帮助用户移动手的可佩戴式助力设备.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201010183113.1

申请日:

2010.05.26

公开号:

CN101897643A

公开日:

2010.12.01

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):A61H 1/02申请日:20100526|||公开

IPC分类号:

A61H1/02

主分类号:

A61H1/02

申请人:

香港理工大学

发明人:

汤启宇; 何思杰; 陈大为; 陈默; 周宏甫; 彭民杰

地址:

中国香港九龙红磡

优先权:

2009.05.26 US 12/472,295

专利代理机构:

深圳市顺天达专利商标代理有限公司 44217

代理人:

郭伟刚

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内容摘要

一种训练用户移动手的康复系统,所述系统包括:连到用户手上的平台;多个可操作地连接到所述平台上的手指组件,每个手指组件具有:马达、用于掌指关节且具有可操作地连接到所述马达的近位导轨的近位跟随组件、用于近指关节且具有可操作的连接到所述近位跟随组件的中间导轨的中间跟随组件;其中,所述近位导轨的指关节指示器对应于第一虚拟中心,所述中间导轨的指关节指示器对应于第二虚拟中心,将所述指关节指示器对齐到所述虚拟中心使得使得当所述近位跟随组件和中间跟随组件被马达启动时,手指的运动得到控制,且可将手指的旋转轴线维持围绕每个虚拟中心。实施本发明,用户能够主动参与控制康复训练。

