一种智能化高分辨率的上肢本体感觉评估训练装置的制作方法

1.本发明涉及医疗康复技术领域，具体涉及一种智能化高分辨率的上肢本体感觉评估训练装置。


背景技术：

2.本体感觉是指肌、腱、关节等运动器官本身在不同状态(运动或静止)时产生的感觉。在帕金森病、创伤性脑损伤和中风等多种神经系统疾病发生后，运动功能和本体感受功能通常会受到损害，上肢感觉运动损害严重影响了进行日常活动的能力，感觉与运动功能是密不可分的，感觉功能受损也会影响神经肌肉的控制能力。然而目前大量的研究只关注腕关节的运动功能，本体感觉的评估和训练常常被忽视。神经康复的主要目标之一是在神经系统病变后恢复感觉运动功能，接近正常的运动功能的恢复取决于本体感觉系统的完整性。
3.尽管认识到本体感受损害是多种神经系统疾病最常见的损害之一，但在临床评估中，尤其是上肢本体感觉评估，通常只是要求患者辨别关节向上或向下运动的方向来进行简单粗略测试，这些临床评估方法在评价者之间的可靠性和敏感性较差，并且不能够准确量化本体感觉损伤的程度。
4.在国外的研究中，contrex多关节等速力量测试训练仪器、biodex多关节等速力量测试仪等是较为常见的本体感觉测量装置，他们虽然能够客观反映测量效果，但是其精度不高，如contrex多关节等速力量测试训练仪器的分辨率仅能达到1度，此外现有的本体感觉测量装置其目的是测试全身多种关节的多个功能，整套装置体积庞大，价格昂贵，操作繁琐，并且不方便移动和携带，不利于医院、科研以及患者自身的评估和训练。


