專利名稱：自動手指康復(fù)訓(xùn)練器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種自動手指康復(fù)訓(xùn)練器，用于手指運(yùn)動功能有待恢復(fù)的患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，屬醫(yī)療保健器械。
背景技術(shù)：
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(jìn)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運(yùn)動功能障礙，不能獨立完成訓(xùn)練；需要由具有一定護(hù)理知識和體力的護(hù)士或其他人幫助實施，增加了康復(fù)難度和護(hù)理費用。為了讓患者自主地進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，制作一種幫助其恢復(fù)運(yùn)動功能的醫(yī)療保健器械是必要的。
圍繞這一課題，哈爾濱工程大學(xué)已申請過多個相關(guān)專利，諸如《智能手部康復(fù)訓(xùn)練器》(200420019014X)、《手指自動康復(fù)訓(xùn)練器》(200420063435.2)等，結(jié)構(gòu)偏于復(fù)雜；另一方面，也有必要對該領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)進(jìn)行完善和補(bǔ)充，特別是將計算機(jī)技術(shù)運(yùn)用于其中。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是公開一種自動手指康復(fù)訓(xùn)練器，它是利用微型直流減速電機(jī)帶動特制的“彎桿”使患者手指按預(yù)先設(shè)定的模式機(jī)械運(yùn)動。其結(jié)構(gòu)比較簡單，體積小，制作工藝性好，成本低，配以智能化的控制器，具有較高的康復(fù)訓(xùn)練功效。
自動手指康復(fù)訓(xùn)練器的主要結(jié)構(gòu)包括機(jī)械和電控兩大部分，其中機(jī)械部分包括由底板和立板組成的⊥形支架、拇指驅(qū)動電機(jī)、四指驅(qū)動電機(jī)、拇指彎桿、拇指彎桿限位擋塊、四指彎桿、四指連接軸、四指彎桿限位擋塊、手托。拇指彎桿和四根四指彎桿均由軸套、彈性片和指尖套三部分組成。固裝在⊥形板式支架的立板上的拇指驅(qū)動電機(jī)和四指驅(qū)動電機(jī)的軸線分別呈水平和鉛垂?fàn)顟B(tài)。其中，拇指驅(qū)動電機(jī)用于帶動拇指彎桿運(yùn)動，并在其殼體上固裝一個拇指彎桿限位擋塊。拇指彎桿借助軸套與拇指驅(qū)動電機(jī)軸頭固連。四指驅(qū)動電機(jī)用于帶動其余的四根四指彎桿同步運(yùn)動，運(yùn)動范圍受固連在⊥形支架底板上的四指彎桿擋塊限制。四根四指彎桿的長短依次與常人四指相當(dāng)，并借助軸套、四指連接軸與四指驅(qū)動電機(jī)的軸頭固連。為使患者手臂舒適，在⊥形支架底板上固連一個手托。
兩個用于控制拇指驅(qū)動電機(jī)和四指驅(qū)動電機(jī)速度和位置的磁電編碼器分別固裝在它們的軸頭上。在拇指彎桿軸套和四指彎桿軸套上各裝有一小塊永磁體，在拇指彎桿和四指彎桿的限位擋塊上各裝有一個能感應(yīng)磁場的霍爾元件，于是，當(dāng)拇指彎桿和四指彎桿轉(zhuǎn)到此位置時，霍爾元件就可輸出一個電信號，從而構(gòu)成拇指彎桿和四指彎桿的行程開關(guān)。