权利要求书

1: 一种训练用户移动手的康复系统, 所述系统包括 : 连到用户手上的平台 ; 多个可操作地连接到所述平台上的手指组件, 每个手指组件具有 : 马达、 用于掌指关节 的且具有可操作地连接到所述马达上的近位导轨的近位跟随组件、 用于近指关节且具有可 操作地连接到所述近位跟随组件上的中间导轨的中间跟随组件 ; 其特征在于, 所述近位导轨的指关节指示器对应于第一虚拟中心, 所述中间导轨的指 关节指示器对应于第二虚拟中心, 将所述指关节指示器对齐到所述虚拟中心上可以使得当 所述近位跟随组件和中间跟随组件被马达启动时, 手指的运动得到控制, 且可将手指的旋 转轴线维持围绕每个虚拟中心。
2: 根据权利要求 1 所述的系统, 其特征在于, 每个手指组件包括用于远指关节的远位 组件, 所述远位组件具有远位导轨, 所述远位导轨的指关节指示器对应于第三虚拟中心。
3: 根据权利要求 2 所述的系统, 其特征在于, 所述第一虚拟中心位于 MCP 关节处, 第二 虚拟中心位于 PIP 关节处, 所述第三虚拟中心位于 DIP 关节处。
4: 根据权利要求 1 所述的系统, 其特征在于, 有五个手指组件通过平台上所提供的五 个手指组件插座而可操作地连接到所述平台上。
5: 根据权利要求 4 所述的系统, 其特征在于, 每个手指组件包括支撑手指的近位支撑 垫、 中间支撑垫和远位支撑垫。
6: 根据权利要求 5 所述的系统, 其特征在于, 所述手指组件插座、 中间导轨、 近位和中 间跟随组件以及近位和中间支撑垫都利用衔接槽系统连接。
7: 根据权利要求 6 所述的系统, 其特征在于, 所述中间跟随组件具有可调连杆, 所述近 位跟随组件和中间导轨的可调连杆和衔接槽系统对应将所述指关节指示器到所述第二虚 拟中心的对齐。
8: 根据权利要求 1 所述的系统, 其特征在于, 所述虚拟中心的位置可调以适应不同手 指尺寸, 所述第一虚拟中心通过移动手指组件插槽中的手指组件的位置进行调节来与所述 MCP 关节的中心对齐, 所述第二虚拟中心通过移动可调连杆和衔接槽系统中的支撑锁进行 调节来来与 PIP 关节的中心对齐。
9: 根据权利要求 6 所述的系统, 其特征在于, 所述近位支撑垫和中间支撑垫各自具有 一个用于容纳手指从其中穿过的环, 所述环的位置可调节到与 MCP 关节和 PIP 关节对齐, 以 便所述近位和中间跟随组件被马达驱动后维持手指的旋转轴围绕每个虚拟中心。
10: 根据权利要求 9 所述的系统, 其特征在于, 所述环可拆卸地从所述衔接槽系统上拆 除下来。
11: 根据权利要求 1 所述的系统, 其特征在于, 进一步包括连接到所述手指组件上的传 感器, 用来测量用来测量手指施加的反馈力和手指的弯曲位置。
12: 根据权利要求 1 所述的系统, 其特征在于, 进一步包括手校准软件模块, 用于在手 进行打开和抓取功能时自动地确定运动范围。
13: 根据权利要求 1 所述的系统, 其特征在于, 进一步包括马达控制软件模块, 用来自 动调节所有马达的速度以便手指的运动同时开始和结束。
14: 根据权利要求 1 所述的系统, 其特征在于, 进一步包括自适应马达速度调节模块, 用来自动调节每个马达的速度, 以适应训练过程中由于手指施加的外力而引起的速度变 2 化, 进而在下一个手指运动中能够同时开始和完成运动全程。
15: 根据权利要求 1 所述的系统, 其特征在于, 马达是直线运动马达。
16: 一种用于修改康复设备以适应不同用户的手的方法, 所述方法包括 : 将所述设备的近位导轨的第一指关节指示器对齐到第一虚拟中心 ; 将所述设备的中间导轨的第二指关节指示器对齐到第二虚拟中心 ; 其特征在于, 将指关节指示器对齐到虚拟中心使得当所述近位跟随组件和中间跟随 组件被马达启动时手指的运动可得到控制, 且可使得手指的旋转轴线维持围绕每个虚拟中 心。
17: 一种用于训练用户移动手的手指组件, 所述手指组件可操作地连接到一个平台上, 所述手指组件包括 : 马达 ; 用于掌指关节的近位跟随组件, 所述近位跟随组件具有可操作的连接到所述马达上的 近位导轨 ; 用于近指关节的中间跟随组件, 所述中间跟随组件具有可操作的连接到所述近位跟随 组件上的中间导轨 ; 其特征在于, 所述近位导轨的指关节指示器对应于第一虚拟中心, 所述中间导轨的指 关节指示器对应于第二虚拟中心, 所述指关节指示器对齐到虚拟中心使得在近位跟随组件 和中间跟随组件被马达启动时手指的运动得到控制, 并可维持手指的旋转轴线始终围绕每 个虚拟中心。
18: 根据权利要求 17 所述的组件, 其特征在于, 所述马达为直线运动马达。
19: 一种对用于训练用户手的移动的康复设备中的马达的速度进行调节的方法, 每个 马达用来沿预定的轨迹移动手指, 所述方法包括 : 手校准软件模块基于每个手指的力反馈来测量每个手指的运动范围 ; 控制软件模块在试运行后调节每个马达的速度 ; 其特征在于, 所述控制软件模块计算每个马达的各自速度, 以便在最大手打开位置和 最大手闭合位置之间移动手指, 以使得所有手指同时完成预设的运动轨迹 ; 以及 所述控制软件模块记录每次试运行完成预定轨迹的时间, 如果所述时间与预定的时间 周期不相等, 则调节所有马达的速度以用于下次试运行。
20: 根据权利要求 19 所述的方法, 其特征在于, 每次试运行中的所述马达的速度都根 据用户手指所施加的外力的变化来调节。
21: 一种利用康复设备训练用户移动手的方法, 所述方法包括 : 为用户显示用户界面, 所述用户界面显示用于用户用手指跟踪的目标滑块 : 根据目标滑块的移动检测每个手指的移动 ; 以及 在用户界面上显示每个手指的位置 ; 其特征在于, 所述目标滑块在预定的时间量内从 0%移动至 100%。
22: 根据权利要求 21 所述的方法, 其中, 手指的位置用控制滑块来表示。

