專利名稱：用于實(shí)現(xiàn)手指康復(fù)訓(xùn)練的輔助康復(fù)訓(xùn)練裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種實(shí)現(xiàn)手指康復(fù)訓(xùn)練的輔助康復(fù)訓(xùn)練裝置。
背景技術(shù)：
手的功能在生活中舉足輕重，由于功能上的特殊性，所以受傷機(jī)會(huì)較多，導(dǎo)致手的功 能障礙，影響正常的日常生活。隨著顯微外科技術(shù)發(fā)展，斷指再植成活率很高，但再植術(shù) 后手功能的恢復(fù)尚不理想，積極開(kāi)展早期運(yùn)動(dòng)是有效防止肌腱粘連、瘢痕攣縮、關(guān)節(jié)僵直、 促進(jìn)手功能恢復(fù)，最大程度地恢復(fù)手運(yùn)動(dòng)功能的重要環(huán)節(jié)。
目前，手指康復(fù)訓(xùn)練的傳統(tǒng)方法是醫(yī)師對(duì)患者進(jìn)行一對(duì)一訓(xùn)練，這種訓(xùn)練方式存在一 些問(wèn)題(1)訓(xùn)練效率低下，并且由于治療師自身的原因，可能無(wú)法保證患者得到足夠的 訓(xùn)練強(qiáng)度，治療效果多取決于治療師的經(jīng)驗(yàn)和水平；(2)不能精確控制和記錄訓(xùn)練參數(shù)， 不利于治療方案的確定和改進(jìn)；(3)康復(fù)評(píng)價(jià)指標(biāo)不夠客觀，不利于患者康復(fù)規(guī)律的深入 研究；(4)不能向患者提供實(shí)時(shí)直觀的反饋信息，訓(xùn)練過(guò)程不具吸引力，患者被動(dòng)接受治 療，積極性不高。
鑒于康復(fù)訓(xùn)練的重要作用和康復(fù)治療師資源限制，研究者們對(duì)患者輔助康復(fù)訓(xùn)練裝置 進(jìn)行廣泛研究，但目前的輔助康復(fù)訓(xùn)練裝置多數(shù)針對(duì)上肢或下肢康復(fù)訓(xùn)練設(shè)計(jì)的，用于手 部康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備一般為力反饋數(shù)據(jù)手套，如Rutgers MasterII力覺(jué)手套、基于磁流變液的 康復(fù)用數(shù)據(jù)手套和已經(jīng)商業(yè)化的力反饋數(shù)據(jù)手套CyberGrasp。單獨(dú)用于單手指康復(fù)訓(xùn)練設(shè) 備報(bào)道較少，力反饋數(shù)據(jù)手套也可用于手指?jìng)蟮目祻?fù)訓(xùn)練，但存在以下一些問(wèn)題(1) 骨折處需要進(jìn)行固定保護(hù)，而力覺(jué)數(shù)據(jù)手套一般都有外骨骼機(jī)構(gòu)或安裝于手掌上的機(jī)構(gòu)， 占用了手指骨折處的固定空間，而且穿戴數(shù)據(jù)手套時(shí)容易引起骨折處的再次受傷；(2)需 要主動(dòng)訓(xùn)練和被動(dòng)訓(xùn)練相結(jié)合才能取得較好的效果，而力覺(jué)數(shù)據(jù)手套基本上只能產(chǎn)生主動(dòng) 力或被動(dòng)力，無(wú)法進(jìn)行主、被動(dòng)訓(xùn)練的結(jié)合；(3)只需對(duì)受傷手指單獨(dú)進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，那 么力覺(jué)數(shù)據(jù)手套的其它手指機(jī)構(gòu)將造成浪費(fèi)；(4)康復(fù)訓(xùn)練需要比較柔和的力，而力覺(jué)數(shù) 據(jù)手套因機(jī)構(gòu)剛度較大，很難產(chǎn)生這樣的力。力反饋數(shù)據(jù)手套成本都比較高，普通人群根 本無(wú)法承受。