十分明顯，手指的彎曲方向決定左右手需要各自的康復(fù)訓(xùn)練器，不可互換。
電控部分包括單片機(jī)、H橋驅(qū)動電路、拇指行程開關(guān)、四指行程開關(guān)、磁電編碼器以及調(diào)節(jié)速度的直線電位計、調(diào)節(jié)運(yùn)動范圍的直線電位計、啟停按鈕、方式選擇按鈕、顯示訓(xùn)練次數(shù)的數(shù)碼管、工作方式的指示燈。其中，速度選擇推鈕、范圍選擇推鈕、啟停按鈕、方式選擇按鈕、顯示數(shù)碼管和方式選擇指示燈均裝在外殼的面板上，并分別與單片機(jī)的相應(yīng)接口相連。
面板上的速度選擇推鈕和位置選擇推鈕分別與速度直線電位計和范圍直線電位計機(jī)械連接，而速度選擇電位計和范圍選擇電位計分別電連接到單片機(jī)的兩個AD輸入接口上，用來采集速度和范圍量。啟停按鈕和方式選擇按鈕分別接到單片機(jī)的兩個I/O接口上。顯示數(shù)碼管和工作方式指示燈分別接到單片機(jī)的另外三個I/O接口上，用以顯示訓(xùn)練次數(shù)和康復(fù)訓(xùn)練器工作狀態(tài)。單片機(jī)輸出的兩路PWM信號經(jīng)兩套H橋驅(qū)動電路分別驅(qū)動拇指驅(qū)動電機(jī)和四指驅(qū)動電機(jī)，而電機(jī)轉(zhuǎn)速快慢以及正反轉(zhuǎn)可以通過改變PWM信號的占空比來實現(xiàn)。起行程開關(guān)作用的兩個霍爾元件接在單片機(jī)的I/O口上，單片機(jī)可以根據(jù)這兩個信號以及磁電編碼器檢測到拇指彎桿和四指彎桿的絕對位置。磁電編碼器的輸出接在單片機(jī)的中斷口上，利用單片機(jī)的中斷計數(shù)可以對驅(qū)動拇指驅(qū)動電機(jī)和四指驅(qū)動電機(jī)的速度和位置進(jìn)行控制。
患者在進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練時，置范圍選擇推鈕和速度選擇推鈕于適當(dāng)位置，手臂自然放在手托上，五個手指尖分別插入各自的指尖套中，然后按啟停按鈕即可。當(dāng)兩臺電機(jī)轉(zhuǎn)動時，帶動各個彎桿運(yùn)動，再借助彎桿末端的指尖套帶動患者的全部手指做屈伸運(yùn)動，以達(dá)到康復(fù)訓(xùn)練目的。


圖1自動手指康復(fù)訓(xùn)練器結(jié)構(gòu)示意圖圖2加裝殼體的自動手指康復(fù)訓(xùn)練器外形圖圖3自動手指康復(fù)訓(xùn)練器的控制框圖具體實施方式
下面給出本實用新型的優(yōu)選實施方式，并結(jié)合附圖加以說明。
自動手指康復(fù)訓(xùn)練器包括機(jī)械和電控兩大部分，如圖1所示，機(jī)械部分包括由底板1和立板3組成的⊥形支架、拇指驅(qū)動電機(jī)5、四指驅(qū)動電機(jī)8、拇指彎桿、拇指彎桿限位擋塊4、四指彎桿10、四指連接軸11、四指彎桿限位擋塊9、手托2。其中的拇指彎桿由軸套14、彈性片13和指尖套12三部分組成；類似地，四根四指彎桿9也由軸套、彈性片和指尖套組成。固裝在⊥形支架立板3上的拇指驅(qū)動電機(jī)5和四指驅(qū)動電機(jī)8的軸線分別呈水平和鉛垂?fàn)顟B(tài)。其中，拇指驅(qū)動電機(jī)5用于帶動所述的拇指彎桿運(yùn)動，且其殼體上固裝一個拇指彎桿擋塊4，用機(jī)械的方式限制大拇指彎桿運(yùn)動范圍，可以做大拇指彎桿的機(jī)械保護(hù)。拇指彎桿借助軸套14與拇指驅(qū)動電機(jī)5的輸出軸固連。四指驅(qū)動電機(jī)8用于帶動其余的四根四指彎桿10同步運(yùn)動，運(yùn)動范圍受固連在⊥形支架底板1上的四指彎桿擋塊9限制。每根四指彎桿10也均由軸套、彈性片和指尖套三部分組成，其長短依次與常人四指相當(dāng)，并借助軸套、四指連接軸11與四指驅(qū)動電機(jī)8的軸頭固連。為使患者手臂舒適，在⊥形支架的底板1上固連一個手托2。
