一種用于康復訓練的手部外骨骼裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于康復訓練的手部外骨骼裝置，包括手背機構、動力源、食指外骨骼、中指外骨骼、無名指外骨骼、小指外骨骼、拇指外骨骼；手背機構包括手背平臺、電機支座、絲桿支座；動力源包括食指部分、中指部分、無名指部分和小指部分；食指外骨骼、中指外骨骼、無名指外骨骼、小指外骨骼分別包括連桿、遠指節支座、過渡連桿、中指節支座、傳動連桿、驅動連桿、近指節支座；拇指外骨骼包括拇指驅動桿、拇指傳動桿、拇指連桿、拇指近指節支座、拇指遠指節支座、拇指電機、拇指絲桿、拇指滑塊、拇指絲杠支座、拇指滑塊連桿、拇指電機支座、拇指背部平臺。整套設備重量小、成本低廉、易于組裝，解決了現有手部康復裝置中存在的各手指之間無相互獨立、彎曲角度有限、難以完成精細動作、成本高等問題。
【專利說明】
一種用于康復訓練的手部外骨骼裝置
技術領域
[0001]本發明涉及一種人體運動輔助設備，尤其涉及一種用于康復訓練的手部外骨骼裝置。
【背景技術】
[0002]神經肌肉系統損傷并致殘的人群中最常見類型就是運動功能障礙，表現為肢體癱瘓，嚴重影響患者的生活自理能力和生存質量，其中以手部運動功能喪失影響最甚。考慮到手功能的靈巧性，手功能康復對于患者生活質量的提高起到至關重要的作用；也正因為如此，手功能康復一直以來是康復醫學的難題。
[0003]康復醫學研究與實踐表明，堅持運動康復訓練是恢復肢體運動功能的有效方法。
[0004]傳統的運動康復訓練是由臨床理療師牽拉患者關節與肌肉，協助癱瘓肢體往復運動，從而促進大腦皮層學習和強化運動功能，達到康復治療的效果。然而，這種傳統的方法需要依賴專業理療師的操作，并以其主觀經驗為指導，耗時耗力，效率很低且不易于在社區和家庭操作。
[0005]外骨骼是一種可穿戴于人體表面并提供保護與額外機能的機械電子裝置，因其結構類似某些動物的外骨骼而得名。這樣的裝置也稱為外骨骼機器人。為康復訓練設計的外骨骼機器人可以代替理療師輔助病人完成的康復訓練。借助外骨骼機器人的康復訓練過程不僅可以將治療師從重復、機械和大強度體力勞動中解放出來，還具有運動控制更加精確等方面的優勢。特別地，外骨骼機器人與功能性電刺激、肌電反饋等技術結合后具有根據用戶主觀意愿輔助患肢運動的能力，實現主動康復訓練更有利于促進中樞神經重塑、取得更好的治療效果。
[0006]手部外骨骼康復機器人一直是外骨骼開發的重難點，需要在有限的空間中設計出能輔助手部靈巧運動的機械裝置具有很高的難度。目前有報道的外骨骼康復機器人結構還比較簡單，多輔助下肢或上肢的大關節進行伸屈之類的簡單運動，少數針對手部的外骨骼裝置提供的自由度有限，結構復雜，很難支持各手指獨立協同運動，仍然存在很大的改進空間。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是提供一種重量小、成本低廉、易于組裝的用于康復訓練的手部外骨骼裝置。
[0008]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
[0009]本發明的用于康復訓練的手部外骨骼裝置，包括手背機構、動力源、食指外骨骼、中指外骨骼、無名指外骨骼、小指外骨骼、拇指外骨骼，所述動力源固定在手背機構上并與所述食指外骨骼、中指外骨骼、無名指外骨骼、小指外骨骼、拇指外骨骼分別連接；
[0010]所述手背機構包括手背平臺、電機支座、絲桿支座，所述手背機構通過綁帶固定在患者手部，所述電機支座、絲杠支座固定在所述手背平臺上；
