專利名稱：用于實現手指康復訓練的輔助康復訓練裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種實現手指康復訓練的輔助康復訓練裝置。
背景技術：
手的功能在生活中舉足輕重，由于功能上的特殊性，所以受傷機會較多，導致手的功 能障礙，影響正常的日常生活。隨著顯微外科技術發展，斷指再植成活率很高，但再植術 后手功能的恢復尚不理想，積極開展早期運動是有效防止肌腱粘連、瘢痕攣縮、關節僵直、 促進手功能恢復，最大程度地恢復手運動功能的重要環節。
目前，手指康復訓練的傳統方法是醫師對患者進行一對一訓練，這種訓練方式存在一 些問題(1)訓練效率低下，并且由于治療師自身的原因，可能無法保證患者得到足夠的 訓練強度，治療效果多取決于治療師的經驗和水平；(2)不能精確控制和記錄訓練參數， 不利于治療方案的確定和改進；(3)康復評價指標不夠客觀，不利于患者康復規律的深入 研究；(4)不能向患者提供實時直觀的反饋信息，訓練過程不具吸引力，患者被動接受治 療，積極性不高。
鑒于康復訓練的重要作用和康復治療師資源限制，研究者們對患者輔助康復訓練裝置 進行廣泛研究，但目前的輔助康復訓練裝置多數針對上肢或下肢康復訓練設計的，用于手 部康復訓練設備一般為力反饋數據手套，如Rutgers MasterII力覺手套、基于磁流變液的 康復用數據手套和已經商業化的力反饋數據手套CyberGrasp。單獨用于單手指康復訓練設 備報道較少，力反饋數據手套也可用于手指傷害后的康復訓練，但存在以下一些問題(1) 骨折處需要進行固定保護，而力覺數據手套一般都有外骨骼機構或安裝于手掌上的機構， 占用了手指骨折處的固定空間，而且穿戴數據手套時容易引起骨折處的再次受傷；(2)需 要主動訓練和被動訓練相結合才能取得較好的效果，而力覺數據手套基本上只能產生主動 力或被動力，無法進行主、被動訓練的結合；(3)只需對受傷手指單獨進行康復訓練，那 么力覺數據手套的其它手指機構將造成浪費；(4)康復訓練需要比較柔和的力，而力覺數 據手套因機構剛度較大，很難產生這樣的力。力反饋數據手套成本都比較高，普通人群根 本無法承受。
康復訓練分為主動訓練和被動訓練，被動訓練設備大多用電機進行驅動，也有通過氣 動、液壓或電磁裝置進行驅動，這些設備具有能量使其穩定性相對較差，容易產生振動。 主動康復訓練利用被動執行器驅動，如制動器、阻尼器等，這些設備本身是能量耗散的， 相對穩定性較好，但機械摩擦式被動執行器力/力矩的產生完全依賴于機械接觸，所以當使用快速開關控制器驅動時容易造成系統的振動。更有甚者，摩擦材料具有比較高的動摩擦 系數，容易導致粘滑現象發生，這種現象能夠造成制動力矩的不連續。 一般康復訓練是主 動訓練與被動訓練相結合。因此，如果開發出集主、被動訓練于一身的手指康復訓練裝置 將具有很好的康復效果。
發明內容
本發明涉及一種避免受傷的集主、被動訓練為一身的實現手指康復訓練的輔助康復訓 練裝置。
本發明采用如下技術方案
一種用于實現手指康復訓練的輔助康復訓練裝置，包括一支架及設置在支架上的手指 支撐，在所述的支架的一端設置有第一軸，第一軸的一端與一電機連接，在所述的支架的 另一端設置有第二軸，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 二軸上還設置有用于測量所述的第二軸角位移的角度傳感器，以及用于測量第二軸扭矩的 力傳感器，所述的磁流變液阻尼器包括殼體以及設置在殼體內的力反饋軸、磁流變液、 旋轉盤、固定盤、絕磁環以及線圈，所述的旋轉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盤之間，所述的磁流變液填充在旋轉盤與固定盤周圍，在固 定盤的外側設置所述的絕磁環，在絕磁環上繞制所述的線圈，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。