如圖2、圖3所示的電控部分包括單片機(jī)22、H橋驅(qū)動電路23和24、磁電編碼器6和7、外殼15面板上裝有的啟停按鈕16、方式選擇按鈕17、顯示訓(xùn)練次數(shù)的數(shù)碼管18、工作方式指示燈19、范圍選擇推鈕20、范圍選擇電位計20′、速度選擇推鈕21、速度選擇電位計21′。其中范圍選擇推鈕20與范圍選擇電位計20′機(jī)械連接(圖中未畫出)；速度選擇推鈕21與速度選擇電位計21′機(jī)械連接(圖中未畫出)。兩個用于控制拇指驅(qū)動電機(jī)5和四指驅(qū)動電機(jī)8速度和位置的磁電編碼器6、7分別固裝在它們的軸頭上(參見圖1)。在拇指彎桿軸套14和四指彎桿10上各裝有一小塊永磁體(圖中未畫出)，在拇指彎桿限位擋塊4和四指彎桿擋塊9上各裝有一個能感應(yīng)磁場的霍爾元件(圖中未畫出)，于是，當(dāng)拇指彎桿和四指彎桿10轉(zhuǎn)到此位置時，霍爾元件就可輸出一個電信號，從而構(gòu)成拇指彎桿和四指彎桿的行程開關(guān)25、26。
單片機(jī)22的型號為Atmega16，范圍選擇電位計20′和速度選擇電位計21′的輸出信號分別接到單片機(jī)22的輸入口ADO和AD1上，用來采集速度量和范圍量；啟停按鈕16和方式選擇按鈕17分別接到單片機(jī)22的兩個I/O接口PB0、PB1上；顯示數(shù)碼管18和方式選擇指示燈19分別接到單片機(jī)22的另外三個I/O接口PB2～PB4上，用以顯示訓(xùn)練次數(shù)和康復(fù)訓(xùn)練器工作狀態(tài)；單片機(jī)22輸出的兩路PWM1、PWM2信號經(jīng)兩套H橋驅(qū)動電路23、24分別驅(qū)動拇指驅(qū)動電機(jī)5和四指驅(qū)動電機(jī)8，電機(jī)轉(zhuǎn)速快慢以及正反轉(zhuǎn)可以通過改變PWM信號的占空比來實現(xiàn)；拇指行程開關(guān)25和四指行程開關(guān)26的輸出信號分別接在單片機(jī)22的I/O接口PC0、PC1上。磁電編碼器6、7的輸出接在單片機(jī)22的中斷口INT0、INT1上，利用單片機(jī)22的中斷計數(shù)可以對驅(qū)動拇指驅(qū)動電機(jī)5和四指驅(qū)動電機(jī)8的速度和位置進(jìn)行控制。
方式選擇按鈕17提供三種訓(xùn)練方式一是四指與大拇指交替訓(xùn)練模式；二是四指單獨訓(xùn)練模式；三是大拇指單獨訓(xùn)練模式。
患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練時，置范圍選擇推鈕20和速度選擇推鈕21于適當(dāng)位置，手臂自然放在手托2上，五個手指尖分別插入各自的指尖套中，然后按啟停按鈕16即可。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動時，電機(jī)帶動各個彎桿運(yùn)動，而彎桿的末端借助指尖套帶動患者的全部手指做屈伸運(yùn)動，以達(dá)到康復(fù)訓(xùn)練目的。
本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、美觀大方、操作方便、成本低廉，可供患者自由進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。
