píng)估，然后根據(jù)患者實(shí)際情況 設(shè)計(jì)康復(fù)訓(xùn)練的方案，通過(guò)輔助患者進(jìn)行各種動(dòng)作來(lái)達(dá)到康復(fù)訓(xùn)練的效果。但這種傳統(tǒng)的 康復(fù)訓(xùn)練方式造成了極大的醫(yī)療資源的浪費(fèi)，并且訓(xùn)練的效果多取決于醫(yī)生的操作水平， 醫(yī)生通過(guò)主觀的感受、判斷調(diào)整對(duì)患者的訓(xùn)練強(qiáng)度與方案進(jìn)行調(diào)整而不是根據(jù)患者自己真 實(shí)的情況以及客觀的數(shù)據(jù)進(jìn)行的調(diào)整，因此很難給予患者最有效的訓(xùn)練。
[0004] 隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，為了減輕偏癱患者給家庭、社會(huì)經(jīng)濟(jì)帶來(lái)的負(fù)擔(dān)，提高 患者的康復(fù)訓(xùn)練效果，研宄人員開(kāi)始將機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于康復(fù)訓(xùn)練領(lǐng)域。近些年，針對(duì)上 肢、下肢等部位的康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人技術(shù)發(fā)展迅速，已經(jīng)有相當(dāng)一部分優(yōu)秀產(chǎn)品投入商業(yè)化 的生產(chǎn)，并且已經(jīng)在臨床得到了廣泛的應(yīng)用但針對(duì)手部的康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)遲遲沒(méi)能在臨床上 得到使用。這是由于手指是人身體最為精細(xì)、靈巧的部位，其自由度高、在活動(dòng)范圍小單活 動(dòng)靈活，而且較易受到二次傷害，對(duì)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求非常高。
[0005] 目前針對(duì)偏癱患者的手指康復(fù)裝置多采用數(shù)據(jù)手套外骨骼式或平臺(tái)支撐式，其中 數(shù)據(jù)手套外骨骼式需要患者手部或者手臂進(jìn)行支撐，而偏癱患者的上肢力量往往不足甚至 缺失，這就大大降低了其適用性，另外驅(qū)動(dòng)裝置多使用電機(jī)、氣動(dòng)肌肉等主動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式，很 容易對(duì)患者手指產(chǎn)生二次傷害，穩(wěn)定性、安全性得不到保證。而對(duì)于平臺(tái)支撐式康復(fù)裝置， 其訓(xùn)練模式往往較為單一，不能很好的滿足患者的康復(fù)需求。因此，為了滿足偏癱患者對(duì)手 指運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)的需求，使用主被動(dòng)混合的驅(qū)動(dòng)方式，并將平臺(tái)支撐與外骨骼式結(jié)構(gòu)相結(jié) 合的康復(fù)裝置有很大的應(yīng)用前景。
[0006] 發(fā)明目的
[0007] 本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種能夠精確的控制手指各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)， 使得偏癱患者在訓(xùn)練中習(xí)得正確的手指運(yùn)動(dòng)方式，有助于患者手指正常運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)的 運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)訓(xùn)練裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0009] 一種手指運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)訓(xùn)練裝置，包括支撐座以及設(shè)置在所述支撐座上的手指訓(xùn) 練機(jī)構(gòu)；所述手指訓(xùn)練機(jī)構(gòu)由手指運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及混合驅(qū)動(dòng)與傳感機(jī)構(gòu)組成，所述混合驅(qū)動(dòng) 與傳感機(jī)構(gòu)包括一驅(qū)動(dòng)軸，其特征在于：所述手指運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)桿、驅(qū)動(dòng)連接桿、前后 端連接桿、前端連接桿、前端指套、后端指套和固定座，所述驅(qū)動(dòng)桿一端與所述驅(qū)動(dòng)軸固定 連接，所述固定座固定在所述支撐座上，所述前后端連接桿的一端轉(zhuǎn)動(dòng)的連接在所述固定 座上，在所述前后端連接桿的另一端轉(zhuǎn)動(dòng)的連接所述前端連接桿，所述前端指套連接在該 前端連接桿的端部，所述驅(qū)動(dòng)連接桿的一端轉(zhuǎn)動(dòng)的連接在所述前后端連接桿的中部，在前 后端連接桿的中部還設(shè)置有一導(dǎo)槽，在該導(dǎo)槽內(nèi)滑動(dòng)的設(shè)置所述后端指套，所述驅(qū)動(dòng)連接 桿的另一端與所述驅(qū)動(dòng)桿另一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接。