康復(fù)訓(xùn)練分為主動(dòng)訓(xùn)練和被動(dòng)訓(xùn)練，被動(dòng)訓(xùn)練設(shè)備大多用電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，也有通過(guò)氣 動(dòng)、液壓或電磁裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，這些設(shè)備具有能量使其穩(wěn)定性相對(duì)較差，容易產(chǎn)生振動(dòng)。 主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練利用被動(dòng)執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)，如制動(dòng)器、阻尼器等，這些設(shè)備本身是能量耗散的， 相對(duì)穩(wěn)定性較好，但機(jī)械摩擦式被動(dòng)執(zhí)行器力/力矩的產(chǎn)生完全依賴于機(jī)械接觸，所以當(dāng)使用快速開(kāi)關(guān)控制器驅(qū)動(dòng)時(shí)容易造成系統(tǒng)的振動(dòng)。更有甚者，摩擦材料具有比較高的動(dòng)摩擦 系數(shù)，容易導(dǎo)致粘滑現(xiàn)象發(fā)生，這種現(xiàn)象能夠造成制動(dòng)力矩的不連續(xù)。 一般康復(fù)訓(xùn)練是主 動(dòng)訓(xùn)練與被動(dòng)訓(xùn)練相結(jié)合。因此，如果開(kāi)發(fā)出集主、被動(dòng)訓(xùn)練于一身的手指康復(fù)訓(xùn)練裝置 將具有很好的康復(fù)效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種避免受傷的集主、被動(dòng)訓(xùn)練為一身的實(shí)現(xiàn)手指康復(fù)訓(xùn)練的輔助康復(fù)訓(xùn) 練裝置。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種用于實(shí)現(xiàn)手指康復(fù)訓(xùn)練的輔助康復(fù)訓(xùn)練裝置，包括一支架及設(shè)置在支架上的手指 支撐，在所述的支架的一端設(shè)置有第一軸，第一軸的一端與一電機(jī)連接，在所述的支架的 另一端設(shè)置有第二軸，該第二軸的一端與一磁流變液阻尼器連接，所述的第二軸的另一端 與第一軸的另一端通過(guò)一彈簧連接，所述的手指支撐固定在所述的第二軸上，在所述的第 二軸上還設(shè)置有用于測(cè)量所述的第二軸角位移的角度傳感器，以及用于測(cè)量第二軸扭矩的 力傳感器，所述的磁流變液阻尼器包括殼體以及設(shè)置在殼體內(nèi)的力反饋軸、磁流變液、 旋轉(zhuǎn)盤、固定盤、絕磁環(huán)以及線圈，所述的旋轉(zhuǎn)盤固定在力反饋軸上，所述的固定盤固定 在殼體上并間隔的布置在旋轉(zhuǎn)盤之間，所述的磁流變液填充在旋轉(zhuǎn)盤與固定盤周圍，在固 定盤的外側(cè)設(shè)置所述的絕磁環(huán)，在絕磁環(huán)上繞制所述的線圈，所述的力反饋軸與所述的第 二軸的一端固定連接，所述的殼體與支架固定連接。
在所述的電機(jī)與第一軸之間還設(shè)置有一聯(lián)軸器。
在所述的第二軸上設(shè)置有一手柄，所述的手指支撐通過(guò)一連接扣與所述的手柄連接。 所述的旋轉(zhuǎn)盤為兩片，所述的固定盤為一片。
本發(fā)明輔助康復(fù)訓(xùn)練裝置包括一個(gè)支架，兩根軸， 一個(gè)電機(jī)， 一個(gè)連軸器， 一個(gè)磁流 變液阻尼器， 一根彈簧， 一個(gè)角度傳感器， 一個(gè)力傳感器， 一個(gè)手柄， 一個(gè)手指支撐，一 個(gè)手柄與手指支撐的連接扣件。第一軸通過(guò)軸承安裝于支架上，通過(guò)連軸器與電機(jī)相連，
