雙上肢協調運動訓練和測試設備

《雙上肢協調運動訓練和測試設備》是汪毅、郭嫻、汪興欣和北京體育大學於2014年11月10日申請的發明專利，該專利的申請號為2014206731241，公布號為CN204207994U，授權公布日為2015年3月18日，發明人是汪毅、謝敏豪、周琨、郭嫻、趙岩、李松波、汪興欣、董晨曦。

《雙上肢協調運動訓練和測試設備》包括至少兩個懸臂，所述懸臂的里端通過主軸與支架轉動連線，所述懸臂上設有與所述懸臂活動連線的滑塊，所述滑塊上設有把手，所述滑塊與所述懸臂之間設有阻尼裝置或者所述滑塊設有滑塊驅動機構，所述懸臂設有懸臂驅動電機，所述懸臂驅動電機通過輸出反向同步轉動的聯動傳動機構與左右對稱的兩個所述懸臂驅動連線，這種設備還可以設有人體感測器、滑動感測器、轉動感測器和中央控制器，所述中央控制器與所述人體感測器、滑動感測器、轉動感測器、滑塊驅動電機的控制電路以及懸臂驅動電機的控制電路通信連線。該發明可用於雙上肢協調運動的普通檢測和訓練，還可用於醫院相關臨床檢測和訓練。

2016年12月7日，《雙上肢協調運動訓練和測試設備》獲得第十八屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《雙上肢協調運動訓練和測試設備》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：雙上肢協調運動訓練和測試設備
• 公布號：CN204207994U
• 授權日：2015年3月18日
• 申請號：2014206731241
• 申請日：2014年11月10日
• 專利權人：汪毅、郭嫻、汪興欣、北京體育大學
• 地址：北京市海淀區信息路48號
• 發明人：汪毅、謝敏豪、周琨、郭嫻、趙岩、李松波、汪興欣、董晨曦
• Int.Cl.：A61H1/02(2006.01)I、A63B23/12(2006.01)I、A61B5/11(2006.01)I、A61B5/22(2006.01)I
• 代理機構：北京市卓華智慧財產權代理有限公司
• 代理人：蔡勤增
• 類別：實用新型專利

專利背景

現代生活，人們長期伏案作業，肩關節缺乏必要的身體活動，久而久之肩關節活動範圍逐漸減小，出現相應功能衰退或功能障礙等疾病，甚至連吃飯、穿衣、洗臉、梳頭等簡單的動作也難以完成，病情嚴重者還可合併肩關節囊撕裂、肩關節粘連和肩部肌肉萎縮等病症，使整個肩關節幾乎不能活動，甚至導致生活不能完全自理，而日常運動中人們對上肢的運動訓練較少，特別是很少進行雙上肢的協調運動和測試，缺乏相應的運動和測試設備。而雙側上肢協調訓練通過讓患者的健側肢體與患側肢體同時參與活動完成的，在這個過程中神經信號經由胼胝體連線從而激活患側腦的主要動作區以及輔助動作區，使兩側大腦半球同時激活，以促進兩側肢體間的協調能力，雙側上肢訓練還可以加強胼胝體的功能，抑制低級中樞發出的異常運動模式，從而提高單位時間內的腦功能重塑的效率，因此有必要開發出一種適宜的雙上肢協調運動訓練和測試設備，滿足相應的訓練和測試需要。

發明內容

專利目的

為了克服2014年11月前已有技術的上述缺陷，《雙上肢協調運動訓練和測試設備》提供了一種雙上肢協調運動訓練和測試設備，以訓練和測試人的雙上肢協調運動能力。

技術方案

《雙上肢協調運動訓練和測試設備》其包括至少兩個懸臂，所述懸臂的里端通過主軸與支架轉動連線，所述懸臂上設有與所述懸臂活動連線的滑塊，所述滑塊上設有把手。

有益效果

《雙上肢協調運動訓練和測試設備》由於設定了至少兩個懸臂且每個懸臂的滑塊上都設有把手，把手相對於支架具有在同一平面內的平動自由度和轉動自由度，使用者雙手分別握著兩個懸臂上的把手做雙上肢的各種動作，例如手臂彎曲、伸展和轉臂等，雙上肢即可以同步做相同的動作，也可以同時或不同時分別做不同的動作，實現肩肘腕各關節的活動，鍛鍊手、臂及肩胸背等相關部位的肌肉群，訓練雙上肢的協調性及神經系統對雙上肢協調動作的感知和控制能力，同時，還可以作為一種雙上肢動作或靈活性的檢測設備，測試手臂可以伸展、彎曲和轉動的範圍和雙上肢動作的協調性，因此這種設備即可以用於日常鍛鍊，也可以用於相關檢測及相關治療訓練。

