多自由度手部康复设备设计与智能控制方法研究

目的市面上手套式手部康复设备的形式和功能较为单一,具有较大的改进提升空间。区别于传统的刚性外骨骼和纯软体手套设计,本设备采用具有一定柔性的尼龙材料,在保证对手部康复动作精准控制的同时,能够实现连续体变形和良好的人体工效学适应性。方法整体结构方面,基于较为精确的手指解剖构造和尺寸参数,采用了分段式的设计和线驱动方式,将手部各关节和运动单元进行精细化划分。在此基础上,通过线驱动线走线设计和多电机协同布置,使得该设备具备多自由度运动能力,能够实现更为复杂和精确的运动形式,更准确地模拟手部在多个维度和方向上的运动,如大拇指和小指的对展运动等。控制系统方面,通过PID控制保证康复动作控制的准确性,并通过驱动线拉力传感器感受患者的主动运动趋势,引入主动康复的模式,且能对康复效果进行有效量化评估。结果本研究提出的设备具有价格低、易穿戴等优点,为患者提供更全面、高效的康复服务,显著提升了患者的使用体验。结论通过进一步优化和创新多自由度手部康复设备,有望深入探索手部肌骨力学,推动手部康复设备向更精确、更智能、更个性化的方向发展,为康复工作提供更为全面和有效的支持。

基于多感官刺激的手功能康复训练系统设计

目的脑卒中幸存者大多因脑组织受损而患上手部运动功能障碍。本文设计了一种可同时产生触觉,视觉,听觉的多感官刺激手功能康复训练系统,来促进患者受损神经康复。该系统包括可以提供手部动作辅助的软体康复手套,以及与手套配合使用的虚拟现实场景。方法软体康复手套主体为柔软的纺织物,部分零件通过3D打印制作。手套驱动力由电机及弹力带提供,可实现任一手指的屈曲伸展运动。利用虚拟现实设备设计了示教场景,用于引导用户模仿系统给出的训练动作,并且可以根据用户表现评价打分。另有音乐、游戏场景来提高用户参与积极性。最后,通过动作捕捉器来实现软体康复手套与虚拟现实场景的耦合。结果轨迹测试显示佩戴软体康复手套后,患者抓握和对指的动作轨迹与正常人相似。功能性任务测试显示佩戴手套后,患者可完成抓小球,捏卡片等训练动作。功能性近红外分析显示,软体康复手套与虚拟现实的联合使用下,脑区之间的信息交流水平提高。结论该康复训练系统可同步提供音、视、触3种感官刺激,有助于大脑神经的可塑性变化。因此,该系统有望成为脑卒中后有效的手功能康复训练设备。