1.一種基于氣動肌肉和磁流變阻尼器的手指康復訓練裝置,其特征在于:包括:
機械手固定板,其立向設(shè)置,機械手固定板后側(cè)板面連接有可調(diào)節(jié)綁帶;
四根掌骨,其分別沿前后方向設(shè)置,四根掌骨后端分別連接在機械手固定板前側(cè)板面上部不同位置;
四個氣動肌肉組,每個氣動肌肉組分別由兩個沿前后方向設(shè)置的氣動肌肉A和B構(gòu)成,四個氣動肌肉組一一對應設(shè)置在掌骨右側(cè),每個氣動肌肉組中兩氣動肌肉A和B后端分別各自通過U型連接件鉸接在機械手固定板前側(cè)板面上;
四個磁流變阻尼器B,分別各自具有外殼體B和中心軸沿左右水平方向的旋轉(zhuǎn)軸B,四個磁流變阻尼器B分別通過各自的外殼體B一一對應連接在掌骨前端,每個磁流變阻尼器B中,旋轉(zhuǎn)軸B的左、右端分別穿出對應的外殼體B,且旋轉(zhuǎn)軸B的右端分別同軸固定安裝有第二關(guān)節(jié)同步帶輪,且第二關(guān)節(jié)同步帶輪一一對應位于氣動肌肉組前方,每個第二關(guān)節(jié)同步帶輪上分別繞過有鋼絲繩,鋼絲繩兩端分別連接在位置對應的氣動肌肉組中兩個氣動肌肉A和B前端,每個外殼體B的左側(cè)分別設(shè)有角度傳感器B,每個角度傳感器B的基座分別通過支撐板與對應的掌骨前端固定連接,每個角度傳感器B的輸入軸分別與對應的磁流變阻尼器中旋轉(zhuǎn)軸B的左端同軸固定連接;
四個第二關(guān)節(jié)支撐架,其分別沿前后方向設(shè)置,并一一對應設(shè)置在磁流變阻尼器B前方,每個第二關(guān)節(jié)支撐架后端分別通過延伸部與對應的磁流變阻尼器B中旋轉(zhuǎn)軸B左端固定連接,每個第二關(guān)節(jié)支撐架底部分別連接有第二關(guān)節(jié)指托;
四個磁流變阻尼器A,分別各自具有外殼體A和中心軸沿左右水平方向的旋轉(zhuǎn)軸A,四個磁流變阻尼器A分別通過各自的外殼體A一一對應連接在第二關(guān)節(jié)支撐架前端,每個磁流變阻尼器A中,旋轉(zhuǎn)軸A的左、右端分別穿出對應的外殼體A,且旋轉(zhuǎn)軸A的右端分別同軸固定安裝有第一關(guān)節(jié)同步帶輪,第一關(guān)節(jié)同步帶輪一一對應位于第二關(guān)節(jié)同步帶輪前方,且第一關(guān)節(jié)同步帶輪與第二關(guān)節(jié)同步帶輪之間通過同步齒形帶傳動連接,每個外殼體A的左側(cè)分別設(shè)有角度傳感器A,每個角度傳感器A的基座分別通過支撐板與對應的第二關(guān)節(jié)支撐架固定連接,每個角度傳感器A的輸入軸分別與對應的磁流變阻尼器中旋轉(zhuǎn)軸A的左端同軸固定連接;
四個第一關(guān)節(jié)支撐架,其分別沿前后方向設(shè)置,并一一對應設(shè)置在磁流變阻尼器A前方,每個第一關(guān)節(jié)支撐架后端分別通過延伸部與對應的磁流變阻尼器A中旋轉(zhuǎn)軸A左端固定連接,每個第一關(guān)節(jié)支撐架底部分別連接有第一關(guān)節(jié)指托。