说明书


帮助用户移动手的可佩戴式助力设备

    技术领域 本发明涉及一种帮助用户移动手的可佩戴式助力设备和一种训练用户移动手的 康复系统。
     背景技术 传统的用于训练手移动的康复设备存在两方面的问题。 第一, 设备不能佩戴, 因此 用户无法用他们的需要康复的手指进行功能运动。 第二, 用户在一个被动的环境下, 按照之 前已经受训过的、 预先安排好的训练轨迹进行训练。这些系统缺乏对控制康复训练的主动 参与。
     发明内容
     在第一优选方面, 本发明提供一种训练用户手的移动的康复系统, 所述系统包 括: 连到用户手上的平台 ;
     用于掌指 (MCP) 关节的且具有可操作地连接到所述马达上的近位导轨的近位跟 随组件、 用于近指 (PIP) 关节且具有可操作地连接到所述近位跟随组件上的中间导轨的中 间跟随组件 ;
     其中, 所述近位导轨的指关节指示器 (knuckle joint indicator) 对应于第一虚 拟中心, 所述中间导轨的指关节指示器对应于第二虚拟中心。将所述指关节指示器对齐到 所述虚拟中心可以使得当所述近位跟随组件和中间跟随组件被马达启动时, 手指的运动得 到控制, 且可将手指的旋转轴线维持围绕每个虚拟中心。
     每个手指组件可包括用于远指 (DIP) 关节的远位组件, 所述远位组件具有远位导 轨, 所述远位导轨的指关节指示器对应于一个第三虚拟中心。
     所述第三虚拟中心可位于所述 MCP 关节上, 所述第二虚拟中心可位于所述 PIP 关 节上, 所述第三虚拟中心可位于所述 DIP 关节上。
     五个手指组件可通过所述平台上提供的五个手指组件插座而可操作地连接到所 述平台上。
     每个手指组件可包括用来支撑手指的近位支撑垫、 中间支撑垫和远位支撑垫。
     所述手指组件插座、 中间导轨、 近位跟随组件、 中间跟随组件和近位支撑垫、 中间 支撑垫可用衔接槽系统连接起来。
     所述中间跟随组件具有可调连杆。 在所述近位跟随组件和中间导轨处的可调连杆 和衔接槽系统可对应所述指关节指示器到所述第二虚拟中心的对齐。
     所述虚拟中心的位置可调以适应不同手指长度, 通过移动所述手指组件在所述手 指组件插座中的位置, 可以将所述第一虚拟中心调节到与所述 MCP 关节的中心对齐 ; 通过 所述可调连杆和衔接槽系统中的支撑锁, 可以将所述第二虚拟中心调节到与所述 PIP 关节 的中心对齐。
     所述近位支撑垫和中间支撑垫各自可具有一个容纳手指从其中穿过的环, 所述环 的位置可调节到与 MCP 关节和 PIP 关节对齐, 以保证当所述近位和中间跟随组件被马达启 动后, 可维持手指的旋转轴始终围绕每个虚拟中心。
     所述环可从所述衔接槽系统上拆除下来。
     所述系统可进一步包括连接到所述手指组件上去的传感器, 用来测量手指施加的 反馈力和手指的弯曲位置。
     所述系统可进一步包括手校准软件模块, 用于在手进行打开和抓取功能时自动地 确定运动范围。
     所述系统可进一步包括一个马达控制软件模块, 用于自动调节所有的马达速度以 便手指的运动都同时启动和停止。
     所述系统可进一步包括自适应马达速度调节模块, 用来自动地调节每个马达的速 度, 以适应在训练过程中由于手指所施加的外力引起的速度变化, 进而在下个手指运动中 在同时启动和完成运动全程。
     所述马达可以是直线运动马达。
     在第二方面, 本发明还提供一种用于修改康复设备以适应用户手的方法, 所述方 法包括 :
     将所述设备的近位导轨的第一指关节指示器对齐到第一虚拟中心上 ; 并
     将所述设备的中间导轨的第二指关节指示器对齐到第二虚拟中心上 ;
     其中, 将所述指关节指示器对齐到虚拟中心使得当所述近位跟随组件和中间跟随 组件被马达启动时手指的运动可得到控制, 且可使得手指的旋转轴线维持围绕每个虚拟中 心。