技术实现要素：

5.本发明为了解决现有上肢本体感觉评估和训练的装置体积过大，操作繁琐，且不方便移动和携带的问题，进而提出一种智能化高分辨率的上肢本体感觉评估训练装置。
6.本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
7.一种智能化高分辨率的上肢本体感觉评估训练装置包括底座、肘托架、电机编码机构、主手柄、弧形滑轨机构和连接架，肘托架固接在底座上端面的一侧，电机编码机构设置在肘托架的前方，电机编码机构的输出轴与连接架的一端固接，弧形滑轨机构设置在连接架另一端的下端面与底座上端面的另一侧之间，主手柄设置在连接架上端面的中部，且沿连接架的长度方向上滑动连接。
8.进一步地，所述一种智能化高分辨率的上肢本体感觉评估训练装置还包括延长组件，延长组件包括延长架、副托架和副手柄，延长架的一端可拆卸式连接在连接架另一端的上端面上，副托架固接在延长架上端面的一端，副手柄设置在延长架上端面的另一端，且沿延长架的长度方向上滑动连接。
9.进一步地，所述底座包括基座、电机座和滑轨座，底座水平设置，电机座固接在底
座上端面的中部，滑轨座固接在基座上端面的另一侧，滑轨座的上端面上沿基座宽度方向对称设有两组圆弧形圆孔矩阵。
10.进一步地，所述圆弧形圆孔矩阵以电机编码机构的轴线方向为圆心设置，圆弧形圆孔矩阵包括多组圆孔组，多组圆孔组分别沿圆弧方向均布设置，每组圆孔组均包括沿径向方向均布设置的多个圆孔。
11.进一步地，每相邻两组圆孔组之间间隔1
°
。
12.进一步地，所述电机编码机构包括伺服电机、电机支架、滚动轴承、联轴器、编码器支架和绝对值编码器，伺服电机固接在电机座的下端且嵌装在基座的上端面内，电机支架固接在电机座的上端，联轴器插装在电机支架上，且电机支架与联轴器之间通过滚动轴承连接，联轴器的下端与伺服电机的电机轴连接，联轴器的上端与连接架的一端连接，编码器支架固接在电机支架的上方，绝对值编码器固接在编码器支架上且与连接架的一端连接。
13.进一步地，所述连接架的一端上垂直插装固接有连接轴，连接轴插装在编码器支架上，联轴器的上端与连接轴的下端连接，绝对值编码器与连接轴的上端连接。
14.进一步地，所述弧形滑轨机构包括滑块和弧形导轨，弧形导轨固接在滑轨座的上端面上，且设置在圆弧形圆孔矩阵的内侧，滑块固接在连接架另一端的下端面上，滑块的下端面上开设有滑槽，滑槽套装在弧形导轨的外侧且沿弧形导轨的长度方向上滑动连接。
15.进一步地，所述肘托架包括托杆和肘托，托杆垂直固接在电机座的上端面上，肘托固接在托杆的上端。
16.进一步地，所述主手柄的下端设有锁紧螺栓，连接架的中部沿长度方向设有腰形长孔，主手柄竖直设置在腰形长孔的上端，锁紧螺栓插装在腰形长孔内，锁紧螺栓的螺帽设置在腰形长孔的下端。
17.本发明与现有技术相比包含的有益效果是：
18.为了准确量化临床患者上肢本体感受损伤的水平，促进上肢本体感觉与运动的同步训练，提高康复效果，本发明设计了一种智能化高分辨率的上肢本体感觉评估训练装置。通过伺服电机、绝对值编码器以及受试者自己的主动运动之间的配合，可以满足上肢腕关节和肘关节本体感觉功能训练、本体感觉评估和感觉运动功能评估三项功能。该装置设计简单，成本较低，操作方便，体积较小，便于携带，能够满足医院、科研以及患者自身的评估和训练，并且不会出现对受试者产生生理和心理的影响。该装置分辨率较高，能够达到0.1度，闭环控制，能够准确控制和反馈移动的角度、方向和速度等多个变量，多方面反应受试者本体感觉的情况。
附图说明
19.图1是本发明的整体结构示意图；
20.图2是本发明中电机编码机构3的结构示意图；
21.图3是本发明中底座1的主视图。
具体实施方式
22.具体实施方式一：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种智能化高分辨率的上肢本体感觉评估训练装置包括底座1、肘托架2、电机编码机构3、主手柄4、弧形
滑轨机构5和连接架6，肘托架2固接在底座1上端面的一侧，电机编码机构3设置在肘托架2的前方，电机编码机构3的输出轴与连接架6的一端固接，弧形滑轨机构5设置在连接架6另一端的下端面与底座1上端面的另一侧之间，主手柄4设置在连接架6上端面的中部，且沿连接架6的长度方向上滑动连接。
23.具体实施方式二：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种智能化高分辨率的上肢本体感觉评估训练装置还包括延长组件，延长组件包括延长架7、副托架8和副手柄9，延长架7的一端可拆卸式连接在连接架6另一端的上端面上，副托架8固接在延长架7上端面的一端，副手柄9设置在延长架7上端面的另一端，且沿延长架7的长度方向上滑动连接。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一相同。
24.如果要评估或训练腕关节的本体感觉，可以不用安装延长架7以及其上面的副托架8和副手柄9；如果要评估或训练肘关节的本体感觉，需要安装延长架7以及其上面的副托架8和副手柄9，去掉连接架6上面的主手柄4。
25.具体实施方式三：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述底座1包括基座11、电机座12和滑轨座13，底座1水平设置，电机座12固接在底座1上端面的中部，滑轨座13固接在基座11上端面的另一侧，滑轨座13的上端面上沿基座11宽度方向对称设有两组圆弧形圆孔矩阵14。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一或二相同。