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于氣動肌肉和磁流變阻尼器的手指康復訓練裝置,其特征在于:還包括一一對應配置于四個氣動肌肉組的氣動系統(tǒng),每個氣動系統(tǒng)分別包括氣壓源、氣源調(diào)節(jié)裝置、兩個減壓閥、比例壓力閥A、比例壓力閥B、電磁換向閥A、電磁換向閥B,氣壓源通過管路與氣源調(diào)節(jié)裝置進氣口連接,氣源調(diào)節(jié)裝置出氣口分別通過管路與兩個減壓閥進氣口連接,其中一個減壓閥出氣口通過管路與比例壓力閥A進氣口連接,另一個減壓閥出氣口通過管路與比例壓力閥B進氣口連接,且比例壓力閥A、比例壓力閥B與對應的減壓閥之間管路上分別安裝有壓力計,比例壓力閥A出氣口通過管路與電磁換向閥A進氣口連接,比例壓力閥B出氣口通過管路與電磁換向閥B進氣口連接,且比例壓力閥A、比例壓力閥B、電磁換向閥A、電磁換向閥B上分別安裝有消聲器,電磁換向閥A出氣口通過管路與對應的氣動肌肉組中其中一個氣動肌肉A的進氣口連接,電磁換向閥B出氣口通過管路與對應的氣動肌肉組中另一個氣動肌肉B的進氣口連接,且電磁換向閥A與對應的氣動肌肉A之間管路上靠近氣動肌肉A進氣口位置安裝有壓力傳感器A,電磁換向閥B與對應的氣動肌肉B之間管路上靠近氣動肌肉B進氣口位置安裝有壓力傳感器B。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于氣動肌肉和磁流變阻尼器的手指康復訓練裝置,其特征在于:還包括傳感與控制系統(tǒng),傳感與控制系統(tǒng)包括所述的角度傳感器A、角度傳感器B、壓力傳感器A、壓力傳感器B,以及兩個電流控制器、四個D/A轉(zhuǎn)換器、四個A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)采集板卡和計算機,所述計算機與數(shù)據(jù)采集板卡雙向通訊連接,所述角度傳感器A、角度傳感器B、壓力傳感器A、壓力傳感器B的輸出端一一對應與A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端連接,A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端分別與數(shù)據(jù)采集板卡的輸入端連接,數(shù)據(jù)采集板卡的輸出端分別與四個D/A轉(zhuǎn)換器的輸入端連接,其中兩個D/A轉(zhuǎn)換器的輸出端一一對應與比例壓力閥A、比例壓力閥B的輸入端連接,另外兩個D/A轉(zhuǎn)換器的輸出端一一對應與兩個電流控制器的輸入端連接,兩個電流控制器的輸出端一一對應與磁流變阻尼器A、磁流變阻尼器B的輸入端連接。
4.一種基于氣動肌肉和磁流變阻尼器的手指康復訓練方法,其特征在于:為被動訓練方法,包括以下步驟:
(1)、進行系統(tǒng)初始化,調(diào)整電磁換向閥A、B處于右位工作,磁流變阻尼器A、B處于失電狀態(tài);
(2)、由計算機發(fā)出指令開啟傳感與控制系統(tǒng),患者在醫(yī)生幫助下完成一次抓握和伸展動作。抓握過程中,壓力傳感器B采集氣動肌肉B的壓力信號,伸展過程中,壓力傳感器A采集氣動肌肉A的壓力信號;角度傳感器A、B分別采集第一關(guān)節(jié)同步帶輪、第二關(guān)節(jié)同步帶輪的角度信號;
(3)、所采集的壓力信號和角度信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器后輸入數(shù)據(jù)采集板卡,由計算機分別求得抓握過程中氣動肌肉B和伸展過程中氣動肌肉A所需氣壓值;
(4)、在無醫(yī)生幫助下,由計算機發(fā)出開機指令,開啟氣壓源進行供氣,壓力氣體依此經(jīng)氣源調(diào)節(jié)裝置過濾、減壓閥穩(wěn)壓;
