一种便携式辅助恢复手功能的康复训练系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种便携式辅助恢复手功能的康复训练系统，包括：硬件设备端和上位终端，硬件设备端具有弯曲度传感装置、手部驱动机械模块和无线通信模块，弯曲度传感装置包括手套、多个弯曲度传感器和主控制器，多个弯曲度传感器分别安装在手套表面对应手指关节的位置，主控制器连接并控制弯曲度传感器；手部驱动机械模块可拆卸地安装在手套表面，主控制器连接手部驱动机械模块，并控制手部驱动机械模块带动手套弯曲和伸张；主控制器连接无线通信模块；上位终端具有与硬件设备端配套使用的APP，上位终端通过无线通信模块与主控制器无线连接。本实用新型专利技术系统轻巧便携，训练针对性强，使用范围广。

【技术实现步骤摘要】
一种便携式辅助恢复手功能的康复训练系统
本技术涉及嵌入式系统和康复医学
，特别涉及一种便携式辅助恢复手功能的康复训练系统。
技术介绍
随着人口老龄化加剧，偏瘫患者的数量不断增加，同时，因生产事故、交通事故等意外而造成手功能受损的人数也越来越多。因此，如何更加有效地对这些患者进行康复治疗，既是老龄化的现实需求，也是信息科学、神经科学、康复学科等学科交叉的研究热点。传统的康复手段不仅费用十分昂贵，并且市场上许多手康复设备体积大且重量大，仅适用于室内空间较大的地方，而且部分设备必须在220V供电时才能使用，使得使用范围受限，患者无法随时主动参与以及需要康复师的指导陪伴等因素，手功能恢复效果较差。现有的手康复训练设备无论在硬件平台上还是APP方面，对于设备实时性、弯曲度检测准确性、人工智能算法的建立方面，都有不足甚至是欠缺，具有一定的局限性。且市场上大多手功能康复设备不具有实时反馈性，只能依赖市场销量反馈进行改进，导致反馈周期长且反馈内容少，很难在短时间内改进。因此，有必要研究出能够克服现有缺陷的新的手康复训练设备。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种便携式辅助恢复手功能的康复训练系统，该系统轻巧便携，训练针对性强，使用范围广。本技术的目的通过下述技术方案实现：一种便携式辅助恢复手功能的康复训练系统，包括：硬件设备端和上位终端，硬件设备端具有弯曲度传感装置、手部驱动机械模块和无线通信模块，其中，弯曲度传感装置包括手套、多个弯曲度传感器和主控制器，多个弯曲度传感器分别安装在手套表面对应手指关节的位置以检测手指弯曲数据，手指弯曲数据包括手指本能弯曲程度、弯曲的手指和手指关节角度，主控制器连接并控制弯曲度传感器；手部驱动机械模块可拆卸地安装在手套表面，主控制器连接手部驱动机械模块，并控制手部驱动机械模块带动手套弯曲和伸张，从而带动穿戴于手套内的手指关节的弯曲和伸张；主控制器连接无线通信模块；上位终端具有与硬件设备端配套使用的APP，上位终端通过无线通信模块与主控制器无线连接。优选的，手部驱动机械模块包括模拟手部骨架、传动模块、电机驱动芯片和扭矩电机，传动模块和扭矩电机设于模拟手部骨架，电机驱动芯片的输入端连接主控制器，电机驱动芯片的输出端连接扭矩电机，主控制器通过电机驱动芯片控制扭矩电机的运行状态；扭矩电机连接传动模块，并通过传动模块带动手套弯曲和伸张，从而带动穿戴于手套内的手指关节的弯曲和伸张。更进一步的，弯曲度传感器通过线缆连接主控制器的输入端，主控制器的输出端通过线缆连接电机驱动芯片。更进一步的，传动模块和扭矩电机的数量均为14个，每个扭矩电机对应一个传动模块并共同构成一组关节驱动组；模拟手部骨架由角铁拼接而成，模拟手部骨架具有对应大拇指、食指、中指、无名指和尾指的五个手指区域，大拇指区域具有两组关节驱动组，其他四个手指区域分别具有三组关节驱动组；每个关节驱动组设置于所在手指区域对应手指关节的位置，作为关节，两个关节驱动组之间的连接部分作为手指段，相邻的两个手指段通过关节转动连接。更进一步的，每个传动模块具有两个锥齿轮，两个锥齿轮设置在扭矩电机的同一端，且其中一个由角铁固定，另一个由扭矩电机固定，两个锥齿轮相互啮合并形成锥齿轮传动；在相邻的两个手指段中，前一手指段的输出端锥齿轮与后一手指段的承受端锥齿轮啮合，形成锥齿轮传动。优选的，硬件设备端还包括供电模块，供电模块具有锂电池和锂电池稳压电路，锂电池稳压电路由外接低压差线性稳压器和相应的稳压器保护电路组成，锂电池通过锂电池稳压电路连接弯曲度传感器、主控制器、电机驱动芯片、扭矩电机和无线通信模块。更进一步的，供电模块还具有USB充电管理电路和USB接口，USB充电管理电路为以锂电池充电管理芯片为主的充电电路，USB接口通过USB充电管理模块连接锂电池。优选的，弯曲度传感装置绑在手套正面，手部驱动机械模块绑在手套背面，手套正面对应手心，手套背面对应手背。优选的，手套为丁腈手套；主控制器为STM32嵌入式平台；扭矩电机为带有减速器的微型电机。优选的，无线通信模块为蓝牙通信模块、3G/4G/5G模块或者wifi模块；上位终端包括台式电脑、笔记本电脑、智能手机和平板。本技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：(1)本技术便携式辅助恢复手功能的康复训练系统，包括硬件设备端和上位终端，硬件设备端具有弯曲度传感装置、手部驱动机械模块和无线通信模块，弯曲度传感装置包括手套、多个弯曲度传感器和主控制器，手部驱动机械模块可拆卸地安装在手套表面，主控制器连接手部驱动机械模块和弯曲度传感装置，上位终端具有与硬件设备端配套使用的APP，APP通过无线通信模块与主控制器无线连接。通过佩戴丁腈手套，手套上的弯曲度传感器就可以将获取的数据直接传输至主控制器，通过主控制器控制手部驱动机械模块来带动手套弯曲和伸张，通过APP可以选择所需的训练模式和查看APP的康复动画，以此进行康复训练。因此，本技术康复训练系统可以取代传统的体积大重量大的康复设备，体积小，重量小，便于携带，不仅可在室内多种地方使用，也可在室外使用，方便手功能障碍患者进行康复训练，也缓和国内手功能康复师较少的现状，减少医护人员的压力，具有较好的临床意义和应用前景。(2)本技术康复训练系统中，选用STM32系列芯片构成的嵌入式平台作为主控制器，由于STM32系列芯片性能强大而开发简便，计算能力强，其72M-180M的主频和强大的管脚复用功能可以轻松实现对设备的控制，且利用STM32系列芯片的FSMC功能可将LCD的显存视为SRAM从而实现LCD显示相关信息，因此康复训练系统可以达到相当高的实时性和准确性。(3)本技术康复训练系统中，在手套表面对应手指关节的位置分别安装有弯曲度传感器，能够准确检测到手指弯曲数据包括手指本能弯曲程度、弯曲的手指和手指关节角度，在手部驱动机械模块中，模拟手部骨架的每个手指区域在手指关节位置分别设置有关节驱动组，由此可以带动穿戴于手套内的手指关节的弯曲和伸张，实现康复训练。(4)本技术康复训练系统中，APP可以基于个人的手指弯曲数据来设定更为准确和更针对性的训练强度；通过APP可以选择主动训练模式、从动训练模式或自定义训练模式，选择灵活，适用范围也更广。附图说明图1是本技术便携式辅助恢复手功能的康复训练系统的结构示意图。图2(a)是弯曲度传感器安装在手套上的示意图。图2(b)是弯曲度传感器和手部驱动机械模块安装在手套上的示意图。图3是图1系统中手部驱动机械模块的示意图。图4是图1系统的工作流程图。图5是APP与硬件设备端配套使用的流程图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本技术作进一步详细的描述，但本技术的实施方式不限于此。实施例本实施例公开了一种便携式辅助恢复手功能的康复训本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种便携式辅助恢复手功能的康复训练系统，其特征在于，包括：硬件设备端和上位终端，硬件设备端具有弯曲度传感装置、手部驱动机械模块和无线通信模块，其中，/n弯曲度传感装置包括手套、多个弯曲度传感器和主控制器，多个弯曲度传感器分别安装在手套表面对应手指关节的位置以检测手指弯曲数据，手指弯曲数据包括手指本能弯曲程度、弯曲的手指和手指关节角度，主控制器连接并控制弯曲度传感器；/n手部驱动机械模块可拆卸地安装在手套表面，主控制器连接手部驱动机械模块，并控制手部驱动机械模块带动手套弯曲和伸张，从而带动穿戴于手套内的手指关节的弯曲和伸张；/n主控制器连接无线通信模块；/n上位终端具有与硬件设备端配套使用的APP，上位终端通过无线通信模块与主控制器无线连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种便携式辅助恢复手功能的康复训练系统，其特征在于，包括：硬件设备端和上位终端，硬件设备端具有弯曲度传感装置、手部驱动机械模块和无线通信模块，其中，
弯曲度传感装置包括手套、多个弯曲度传感器和主控制器，多个弯曲度传感器分别安装在手套表面对应手指关节的位置以检测手指弯曲数据，手指弯曲数据包括手指本能弯曲程度、弯曲的手指和手指关节角度，主控制器连接并控制弯曲度传感器；
手部驱动机械模块可拆卸地安装在手套表面，主控制器连接手部驱动机械模块，并控制手部驱动机械模块带动手套弯曲和伸张，从而带动穿戴于手套内的手指关节的弯曲和伸张；
主控制器连接无线通信模块；
上位终端具有与硬件设备端配套使用的APP，上位终端通过无线通信模块与主控制器无线连接。