附圖說明

圖1是《雙上肢協調運動訓練和測試設備》主視方向的結構示意圖；

圖2是該實用新型後視方向的結構示意圖；

圖3是該實用新型的電路結構示意圖；

圖4是該實用新型涉及手指關節活動機構的結構示意圖。

技術領域

《雙上肢協調運動訓練和測試設備》涉及一種雙上肢協調運動訓練和測試設備，可用於雙上肢協調運動的普通訓練和測試，還可套用於老年病學、運動醫學、康復科、手外科、整形外科、神經內科和兒科等臨床科室，為醫護人員、治療師提供便利，為患者提供相應的雙上肢協調訓練和測試，實現相應的治療和檢測效果。

權利要求

1.《雙上肢協調運動訓練和測試設備》其特徵在於包括至少兩個懸臂，所述懸臂的里端通過主軸與支架轉動連線，所述懸臂上設有與所述懸臂活動連線的滑塊，所述滑塊上設有把手。

2.如權利要求1所述的雙上肢協調運動訓練和測試設備，其特徵在於所述滑塊與所述懸臂之間設有阻尼裝置，所述阻尼裝置為機械阻尼裝置和/或電磁阻尼裝置，所述機械阻尼裝置為阻尼力可調或者阻尼力固定的機械阻尼裝置，所述電磁阻尼裝置為阻尼力可調或者阻尼力固定的電磁阻尼裝置。

3.如權利要求1所述的雙上肢協調運動訓練和測試設備，其特徵在於所述滑塊設有滑塊驅動機構，所述滑塊驅動機構包括滑塊驅動電機，所述滑塊驅動電機通過滑塊傳動機構連線所述滑塊。

4.如權利要求1、2或3所述的雙上肢協調運動訓練和測試設備，其特徵在於所述滑塊上設有手指關節活動機構，所述手指關節活動機構包括多個小滑塊以及分別與所述各小滑塊配合的多個小滑塊滑槽，所述小滑塊和小滑塊滑槽的數量為5個以上，所述各小滑塊滑槽的延伸方向分別與將手指指端按壓在對應小滑塊上手指彎曲和伸展時相應手指指端的正常移動軌跡一致，所述小滑塊與小滑塊滑槽之間設有阻尼機構或者不設有阻尼機構，所述小滑塊設有或者不設有小滑塊驅動機構，所述滑塊上設有或者不設有手腕約束機構。

5.如權利要求4所述的雙上肢協調運動訓練和測試設備，其特徵在於所述滑塊上還設有滑塊面板，所述滑塊面板與所述滑塊通過軸或萬向節旋轉連線，或者所述滑塊面板與所述滑塊通過柔性連線件柔性連線，所述柔性連線件為螺旋彈簧或彈性接桿，所述手指關節活動機構設定在所述滑塊面板上。

6.如權利要求5所述的雙上肢協調運動訓練和測試設備，其特徵在於所述懸臂設有懸臂驅動電機，所述懸臂驅動電機通過能夠帶動左右對稱的兩個所述懸臂反向同步轉動的聯動傳動機構與左右對稱的兩個所述懸臂驅動連線。

7.如權利要求6所述的雙上肢協調運動訓練和測試設備，其特徵在於還設有能夠採集人把握把手的信息和/或接近/接觸滑塊的信息的人體感測器、能夠採集滑塊滑動信息的滑動感測器、能夠採集懸臂轉動信息的轉動感測器和中央控制器，所述中央控制器與所述人體感測器、滑動感測器、轉動感測器、滑塊驅動電機的控制電路以及懸臂驅動電機的控制電路通信連線。

8.如權利要求7所述的雙上肢協調運動訓練和測試設備，其特徵在於還設有顯示器和/或揚聲器，所述中央控制器與所述顯示器和/或揚聲器通信連線，所述顯示器和/或揚聲器的安裝方式為固定安裝在所述支架上，且位於所述主軸的正前方，當同時設有揚聲器和顯示器時，所述揚聲器與所述顯示器相互獨立設定的或者是集成為一體的。

9.如權利要求8所述的雙上肢協調運動訓練和測試設備，其特徵在於所述支架上安裝有輪盤，所述輪盤位於所述懸臂的後側，所述輪盤的中心軸線與所述主軸的中心軸線重疊，所述輪盤與所述支架固定連線或者轉動連線。

