一种脑卒中患者手部功能康复机器人及使用方法技术

本发明专利技术公开了一种脑卒中患者手部功能康复机器人及使用方法，康复机器人包括制冷制热模块、运动训练模块、水箱、传感器单元和控制箱，制冷制热模块由导热手套、制冷片固定薄膜、半导体制冷片、制冷器、柔性水管和保护外套组成，运动训练模块包括调节滑块、固定绑带和形状记忆合金片；传感器单元包括温度传感器子单元、倾角传感器子单元、指尖压力传感器子单元、肌肉张力检测子单元、肌电检测子单元，通过多传感器信息融合评估患者的痉挛状态并给出训练参数。本发明专利技术的机器人具有控制精准、结构紧凑等优点，可同时实现冷热疗和运动训练，提高康复效率，可解决传统基于水疗的温度刺激疗法的系统庞大，使用不便、温度响应慢等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种脑卒中患者手部功能康复机器人及使用方法
本专利技术涉及康复医疗设备和机器人领域，具体是一种脑卒中患者手部功能康复冷疗热疗及运动训练机器人及使用方法。
技术介绍
随着社会快速发展，人口结构老龄化趋势明显，脑卒中等发病率较高，虽然目前医学已经很发达了，但是脑卒中在世界范围内仍旧是造成残疾的首要原因之一。据统计我国每年新增脑卒中患者约为250万，到2020年脑卒中患者将达到2000万人。因此，脑卒中患者的康复治疗显得尤为重要。手是人与外界环境沟通交流的重要工具，而脑卒中往往造成手部运动功能障碍，严重影响患者的日常生活。对脑卒中偏瘫患者进行手部功能恢复变得日益迫切。对手部功能康复治疗可以采用多种方法，其中对于冷疗法和温热疗法是两种典型的治疗方法。冷疗法是采用低温来降低神经兴奋性，神经传导速度减慢对感觉神经和运动神经有阻滞作用，可阻断或抑制各种病理兴奋灶，故有镇痛和减轻手部痉挛等作用。冷疗使肌肉的收缩期、舒张期的潜伏期延长，降低肌张力及肌肉收缩与松弛的速度，肌肉的兴奋性减弱，因而有缓解肌肉痉挛的作用。而对于部分瘫痪较严重的脑卒中患者，其患侧手部有肿胀、疼痛、活动受限，皮肤褶皱变浅，与健侧手部比较皮肤温度降低等症状，可以采用温热疗法。温热疗法采用热-冷交替的周期性刺激，使组织温度升高后再降低，可以促进炎症产物及代谢废物的溶解吸收，缓解疼痛和消除痉挛，并可以加强血管收缩扩张，锻炼血管平滑肌，加速康复进程。传统的冷疗法采用冷水或冰水进行治疗，温热疗法采用热水-冷水交替浸泡患侧肢体，水温变化无法精度控制，康复设备的自动化和智能化水平低，康复系统的体积大，无法便携，使用不够方便。此外还有采用电热丝加热的温疗手套(技术专利申请号：201320229718.9)，但是其只能实现加热理疗；采用冰袋加水囊方案的冷疗装置(技术专利申请号：201320229718.9、201420218112.X)和水冷组件的肢体回复系统(专利技术专利申请号：201611088514.2)，但是其只能实现冷疗作用；采用液氮制冷的超低温冷疗仪(专利技术专利申请号：201510502907.2)，但是其也只能实现冷疗，并且系统较为复杂，有一定的安全隐患。此外，对于脑卒中手部康复治疗，运动训练至关重要，科学家设计了多种手部康复训练机器人及装置，但是运动训练无法对手部痉挛严重的患者直接使用，因此，设计穿戴便携、温度精确可控，可以实现冷疗和热疗，以及运动训练功能，并且能够智能感知与评估患者康复效果，选择特定的康复训练模式的康复机器人，对于脑卒中患者的康复治疗具有非常迫切的需要，是本领域人员需要突破的技术。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的是为了解决现有技术的不足，提供脑卒中患者手部功能康复冷疗热疗及运动训练机器人，解决传统冷疗装置和热疗装置功能单一、系统复杂、不便于携带、无法精确控制温度、无法感知和评估康复患者康复效果，运动康复训练机器人无法直接对痉挛严重的患者使用等问题，提出一种脑卒中患者手部功能康复冷疗热疗及运动训练机器人，能够智能化选择康复模式，进行冷疗、热疗或运动训练治疗，同时能够智能评估康复效果，给出进一步的治疗模式及控制参数。