通過(guò)彈簧與第二軸相連，第二軸通過(guò)軸承安裝于支架上，第二軸與磁流變液阻尼器軸固定 連接，磁流變液阻尼器外殼固定于支架上，第二軸上安裝力傳感器和角度傳感器，手柄安 裝于第二軸上，可以帶動(dòng)第二軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，手柄另一端通過(guò)連接扣件與手指支撐相連接。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
1、采用串聯(lián)彈性元件和磁流變液阻尼器手指康復(fù)訓(xùn)練裝置系統(tǒng)更具穩(wěn)定性，電機(jī)通 過(guò)控制彈性元件位置產(chǎn)生力，而彈性元件本身具有吸振作用，彈性元件的反彈振動(dòng)可以通 過(guò)阻尼器耗散，同時(shí)，彈簧在受力時(shí)，首先產(chǎn)生形變，而不會(huì)將作用力直接傳遞出去，具 有緩沖作用，這對(duì)于受傷的手指尤為重要，不會(huì)因?yàn)橥蝗坏淖饔昧ψ饔迷谑种干隙馔鈧?上加傷。2、 集手指康復(fù)主動(dòng)訓(xùn)練和被動(dòng)訓(xùn)練于一身，特別適合于單手指受傷后的康復(fù)訓(xùn)練。
3、 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，機(jī)械加工精度要求也不高。
4、 整個(gè)裝置采用輕質(zhì)材料做成，使其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，磁流變液阻尼器和機(jī)械加工摩擦 力等非冇益綜合阻尼力可以通過(guò)電機(jī)給彈性元件預(yù)置變形進(jìn)行補(bǔ)償，從而使得手柄在自由 狀態(tài)下阻尼力很小。
5、 采用新興的磁流變技術(shù)，磁流變液在磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生磁流變效應(yīng)，使表征磁流變 液流變特性的表觀粘發(fā)生變化，從而產(chǎn)生阻尼力反作用于人體，使人體感覺(jué)到力的作用。 磁流變液阻尼器不是機(jī)械直接接觸，而是利用流體傳遞力矩，因此更為穩(wěn)定和連續(xù)。
6、 控制簡(jiǎn)單，電流信號(hào)與磁流變液阻尼器輸出力矩信號(hào)存在明確的函數(shù)關(guān)系，因此 只需給阻尼器提供電流信號(hào)便可準(zhǔn)確地控制其動(dòng)作。電機(jī)通過(guò)控制彈性元件位置變化產(chǎn)生 力，因此其控制也相對(duì)簡(jiǎn)單得多。
7、 在對(duì)手指受傷患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練的同時(shí)，能夠通過(guò)位置傳感器和力傳感器分別檢 測(cè)出患者手指運(yùn)動(dòng)范圍和能夠施加的力，為治療醫(yī)師做進(jìn)一步研究和改進(jìn)治療方案奠定基 礎(chǔ)。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明磁流變液阻尼器的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中1、電機(jī)，2、連軸器，3、磁流變液阻尼器，4、彈簧，5、力傳感器，6、 手柄，7、角度傳感器，8、支架，9、連接扣，10、手指支撐，11、第一軸，12、第二軸， 31、外圈，32、底座，33、旋轉(zhuǎn)盤，34、端蓋，35、力反饋軸，36、軸承，37、固定盤，38、線圈， 39、密封圈，310、軸套，311、絕磁環(huán)，312、 磁流變液。
具體實(shí)施例方式
一種用于實(shí)現(xiàn)手指康復(fù)訓(xùn)練的輔助康復(fù)訓(xùn)練裝置，包括一個(gè)凹形支架8，兩根軸U和 12， 一個(gè)電機(jī)l， 一個(gè)連軸器2， 一個(gè)磁流變液阻尼器3，一根彈簧4， 一個(gè)角度傳感器7， 一個(gè)力傳感器5， 一個(gè)手柄6， 一個(gè)手指支撐IO， 一個(gè)手柄6與手指支撐10的連接扣件9。 第一軸11通過(guò)軸承安裝于支架8的右端上，通過(guò)連軸器2與電機(jī)1相連，通過(guò)彈簧4與 第二軸12相連，第二軸12通過(guò)軸承安裝于支架8的左端上，第二軸12與磁流變液阻尼 器8的軸固定連接，磁流變液阻尼器8外殼固定于支架8上，第二軸12上安裝力傳感器5 和角度傳感器7，手柄6安裝于第二軸12上，可以帶動(dòng)第二軸12的轉(zhuǎn)動(dòng)，手柄6另一端 通過(guò)連接扣件9與手指支撐10相連接。