     在第三方面, 本发明提供一种用于训练用户手的移动的手指组件, 所述手指组件 可操作地连接到平台上, 所述手指组件包括 :
     马达 ;
     用于掌指 (MCP) 关节的近位跟随组件, 所述近位跟随组件具有可操作地连接到所 述马达的近位导轨 ;
     用于近指 (PIP) 关节的中间跟随组件, 所述中间跟随组件具有可操作地连接到所 述近位跟随组件的中间导轨 ;
     其中, 近位导轨的指关节指示器对应于一个第一虚拟中心, 中间导轨的指关节指 示器对应于第二虚拟中心, 将指关节指示器对齐到虚拟中心可以使得在近位跟随组件和中 间跟随组件被马达启动时手指的运动得到控制, 并可维持手指的旋转轴线始终围绕每个虚 拟中心。
     所述马达可以为直线运动马达。
     在第四方面, 本发明提供一种对用于训练用户手的移动的康复设备中的马达的速 度进行调节的方法, 每个马达用来沿预设的轨迹移动手指, 所述方法包括 :
     手校准软件模块基于每个手指施加的反馈力来测量每个手指的运动范围 ;
     控制软件模块调节试运行后的每个马达的速度 ;
     其中, 所述控制软件模块计算每个马达的各自速度, 以便在最大手打开位置和最 大手闭合位置之间移动手指, 以使得所有手指同时完成预设的运动轨迹 ; 以及所述控制软件模块记录每次试运行完成预定轨迹的时间, 如果所述时间与预定的 时间周期不相等, 则调节所有马达的速度以用于下次试运行。
     所述马达的速度可以根据用户手指所施加的外力的变化而对每次试运行进行调 节。
     在第五方面, 本发明提供一种利用康复设备训练用户手的移动的方法, 所述方法 包括 :
     为用户展示用户界面, 所述用户界面显示了一套需要用户用他们的手指跟踪的目 标滑块 ;
     根据目标滑块的移动来检测每个手指的移动 ;
     在用户界面上显示每个手指的位置 ;
     其中, 所述目标滑块在一个预设的时间量内从 0%移动到 100%。
     手指的位置可用控制滑块来表示。
     所述康复系统是一种用于帮助用户的手的移动的可佩戴式助力设备。 附图说明
     本发明的示例将参照以下附图来进行描述, 其中 : 图 1 是根据本发明优选实施例的康复设备的侧视图 ; 图 2 是图 1 所示设备在佩戴时的顶视图和正视图 ; 图 3 是图 1 所示设备的侧视图, 显示当手位于打开位置和闭合位置时虚拟中心的定位 ; 图 4 是手的顶视图和仰视图, 显示在佩戴图 1 所示设备以前, 用于检测 EMG 信号的 电极在拇短展肌 (APB) 和指伸肌 (ED) 的位置 ;
     图 5 是手的顶视图和仰视图, 显示在佩戴图 1 所示设备时, 用于检测 EMG 信号的电 极在拇短展肌和指伸肌的位置 ;
     图 6 是当图 1 所示设备的马达被向前推时手指组件的连杆系统的动作侧视图, 显 示两个关节在屈伸运动中同时移动 ;
     图 7 是调节所述手指组件所做的第一步骤的透视图 ;
     图 8 是调节手指组件所做的第二步骤的侧视图 ;
     图 9 是调节手指组件所做的第三步骤的侧视图 ;
     图 10 是所述手指组件在打开位置的侧视图 ;
     图 11 是所述手指组件在半闭合位置的透视图 ;
     图 12 是所述手指组件的零件分解图 ;
     图 13 是将所述手指组件连接到图 1 所示设备的固定平台上去的透视图 ;
     图 14 是图 1 所示设备在佩戴时的仰视图以显示腕带和平台 ;
     图 15 是显示手指组件的衔接槽系统的透视图 ;
     图 16 是利用力反馈来自动测量所有手指的运动范围的方法流程图 ;
     图 17 是用于自动手尺寸校准的软件校准程序的截屏 ;
     图 18 是控制和自动调节所有马达的速度以使手指移动同时结束的流程图 ;
