上肢康复机器人的握力检测系统、检测方法及应用技术方案

本发明专利技术公开了一种上肢康复机器人的握力检测系统，包括：可实现360

【技术实现步骤摘要】
上肢康复机器人的握力检测系统、检测方法及应用


[0001]本专利技术涉及一种上肢康复机器人的握力检测系统、检测方法及应用，属于医疗器械


技术介绍

[0002]目前在运动康复过程中，一般会让患者使用康复设备配合相应的游戏场景进行运动训练。现有的上肢康复设备结构如图1所示，基本包括实现上肢在X轴方向运动的第一引导机构31、基本垂直于第一引导机构31实现上肢在Y轴方向运动的第二引导机构32和至少限位在所述第一引导机构31或第二引导机构32之一的手柄1（握力手柄），患者的手部抓住握力手柄进行康复训练。
[0003]上述上肢康复设备所述的引导机构整体为H型笛卡尔坐标平面互动装置，握力手柄可以沿着近似矩形的康复表面移动或被驱动移动，且为线性运动。
[0004]首先，，用于控制上肢康复设备运动的控制系统只能通过检测患者在XY方向上的力来控制电机提供相应的助力/阻力，并通过同步带将助力/阻力传递到操作手柄上，使得用户和手/手臂随着手柄一起运动，以达到锻炼患者上肢的目的。然而在医学上，握力也是一个非常重要的训练维度，上述康复锻炼设备整体上锻炼的是肩关节、肘关节的粗大训练，而无法实现针对手指的精细训练。
[0005]其次，在进行上肢康复训练时，患者的手大多是通过绑带，被固定在手柄上，由于有外力的作用，无法保证在康复的过程中，手指一直发力抓握手柄。
[0006]再次，从与上肢康复设备交互的任务或游戏层面，手指运动维度的刺激也至关重要，而该维度的缺失，则在游戏可玩性、主动参与程度等方面的完整度也达不到康复要求。而为了达到更好的训练效果，需要提供可靠的握力反馈，来提升患者与任务或游戏场景的交互，从而达到更好的康复治疗目的。握力反馈体现了对手指关节的精细训练，目前的上肢康复设备中几乎没有能够提供可靠的握力反馈的康复产品，其他相关的运动反馈通常存在以下问题：（1）握力手柄只能检测固定的、单一方向的受力，无法适应患者在操作时会旋转操作手柄的情况；（2）握力手柄不能够360度自由旋转；（3）握力手柄内通过检测金属结构件形变以检测受力大小，器件精密，成本高昂；（4）握力手柄在移动过程中，无法分辨受力是手的握力还是基于身体压迫导致的推力；仅能够在握力手柄静止状态进行受力的分辨。
[0007]例如，Forsentek公司的FFK系列手柄握力传感器，被应用于医疗康复设备、机器人领域、运动设备力分析；该传感器利用精密的结构应变片的原理，需要供电，然后输出差分电压信号，反馈握力；但该握力手柄成本高，且只能检测单一方向握力，不可旋转。中国专利CN209611158U采用了类似的方案，只能检测单一方向握力，不可旋转，不能在握力手柄移动过程中分辨受力性质。中国专利申请CN112515678A中的手柄也同样是使用压力传感器，必
须静态情况下检测，且不可旋转。
[0008]另外，还有采用在手柄内部形成空气的封闭性型腔，通过按压手柄外周后，检测空气压力变化来测力。即将载荷传感器定位在手柄中，这会妨碍手柄的更换。
[0009]以上所述上肢康复设备在一定程度上影响了患者与任务或游戏场景的交互。