2.根据权利要求1所述的便携式辅助恢复手功能的康复训练系统，其特征在于，手部驱动机械模块包括模拟手部骨架、传动模块、电机驱动芯片和扭矩电机，传动模块和扭矩电机设于模拟手部骨架，电机驱动芯片的输入端连接主控制器，电机驱动芯片的输出端连接扭矩电机，主控制器通过电机驱动芯片控制扭矩电机的运行状态；扭矩电机连接传动模块，并通过传动模块带动手套弯曲和伸张，从而带动穿戴于手套内的手指关节的弯曲和伸张。


3.根据权利要求2所述的便携式辅助恢复手功能的康复训练系统，其特征在于，弯曲度传感器通过线缆连接主控制器的输入端，主控制器的输出端通过线缆连接电机驱动芯片。


4.根据权利要求2所述的便携式辅助恢复手功能的康复训练系统，其特征在于，传动模块和扭矩电机的数量均为14个，每个扭矩电机对应一个传动模块并共同构成一组关节驱动组；
模拟手部骨架由角铁拼接而成，模拟手部骨架具有对应大拇指、食指、中指、无名指和尾指的五个手指区域，大拇指区域具有两组关节驱动组，其他四个手指区域分别具有三组关节...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈法明，沈清雄，杨宣宣，莫宇乾，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：新型
国别省市：广东;44