專利名稱：智能康復訓練儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種醫療康復訓練器材，具體為一種多功能的智能康復訓練儀。
背景技術：
目前，我國對康復醫學越來越重視，政府正在加強康復醫院和社區康復中心的建設，并要求全國二級以上醫院在2015年前必須開設康復醫學科，因此，我國對康復器材的需求量也將越來越大。但是，目前很多智能化康復設備研究仍處于起步階段，一些簡單的康復器械應用范圍窄、定位精度差，遠遠不能滿足市場對智能化、人機工程化康復機器人的需求，而相對智能化的康復器械大都存在結構復雜、制造成本高的缺陷，不能夠被廣泛應用
發明內容

本發明的技術目的在于彌補現有技術的不足，提供一種使用方便、功能全面且兼具娛樂性的手部康復訓練儀，
本發明的技術方案為
一種智能康復訓練儀，其特征在于，包括上位機、數據轉接盒和肢體訓練單元，所述肢體訓練單元設有用于患者實施訓練的操作部件以及感應所述操作部件運動狀態的傳感裝置，所述傳感裝置與數據轉接盒連接，通過數據轉接盒將傳感器傳輸的電信號轉換為數字信號發送至上位機中處理，所述上位機設有數據處理系統，所述數據處理系統包括
數據管理模塊，采集患者訓練過程中肢體訓練單元傳感器發送的數據，將該數據按照上位機中預先建立的患者檔案分類存儲并管理；
數據分析模塊，按照預先設置的評價標準對數據管理模塊采集存儲的數據進行評價分析并輸出結果。進一步地，所述上位機設有虛擬游戲模塊，患者通過改變所述操作部件的運動狀態模擬游戲的虛擬角色，虛擬游戲模塊的控制系統根據所述數據管理模塊采集的實時數據選擇驅動游戲進行或顯示的內容，并通過顯示屏顯示游戲的進程。所述數據轉接盒包括主控電路板和微控制系統，微控制系統預設分辨數據轉接盒各接口所連接傳感器類型的識別機制，數據轉接盒上設有若干與所述傳感裝置連接的接口。所述微控制系統可優選采用stm32微控制器等。所述肢體訓練單元包括角度運動訓練器、握力測量訓練器、捏力測量訓練器和中央阻抗訓練器。所述角度運動訓練器包括若干貼在軀體關節處的內置傳感器的貼片，通過所述貼片采集軀體關節處包括屈伸范圍和旋轉角度在內的運動狀態數據。進一步地，所述貼片可設為箱型，貼片外側面中的一面或多面根據貼片使用的關節位置設為平面或弧形面。所述中央阻抗訓練器的阻尼產生機構采用可調阻尼器，并在訓練器外部設有調整阻尼器阻抗值的刻度盤，方便患者根據自身狀況選擇合適的訓練強度。中央阻抗訓練器的傳感裝置優選采用光電編碼器，這種非接觸的方式計量精度高、部件使用壽命長，所述光電編碼器的碼盤安裝在可調阻尼器的轉動主軸上，實時采集可調阻尼器的角度變化信息。作為優選，所述可調阻尼器采用磁阻尼器。所述握力測量訓練器的操作部件包括并列設置的掌握把和指握把，所述掌握把、指握把與手部的接觸面設為與手掌形狀契合的弧形；掌握把和指握把的上下兩端通過壓掣件連接，所述壓掣件的桿身上設有若干平行間隔設置的隔板，所述指握把的上下兩端卡在任兩隔板之間的間隙內，所述掌握把在上下兩端的把筒內各設有一傳感器，上位機通過集合兩傳感器的數據計算出握力值。患者在使用握力測量訓練器的時候，可根據手掌的大小或設定的訓練強度來選擇指握把卡在壓掣件上的位置，即指握把和掌握把之間的間距。所述捏力測量訓練器包括一圓盤狀的受力器，圓盤的上下兩面為手指的施力部位。本發明的有益效果 本發明通過在訓練器材上設置傳感器，可將患者在各種類型訓練器上的運動狀態數據反映到上位機中，進行管理和分析，結構簡單、使用方便；且訓練器材和上位機采用分體設計，通過接口連接，方便了設備的維護和更換，降低了成本，儀器的功能也可通過增加訓練器材的種類來進一步拓展，同時本發明游戲模式的設置增強了儀器的娛樂性和趣味性，適合在本領域內推廣應用。