     图 19 是控制图 1 所示设备的方法流程图 ;
     图 20 是一组图表, 显示所记录的从 ED 肌到 APB 肌的 EMG 信号以及当图 1 所示设 备处于主动模式 (voluntary mode) 时拇指和食指的位置 ; 和
     图 21 是从一个训练软件程序上截屏得到的图, 所述训练软件程序在不同类型的 训练任务过程中提供可视反馈来引导用户。 具体实施方式
     参照图 1 至图 15, 康复设备 10 通过用户患肢的肌电活动 (EMG) 来驱动, 因而被用 户交互性地控制。合适的用户包括年长者、 上肢运动障碍的人和中风患者。从肢体患肌得 到的 EMG 信号对应于用户的意图且能够控制设备 10 所提供的辅助运动。这使得用户可积 极地参与到运动再学习的锻炼中来, 与此相反的是, 先前的系统则只能提供被动的训练。 设 备 10 集中于通过机动和机械辅助用户手指的移动来进行上肢训练。移动包括基本的手功 能例如手掌抓握、 掐和手打开。
     设备 10 利用模块设计构造起来的, 尺寸上很紧凑。 转至图 14, 五个手指组件 71 通 过手指组件插座 23 和紧固螺钉 70 可操作地连接到一个固定平台 24 上。平台 24 可适应不 同手掌大小, 且只需要通过拉紧或者放松腕带 140 和掌带 141 这样的轻微调节即可。平台 24 可根据不同的手功能任务而改变其形状和手指组件插座 23 的位置。设备 10 使得掌指 (MCP) 关节和近指 (PIP) 关节二者可在一定范围内同时具有受控的均匀角速度。 设备 10 的 移动和响应模仿人类手指的联动性移动 (cohesive movement) 尤其是手打开和手抓紧的动 作。 手指组件 71 被直线驱动。 马达后支柱 11 将手指组件 71 的马达连接到平台 24 上。 每个马达 12 连接到 MCP 关节的近位跟随组件 13 上。马达 12 可以为 50mm 级的直线运动马 达。近位跟随组件 13 连接到用于 PIP 关节的中间跟随组件 16 上。中间跟随组件 16 是连 接组件 120 的一部分。在另一实施例中, 安装有第三组件来为进行指尖运动的远指 (DIP) 关节提供机动动力。
     近位跟随组件 13 具有近位导轨 14。近位导轨 14 具有旋转范围, 例如 55°。近位 跟随组件 13 的指关节指示器 22 识别出第一虚拟中心 30 的位置。中间跟随组件 16 具有中 间导轨 17。中间导轨 17 具有一个旋转范围, 例如 65°。中间跟随组件 16 的指关节指示器 25 识别出第二虚拟中心 31 的位置。指关节指示器 22、 25 作为可视参照点用来方便用户将 他们各自的关节向设备 10 的指关节指示器 22、 25 对齐。在导轨 14、 17 中, 轴承 32、 33 使得 跟随组件 13、 16 可以跟随导轨 14、 17 的路径, 例如, 当近位导轨 14 移动到 0°位置, 中间导 轨 17 跟随且移动到 0°位置。当近位导轨 14 移动到最大范围 55°的位置时, 中间导轨 17 跟随并移动到最大范围 65°位置, 组件 13、 16 在近位和中间导轨 14、 17 二者之间产生比例 关系。角度放大连杆系统将中间跟随组件 16 的角运动转变成与近位跟随组件 13 所产生的 角运动成比例关系。
     参照图 7 至 8, 将指关节指示器 22、 25 向虚拟中心 30、 31 对齐可以使手指的运动得 到控制, 且可维持手指的旋转轴线围绕每个虚拟中心 30、 31。为了确保指关节指示器 22、 25 位于正确的位置, 为手指组件插座 23 配有衔接槽系统。内衔接槽系统 21 位于近位跟随组 件 13 上, 用来与中间导轨 17 咬合以使中间导轨 17 对齐到第二虚拟中心 31 上。随着近位 导轨 14 和中间导轨 17 之间距离的变化, 通过旋转可调连杆 15 可以将正确对齐的连接组件