10.如權利要求9所述的雙上肢協調運動訓練和測試設備，其特徵在於所述支架採用塔架結構，包括塔柱和固定連線在所述塔柱下端的兩個塔腿，所述塔柱採用高度可調的結構或者採用固定高度的結構，所述主軸安裝在所述塔柱的頂部。

實施方式

參見圖1-3，《雙上肢協調運動訓練和測試設備》其包括至少兩個懸臂5，所述懸臂的里端通過主軸8與支架轉動連線，所述懸臂上設有與所述懸臂活動連線的滑塊2，所述滑塊上設有把手3。使用者可以面向懸臂或者背向懸臂，用雙手分別握住手把，利用滑塊相對於懸臂的可滑動性和懸臂相對於支架的可轉動性，做雙上肢的各種動作，同樣，可以做單上肢的各種動作。

優選的，所述滑塊與所述懸臂之間設有阻尼裝置，所述阻尼裝置為機械阻尼裝置和/或電磁阻尼裝置，所述機械阻尼裝置為阻尼力可調或者阻尼力固定的機械阻尼裝置，所述電磁阻尼裝置為阻尼力可調或者阻尼力固定的電磁阻尼裝置，由此可以增加或者適當設備對動作的阻力，實現對相關肌肉力量的鍛鍊。

優選的，所述滑塊設有滑塊驅動機構，所述滑塊驅動機構包括滑塊驅動電機，所述滑塊驅動電機通過滑塊傳動機構連線所述滑塊，由此不僅可以將滑塊驅動機構作為阻尼裝置使用，而且還可以通過滑塊驅動電機驅動滑塊滑動，帶動使用者的上肢相應動作，同時還可根據需要調節和控制動作方式和動作速度。

優選的，所述滑塊傳動機構包括能夠帶動滑塊直線往復移動的帶傳動機構、鏈傳動機構或螺桿螺母傳動機構，所述滑塊驅動電機與所述支架固定連線，這些傳動機構不僅能夠將電機的轉動轉換為滑塊的平動，而且結構簡單，生產成本低，便於維護。

優選的，所述滑塊上設有手指關節活動機構，所述手指關節活動機構包括多個小滑塊11以及分別與所述各小滑塊配合的多個小滑塊滑槽12，所述小滑塊和小滑塊滑槽的數量優選為5個以上（含5個），所述各小滑塊滑槽的延伸方向分別與將手指指端按壓在對應小滑塊上手指彎曲和伸展時相應手指指端的正常移動軌跡一致，由此，可以將5個手指指端分別按壓在相應的小滑塊上，活動手指關節使手指彎曲或伸展，實現手指關節和手指的活動訓練，並可以對手指關節和手指活動能力和活動範圍進行檢測，當所述小滑塊的數量大於5個時，使用者可以根據自己的需要選擇適宜位置上的小滑塊。當設定有手指關節活動機構時，所述把手的形狀和結構應不妨礙手指關節活動機構的使用，根據需要，也可以從所述滑塊上拆除所述把手或不設定所述手把。另外，根據活動需要，也可以使用多個手指捏住小滑塊進行手指關節活動或者採用任意適宜的其他活動方式。

同理，優選的，所述小滑塊與小滑塊滑槽之間可以設有阻尼機構或者不設有阻尼機構，所述小滑塊可以設有或者不設有小滑塊驅動機構。

優選的，所述滑塊上設有或者不設有手腕約束機構，例如設有卡扣或粘結扣的捆綁帶，通過適宜鬆緊程度的捆綁來約束手腕的活動範圍，以分別是實現在有手腕約束狀況下的手指關節活動和沒有手腕約束狀況下的手指關節活動，特別是對於一些特殊人員，適度的手腕約束有助於相應訓練和測試的實現。

優選的，所述滑塊上還設有滑塊面板10，所述滑塊面板與所述滑塊通過軸或萬向節旋轉連線，或者所述滑塊面板與所述滑塊通過柔性連線件柔性連線，所述柔性連線件優選螺旋彈簧或彈性接桿，所述手指關節活動機構設定在所述滑塊面板上，根據實際需要適當設定旋轉連線或柔性連線活動時所需外力的大小和活動範圍，以允許手腕通過帶動滑塊面板活動而相對於滑塊有適宜的活動範圍和用力強度，以實現對腕部的活動訓練和檢測，可以根據訓練要求在進行手指關節活動的同時進行腕部活動或者在不進行手指關節活動時進行腕部活動。

優選的，所述懸臂設有懸臂驅動電機，由此不僅可以將懸臂電機及其傳動機構作為阻尼裝置使用，而且還可以通過懸臂驅動電機驅動懸臂轉動，帶動使用者的上肢相應動作，同時還可根據需要調節和控制動作方式和動作速度，所述懸臂驅動電機在一般情況下可以固定安裝在支架上。