26.具体实施方式四：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述圆弧形圆孔矩阵14以电机编码机构3的轴线方向为圆心设置，圆弧形圆孔矩阵14包括多组圆孔组，多组圆孔组分别沿圆弧方向均布设置，每组圆孔组均包括沿径向方向均布设置的多个圆孔。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式三相同。
27.具体实施方式五：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式每相邻两组圆孔组之间间隔1
°
。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式四相同。
28.可以通过该圆孔的度数与绝对值编码器36对比，进行校准和检验，也可以在不通电的情况下进行粗略评估。
29.具体实施方式六：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述电机编码机构3包括伺服电机31、电机支架32、滚动轴承33、联轴器34、编码器支架35和绝对值编码器36，伺服电机31固接在电机座12的下端且嵌装在基座11的上端面内，电机支架32固接在电机座12的上端，联轴器34插装在电机支架32上，且电机支架32与联轴器34之间通过滚动轴承33连接，联轴器34的下端与伺服电机31的电机轴连接，联轴器34的上端与连接架6的一端连接，编码器支架35固接在电机支架32的上方，绝对值编码器36固接在编码器支架35上且与连接架6的一端连接。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式三相同。
30.联轴器34为特殊设计，两端外形尺寸不同，其中外形尺寸较小的一端可以插入到滚动轴承33内并与伺服电机31的电机轴连接，外形尺寸较大的一端在滚动轴承33外与连接架6的连接轴连接。
31.具体实施方式七：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述连接架6的一端上垂直插装固接有连接轴，连接轴插装在编码器支架35上，联轴器34的上端与连接轴的下端连接，绝对值编码器36与连接轴的上端连接。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式六相同。
32.具体实施方式八：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述弧形滑轨机构5
包括滑块51和弧形导轨52，弧形导轨52固接在滑轨座13的上端面上，且设置在圆弧形圆孔矩阵14的内侧，滑块51固接在连接架6另一端的下端面上，滑块51的下端面上开设有滑槽，滑槽套装在弧形导轨52的外侧且沿弧形导轨52的长度方向上滑动连接。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式三相同。
33.具体实施方式九：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述肘托架2包括托杆21和肘托22，托杆21垂直固接在电机座12的上端面上，肘托22固接在托杆21的上端。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式三相同。
34.所述副托架8包括副托杆81和副肘托82，副托杆81垂直固接在延长架7的上端面上，副肘托82固接在副托杆81的上端。
35.肘托架2和副托架8用来放置被试的手臂。
36.具体实施方式十：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述主手柄4的下端设有锁紧螺栓，连接架6的中部沿长度方向设有腰形长孔61，主手柄4竖直设置在腰形长孔61的上端，锁紧螺栓插装在腰形长孔61内，锁紧螺栓的螺帽设置在腰形长孔61的下端。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一相同。
37.所述锁紧螺栓用来实现主手柄4位置的锁紧固定。
38.所述副手柄9的结构与主手柄4的结构相同。副手柄9的下端设有副锁紧螺栓，延长架7的中部沿长度方向设有副腰形长孔71，副手柄9竖直设置在副腰形长孔71的上端，副锁紧螺栓插装在副腰形长孔71内，副锁紧螺栓的螺帽设置在副腰形长孔71的下端，用来实现副手柄9位置的锁紧固定。
39.主手柄4和副手柄9用来方便手部抓握，可以根据手部位置来前后调整其位置。
40.工作原理
41.该装置集腕关节和肘关节本体感觉功能训练、本体感觉评价和感觉运动功能评价三项功能于一体。
42.如果是针对腕关节的评估或训练，可以不用安装延长架7以及其上面的副手柄9和副托架8，实验前被试需要将小臂自然放置在连接架6上方的肘托架2上，腕关节的位置和电机转轴同轴，调整主手柄4的位置并将其握在手里；如果是针对肘关节的评估或训练，需要安装延长架7以及其上面的副手柄9和副托架8，去掉连接架6上面的主手柄4，此时将大臂自然放置在连接架6上方的肘托架2上，小臂自然放置在延长架7上方的副托架8上，肘关节的位置和电机转轴同轴，调整延长架7上方的副手柄9的位置并将其握在手里.
43.本装置通过控制器连接伺服电机31和绝对值编码器36，可以形成闭环控制准确控制角度变化，同时控制器也能够实时反馈角度变化信息，还可以通过滑轨座13上面圆孔的度数与绝对值编码器36对比，进行校准和检验；如果需要被试自己手动转动，则将伺服电机31断电，保证被试在转动时没有外界阻力，这时只需要通过绝对值编码器36将角度信息反馈即可。该装置通过伺服电机31将弧形导轨52在中线的位置设为原点，每次上电都会回到该原点。
44.本体感觉功能训练时，伺服电机31断电，控制器显示屏反馈受试者转动的角度，被试可以通过该反馈达到精准训练的目的。