技术方案：为了实现以上目的，本专利技术提出一种脑卒中患者手部功能康复机器人。所述的脑卒中患者手部功能康复冷疗热疗及运动训练机器人包括：制冷制热模块、运动训练模块，水箱、传感器单元、控制箱。所述的制冷制热模块包括手部制冷制热子单元和小臂制冷制热子单元。所述的手部制冷制热子单元由导热手套、制冷片固定薄膜、半导体制冷片、制冷器、柔性水管和保护外套组成；所述的导热手套可以穿戴在患者的手部；所述的制冷片固定薄膜粘贴固定在导热手套外表层，其位于手背、手掌、手指上侧、手指下侧部位上均设置有方形槽；所述的制冷片为方形薄片，安装在制冷片固定薄膜上的方形槽中，所述的手背、手掌、5根手指部位均有多个半导体制冷片，并且按照手背、手掌和5根手指分成7个区域，每个区域的半导体制冷片串联接线；所述的制冷器为方向金属片，其侧面上设置有两个通孔，所述的制冷器固定在所述的半导体制冷片上表面；所述的柔性水管包括7根水管，分别用于手背区域、手掌区域和5根手指区域的制冷器的连接；所述的保护外套为手套形状的薄膜，覆在所述的制冷器和柔性水管的外表层上，起保护作用。所述的小臂制冷制热子单元为长方形结构，由导热层、制冷片固定薄膜、半导体制冷片、制冷器、柔性水管和保护外套组成；所述的导热层为长方形导热薄膜，使用时缠绕在患者手臂上；所述的制冷片固定薄膜粘贴固定在导热层外表层，制冷片固定薄膜为形状和大小与导热层相同的薄膜结构，其上设置有多排方形槽；所述的制冷片为安装在制冷片固定薄膜上的方形槽中，所述的半导体制冷片按照每排分为一个区域，每个区域的半导体制冷片串联接线；所述的制冷器固定在所述的半导体制冷片上表面，也按排分为多个区域，每排制冷器由一根柔性水管连接；所述的保护外套为长方形薄膜，覆在所述的多排制冷器和柔性水管的外表层上，起保护作用。所述的运动训练模块包括调节滑块、固定绑带和形状记忆合金片；所述的调节滑块包括掌骨滑块和手指滑块；所述的掌骨滑块为长方体状的块，设置在所述的手部制冷制热子单元的导热手套和制冷片固定薄膜之间，位于掌骨手背一侧，其向着手指尖的一侧面上设计有5个窄槽，分别对应5个手指伸展的方向，通过所述的固定绑带固定在患者手背部；所述的手指滑块包括5根手指上的滑块，组成及工作原理相同，以食指为例，包括近节滑块、中节滑块和远节滑块，所述的节滑块、中节滑块和远节滑块均为个长方体状的块，设置在所述的手部制冷制热子单元的导热手套和制冷片固定薄膜之间，位于手指近节、中节、远节的手背侧，其侧面顺着手指方向设计有缝隙槽；所述近节滑块、中节滑块和远节滑块的四个角上各连接有一条所述的固定绑带，所述的固定绑带的另一端穿出导热手套，用于在运动训练时将调节滑块固定在手指指节上，防止滑动；所述的形状记忆合金片为长条形片，每根手指包括第一合金片、第二合金片、第三合金片；所述的第一合金片一端插入所述的掌骨滑块上的槽中，另一端插入所述的近节滑块的缝隙槽内；所述的第二合金片一端插入所述的近节滑块上的缝隙槽内，另一端插入所述的中节滑块的缝隙槽内；所述的第三合金片一端插入所述的中节滑块上的缝隙槽内，另一端插入所述的远节滑块的缝隙槽内。所述的形状记忆合金在达到相变温度时会发生变形，恢复母相，形变过程中产生的力用于驱动手指关节运动，通过对手部制冷制热子单元的半导体制冷片的工作电压和工作电流方向控制，实现对形状记忆合金在相变温度上下周期温度变化，从而实现的形状记忆合金片的周期性弯曲和伸展，驱动手指的弯曲和伸展；所述的调节滑块用于固定形状记忆合金片，实现形状记忆合金形片变过程中的长度调节，保证形状记忆合金片与手的贴合；所述的固定绑带将手套与手紧固在一起，保证运动训练过程中不发生滑脱现象。