     120 调节到其初始位置。其运动范围被存储。中间跟随组件 16 具有衔接槽系统 18, 衔接槽 系统 18 为中间支撑垫 20 对齐到手指的近位指间关节提供了可调性。
     转至图 12, 其描述了手指组件 71 的零件分解图。当马达 12 启动, 马达 12 的纵向 运动转化为角 / 旋转运动, 并导致中间跟随组件 16 的相对运动, 中间跟随组件 16 跟随中间 导轨 17 位于近位跟随组件 13 的运动的虚拟中心 30 路径。可调连杆 15 的一端 123 连接到 近位导轨 14 上, 另一端 124 则连接到中间跟随组件 16 上。
     参照图 6 至 11, 中间导轨 17 的旋转将中间跟随组件 16 的连接端拉向近位导轨 14, 近位导轨 14 转动穿过位于中间导轨 17 上的自身轴线。可调连杆 15 将中间跟随组件 16 连 接到连接组件 120 上。 当可调连杆 15 移动, 连接组件 120 的旋转力沿中间导轨 17 推动中间 跟随组件 16 以产生第二组的以第二虚拟中心 31 为中心的旋转运动。这个运动是可逆的。 传感器 26 安装到中间跟随组件 16 上。传感器 26 获得力反馈信号。在另一实施例中, 第二 传感器 26 固定到近位跟随组件 13 上用来同时从掌指 (MCP) 关节和近指 (PIP) 关节二者上 获取力反馈信号。
     转至图 2, 每个设备 10 具有, 例如, 五套同样的手指组件 71。这可确保快速且符合 成本效益的制造, 因为没必要生产五套不同的手指组件。 手指组件 71 连接到固定平台 24 上 同样也如图 13 所描述的一样快捷。手指组件 71 滑进固定平台 24 的手指组件插座 23 内, 螺栓穿过近位跟随组件 13 上的孔而固定, 马达 12 将它们枢接到一起。 转至图 4 和图 5, 其显示的是用于从患肢的肌肉里探测 EMG 信号的电极位置。 电极 40、 41 放置在拇短展肌 (APB) 和指伸 (ED) 肌上。参考电极 42 同样放置在肢上。
     转至图 7 至 9, 手指支承在手指组件 71 的环 121、 122 内。环 121、 122 分别连接到 近位和中间支撑垫 19、 20 上。例如, 设置有两个不同尺寸的环 121、 122。随着每个手指组件 71 被马达 12 启动, 将引起支承在环 121、 122 内的手指也移动。
     转至图 13, 衔接槽系统用在手指组件插座 23、 中间导轨 17、 近位和中间跟随组件 13、 16 以及近位和中间支撑垫 19、 20 上。 此衔接槽系统允许设备 10 沿不同长度的手指的长 度方向纵向调节。
     转至图 15, 为确保跟随组件 13、 16 的调节完成后的位置, 位于衔接槽系统 18、 21 的 雀尾扩展部的开口端上的孔、 位于跟随组件 13、 16 两端的孔上都通过紧固螺钉 70 固定。
     参照图 16 至 18, 设备 10 配备了用于自动手校准的软件程序, 用以测量运动范围以 及对手打开和抓取功能的马达控制。手 57 的每个手指或者拇指可具有不同的介于手打开 和手抓取之间的运动范围。采用所有运动范围的标准百分比从 0% ( 最大手闭合位置 95) 到 100% ( 最大手打开位置 96) 来同步 (synchronizes) 所有的手指和拇指。
     软件程序自动决定每个手指或拇指的运动范围。 通过检测手指在静止期 (resting stage) 的移动过程中的力反馈, 识别最大手打开位置 96 和最大手闭合位置 95 就可以确定 运动范围 56。力反馈的闭合和打开阈值则用来识别最大手打开和闭合位置 96、 95, 例如, 是 从 1N 到 50N 的范围。 最大位置识别出来后, 软件同步所有手指和拇指从最大手打开位置 96 至最大手闭合位置 95 的移动。