在所述的電機與第一軸之間還設置有一聯軸器。
在所述的第二軸上設置有一手柄，所述的手指支撐通過一連接扣與所述的手柄連接。 所述的旋轉盤為兩片，所述的固定盤為一片。
本發明輔助康復訓練裝置包括一個支架，兩根軸， 一個電機， 一個連軸器， 一個磁流 變液阻尼器， 一根彈簧， 一個角度傳感器， 一個力傳感器， 一個手柄， 一個手指支撐，一 個手柄與手指支撐的連接扣件。第一軸通過軸承安裝于支架上，通過連軸器與電機相連，
通過彈簧與第二軸相連，第二軸通過軸承安裝于支架上，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，可以帶動第二軸的轉動，手柄另一端通過連接扣件與手指支撐相連接。 與現有技術相比，本發明具有如下優點
1、采用串聯彈性元件和磁流變液阻尼器手指康復訓練裝置系統更具穩定性，電機通 過控制彈性元件位置產生力，而彈性元件本身具有吸振作用，彈性元件的反彈振動可以通 過阻尼器耗散，同時，彈簧在受力時，首先產生形變，而不會將作用力直接傳遞出去，具 有緩沖作用，這對于受傷的手指尤為重要，不會因為突然的作用力作用在手指上而意外傷 上加傷。2、 集手指康復主動訓練和被動訓練于一身，特別適合于單手指受傷后的康復訓練。
3、 結構簡單，整個裝置結構簡單、緊湊，機械加工精度要求也不高。
4、 整個裝置采用輕質材料做成，使其轉動慣量小，磁流變液阻尼器和機械加工摩擦 力等非冇益綜合阻尼力可以通過電機給彈性元件預置變形進行補償，從而使得手柄在自由 狀態下阻尼力很小。
5、 采用新興的磁流變技術，磁流變液在磁場作用下產生磁流變效應，使表征磁流變 液流變特性的表觀粘發生變化，從而產生阻尼力反作用于人體，使人體感覺到力的作用。 磁流變液阻尼器不是機械直接接觸，而是利用流體傳遞力矩，因此更為穩定和連續。
6、 控制簡單，電流信號與磁流變液阻尼器輸出力矩信號存在明確的函數關系，因此 只需給阻尼器提供電流信號便可準確地控制其動作。電機通過控制彈性元件位置變化產生 力，因此其控制也相對簡單得多。
7、 在對手指受傷患者進行康復訓練的同時，能夠通過位置傳感器和力傳感器分別檢 測出患者手指運動范圍和能夠施加的力，為治療醫師做進一步研究和改進治療方案奠定基 礎。
圖1是本發明結構示意圖。
圖2是本發明磁流變液阻尼器的結構示意圖。
其中1、電機，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，312、 磁流變液。
具體實施例方式
一種用于實現手指康復訓練的輔助康復訓練裝置，包括一個凹形支架8，兩根軸U和 12， 一個電機l， 一個連軸器2， 一個磁流變液阻尼器3，一根彈簧4， 一個角度傳感器7， 一個力傳感器5， 一個手柄6， 一個手指支撐IO， 一個手柄6與手指支撐10的連接扣件9。 第一軸11通過軸承安裝于支架8的右端上，通過連軸器2與電機1相連，通過彈簧4與 第二軸12相連，第二軸12通過軸承安裝于支架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，可以帶動第二軸12的轉動，手柄6另一端 通過連接扣件9與手指支撐10相連接。
本發明的磁流變液阻尼器8由外圈31、兩個底座32、兩個旋轉盤33、兩個端蓋34、力反饋軸35、兩個軸承36、固定盤37、線圈38、兩個密封圈39、兩個軸套310、絕磁環311組成，在絕磁環311上繞有線圈38，絕磁環311和兩個底座32圍成的空間內充滿磁流變液312，固定盤37安裝于絕磁環311上，固定盤37的兩側分別設置一個旋轉盤33，旋轉盤33固定于力反饋軸35上，通過軸35帶動可以旋轉，旋轉盤33的位置通過兩端軸套310、軸承36固定，使旋轉盤33與底座32之間間隙、旋轉盤33與固定盤37之間的間隙為一固定值，端蓋34通過螺紋固定于底座32外側，在端蓋34內側開槽用于放置密封圈39。
