一种手部力数据测量训练装置及方法

本发明涉及人体运动信息、软体机器人和康复治疗，尤其涉及一种手部力数据测量训练装置及方法。

背景技术：

1、手的功能多样且可以实现各种精细的动作，承担着各种各样的日常活动，因此，对于手部的数据测量显得尤为重要，例如可以通过测量手部抓握物体的力数据，对手部的抓握力度进行评估。中风的并发症就包括手部无力、疼痛和痉挛等，因此手功能障碍的患者需要进行手部康复训练，手部康复是最难的康复领域之一，在康复过程中需要对患者的手部各项数据进行测量，测量数据可以作为治疗效果的评价指标。手部数据测量装置广泛应用于医疗康复、运动评估和虚拟技术等领域。

2、目前市场上的手部力数据测量装置结构较为复杂，且只能对于手部的整体抓握力进行测量，测量训练区域比较单一，对于抓握物体时的手指各指节的力数据无法测量，力矩更是无法测量。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种可测量手部整体抓握力和/或手指各指节抓握力的手部力数据测量训练装置及方法。

2、为实现上述目的，本发明提供一种手部力数据测量训练装置，包括：

3、基座，用于支撑测量训练单元；

4、测量训练单元，设置在所述基座上，包括整手测量训练模块和/或指节测量训练模块，所述整手测量训练模块和/或所述指节测量训练模块分别由一个以上的囊体式测量训练机构组成，所述囊体式测量训练机构包括多个相互连通的囊体以及用于测量多个相互连通的囊体的整体压力的压力传感器。

5、进一步地，所述基座形状包括：圆柱形、球形、椭球形。

6、进一步地，所述基座上开有滑槽，所述滑槽内滑动连接有滑块，所述指节测量训练模块设置在所述滑块上。

7、进一步地，述滑块的两侧壁和所述滑槽的两侧槽壁之间设有凹凸配合结构。

8、进一步地，所述囊体式测量训练机构还包括采用柔性材料制成的贴合板，多个所述囊体成型在所述贴合板上。

9、进一步地，所述贴合板包括相互粘合的位于内层的封底板和位于外层的囊体基板，所述囊体和所述囊体之间的连通管道一体成型在所述囊体基板上并通过所述封底板封合。

10、进一步地，所述囊体朝外凸出于所述贴合板。

11、进一步地，所述囊体式测量训练机构中，所述压力传感器通过主管道与多个所述囊体构成的整体腔室连通。

12、本发明还提供一种手部力数据测量方法，使用上述手部力数据测量训练装置实现，包括以下步骤：

13、(1)配置n个尺寸不同的基座，分别用每个基座配合囊体式测量训练机构对手部或手指的抓握力进行m次测量，并将m次测量结果取平均值，得到n个尺寸不同的基座的检测力数据；n，m均大于2；

14、(2)将n个基座的尺寸数据与检测力数据拟合出关系曲线，并通过关系曲线得出计算关系式；

15、(3)后续测量中，通过关系式计算出抓握不同尺寸基座对应的手部或手指的抓握力。

16、进一步地，还可以测量手部或手指关节的力矩，首先使用半径为r1的基座配合囊体式测量训练机构，测量关节一侧肢体的作用力f1，f1的力作用点与关节之间的距离为l1；然后使用半径为r2的基座配合囊体式测量训练机构，测量关节一侧肢体的作用力f2，f2的力作用点与关节之间的距离为l2；关节距离基座的高度为h，最后联立以下方程，测量关节力矩m：

17、

18、其中，r1为r1加上囊体式测量训练机构的厚度，r2为r2加上囊体式测量训练机构的厚度。

19、本发明的有益效果体现在：

20、本发明的手部力数据测量训练装置，当手部抓握整手测量训练模块时，可以测量手部整体的抓握力，当手指抓握指节测量训练模块时，可以测量手指各指节的抓握力；抓握整手测量训练模块和/或指节测量训练模块的囊体式测量训练机构时，相应部位会挤压各囊体，囊体内的压力值会发生变化，通过压力传感器可以测量各囊体的整体压力信号，对压力信号进行分析，继而可以测量手部整体抓握力和手指各指节抓握力，也能够锻炼到手部或手指，还能解决手部关节力矩的测量问题，且基于抓握力也即可以计算出关节力矩大小。

技术特征：

1.一种手部力数据测量训练装置，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的手部力数据测量训练装置，其特征在于，所述基座形状包括：圆柱形、球形、椭球形。

3.如权利要求1或2所述的手部力数据测量训练装置，其特征在于，所述基座上开有滑槽，所述滑槽内滑动连接有滑块，所述指节测量训练模块设置在所述滑块上。

4.如权利要求3所述的手部力数据测量训练装置，其特征在于，所述滑块的两侧壁和所述滑槽的两侧槽壁之间设有凹凸配合结构。

5.如权利要求1或2或3所述的手部力数据测量训练装置，其特征在于，所述囊体式测量训练机构还包括采用柔性材料制成的贴合板，多个所述囊体成型在所述贴合板上。

6.如权利要求5所述的手部力数据测量训练装置，其特征在于，所述贴合板包括相互粘合的位于内层的封底板和位于外层的囊体基板，所述囊体和所述囊体之间的连通管道一体成型在所述囊体基板上并通过所述封底板封合。

7.如权利要求5所述的手部力数据测量训练装置，其特征在于，所述囊体朝外凸出于所述贴合板。

8.如权利要求1或2或3所述的手部力数据测量训练装置，其特征在于，所述囊体式测量训练机构中，所述压力传感器通过主管道与多个所述囊体构成的整体腔室连通。

9.一种手部力数据测量方法，其特征在于，使用如权利要求1至8中任一项所述的手部力数据测量训练装置实现，包括以下步骤：

10.如权利要求9所述的手部力数据测量方法，其特征在于，还可以测量手部或手指关节的力矩，首先使用半径为r1的基座配合囊体式测量训练机构，测量关节一侧肢体的作用力f1，f1的力作用点与关节之间的距离为l1；然后使用半径为r2的基座配合囊体式测量训练机构，测量关节一侧肢体的作用力f2，f2的力作用点与关节之间的距离为l2；关节距离基座的高度为h，最后联立以下方程，测量关节力矩m：

技术总结
本发明公开了一种手部力数据测量训练装置及方法，装置包括：基座，用于支撑测量训练单元；测量训练单元，设置在所述基座上，包括整手测量训练模块和/或指节测量训练模块，所述整手测量训练模块和/或所述指节测量训练模块分别由一个以上的囊体式测量训练机构组成，所述囊体式测量训练机构包括多个相互连通的囊体以及用于测量多个相互连通的囊体的整体压力的压力传感器。本发明的手部力数据测量训练装置，抓握囊体式测量训练机构时，相应部位会挤压各囊体，囊体内的压力值会发生变化，通过压力传感器可以测量各囊体的整体压力信号，对压力信号进行分析，继而可以测量手部整体抓握力和手指各指节抓握力，也能够锻炼到手部或手指。

技术研发人员：王勇,汪禧龙,石超,穆景颂,陈品,刘正士
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：
技术公布日：2025/4/10