在脑卒中患者中,有30%-66%遗留有手部功能障碍,以手部伸展障碍为主。运动康复训练能够使丧失功能重新获得。手指康复训练系统综合机器人学,康复医学,控制技术,传感器技术,机械设计,电子信息,计算机技术等,对脑卒中患者手指康复有重要的研究和应用价值。整个手指运动功能中,大拇指、食指、中指、无名指、小指的失能指数依次为整个手功能的40%、20%、20%、10%、10%。大拇指、食指和中指占80%。本文针对现有手指康复训练系统中核心的手指对指训练功能康复训练问题,设计实现了一套手指康复训练系统,系统主要包括:系统总体设计、手部3D建模,对指康复训练机械结构设计、控制系统设计、被动和主动训练模式的设计、上位机监控系统的设计等。主要研究内容如下:(1)分析人体手部的生理结构,设计并实现手指康复训练的机械结构。首先,为确保装置的安全性,设计机械限位卡簧、光电限位开关和上位机急停按键,采用多重措施保障手指训练安全。其次,考虑手指训练过程的装置传动的可靠性,采用滚珠丝杠配合减震圆带将电机转动稳定高效地转换为平动输出。(2)设计并实现了手指康复训练的控制系统。主要包括:控制系统总体设计、被动和主动训练模式和上位机监控系统。根据参与训练的手指数量,设计了单指、两指、三指的被动训练模式。此外,为提高患者参与度,提升训练效果,设计了包含手势识别和语音交互两种主动式训练模式。手势识别系统中采用了7层的卷积神经网络对采集到的健侧手势进行分类,将分类结果传输至上位机用以指导电机带动患侧手部的运动。在语音交互系统中,对医师或患者发出的动作指令进行识别,根据结果指导训练。(3)在康复医疗师的辅助指导下,对手指康复训练系统进行测试。测试表明机械结构的硬件限位、限位开关光电限位、上位机急停软件限位可以保证手指在不同的康复训练模式下的安全性和稳定性。被动训练模式时,康复训练装置带动患者手指进行康复训练。人机交互模式中,患者通过相应的手势或者输入指定的语音,发出控制指令,控制器通过电机驱动控制电机转动,通过康复训练装置带动手指完成康复训练,使患者能主动参与到康复训练中。在患者进行手势识别康复训练时,手势平均识别率为:90.1%;语音识别康复训练模式中在实验室工作区环境和实验室活动区环境的语音识别率分别为:95%和88%。表明主动训练模式下,装置可以使用户主动参与到手指康复训练过程。