(5)、保持電磁換向閥A處于右位,調(diào)整電磁換向閥B處于左位,計算機按所需氣壓值向數(shù)據(jù)采集板卡輸出控制信號,經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器后調(diào)節(jié)比例壓力閥B的開度,控制氣動肌肉B的進氣壓力,驅(qū)動鋼絲繩下段收縮,帶動第二關(guān)節(jié)同步帶輪作逆時針轉(zhuǎn)動,進而依次驅(qū)動第二關(guān)節(jié)支撐架、第二關(guān)節(jié)指托作逆時針擺動;與此同時,第二關(guān)節(jié)同步帶輪經(jīng)同步齒形帶,帶動第一關(guān)節(jié)同步帶輪作逆時針轉(zhuǎn)動,進而依次驅(qū)動第一關(guān)節(jié)支撐架、第一關(guān)節(jié)指托作逆時針擺動;根據(jù)采集的壓力和角度信號實時調(diào)整氣壓值,輔助患者完成手指抓握動作的被動康復訓練;
(6)、調(diào)整電磁換向閥A處于左位,電磁換向閥B處于右位,計算機按所需氣壓值向數(shù)據(jù)采集板卡輸出控制信號,經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器后調(diào)節(jié)比例壓力閥A的開度,控制氣動肌肉A的進氣壓力,驅(qū)動鋼絲繩上段收縮,帶動第二關(guān)節(jié)同步帶輪作順時針轉(zhuǎn)動,進而依次驅(qū)動第二關(guān)節(jié)支撐架、第二關(guān)節(jié)指托作順時針擺動;與此同時,第二關(guān)節(jié)同步帶輪經(jīng)同步齒形帶,帶動第一關(guān)節(jié)同步帶輪作順時針轉(zhuǎn)動,進而依次驅(qū)動第一關(guān)節(jié)支撐架、第一關(guān)節(jié)指托作順時針擺動;根據(jù)采集的壓力和角度信號實時調(diào)整氣壓值,輔助患者完成手指伸展動作的被動康復訓練;
(7)、重復步驟(5)~步驟(6),直至訓練結(jié)束,由計算機發(fā)出停機指令,依次關(guān)閉氣動系統(tǒng)、傳感與控制系統(tǒng),停止信號采集和數(shù)據(jù)處理。
5.一種基于氣動肌肉和磁流變阻尼器的手指康復訓練方法,其特征在于:為主動訓練方法,包括以下步驟:
(1)、進行系統(tǒng)初始化,調(diào)整電磁換向閥A、B處于右位工作,磁流變阻尼器A、B處于失電狀態(tài);
(2)、由計算機發(fā)出開機指令,開啟傳感與控制系統(tǒng);
(3)、患者通過指托自行完成抓握和伸展動作,抓握過程中,壓力傳感器B采集氣動肌肉B的壓力信號,伸展過程中,壓力傳感器A采集氣動肌肉A的壓力信號;角度傳感器A、B分別采集第一關(guān)節(jié)同步帶輪、第二關(guān)節(jié)同步帶輪的角度信號;
(4)、所采集的壓力信號和角度信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器后輸入數(shù)據(jù)采集板卡,由計算機求得抓握和伸展動作中每根手指關(guān)節(jié)的彎曲力量以及磁流變阻尼器A、B所需提供的控制電流值;
(5)、在下一次抓握和伸展動作中,根據(jù)步驟四中求得的磁流變阻尼器A、B控制電流值,由計算機向數(shù)據(jù)采集板卡輸出控制信號,經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器后控制電流控制器的輸出電流,調(diào)節(jié)磁流變阻尼器A、B的勵磁強度,進而為手指主動運動提供合適的阻尼力,以達到訓練增強手指肌肉力量的目的;
(6)、重復步驟(3)~步驟(5),直至訓練結(jié)束,由計算機發(fā)出停機指令,關(guān)閉傳感與控制系統(tǒng),停止信號采集和數(shù)據(jù)處理。