本發(fā)明的磁流變液阻尼器8由外圈31、兩個(gè)底座32、兩個(gè)旋轉(zhuǎn)盤33、兩個(gè)端蓋34、力反饋軸35、兩個(gè)軸承36、固定盤37、線圈38、兩個(gè)密封圈39、兩個(gè)軸套310、絕磁環(huán)311組成，在絕磁環(huán)311上繞有線圈38，絕磁環(huán)311和兩個(gè)底座32圍成的空間內(nèi)充滿磁流變液312，固定盤37安裝于絕磁環(huán)311上，固定盤37的兩側(cè)分別設(shè)置一個(gè)旋轉(zhuǎn)盤33，旋轉(zhuǎn)盤33固定于力反饋軸35上，通過(guò)軸35帶動(dòng)可以旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)盤33的位置通過(guò)兩端軸套310、軸承36固定，使旋轉(zhuǎn)盤33與底座32之間間隙、旋轉(zhuǎn)盤33與固定盤37之間的間隙為一固定值，端蓋34通過(guò)螺紋固定于底座32外側(cè)，在端蓋34內(nèi)側(cè)開(kāi)槽用于放置密封圈39。
本發(fā)明手指康復(fù)訓(xùn)練輔助康復(fù)訓(xùn)練裝置工作原理如下訓(xùn)練裝置結(jié)構(gòu)如圖l、 2所示?；颊呤种竿ㄟ^(guò)手指支撐固定，被動(dòng)訓(xùn)練時(shí)磁流變液阻尼器不動(dòng)作，電機(jī)控制彈性元件變形，根據(jù)需要施加在手指上的力和角度傳感器位置信息控制彈性元件的變形量，力傳感器測(cè)量手指受力，根據(jù)實(shí)測(cè)力和預(yù)期目標(biāo)力誤差進(jìn)一步控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整彈性元件變形量，最終達(dá)到實(shí)測(cè)力與目標(biāo)力相等，根據(jù)不同的康復(fù)其可以更換彈性元件(不同彈性系數(shù)的彈性元件)。主動(dòng)訓(xùn)練時(shí)電機(jī)不動(dòng)作，力傳感器測(cè)量手指受力，根據(jù)實(shí)測(cè)力和預(yù)期目標(biāo)力誤差進(jìn)一步控制阻尼器阻尼力，最終達(dá)到實(shí)測(cè)力與目標(biāo)力相等，當(dāng)預(yù)期目標(biāo)力小于磁流變液阻尼器和機(jī)械結(jié)構(gòu)摩擦力時(shí)，可以利用電機(jī)控制彈性元件進(jìn)行補(bǔ)償。利用角度傳感器可以測(cè)量和控制手指的活動(dòng)范圍，被動(dòng)訓(xùn)練時(shí)，手指活動(dòng)范圍達(dá)到極限時(shí)電機(jī)立即停止動(dòng)作，主動(dòng)訓(xùn)練時(shí)，手指活動(dòng)范圍到達(dá)極限時(shí)，阻尼器阻尼力調(diào)整到最大，限止手指進(jìn)一步活動(dòng)。本發(fā)明手指康復(fù)訓(xùn)練裝置還能與虛擬環(huán)境(康復(fù)游戲)相配合實(shí)現(xiàn)手指康復(fù)訓(xùn)練，遠(yuǎn)程治療醫(yī)師可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)指導(dǎo)和監(jiān)督患者在家中進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，因此一個(gè)治療醫(yī)師同時(shí)指導(dǎo)多個(gè)患者康復(fù)訓(xùn)練。
權(quán)利要求