所述的水箱由水槽、水泵、水管接头组成，所述的水槽内盛有适量的水；所述的水泵用来驱动水在水管内的循环流动；所述的水管接头分为一组出水接头和一组进水接头；所述的出水接头与手部制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脑卒中患者手部功能康复机器人，其特征在于，包括：制冷制热模块、运动训练模块、供水单元、传感器单元和控制箱；所述的制冷制热模块包括手部制冷制热子单元和小臂制冷制热子单元；/n所述的手部制冷制热子单元由导热手套、制冷片固定薄膜、半导体制冷片、制冷器、柔性水管和保护外套组成；所述的导热手套用以穿戴在患者的手部；所述的制冷片固定薄膜粘贴固定在导热手套外表层，在半导体制冷片固定薄膜对应手背、手掌、手指上侧、手指下侧的部位上均设置有放置槽；所述的半导体制冷片安装在制冷片固定薄膜上的放置槽中；手背、手掌和5根手指分成7个半导体制冷区域，每个半导体制冷区域的半导体制冷片串联接线；所述的制冷器固定在所述的半导体制冷片上表面，所述的制冷器为金属片，在金属片侧面上设置有两个通孔；所述的柔性水管包括7根水管，分别用于与手背区域、手掌区域和5根手指区域的制冷器的连接；所述的保护外套为手套形状的薄膜，覆在所述的制冷器和柔性水管的外表层上；/n所述的小臂制冷制热子单元由导热层、制冷片固定薄膜、半导体制冷片、制冷器、柔性水管和保护外套组成；所述的导热层为导热薄膜，使用时缠绕在患者手臂上；所述的制冷片固定薄膜粘贴固定在导热层外表层，制冷片固定薄膜为形状和大小与导热层相同的薄膜结构，其上设置有多排安装槽；所述的制冷片为安装在制冷片固定薄膜上的安装中，所述的半导体制冷片按照每排分为一个区域，每个区域的半导体制冷片串联接线；所述的制冷器固定在所述的半导体制冷片上表面，也按排分为多个区域，每排制冷器由一根柔性水管连接；所述的保护外套覆在所述的多排制冷器和柔性水管的外表层上；/n所述的运动训练模块包括调节滑块、固定绑带和形状记忆合金片；所述的调节滑块包括掌骨滑块和手指滑块；所述的掌骨滑块为长方体状的块，设置在所述的手部制冷制热子单元的导热手套和制冷片固定薄膜之间，位于掌骨手背一侧，其向着手指尖的一侧面上设计有5个窄槽，分别对应5个手指伸展的方向，通过所述的固定绑带固定在患者手背部；所述的手指滑块包括位于每根手指上的5根，包括近节滑块、中节滑块和远节滑块，所述的近节滑块、中节滑块和远节滑块均为个长方体状的块，设置在所述的手部制冷制热子单元的导热手套和制冷片固定薄膜之间，位于手指近节、中节、远节的手背侧，其侧面顺着手指方向设计有缝隙槽；所述近节滑块、中节滑块和远节滑块的四个角上各连接有一条所述的固定绑带，所述的固定绑带的另一端穿出导热手套，用于在运动训练时将调节滑块固定在手指指节上，防止滑动；所述的形状记忆合金片为长条形片，每根手指包括第一合金片、第二合金片、第三合金片；所述的第一合金片一端插入所述的掌骨滑块上的槽中，另一端插入所述的近节滑块的缝隙槽内；所述的第二合金片一端插入所述的近节滑块上的缝隙槽内，另一端插入所述的中节滑块的缝隙槽内；所述的第三合金片一端插入所述的中节滑块上的缝隙槽内，另一端插入所述的远节滑块的缝隙槽内；/n所述的传感器单元包括温度传感器子单元，所述的温度传感器子单元包括多个温度传感器，分别置于手部制冷制热子单元的手背、手掌、5根手指的半导体制冷片下方，位于导热手套和制冷片固定薄膜之间；/n所述供水单元与所述小臂制冷制热子单元的柔性水管及手部制冷制热子单元的柔性水管连接并提供循环冷却水；/n所述的控制箱包括传感器数据采集单元、温度控制单元及驱动模块；所述的数据采集单元将所述的传感器单元的数据进行采集和存储；所述的温度控制单元完成对半导体制冷片电压和电流流向的控制，从而控制半导体制冷片的制冷温度及实现制冷和制热的切换控制，所述的温度控制单元完成对水泵的流速控制；所述的驱动模块生成多路电压，实现对所述的半导体制冷片的驱动。/n...