權(quán)利要求1.一種自動手指康復(fù)訓(xùn)練器，它包括機(jī)械和電控兩大部分，其特征在于機(jī)械部分包括由底板(1)和立板(3)組成的⊥形支架、拇指驅(qū)動電機(jī)(5)、四指驅(qū)動電機(jī)(8)、拇指彎桿、拇指彎桿限位擋塊(4)、四指彎桿(10)、四指彎桿連接軸(11)、四指彎桿限位擋塊(9)和手托(2)；其中拇指彎桿由軸套(14)、彈性片(13)和指尖套(12)組成；四根四指彎桿(10)由軸套、彈性片和指尖套組成；固裝在⊥形支架立板(3)上的拇指驅(qū)動電機(jī)(5)和四指驅(qū)動電機(jī)(8)的軸線分別呈水平和鉛垂?fàn)顟B(tài)；拇指驅(qū)動電機(jī)(5)的殼體上固裝一個拇指彎桿擋塊(4)；拇指彎桿借助軸套(14)與拇指驅(qū)動電機(jī)(5)的軸頭固連；每根四指彎桿(10)借助軸套、四指彎桿連接軸(11)與四指驅(qū)動電機(jī)(8)的軸頭固連，四指彎桿擋塊(9)固定在四指彎桿(10)外側(cè)的⊥形支架底板(1)上；⊥形支架的底板(1)上固連一個手托(2)。
2.如權(quán)利要求1所述的自動手指康復(fù)訓(xùn)練器，其電控部分包括單片機(jī)(22)、H橋驅(qū)動電路(23、24)、磁電編碼器(6、7)、外殼(15)面板上裝有的啟停按鈕(16)、方式選擇按鈕(17)、訓(xùn)練次數(shù)數(shù)碼管(18)、工作方式指示燈(19)、范圍選擇推鈕(20)及其機(jī)械帶動的范圍選擇電位計(20′)、速度選擇推鈕(21)及其機(jī)械帶動的速度選擇電位計(21′)，其特征在于電控部分中的兩個磁電編碼器(6、7)分別固裝在拇指驅(qū)動電機(jī)(5)和四指驅(qū)動電機(jī)(8)的軸頭上；拇指彎桿行程開關(guān)(25)和四指彎桿行程開關(guān)(26)由分別固裝在拇指彎桿軸套(14)和四指彎桿(10)上的一小塊永磁體與分別固裝在拇指彎桿限位擋塊(4)和四指彎桿限位擋塊(9)上的能感應(yīng)磁場的霍爾元件組成。
專利摘要一種自動手指康復(fù)訓(xùn)練器，用于手指運(yùn)動功能有待恢復(fù)的患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。它是利用微型直流減速電機(jī)帶動特制的“彎桿”使患者手指按預(yù)先設(shè)定的模式作機(jī)械運(yùn)動。其中固裝在形板式支架的立板上的拇指驅(qū)動電機(jī)和四指驅(qū)動電機(jī)的軸線分別呈水平和鉛垂?fàn)顟B(tài)。拇指彎桿和四根四指彎桿均由軸套、彈性片和指尖套組成。拇指彎桿借助軸套與拇指驅(qū)動電機(jī)軸頭固連。四根四指彎桿借助軸套、四指連接軸與四指驅(qū)動電機(jī)的軸頭固連。為使患者手臂舒適，在形板式支架底板上固連一個手托。兩個用于控制電機(jī)速度和位置的磁電編碼器分別固裝在電機(jī)的軸頭上。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，體積小，制作工藝性好，成本低，配以智能化的控制器，具有較高的康復(fù)訓(xùn)練功效。
文檔編號A61H1/02GK2933378SQ200620021268
公開日2007年8月15日 申請日期2006年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月21日
發(fā)明者張立勛, 楊勇, 劉亞鵬 申請人:哈爾濱工程大學(xué)