技术实现思路

[0010]专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种上肢康复机器人的握力检测系统，能够适应患者在操作时旋转握力手柄的情况，同时能够分辨握力手柄的受力源于患者手部的握力还是源于身体的推力，甚至可以分析患者手部握力的施力情况，便于提供更为适宜的康复方案。
[0011]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：上肢康复机器人的握力检测系统，包括：手柄：所述手柄与上肢康复机器人关联且可实现360
°
内的自由转动；传感器：关联于手柄的外周面，与手柄同步转动且可感测用户的手施加在所述手柄上的力；电路板：与所述传感器关联且同步转动，并对所述传感器输出的信号线进行限位后由电路板输出；接收器：接收所述电路板输出的电信号并将该电信号传递到控制终端进行数据分析处理和特征显示；控制终端：所述控制终端安装有用于刺激用户的手/手臂运动功能的特定任务或游戏，并接收用户在进行特定任务或游戏锻炼期间所述的接收器输送的手的力的信息，然后进行分析处理和特征显示（通过显示器进行显示，如任务或游戏的难易程度的变化、对用户的声音或图像的激励等等）。
[0012]进一步优选，上述的分析处理为力的形态和/或力的大小的分析处理。而上述的力的形态为握力。
[0013]而为了优化操作的舒适度以及协调性，进一步优选，上述的手柄为近似柱形结构，包括通过轴承关联的内柱体和外套筒，所述外套筒相对内柱体可实现360
°
的自由旋转。
[0014]其中，所述外套筒与手的接触面上形成有承载传感器的槽，且在传感器和槽之间还设置有用于为传感器提供形变空间的弹性垫。
[0015]且上述的弹性垫为硅胶垫。
[0016]更进一步，为了有效保护传感器，又不影响其功效性能，上述的传感器的表面还覆有压皮，且压皮和外套筒的非槽空间部分的表面整体套有可传递压力的保护套，提高整体的操作舒适度。
[0017]再进一步，上述的槽可以为平面槽，沿外套筒的周边分布，且覆盖面足够大，致使用户的手在任意方向握住外套筒时均能检测到手指和/或掌心产生的力。
[0018]而所述的传感器则可以为压力传感器，进一步优选为薄膜压力传感器。
[0019]为了实现信号的有效传输，上述的传感器的引线键合连接到所述的电路板中，而所述的电路板则将传感器的力的信号通过单通道或多通道的方式输出。如：输出的方式可以为将多片传感器检测到的信号分别限位后分别多路输出，或将多片传感器检测到的信号
统一限位后单路输出。
[0020]如通过有线的方式出，为了电路板在旋转的过程中，线缆的缠绕，还包括一导电滑环，所述滑环的转子与电路板连接，而滑环的定子则与内柱体连接，从而将电路板输出的电信号以旋转状态过渡到固定状态后由定子引出信号线，并经由内柱体的轴向通道与接收器接通。
[0021]此外，上述的手柄通过一底座关联于上肢康复机器人的运动机构，且所述底座与所述的内柱体连接，而所述的外套筒则可相对底座自由旋转。
[0022]而为了实现手柄更换的便捷性以及能够有效降低成本，上述的接收器为分体式结构，包括：定位于内柱体内且与电路板实现电连接的母接头，以及能够实现与母接头对接连通的公接头，同时，所述的公接头的输出端与控制终端连通。
[0023]进一步，上述的公接头的外周形成有连接体，且所述的连接体形成标准件后与所述的底座实现配合连接。
[0024]此外，为了对电路板等实现保护，上述的外套筒的上端部还配置有端盖，所述的端盖将电路板、内柱体封装在外套筒的内部，且所述的端盖与外套筒同步旋转。
[0025]本专利技术还公开了一种上肢康复机器人的握力检测方法，包括如下步骤：S1: 提供手柄，使其与上肢康复机器人关联且可实现360
°
自由旋转；S2：提供传感器以及传感器的形变空间，并将传感器关联到手柄本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.上肢康复机器人的握力检测系统，其特征在于，包括：手柄：所述手柄与上肢康复机器人关联且可实现360
°
内的自由转动；传感器：关联于手柄的外周面，与手柄同步转动且可感测用户的手施加在所述手柄上的力；电路板：与所述传感器关联且同步转动，并对所述传感器输出的信号线进行限位后由电路板输出；接收器：接收所述电路板输出的电信号并将该电信号传递到控制终端进行数据分析处理和特征显示；控制终端：所述控制终端安装有用于刺激用户的手/手臂运动功能的特定任务或游戏，并接收用户在进行特定任务或游戏锻炼期间所述的接收器输送的手的力的信息，然后进行分析处理和特征显示。2.根据权利要求1所述的上肢康复机器人的握力检测系统，其特征在于，所述的分析处理为力的形态和/或力的大小的分析处理。3.根据权利要求2所述的上肢康复机器人的握力检测系统，其特征在于，所述的力的形态为握力。4.根据权利要求1所述的上肢康复机器人的握力检测系统，其特征在于，所述的手柄为近似柱形结构，包括通过轴承关联的内柱体和外套筒，所述外套筒相对内柱体可实现360
°
的自由旋转。5.根据权利要求4所述的上肢康复机器人的握力检测系统，其特征在于，所述外套筒与手的接触面上形成有承载传感器的槽，且在传感器和槽之间还设置有用于为传感器提供形变空间的弹性垫。6.根据权利要求5所述的上肢康复机器人的握力检测系统，其特征在于，所述的弹性垫为硅胶垫。7.根据权利要求4或5所述的上肢康复机器人的握力检测系统，其特征在于，所述的传感器的表面还覆有压皮，且压皮和外套筒的非槽空间部分的表面整体套有可传递压力的保护套。8.根据权利要求4所述的上肢康复机器人的握力检测系统，其特征在于，所述的槽为平面槽，沿外套筒的周边分布，且覆盖面积足够大，致使用户的手在任意方向、任意高度握住外套筒时均能检测到手指和/或掌心产生的力。9.根据权利要求1所述的上肢康复机器人的握力检测系统，其特征在于，所述的传感器为压力传感器。10.根据权利要求1或9所述的上肢康复机器人的握力检测系统，其特征在于，所述的传感器的引线键合连接到所述的电路板中，而所述的电路板则将传感器的力的信号通过单通道或多通道的方式输出。11.根据权利要求4所述的上肢康复机器人的握力检测系统，其特征在于，还包括一导电滑环，所述滑环的转子与电路板连接，而滑环的定子则与内柱体连接，从而将电路板输出的电信号以旋转状态过渡到固定状态后由定子引出信号线，并经由内柱体的轴向通道与接收器接通。12.根据权利要求4所述的上肢康复机器人的握力检测系统，其特征在于，所述的手柄
通过一底座关联于上肢康复机器人的运...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙维超，冯雷，苍建辉，陈明佳，
申请(专利权)人：南京伟思医疗科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：