[发明专利]形状记忆合金驱动的绳牵引式手指康复训练装置及方法

权利要求书

1.形状记忆合金驱动的绳牵引式手指康复训练装置，其特征在于：包括立向设置的框架，框架中设有水平的隔板，以该隔板作为支撑手掌的固定平台，框架内顶部向前超出固定平台前侧位置转动安装有五个第一滑轮，五个第一滑轮分别与手掌五指一一对应，其中对应于拇指的第一滑轮位置位于对应于四指的四个第一滑轮后方，框架内底部向前超出固定平台前侧位置转动安装有五个第二滑轮，五个第二滑轮分别与手掌五指一一对应，其中对应于拇指的第二滑轮位置位于对应于四指的四个第二滑轮后方，所述框架内顶部位于每个第一滑轮后方还分别转动安装有第三滑轮，框架内顶部位于五个第三滑轮后方左、右侧分别连接有导向环，导向环数量共五个，框架内位于固定平台下方转动安装有沿中心轴左右水平方向设置的旋转轴；

还包括分别套在手掌五指的指套，指套上端连接有上钢丝绳，指套下端连接有下钢丝绳，每个指套上端连接的上钢丝绳分别向上绕过手指对应的第一滑轮再向后绕过对应的第三滑轮，五个绕过第三滑轮的上钢丝绳再一一对应穿过导向环后继续向下延伸并固定在旋转轴上，由导向环将五个上钢丝绳导向左右侧以避开手臂，并使五个上钢丝绳分别固定在旋转轴上左、右侧；每个指套下端连接的下钢丝绳分别向下绕过手指对应的第二滑轮后，再分别向后延伸并固定在旋转轴中间；

所述框架一侧设有磁流变阻尼器和带轮，磁流变阻尼器通过内部转子与旋转轴连接，旋转轴与带轮通过键连接，带轮上缠绕有钢丝绳，钢丝绳一端通过竖直的形状记忆合金丝与框架底部连接，钢丝绳另一端通过竖直的形状记忆合金弹簧与框架底部连接。

2.根据权利要求1所述的形状记忆合金驱动的绳牵引式手指康复训练装置，其特征在于：还包括传感与控制系统，传感与控制系统包括计算机、数据采集板卡、D/A转换器、电流控制器、角度传感器和A/D转换器，其中角度传感器安装在旋转轴上，角度传感器的信号输出端与A/D转换器的输入端连接，A/D转换器的输出端与数据采集板卡连接，数据采集板卡与计算机连接，数据采集板卡还与D/A转换器的输入端连接，D/A转换器的输出端与电流控制器连接，电流控制器的输出端分别与磁流变阻尼器、形状记忆合金丝、形状记忆合金弹簧连接。

3.根据权利要求1所述的形状记忆合金驱动的绳牵引式手指康复训练装置，其特征在于：固定平台前侧对应拇指放置位置设有一挖空的矩形槽，以防止阻碍拇指康复训练。

4.根据权利要求1所述的形状记忆合金驱动的绳牵引式手指康复训练装置，其特征在于：与五指对应的第一滑轮安装在当五指伸展为水平时，每个手指上指套正上方的框架内顶部位置。

5.根据权利要求1所述的形状记忆合金驱动的绳牵引式手指康复训练装置，其特征在于：与五指对应的第二滑轮安装在当五指抓握处于最低位置时，每个手指上指套下方的框架内底部位置。

6.根据权利要求1所述的形状记忆合金驱动的绳牵引式手指康复训练装置，其特征在于：旋转轴上有十个开口槽，每个上钢丝绳、下钢丝绳在空间上都与旋转轴的中心轴线垂直，上、下钢丝绳一一对应绕进并固定在旋转轴的开口槽内，且上钢丝绳、下钢丝绳缠绕进开口槽的长度大于手指抓握和伸展行程的长度。