[0010] 所述手指訓(xùn)練機(jī)構(gòu)包括拇指訓(xùn)練機(jī)構(gòu)、食指訓(xùn)練機(jī)構(gòu)以及中指訓(xùn)練機(jī)構(gòu)，所述支 撐座包括底板以及定在底板上的第一支撐架和第二支撐架，所述拇指訓(xùn)練機(jī)構(gòu)設(shè)置在所述 的第一支撐架上，所述食指訓(xùn)練機(jī)構(gòu)和中指訓(xùn)練機(jī)構(gòu)設(shè)置在所述的第二支撐架上，在所述 第二支撐架上平行的設(shè)置有食指訓(xùn)練機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)軸和中指訓(xùn)練機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)軸，所述拇指訓(xùn) 練機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)軸與所述食指訓(xùn)練機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)軸空間垂直；所述食指訓(xùn)練機(jī)構(gòu)的手指運(yùn)動(dòng)機(jī) 構(gòu)固定在所述中指訓(xùn)練機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)軸上，所述中指訓(xùn)練機(jī)構(gòu)的手指運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)置在 所述中指訓(xùn)練機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)軸上并通過(guò)一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與所述中指訓(xùn)練機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)軸連接。同步 帶傳動(dòng)工作時(shí)無(wú)滑動(dòng)，有準(zhǔn)確的傳動(dòng)比且傳動(dòng)效率高，因此混合驅(qū)動(dòng)與傳感裝置可以準(zhǔn)確 的控制對(duì)食指運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)力并可以準(zhǔn)確的測(cè)量手指運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的力矩與轉(zhuǎn)動(dòng)角度，為準(zhǔn) 確控制食指運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)提供了方便。
[0011] 所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括主動(dòng)輪、從動(dòng)輪以及傳動(dòng)帶，所述主動(dòng)輪固定在所述中指訓(xùn)練 機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)軸上，在所述食指訓(xùn)練機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)軸上設(shè)置有一軸承，該軸承的內(nèi)圈固定在驅(qū) 動(dòng)上，在軸承的外圈固定所述的從動(dòng)輪，所述中指運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)桿與所述從動(dòng)輪固定連 接。
[0012] 所述混合驅(qū)動(dòng)與傳感機(jī)構(gòu)由同軸設(shè)置的直流力矩電機(jī)、磁流變阻尼器、力矩傳感 器和光電編碼器組成，所述直流力矩電機(jī)一端與光電編碼器連接，直流力矩電機(jī)另一端通 過(guò)聯(lián)軸器與磁流變阻尼器旋轉(zhuǎn)軸連接，磁流變阻尼器旋轉(zhuǎn)軸另一端與力矩傳感器固定，力 矩傳感器另一端與手指運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)桿相連接。
[0013] 在偏癱患者進(jìn)行被動(dòng)訓(xùn)練時(shí)，醫(yī)生或者家人首先幫助患者手指完成一個(gè)周期的屈 曲與伸展運(yùn)動(dòng)，在這個(gè)過(guò)程中，傳感裝置記錄了患者手指所能運(yùn)動(dòng)的最大范圍并記錄在下 位機(jī)中；隨后，控制器采用適合的控制策略來(lái)控制驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)患者手指在這個(gè)范圍內(nèi)做 平穩(wěn)的屈曲與伸展運(yùn)動(dòng)。
[0014] 在偏癱患者進(jìn)行主動(dòng)訓(xùn)練時(shí)，傳感器用于測(cè)量患者手指的速度與受力情況，控制 器控制電機(jī)與磁流變阻尼器輸出相應(yīng)的反饋力，反饋力作用到患者手指上形成一個(gè)閉環(huán)的 控制，提供的力包括助力或者阻力，使得不同康復(fù)時(shí)期患者的手指都可以得到有效的主動(dòng) 訓(xùn)練。