本發明手指康復訓練輔助康復訓練裝置工作原理如下訓練裝置結構如圖l、 2所示。患者手指通過手指支撐固定，被動訓練時磁流變液阻尼器不動作，電機控制彈性元件變形，根據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，力傳感器測量手指受力，根據實測力和預期目標力誤差進一步控制電機轉動，調整彈性元件變形量，最終達到實測力與目標力相等，根據不同的康復其可以更換彈性元件(不同彈性系數的彈性元件)。主動訓練時電機不動作，力傳感器測量手指受力，根據實測力和預期目標力誤差進一步控制阻尼器阻尼力，最終達到實測力與目標力相等，當預期目標力小于磁流變液阻尼器和機械結構摩擦力時，可以利用電機控制彈性元件進行補償。利用角度傳感器可以測量和控制手指的活動范圍，被動訓練時，手指活動范圍達到極限時電機立即停止動作，主動訓練時，手指活動范圍到達極限時，阻尼器阻尼力調整到最大，限止手指進一步活動。本發明手指康復訓練裝置還能與虛擬環境(康復游戲)相配合實現手指康復訓練，遠程治療醫師可以通過網絡指導和監督患者在家中進行康復訓練，因此一個治療醫師同時指導多個患者康復訓練。
權利要求
1、一種用于實現手指康復訓練的輔助康復訓練裝置，包括一支架(8)及設置在支架(8)上的手指支撐(10)，其特征在于在所述的支架(8)的一端設置有第一軸(11)，第一軸(11)的一端與一電機(1)連接，在所述的支架(8)的另一端設置有第二軸(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)上還設置有用于測量所述的第二軸角位移的角度傳感器(7)，以及用于測量第二軸扭矩的力傳感器(5)，所述的磁流變液阻尼器(3)包括殼體以及設置在殼體內的力反饋軸(35)、磁流變液(312)、旋轉盤(33)、固定盤(37)、絕磁環(311)以及線圈(38)，所述的旋轉盤(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盤(33)之間，所述的磁流變液(312)填充在旋轉盤(33)與固定盤(37)周圍，在固定盤(37)的外側設置所述的絕磁環(311)，在絕磁環(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、 根據權利要求1所述的用于實現手指康復訓練的輔助康復訓練裝置，其特征在于 在所述的電機(1)與第一軸(11)之間還設置有一聯軸器(2)。
3、 根據權利要求1所述的用于實現手指康復訓練的輔助康復訓練裝置，其特征在于 在所述的第二軸(12)上設置有一手柄(6),所述的手指支撐(10)通過一連接扣(9) 與所述的手柄(6)連接。
4、 根據權利要求1所述的用于實現手指康復訓練的輔助康復訓練裝置，其特征在于 所述的旋轉盤(33)為兩片，所述的固定盤(37)為一片。
全文摘要
本發明公開了一種用于實現手指康復訓練的輔助康復訓練裝置，包括一支架及設置在支架上的手指支撐，在所述的支架的一端設置有第一軸，第一軸的一端與一電機連接，在所述的支架的另一端設置有第二軸，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置有用于測量所述的第二軸角位移的角度傳感器，以及用于測量第二軸扭矩的力傳感器。與現有技術相比，本發明裝置集手指康復主動訓練和被動訓練于一身，特別適合于單手指受傷后的康復訓練。同時結構簡單、緊湊，機械加工精度要求也不高。
文檔編號A61H1/00GK101637428SQ200910034109
公開日2010年2月3日 申請日期2009年9月1日 優先權日2009年9月1日
發明者宋愛國, 崔建偉, 戴金橋, 辭 文, 王愛民 申請人:東南大學