7.一种权利要求2所述形状记忆合金驱动的绳牵引式手指康复训练装置的训练方法，其特征在于：包括被动训练方法和主动训练方法，其中：

被动训练方法包括如下步骤：

步骤一：进行系统初始化，磁流变阻尼器、形状记忆合金丝和形状记忆合金弹簧均处于失电状态，同时由计算机发出指令开启传感与控制系统；

步骤二：由计算机发出指令向数据采集板卡输出控制信号，经D/A转化器后控制电流控制器的输出电流，控制电流控制器向形状记忆合金丝通电使其达到相变温度，形状记忆合金丝开始收缩拉动钢丝绳，带动旋转轴逆时针转动，从而下钢丝绳绕进旋转轴上的开口槽，上钢丝绳绕出旋转轴上的开口槽，下钢丝绳带动手指开始向下作抓握动作，同时角度传感器采集旋转轴转动的角度信号；

步骤三：所采集的角度信号经A/D转换器后输入数据采集板卡，由计算机求得磁流变阻尼器中需要输入的电流值，调整旋转轴的转速；

步骤四：根据步骤三求得的磁流变阻尼器控制电流值，由计算机向数据采集板卡输出控制信号，经D/A转化器后控制电流控制器向磁流变阻尼器的输出电流，磁流变阻尼器向旋转轴提供阻尼力，以保证旋转轴以恒定的角速度转动；

步骤五：重复步骤三和步骤四使得手指抓握过程以稳定的速度进行直至抓握动作结束；

步骤六：由计算机发出指令向数据采集板卡输出控制信号，经D/A转化器后控制电流控制器，停止电流控制器向形状记忆合金丝通入电流，形状记忆合金丝开始冷却，逐渐恢复原状，此时形状记忆合金弹簧起偏置弹簧的作用，形状记忆合金弹簧拉动钢丝绳，带动带轮作顺时针转动，带轮带动旋转轴顺时针转动，从而下钢丝绳绕出旋转轴上的开口槽，上钢丝绳绕进旋转轴上的开口槽，上钢丝绳带动手指开始向上作伸展动作，同时角度传感器采集旋转轴转动的角度信号；

步骤七：重复步骤三和步骤四使得手指伸展过程以稳定的速度进行直至伸展动作结束；

步骤八：重复步骤二～步骤七，直至被动训练结束，由计算机发出停机指令，关闭传感与控制系统，停止信号采集与数据处理；

主动训练方法包括如下步骤：

步骤一：进行系统初始化，磁流变阻尼器、形状记忆合金丝和形状记忆合金弹簧均处于失电状态，同时由计算机发出指令开启传感与控制系统；

步骤二：由计算机发出指令，向数据采集板卡输出控制信号，经D/A转化器后控制电流控制器，控制电流控制器向形状记忆合金弹簧通电使其达到相变温度，形状记忆合金弹簧开始伸长，此时形状记忆合金丝、钢丝绳和形状记忆合金弹簧三者的连接整体处于松弛状态，在主动训练阶段，手指驱动机构不起作用；

步骤三：患者手指开始主动向下作抓握动作，手指带动上钢丝绳从旋转轴上绕出，带动旋转轴作逆时针转动，从而带动下钢丝绳从旋转轴上绕进，角度传感器采集旋转轴转动的角度信号；

步骤四：所采集的角度信号经A/D转换器后输入数据采集板卡，由计算机求得磁流变阻尼器中需要输入的电流值，使得手指在抓握过程中感受到阻尼力，根据手指康复效果，调整通入电流大小直至手指抓握行程结束；

步骤五：患者手指开始主动向上作伸展动作，手指带动下钢丝绳从旋转轴上绕出，带动旋转轴作顺时针转动，从而带动上钢丝绳从旋转轴上绕进，角度传感器采集旋转轴转动的角度信号；

步骤六：所采集的角度信号经A/D转换器后输入数据采集板卡，由计算机求得磁流变阻尼器中需要输入的电流值，使得手指在抓握过程中感受到阻尼力，根据手指康复效果，调整通入电流大小直至手指伸展行程结束；

步骤七：重复步骤二～步骤六，直至主动训练结束，由计算机发出停机指令，关闭传感与控制系统，停止信号采集与数据处理。