圖I是本發明結構示意 圖2是數據轉接盒的結構示意 圖3是角度運動訓練器貼片的結構示意 圖4是握力測量訓練器的結構示意 圖5是捏力測量訓練器的結構示意 圖6是中央阻抗訓練器的正面結構示意 圖7是中央阻抗訓練器的背面結構示意 圖8是中央阻抗訓練器實施例一的結構示意 圖9是中央阻抗訓練器實施例二的結構示意 圖10是中央阻抗訓練器實施例三的結構示意 上圖中，I、上位機；2、數據轉接盒；3、捏力測量訓練器；4、握力測量訓練器，41、指握把，42、掌握把，43、壓掣件；5、角度運動訓練器；6、中央阻抗訓練器。
具體實施例方式為了闡明本發明的技術方案及技術目的，下面結合附圖及具體實施方式
對本發明做進一步的介紹。如圖I所示，一種智能康復訓練儀，包括上位機PC、數據轉接盒和多個肢體訓練單元，所述肢體訓練單元包括角度運動訓練器5、握力測量訓練器4、捏力測量訓練器3和中央阻抗訓練器6等。所述肢體訓練單元設有用于患者實施訓練的操作部件以及感應所述操作部件運動狀態的傳感裝置，所述傳感裝置通過數據轉接盒2與上位機連接，傳感裝置將肢體訓練單元的運動信號轉換為電信號，而數據轉接盒2將傳感器傳輸的電信號轉換為數字信號發送至上位機I中處理。上位機I設有數據處理系統和虛擬游戲模塊，所述數據處理系統包括
數據管理模塊，采集患者訓練過程中肢體訓練單元傳感器發送的數據，將該數據按照預先建立的檔案分類存儲并管理；
數據分析模塊，按照預先設置的評價標準對數據管理模塊采集存儲的數據進行評價分析并輸出結果。用戶使用的具體過程如下
用戶通過游戲界面操作上位機的軟件系統，首先建立游戲中的個人檔案和管理設置， 根據用戶訓練的需要選擇相應的訓練單元，用戶控制操作部件來完成游戲，肢體訓練單元的傳感器將用戶訓練過程中的運動狀態信號通過數據轉接盒傳輸給上位機，上位機進行數據處理，記錄訓練結果并分析，最終輸出分析結果。游戲內容如接水果、字母排序等，在游戲過程中，患者通過改變所述操作部件的運動狀態模擬游戲的虛擬角色，虛擬游戲模塊的控制系統根據所述數據管理模塊采集的實時數據選擇驅動游戲進行或顯示的內容，并通過顯示屏顯示游戲的進程。所述數據轉接盒2包括主控電路板和微控制系統，所述微控制系統采用stm32微控制器，如圖2所示，該數據轉接盒2設有四個通用的標準傳感器接口，用來連接上述四個肢體訓練單元的傳感裝置，微控制系統預設識別機制來區分各種不同的肢體訓練單元的傳感器類型，使訓練單元在連接轉接盒時可插入任一個接口，而數據轉接盒2通過串口將轉換后的信號發送給上位機I。同時為了方便使用，數據轉接盒2可采用USB接口的形式與上位機連接，但數據轉接盒2需要對串口信號進行轉換。所述角度運動訓練器5包括若干貼在軀體關節處的內置傳感器的箱型貼片，通過所述貼片采集軀體關節處的運動狀態數據，如肩關節的外擺和內收、肘關節和指關節的屈伸、頭部的轉動等。同時為符合人體手指、手臂等關節的擾度，可將貼片設計為多種不同的弧面和平面，供用戶選擇使用，如圖3所示。如圖4所示，所述握力測量訓練器4的操作部件包括并列設置的掌握把42和指握把41，所述掌握把42、指握把41與手部的接觸面設為與手掌形狀契合的弧形；掌握把42和指握把41的上下兩端通過壓掣件43連接，所述壓掣件43的桿身上設有若干平行間隔設置的隔板，所述指握把41根據使用者手掌的大小卡在相應的隔板之間。所述掌握把42在上下兩端的把筒內各設有一傳感器，上位機通過集合兩傳感器的數據計算出平均的握力值，使測量結果更準確。如圖5所示，所述捏力測量訓練器3包括一圓盤狀的受力器，圓盤的上下兩面為手指的施力部位。使用時，患者使用中指、食指和拇指捏住受力器，根據上位機的信息提示控制捏力的大小完成訓練，上位機根據患者的完成情況記錄數據，并分析手指肌力的水平。所述中央阻抗訓練器6的阻尼產生機構采用可調磁阻尼器，并在訓練器外部設有調整阻尼器阻抗值的刻度盤，如圖7所示，刻度盤份為12個等級，方便患者轉換不同的阻抗力。中央阻抗訓練器6的傳感裝置采用光電編碼器，所述光電編碼器的碼盤安裝在可調阻尼器的轉動主軸上，在患者轉動阻抗器的手柄時，實時采集所述轉動主軸的角度變換。同時，如圖8、圖9和圖10所示，中央阻抗訓練器可通過設置不同結構的手柄適應患者不同肢體部位的阻抗訓練。以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變 化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求