[0015] 發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
[0016] 1、手指運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用外骨骼結(jié)構(gòu)，前后指套為半封閉指套，通過(guò)雙面魔術(shù)貼分別 與手指中間指節(jié)和近端指節(jié)固定，使得手指在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中更加舒適，另外手指運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由 一個(gè)前后端連接桿驅(qū)動(dòng)前、后兩端指套，各桿件尺寸是在結(jié)合人手指進(jìn)行屈曲伸展運(yùn)動(dòng)時(shí) 各關(guān)節(jié)之間運(yùn)動(dòng)的關(guān)系進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的基礎(chǔ)上得到的，能夠精確的控制手指各關(guān)節(jié)的運(yùn) 動(dòng)，使得偏癱患者在訓(xùn)練中習(xí)得正確的手指運(yùn)動(dòng)方式，有助于患者手指正常運(yùn)動(dòng)功能的恢 復(fù)。
[0017] 2、整體機(jī)械結(jié)構(gòu)采用外骨骼與平臺(tái)支撐相結(jié)合的方式，手指運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用外骨骼 結(jié)構(gòu)，且由支撐平臺(tái)來(lái)支撐，不但發(fā)揮了外骨骼結(jié)構(gòu)對(duì)手指精確控制的優(yōu)點(diǎn)，還克服了單純 外骨骼結(jié)構(gòu)需要手部進(jìn)行支撐、給手指帶來(lái)壓迫與約束等缺點(diǎn)，使得手指不但能夠進(jìn)行充 分的屈曲與伸展，而且在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中沒(méi)有負(fù)重和過(guò)多的約束；將外骨骼式機(jī)構(gòu)與平臺(tái)支撐 進(jìn)行結(jié)合時(shí)，由于不像普通的外骨骼結(jié)構(gòu)可以直接穿戴在手上，因此手指訓(xùn)練機(jī)構(gòu)的擺放 是亟待解決的問(wèn)題，本發(fā)明使用同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)解決了該問(wèn)題，在保證手指訓(xùn)練機(jī)構(gòu)性能 的基礎(chǔ)上保證了各手指訓(xùn)練機(jī)構(gòu)的獨(dú)立性。當(dāng)食指驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，主動(dòng)輪通 過(guò)同步帶帶動(dòng)從動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)了食指運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，由于有軸承的存在并不會(huì) 帶動(dòng)中指混合驅(qū)動(dòng)與傳感機(jī)構(gòu)中直流力矩電機(jī)與力矩傳感器之間的聯(lián)軸器進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，因此 該軸承將食指、中指混合驅(qū)動(dòng)與傳感機(jī)構(gòu)隔離開(kāi)來(lái)，保證了食指、中指的混合驅(qū)動(dòng)與傳感機(jī) 構(gòu)之間互不影響。
[0018] 3、機(jī)械結(jié)構(gòu)選用鋁合金材料，整體較為輕盈，手指運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)各桿件之間使用銷連 接，減小了各桿件運(yùn)動(dòng)時(shí)相互之間的摩擦，使得各桿的運(yùn)動(dòng)更為流暢自如；
[0019] 4、手指訓(xùn)練機(jī)構(gòu)中的驅(qū)動(dòng)裝置采用有源的直流力矩電機(jī)與無(wú)源的磁流變阻尼器 相結(jié)合，磁流變阻尼器是無(wú)源執(zhí)行器，不能給操作者施加主動(dòng)的作用力，即操作者在沒(méi)有動(dòng) 作時(shí)是無(wú)法感受到裝置的作用力的，只有在進(jìn)行動(dòng)作時(shí)才能感受到來(lái)自它的反作用力，且 電機(jī)具有超調(diào)性，經(jīng)過(guò)磁流變阻尼器的調(diào)節(jié)之后可以使驅(qū)動(dòng)裝置更加平穩(wěn)的運(yùn)行，因此電 機(jī)與磁流變阻尼器的混合驅(qū)動(dòng)方式更加安全、穩(wěn)定；
[0020] 5、在進(jìn)行被動(dòng)訓(xùn)練時(shí)，磁流變阻尼器可以輔助電機(jī)進(jìn)行剎車，且在檢測(cè)到手指超 過(guò)安全運(yùn)動(dòng)范圍時(shí)可以快速提供阻尼力鎖住電機(jī)，防止手指受到二次傷害；