     对于不同的用户手指, 其介于手指伸长最大值和手指弯曲最大值之间的范围是不 同的, 软件利用所测量到的运动范围以及试运行时间来调节每个马达 12 的速度。因此, 每 个马达 12 相对于另一个马达具有不同的速度以便所有手指和拇指的运动同时开始和结
     束。典型的试运行时间大约为 3 到 10 秒, 它是一个中风病人在进行日常活动任务时练习他 们的手指从最大闭合位置 95 移到最大打开位置 96 的时间, 移动方向也可以反过来。
     参照图 16 至 17, 自动手校准模块对马达 12 移动手 57 的手指和拇指的运动 56 范 围进行测量。测量始于设置步骤 41, 即将所有马达位置设置到马达范围的中间位置。马达 范围是介于最大马达位置 97 和最小马达位置 98 之间的范围。最大马达位置 97 和最小马 达位置 98 是由手指组件 71 的可运动范围决定的。为了测量最大手闭合位置 95, 需要进行 步骤 42 至 46。为了测量最大手打开位置 96, 则要进行步骤 48 至 52。
     为了测量最大手闭合位置 95 和手闭合范围, 所有马达都向每个手指 (43) 的最大 马达位置 97 移动 (42)。 如果手指的力反馈比闭合阈值 (44) 大, 相应的马达停止, 最大手闭 合位置 95 的数据被记录下来 (46)。如果手指的力反馈比闭合阈值要小, 相应的马达继续 移动 (45) 直到到达最大马达位置 97。如果相应马达到达最大马达位置 97, 此位置被记录 (46) 作为相应手指数据的最大手闭合位置 95。软件等待直到所有马达停止 (47)。
     为了测量最大手打开位置 96 和手打开范围, 当所有马达停止 (47) 后, 所有马达向 最小马达位置 98 移动 (48)。如果手指的力反馈大于打开阈值 (50), 相应的马达停止, 则 最大手打开位置 96 的数据被记录 (52)。如果手指的力反馈小于打开阈值 (50), 相应的马 达继续移动 (51) 直到其到达最小马达位置 98。如果相应的马达到达最小马达位置 98, 则 此位置被记录 (52) 作为相应手指数据的最大手打开位置 96。软件等待直至所有马达停止 (53)。计算 (54) 所有手指的运动范围, 且结果数据被送往 (55) 马达控制程序。马达控制 程序的功能如图 18 所示。
     参照图 18, 马达控制程序能够实现通过自适应地调节马达自身速度来控制所有马 达同时开始和结束。图 16 显示的是, 来自自动手校准模块的所有手的手指运动数据的范围 都被接收 (60)。从用户那里可获得试运行时间 (61)。基于试运行时间和所获得的每个手 指的运动范围, 利用无负载条件下的初始打开速度 (72) 和闭合速度 (62) 来初始化所有马 达。举例来说, 马达的速度可以通过激励电压或者不同的开 / 关模式来调节。因此, 如果没 有用户手指所施加的外力, 所有马达以确定的速度移动, 并在所有手指开始和结束移动的 同时完成运动全程。
     因此, 基于对训练动作的用户选择, 所有马达被启动 (63、 73) 并朝向手闭合方向 63 或者手打开方向 73 移动。这是为每个手指和拇指 (65、 75) 而执行的。当马达到达 (66、 76) 最大手闭合位置 95 或者最大手打开位置 96, 马达停止, 所有马达完成运动所需的时间 被记录 (67、 77)。软件等待直到所有马达停止 (68、 78)。由于中风病人的手的状况在训练 过程中受痉挛强直或挛缩的影响, 来自用户手的外力影响施加到马达上的力。外力会增大 或减小速度进而影响完成时间。外力在训练过程中同样会改变, 因而需要可以自我调节的 自适应速度算法。