優選的，所述懸臂驅動電機通過能夠帶動左右對稱的兩個所述懸臂反向同步轉動的聯動傳動機構與左右對稱的兩個所述懸臂驅動連線，由此能夠通過所述聯動傳動裝置帶動這兩個懸臂反向同步轉動，例如，所述聯動傳動機構可以包括兩個相互嚙合的相同的圓柱形齒輪，所述兩齒輪中的一個是與懸臂驅動電機驅動連線的主動齒輪，另一個是由所述主動齒輪帶動的從動齒輪，所述主動齒輪連線其中的一個懸臂，所述從動齒輪連線另一個懸臂，由此實現兩個懸臂的同步反向轉動，實現雙上肢在被動狀態下的同步動作。

優選的，這種設備還設有能夠採集人把握把手的信息和/或接近/接觸滑塊的信息的人體感測器4、能夠採集滑塊滑動信息的滑動感測器、能夠採集懸臂轉動信息的轉動感測器和中央控制器，所述能夠採集人接近/接觸滑塊的信息的人體感測器可以安裝在所述滑塊的正面（如圖1示），所述中央控制器與所述人體感測器、滑動感測器、轉動感測器、滑塊驅動電機的控制電路以及懸臂驅動電機的控制電路通信連線，通過人體感測器採集的信號可以獲知有人開始或正在使用該設備，通過滑動感測器採集的信息可以獲知滑塊的滑動速度，甚至還可以獲知滑塊所處的位置，通過轉動感測器採集的信息可以獲知懸臂的轉動速度，甚至還可以獲知懸臂所處的角度，所述各感測器均可以採用任意適宜的2014年11月前已有技術，例如採集人體接近信息的紅外感測器、接觸開關或電磁感應感測器、採集滑塊位置和速度信息的紅外測距儀、採集懸臂轉動信息的旋轉編碼器等，並依據所用感測器的安裝要求採用適宜的方式安裝在支架、轉盤、懸臂和/或滑塊的適宜位置上，通過中央控制器對各感測器信號的分析處理，可以獲知使用者的動作狀況和動作過程，並據此計算出檢測結果，以便對使用者的相應運動能力進行評判，另外在被動運動的情況下，由中央控制器控制各驅動電機的工作，進行控制或檢測人的運動過程和運動能力，當設有小滑塊驅動機構時，所述小滑塊驅動電機的控制電路也與中央控制器通信連線，由中央控制器控制。

優選的，這種設備還設有顯示器6和/或揚聲器7，所述中央控制器與所述顯示器和/或揚聲器通信連線，所述顯示器和/或揚聲器的安裝方式優選為固定安裝在所述支架上，且位於所述主軸的正前方，當同時設有揚聲器和顯示器時，所述揚聲器與所述顯示器相互獨立設定的或者是集成為一體的，通過顯示器和揚聲器即可以顯示使用者的實際運動狀況（例如，實時運動視頻、各種統計指標和檢測結果等），也可以引導或指揮使用者的動作，提高使用者的運動質量和運動效果，檢測使用者對引動和指揮信息的感知能力、分析判斷能力以及對動作的控制與協調能力，另外，還可以播放娛樂性和趣味性的音樂和視頻節目。

優選的，所述支架上安裝有輪盤1，所述輪盤位於所述懸臂的後側，所述輪盤的中心軸線與所述主軸的中心軸線重疊，所述輪盤與所述支架固定連線或者轉動連線，所述輪盤可以作為裝飾背景，或記載設備使用方式和注意事項等信息，還可以設定各種刻度或標識，使人直觀且定性地觀看到滑塊和懸臂的位置等信息。

優選的，所述支架採用塔架結構，以簡化支撐結構，保證支撐的穩定性和可靠性。

優選的，所述塔架結構的支架包括塔柱9.1和固定連線在所述塔柱下端的兩個塔腿9.2，所述塔柱採用高度可調的結構或者採用固定高度的結構，所述主軸安裝在所述塔柱的頂部。例如，所述塔柱可以為相互插接的上下兩部分，由此通過調節插入深度就可以調節塔柱的高度，也可以在左、右塔腿頂端的相互連線部固定安裝一個豎向的套管，所述塔柱插接在所述套管上並通過螺栓緊固，通過調節塔柱相對套管的插接位置調節塔柱的高度，通過調節高度，可以更好地適應於具體使用者的身高等身體狀況。