【技术特征摘要】
1.一种脑卒中患者手部功能康复机器人，其特征在于，包括：制冷制热模块、运动训练模块、供水单元、传感器单元和控制箱；所述的制冷制热模块包括手部制冷制热子单元和小臂制冷制热子单元；
所述的手部制冷制热子单元由导热手套、制冷片固定薄膜、半导体制冷片、制冷器、柔性水管和保护外套组成；所述的导热手套用以穿戴在患者的手部；所述的制冷片固定薄膜粘贴固定在导热手套外表层，在半导体制冷片固定薄膜对应手背、手掌、手指上侧、手指下侧的部位上均设置有放置槽；所述的半导体制冷片安装在制冷片固定薄膜上的放置槽中；手背、手掌和5根手指分成7个半导体制冷区域，每个半导体制冷区域的半导体制冷片串联接线；所述的制冷器固定在所述的半导体制冷片上表面，所述的制冷器为金属片，在金属片侧面上设置有两个通孔；所述的柔性水管包括7根水管，分别用于与手背区域、手掌区域和5根手指区域的制冷器的连接；所述的保护外套为手套形状的薄膜，覆在所述的制冷器和柔性水管的外表层上；
所述的小臂制冷制热子单元由导热层、制冷片固定薄膜、半导体制冷片、制冷器、柔性水管和保护外套组成；所述的导热层为导热薄膜，使用时缠绕在患者手臂上；所述的制冷片固定薄膜粘贴固定在导热层外表层，制冷片固定薄膜为形状和大小与导热层相同的薄膜结构，其上设置有多排安装槽；所述的制冷片为安装在制冷片固定薄膜上的安装中，所述的半导体制冷片按照每排分为一个区域，每个区域的半导体制冷片串联接线；所述的制冷器固定在所述的半导体制冷片上表面，也按排分为多个区域，每排制冷器由一根柔性水管连接；所述的保护外套覆在所述的多排制冷器和柔性水管的外表层上；
所述的运动训练模块包括调节滑块、固定绑带和形状记忆合金片；所述的调节滑块包括掌骨滑块和手指滑块；所述的掌骨滑块为长方体状的块，设置在所述的手部制冷制热子单元的导热手套和制冷片固定薄膜之间，位于掌骨手背一侧，其向着手指尖的一侧面上设计有5个窄槽，分别对应5个手指伸展的方向，通过所述的固定绑带固定在患者手背部；所述的手指滑块包括位于每根手指上的5根，包括近节滑块、中节滑块和远节滑块，所述的近节滑块、中节滑块和远节滑块均为个长方体状的块，设置在所述的手部制冷制热子单元的导热手套和制冷片固定薄膜之间，位于手指近节、中节、远节的手背侧，其侧面顺着手指方向设计有缝隙槽；所述近节滑块、中节滑块和远节滑块的四个角上各连接有一条所述的固定绑带，所述的固定绑带的另一端穿出导热手套，用于在运动训练时将调节滑块固定在手指指节上，防止滑动；所述的形状记忆合金片为长条形片，每根手指包括第一合金片、第二合金片、第三合金片；所述的第一合金片一端插入所述的掌骨滑块上的槽中，另一端插入所述的近节滑块的缝隙槽内；所述的第二合金片一端插入所述的近节滑块上的缝隙槽内，另一端插入所述的中节滑块的缝隙槽内；所述的第三合金片一端插入所述的中节滑块上的缝隙槽内，另一端插入所述的远节滑块的缝隙槽内；
所述的传感器单元包括温度传感器子单元，所述的温度传感器子单元包括多个温度传感器，分别置于手部制冷制热子单元的手背、手掌、5根手指的半导体制冷片下方，位于导热手套和制冷片固定薄膜之间；
所述供水单元与所述小臂制冷制热子单元的柔性水管及手部制冷制热子单元的柔性水管连接并提供循环冷却水；
所述的控制箱包括传感器数据采集单元、温度控制单元及驱动模块；所述的数据采集单元将所述的传感器单元的数据进行采集和存储；所述的温度控制单元完成对半导体制冷片电压和电流流向的控制，从而控制半导体制冷片的制冷温度及实现制冷和制热的切换控制，所述的温度控制单元完成对水泵的流速控制；所述的驱动模块生成多路电压，实现对所述的半导体制冷片的驱动。


2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述的传感器单元还包括倾角传感器子单元、指尖压力传感器子单元、肌肉张力检测子单元及肌电检测子单元；所述的倾角传感器子单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军，江朝军，宋爱国，李汉，黄繁章，刘琪，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32