     如果检测到的任一马达的完成时间比预先配置的试运行时间要短 (69、 79), 相应 马达的下一次试运行的速度将减小 (71、 81)。如果检测到的任一马达的完成时间比配置的 试运行时间要长, 则相应马达的下一次试运行的速度应该增大 (70、 80)。 在下一次训练运行 中, 新的一组马达速度用来控制所有马达, 以便在进行手打开和手闭合功能时尽量实现所 有马达同时开始和结束。
     参照图 19, 其显示的是控制设备 10 的过程。 用户选择控制模式 (82)。 可用的控制模式有 : 被动模式 (83)、 触发模式 (84) 和主动模式 (85)。如果选择被动模式 (83), 则马达 启动 (87) 并在没有任何输入的情况下完成预设轨迹。如果选择触发模式 (84), 比较 (86) 所探测到的实时 EMG 水平和预定阈值。如果 EMG 水平高于阈值, 则马达启动 (87) 并完成预 设轨迹。如果选择主动模式 (85), 对试运行时间极限进行监控 (88) 以检测是否其已经达 到极限。如果时间极限还没达到, 所检测的实时 EMG 水平将与预定阈值进行比较 (89)。如 果 EMG 水平高于阈值, 则马达启动 (90)。如果 EMG 水平低于阈值, 则马达不启动 (91)。如 果马达已经被启动 (90) 却没有达到 (92) 最大手打开或闭合位置 95、 96, 继续监控 (88) 运 行时间极限。
     参考图 20, 图表 201 显示从 ED 肌获取的 EMG 信号记录。另一个图表 202 显示在主 动模式下跟踪任务时的 APB 肌。 第三图表 203 描述的是在主动模式下跟踪任务时拇指 p1 的 位置。第四图表 204 描述的是在主动模式下跟踪任务时食指 p2 的位置。图表 203、 204 中 的实线表示手指的实际位置。虚线则表示目标位置。
     在手打开试运行中, 如果检测到的来自用户 ED 的 EMG 信号高于阈值, 马达 89 启 动。如果检测到的来自用户 ED 的 EMG 信号低于阈值, 则马达不启动。在手闭合运行中, 如 果检测到的来自用户 APB 的 EMG 信号高于阈值 89, 则马达被启动。如果检测到的来自用户 APB 的 EMG 信号低于阈值, 则马达不启动。检测到的实际马达位置被记录下来, 并被显示到 图表的实线上。实际手指位置 ( 实线 ) 的跟踪数据和预设轨迹 ( 虚线 ) 的比较表明用户手 打开和闭合功能的状况。 参照图 21, 训练软件提供了在不同类型的训练任务中的可视反馈以引导用户。此 软件也积极地训练用户并根据训练制度进行评估。 图中显示手指跟踪任务中每个手指的位 置。 目标滑块 210 在配置的运行时间 61 的 t 秒内从每个手指运动范围的 0%移动到 100%。 等待 3 秒后, 例如, 它们从 100%回到 0%同样也经历预配置运行时间的 t 秒。运行时间 t 秒是一个可调时间值, 可在训练软件中设定。当目标滑块 210 移动, 用户手指必须尽可能地 跟进目标滑块 210 的移动。用户手指的位置用显示上的控制滑块 211 的位置来表示。
     本领域的技术人员可以知道, 在不偏离以上概述的本发明范围或精神的前提下, 上述具体实施例所描述的本发明可做各种变换和 / 或修改。因此, 所述实施例应被看作是 对各方面的例证说明而非限制。
    

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一种训练用户移动手的康复系统,所述系统包括:连到用户手上的平台;多个可操作地连接到所述平台上的手指组件,每个手指组件具有:马达、用于掌指关节且具有可操作地连接到所述马达的近位导轨的近位跟随组件、用于近指关节且具有可操作的连接到所述近位跟随组件的中间导轨的中间跟随组件;其中,所述近位导轨的指关节指示器对应于第一虚拟中心,所述中间导轨的指关节指示器对应于第二虚拟中心,将所述指关节指示器对齐到所述虚拟中。

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