優選的，所述塔柱和兩個塔腿位於同一個垂直平面上，兩個所述塔腿左、右對稱設定，各所述塔腿和塔柱之間的夾角均為120°（一正向一反向），所述塔腿與水平面之間的夾角為30°，兩塔腿之間的夾角為120°，這種結構更有利於支架的穩定。

優選的，所述滑塊及把手還可以具有近端指間和遠端指間關節活動功能，進行手指握力、捏力、三點捏力，兩指捏力及指間力的功能訓練與評定。

這種設備能夠實現同時對患者進行肩、肘、手或各手指關節定向功能訓練的上肢運動和康復系統，具有如下特點：

（1）安全適用於涵蓋急性期、恢復期（早中晚），後遺症期等三大神經康復時期所有患者；

（2）能夠在患者病情穩定後的早期便開始進行手部整體、單指或多指精細、複雜運動的康復訓練；

（3）科學實現被動運動、助動運動、主動運動三大運動方式完美結合；

（4）實時生物反饋和訓練動態反饋報告，持續高強度、目標導向式、豐富的訓練系統，完全實現訓練目標和康復效果量化和可視化；

（5）肌力和關節活動度訓練體系，改善並實現肩關節外展/內收功能，肘關節屈曲/收縮，腕關節屈伸/外展/內收活動度量化評定，近端指間和遠端指間關節活動功能訓練與評定；同時可以實現手指握力、捏力、三點捏力，兩指捏力，指間力的功能訓練與評定，極大提高患者日常生活功能細節能力；

（6）能夠實現從單關節或多關節，肌力和關節活動範圍提高，嚴格遵循從“簡單到複雜，近端到遠端，規律持續性高強度訓練”黃金定律，多管齊下，為患者重建手部精細複雜能力打下堅實的解剖學和臨床康復基礎；

（7）根本上有效解決由大腦神經損傷所致的不同程度的手部功能障礙及併發症狀，進一步幫助患者重建正確的上肢運動模式，恢復肢體活動功能，提高其主動參與社會生活生活的能力；

（8）實現患者生活自理，幫助患者在比較短的時間內實現上肢功能最佳康復效果；

（9）強大的生物反饋和訓練動態反饋報告，持續高強度、目標導向式、豐富的訓練系統，為醫患雙方提供了一種訓練目標和康復效果可量化和可視化的全新康復訓練模式；

（10）可控，量化、規範化臨床測定、診斷和智慧型化訓練過程，保證結果精確，同時大大縮短臨床時間，最佳化醫療人力資源，提高經濟效益。

（11）含有目標導向下的誘髮式被動運動，單點觸髮式、間歇觸髮式和連續觸髮式三種不同程度的助動運動模式和主動運動模式，符合腦功能的重塑過程，適合於0-5級肌力不同程度的患者使用；

（12）顯示屏可實時顯示操縱桿的位置，讓患者看到自己上肢的位置，讓神經控制系統積極有效的參與到訓練中來，幫助患者恢複本體感覺；

（13）根據不同的運動模式（主動-助動-被動），系統可針對患者不同的能力進行評估，如患者主動參與程度、動作平滑程度、主\被動關節活動度、目標追蹤準確性等；

（14）儀器支架高低可調節，避免了運動過程中的軀幹代償；

（15）根本上有效解決由大腦神經損傷所致的不同程度的手部功能障礙及併發症狀，幫助患者早日實現日常生活自理，早日重返家庭和社會

《雙上肢協調運動訓練和測試設備》所稱機械阻尼裝置為任意能夠通過機械方式對滑塊運動產生阻尼力的裝置，例如，可以是安裝在滑塊上且在滑塊滑動過程中能夠與懸臂摩擦的摩擦阻尼板，可以通過設定調節螺栓調節摩擦阻尼板與懸臂上相應摩擦面之間的壓力以調節阻尼力的大小，所稱電磁阻尼裝置為任意能夠通過電磁方式對滑塊運動產生阻尼力的裝置，例如，可以為一個由滑塊經適宜傳動機構帶動的阻尼用發電機，可以通過調節阻尼用發電機的荷載調節阻尼力的大小。

該實用新型所稱把手為任意能夠用手把握的件或件上的結構，例如，可以是安裝上滑塊表面上的桿狀手柄，可以是滑塊表面上的一個凸起，可以是滑塊上能夠用手握住的內凹結構。

該實用新型公開的各優選技術手段，除特別說明外及一個優選技術手段為另一技術手段的進一步限定外，均可以任意組合，形成若干不同的技術方案。

榮譽表彰

2016年12月7日，《雙上肢協調運動訓練和測試設備》獲得第十八屆中國專利優秀獎。