1、一種用于實(shí)現(xiàn)手指康復(fù)訓(xùn)練的輔助康復(fù)訓(xùn)練裝置，包括一支架(8)及設(shè)置在支架(8)上的手指支撐(10)，其特征在于在所述的支架(8)的一端設(shè)置有第一軸(11)，第一軸(11)的一端與一電機(jī)(1)連接，在所述的支架(8)的另一端設(shè)置有第二軸(12)，該第二軸(12)的一端與一磁流變液阻尼器(3)連接，所述的第二軸(12)的另一端與第一軸(11)的另一端通過(guò)一彈簧(4)連接，所述的手指支撐(10)固定在所述的第二軸(12)上，在所述的第二軸(12)上還設(shè)置有用于測(cè)量所述的第二軸角位移的角度傳感器(7)，以及用于測(cè)量第二軸扭矩的力傳感器(5)，所述的磁流變液阻尼器(3)包括殼體以及設(shè)置在殼體內(nèi)的力反饋軸(35)、磁流變液(312)、旋轉(zhuǎn)盤(33)、固定盤(37)、絕磁環(huán)(311)以及線圈(38)，所述的旋轉(zhuǎn)盤(33)固定在力反饋軸(35)上，所述的固定盤(37)固定在殼體上并間隔的布置在旋轉(zhuǎn)盤(33)之間，所述的磁流變液(312)填充在旋轉(zhuǎn)盤(33)與固定盤(37)周圍，在固定盤(37)的外側(cè)設(shè)置所述的絕磁環(huán)(311)，在絕磁環(huán)(311)上繞制所述的線圈(38)，所述的力反饋軸(35)與所述的第二軸(12)的一端固定連接，所述的殼體與支架(8)固定連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于實(shí)現(xiàn)手指康復(fù)訓(xùn)練的輔助康復(fù)訓(xùn)練裝置，其特征在于 在所述的電機(jī)(1)與第一軸(11)之間還設(shè)置有一聯(lián)軸器(2)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于實(shí)現(xiàn)手指康復(fù)訓(xùn)練的輔助康復(fù)訓(xùn)練裝置，其特征在于 在所述的第二軸(12)上設(shè)置有一手柄(6),所述的手指支撐(10)通過(guò)一連接扣(9) 與所述的手柄(6)連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于實(shí)現(xiàn)手指康復(fù)訓(xùn)練的輔助康復(fù)訓(xùn)練裝置，其特征在于 所述的旋轉(zhuǎn)盤(33)為兩片，所述的固定盤(37)為一片。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于實(shí)現(xiàn)手指康復(fù)訓(xùn)練的輔助康復(fù)訓(xùn)練裝置，包括一支架及設(shè)置在支架上的手指支撐，在所述的支架的一端設(shè)置有第一軸，第一軸的一端與一電機(jī)連接，在所述的支架的另一端設(shè)置有第二軸，該第二軸的一端與一磁流變液阻尼器連接，所述的第二軸的另一端與第一軸的另一端通過(guò)一彈簧連接，所述的手指支撐固定在所述的第二軸上，在所述的第二軸上還設(shè)置有用于測(cè)量所述的第二軸角位移的角度傳感器，以及用于測(cè)量第二軸扭矩的力傳感器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明裝置集手指康復(fù)主動(dòng)訓(xùn)練和被動(dòng)訓(xùn)練于一身，特別適合于單手指受傷后的康復(fù)訓(xùn)練。同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，機(jī)械加工精度要求也不高。
文檔編號(hào)A61H1/00GK101637428SQ200910034109
公開(kāi)日2010年2月3日 申請(qǐng)日期2009年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月1日
發(fā)明者宋愛(ài)國(guó), 崔建偉, 戴金橋, 辭 文, 王愛(ài)民 申請(qǐng)人:東南大學(xué)