45.本体感觉评估时，伺服电机31通电，控制器显示屏反馈的角度仅允许实验人员看到，由实验人员设置“目标位”角度，另一位置“比较位”总是大于“目标位”。“目标位”为固定
值，“比较位”根据受试者的反应不断变化。两个位置均由电机带动被动运动。经过数十次任务，最终通过比较两个位置间差值并结合函数算法，推算出最小辨别阈。
46.感觉运动功能评估时，伺服电机31和绝对值编码器36都通电，控制器显示屏反馈的角度仅允许实验人员看到。实验人员通过控制器设置每一个实验任务的角度、方向和速度，先由该装置被动移动至“目标位”，之后将伺服电机31断电，由受试者根据位置觉的记忆主动移动至“匹配位”。通过比较其差值推算出运动精度误差。
47.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种智能化高分辨率的上肢本体感觉评估训练装置，其特征在于：它包括底座(1)、肘托架(2)、电机编码机构(3)、主手柄(4)、弧形滑轨机构(5)和连接架(6)，肘托架(2)固接在底座(1)上端面的一侧，电机编码机构(3)设置在肘托架(2)的前方，电机编码机构(3)的输出轴与连接架(6)的一端固接，弧形滑轨机构(5)设置在连接架(6)另一端的下端面与底座(1)上端面的另一侧之间，主手柄(4)设置在连接架(6)上端面的中部，且沿连接架(6)的长度方向上滑动连接。2.根据权利要求1所述一种智能化高分辨率的上肢本体感觉评估训练装置，其特征在于：所述一种智能化高分辨率的上肢本体感觉评估训练装置还包括延长组件，延长组件包括延长架(7)、副托架(8)和副手柄(9)，延长架(7)的一端可拆卸式连接在连接架(6)另一端的上端面上，副托架(8)固接在延长架(7)上端面的一端，副手柄(9)设置在延长架(7)上端面的另一端，且沿延长架(7)的长度方向上滑动连接。3.根据权利要求1或2所述一种智能化高分辨率的上肢本体感觉评估训练装置，其特征在于：所述底座(1)包括基座(11)、电机座(12)和滑轨座(13)，底座(1)水平设置，电机座(12)固接在底座(1)上端面的中部，滑轨座(13)固接在基座(11)上端面的另一侧，滑轨座(13)的上端面上沿基座(11)宽度方向对称设有两组圆弧形圆孔矩阵(14)。4.根据权利要求3所述一种智能化高分辨率的上肢本体感觉评估训练装置，其特征在于：所述圆弧形圆孔矩阵(14)以电机编码机构(3)的轴线方向为圆心设置，圆弧形圆孔矩阵(14)包括多组圆孔组，多组圆孔组分别沿圆弧方向均布设置，每组圆孔组均包括沿径向方向均布设置的多个圆孔。5.根据权利要求4所述一种智能化高分辨率的上肢本体感觉评估训练装置，其特征在于：每相邻两组圆孔组之间间隔1
°
。6.根据权利要求3所述一种智能化高分辨率的上肢本体感觉评估训练装置，其特征在于：所述电机编码机构(3)包括伺服电机(31)、电机支架(32)、滚动轴承(33)、联轴器(34)、编码器支架(35)和绝对值编码器(36)，伺服电机(31)固接在电机座(12)的下端且嵌装在基座(11)的上端面内，电机支架(32)固接在电机座(12)的上端，联轴器(34)插装在电机支架(32)上，且电机支架(32)与联轴器(34)之间通过滚动轴承(33)连接，联轴器(34)的下端与伺服电机(31)的电机轴连接，联轴器(34)的上端与连接架(6)的一端连接，编码器支架(35)固接在电机支架(32)的上方，绝对值编码器(36)固接在编码器支架(35)上且与连接架(6)的一端连接。7.根据权利要求6所述一种智能化高分辨率的上肢本体感觉评估训练装置，其特征在于：所述连接架(6)的一端上垂直插装固接有连接轴，连接轴插装在编码器支架(35)上，联轴器(34)的上端与连接轴的下端连接，绝对值编码器(36)与连接轴的上端连接。8.根据权利要求3所述一种智能化高分辨率的上肢本体感觉评估训练装置，其特征在于：所述弧形滑轨机构(5)包括滑块(51)和弧形导轨(52)，弧形导轨(52)固接在滑轨座(13)的上端面上，且设置在圆弧形圆孔矩阵(14)的内侧，滑块(51)固接在连接架(6)另一端的下端面上，滑块(51)的下端面上开设有滑槽，滑槽套装在弧形导轨(52)的外侧且沿弧形导轨(52)的长度方向上滑动连接。9.根据权利要求3所述一种智能化高分辨率的上肢本体感觉评估训练装置，其特征在于：所述肘托架(2)包括托杆(21)和肘托(22)，托杆(21)垂直固接在电机座(12)的上端面
上，肘托(22)固接在托杆(21)的上端。10.根据权利要求1所述一种智能化高分辨率的上肢本体感觉评估训练装置，其特征在于：所述主手柄(4)的下端设有锁紧螺栓，连接架(6)的中部沿长度方向设有腰形长孔(61)，主手柄(4)竖直设置在腰形长孔(61)的上端，锁紧螺栓插装在腰形长孔(61)内，锁紧螺栓的螺帽设置在腰形长孔(61)的下端。

技术总结
一种智能化高分辨率的上肢本体感觉评估训练装置，本发明涉及医疗康复技术领域。本发明为了解决现有上肢本体感觉评估和训练的装置体积过大，操作繁琐，且不方便移动和携带的问题。本发明包括底座、肘托架、电机编码机构、主手柄、弧形滑轨机构和连接架，肘托架固接在底座上端面的一侧，电机编码机构设置在肘托架的前方，电机编码机构的输出轴与连接架的一端固接，弧形滑轨机构设置在连接架另一端的下端面与底座上端面的另一侧之间，主手柄设置在连接架上端面的中部，且沿连接架的长度方向上滑动连接。本发明用于上肢本体感觉评估训练。本发明用于上肢本体感觉评估训练。本发明用于上肢本体感觉评估训练。


技术研发人员：王轶钊 尹苗苗 侯嗣元 张玥 刘婷 李红斌 王国垚 黄力平 巫嘉陵
受保护的技术使用者：天津市环湖医院（天津市神经外科研究所、天津市脑系科中心医院）
技术研发日：2023.06.13
技术公布日：2023/8/31