1.一種智能康復訓練儀，其特征在于，包括上位機、數據轉接盒和肢體訓練單元，所述肢體訓練單元設有用于患者實施訓練的操作部件以及感應所述操作部件運動狀態的傳感裝置，所述傳感裝置與數據轉接盒連接，通過數據轉接盒將傳感器傳輸的電信號轉換為數字信號發送至上位機中處理，所述上位機設有數據處理系統，所述數據處理系統包括 數據管理模塊，采集患者訓練過程中肢體訓練單元傳感器發送的數據，將該數據按照預先建立的檔案分類存儲并管理； 數據分析模塊，按照預先設置的評價標準對數據管理模塊采集存儲的數據進行評價分析并輸出結果。
2.根據權利要求I所述的一種智能康復訓練儀，其特征在于，所述上位機設有虛擬游戲模塊，患者通過改變所述操作部件的運動狀態模擬游戲的虛擬角色，虛擬游戲模塊的控制系統根據所述數據管理模塊采集的實時數據選擇驅動游戲進行或顯示的內容，并通過顯示屏顯示游戲的進程。
3.根據權利要求I所述的一種智能康復訓練儀，其特征在于，所述數據轉接盒包括主控電路板和微控制系統，微控制系統預設分辨數據轉接盒各接口所連接傳感器類型的識別機制，數據轉接盒上設有若干與所述傳感裝置連接的接口。
4.根據權利要求I、2或3所述的一種智能康復訓練儀，其特征在于，所述肢體訓練單元包括角度運動訓練器、握力測量訓練器、捏力測量訓練器和中央阻抗訓練器。
5.根據權利要求4所述的一種智能康復訓練儀，其特征在于，所述角度運動訓練器包括若干貼在軀體關節處的內置傳感器的貼片，通過所述貼片采集軀體關節處包括屈伸范圍和旋轉角度在內的運動狀態數據。
6.根據權利要求5所述的一種智能康復訓練儀，其特征在于，所述貼片設為箱型，貼片外側面中的一面或多面根據貼片使用的關節位置設為平面或弧形面。
7.根據權利要求4所述的一種智能康復訓練儀，其特征在于，所述中央阻抗訓練器的阻尼產生機構采用可調阻尼器，并在訓練器外部設有調整阻尼器阻抗值的刻度盤，中央阻抗訓練器的傳感裝置采用光電編碼器，所述光電編碼器的碼盤安裝在可調阻尼器的轉動主軸上。
8.根據權利要求6所述的一種智能康復訓練儀，其特征在于，所述可調阻尼器為磁阻尼器。
9.根據權利要求4所述的一種智能康復訓練儀，其特征在于，所述握力測量訓練器的操作部件包括并列設置的掌握把和指握把，所述掌握把、指握把與手部的接觸面設為與手掌形狀契合的弧形；掌握把和指握把的上下兩端通過壓掣件連接，所述壓掣件的桿身上設有若干平行間隔設置的隔板，所述指握把的上下兩端卡在任兩隔板之間的間隙內，所述掌握把在上下兩端的把筒內各設有一傳感器，上位機通過集合兩傳感器的數據計算出握力值。
10.根據權利要求4所述的一種智能康復訓練儀，其特征在于，所述捏力測量訓練器包括一圓盤狀的受力器，圓盤的上下兩面為手指的施力部位。
全文摘要
一種智能康復訓練儀，其特征在于，包括上位機、數據轉接盒和肢體訓練單元，所述肢體訓練單元設有用于患者實施訓練的操作部件以及感應所述操作部件運動狀態的傳感裝置，所述傳感裝置與數據轉接盒連接，通過數據轉接盒將傳感器傳輸的電信號轉換為數字信號發送至上位機中處理，所述上位機設有數據處理系統。本發明可通過上位機采集患者使用肢體訓練器械的訓練數據，并通過建檔的方式對患者的訓練情況進行分類管理和分析，使患者和醫生可以直觀、及時地了解康復訓練的進程，并且本發明結構簡單、操作方便、容易維護，通過游戲模塊的設置，可進一步增強本發明的娛樂性和趣味性。
文檔編號A61H1/00GK102813518SQ20121033257
公開日2012年12月12日 申請日期2012年9月11日 優先權日2012年9月11日
發明者黃觀庭, 陳燕云, 毛代西, 吳魏, 李智明, 孫坤, 唐粲, 程勝, 張建偉 申請人:昆山市工業技術研究院有限責任公司