[0011]所述動力源包括食指部分、中指部分、無名指部分和小指部分，所述食指部分包括食指上絲桿、食指下絲桿、食指上滑塊、食指下滑塊、食指上電機、食指下電機、食指上聯軸器、食指下聯軸器、食指上滑塊連桿、食指下滑塊連桿，所述中指部分、無名指部分和小指部分與所述食指部分結構相同；
[0012]所述食指外骨骼、中指外骨骼、無名指外骨骼、小指外骨骼分別包括第一連桿、第二連桿、第三連桿、遠指節支座、過渡連桿、第四連桿、第五連桿、第六連桿、中指節支座、傳動連桿、驅動連桿、第七連桿、第八連桿、近指節支座；
[0013]所述拇指外骨骼包括拇指驅動桿、拇指傳動桿、拇指第一連桿、拇指第二連桿、拇指近指節支座、拇指遠指節支座、拇指電機、拇指絲桿、拇指滑塊、拇指絲杠支座、拇指滑塊連桿、拇指電機支座、拇指背部平臺。
[0014]由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明實施例提供的用于康復訓練的手部外骨骼裝置。整套設備重量小、成本低廉、易于組裝，解決了現有手部康復裝置中存在的各手指之間無相互獨立、彎曲角度有限、難以完成精細動作、成本高等問題。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明實施例提供的用于康復訓練的手部外骨骼裝置的整體結構示意圖。
[0016]圖2為本發明實施例中手背機構部分的結構示意圖。
[0017]圖3為本發明實施例中動力源部分的結構示意圖。
[0018]圖4為本發明實施例中食指部分的結構示意圖。
[0019]圖5為本發明實施例中拇指部分的結構示意圖。
[0020]圖中:
[0021]手背機構1、動力源2、食指外骨骼3、中指外骨骼4、無名指外骨骼5、小指外骨骼6、拇指外骨骼7等、手背平臺8、電機支座9、絲桿支座10、食指上絲桿11、食指下絲桿12、食指上滑塊13、食指下滑塊14、食指上電機15、食指下電機16、食指上聯軸器17、食指下聯軸器18、食指上滑塊連桿19、食指下滑塊連桿20、第一連桿21、第二連桿22、第三連桿23、遠指節支座24、過渡連桿25、第四連桿26、第五連桿27、第六連桿28、中指節支座29、傳動連桿30、驅動連桿31、第七連桿32、第八連桿33、近指節支座34，拇指驅動桿35、拇指傳動桿36、拇指第一連桿37、拇指第二連桿38、拇指近指節支座39、拇指遠指節支座40、拇指電機41、拇指絲桿42、拇指滑塊43、拇指絲杠支座44、拇指滑塊連桿45、拇指電機支座46、拇指背部平臺47。
【具體實施方式】
[0022]下面將對本發明實施例作進一步地詳細描述。
[0023]本發明的用于康復訓練的手部外骨骼裝置，其較佳的【具體實施方式】是:
[0024]包括手背機構、動力源、食指外骨骼、中指外骨骼、無名指外骨骼、小指外骨骼、拇指外骨骼，所述動力源固定在手背機構上并與所述食指外骨骼、中指外骨骼、無名指外骨骼、小指外骨骼、拇指外骨骼分別連接；
[0025]所述手背機構包括手背平臺、電機支座、絲桿支座，所述手背機構通過綁帶固定在患者手部，所述電機支座、絲杠支座固定在所述手背平臺上；
[0026]所述動力源包括食指部分、中指部分、無名指部分和小指部分，所述食指部分包括食指上絲桿、食指下絲桿、食指上滑塊、食指下滑塊、食指上電機、食指下電機、食指上聯軸器、食指下聯軸器、食指上滑塊連桿、食指下滑塊連桿，所述中指部分、無名指部分和小指部分與所述食指部分結構相同；
[0027]所述食指外骨骼、中指外骨骼、無名指外骨骼、小指外骨骼分別包括第一連桿、第二連桿、第三連桿、遠指節支座、過渡連桿、第四連桿、第五連桿、第六連桿、中指節支座、傳動連桿、驅動連桿、第七連桿、第八連桿、近指節支座；
[0028]所述拇指外骨骼包括拇指驅動桿、拇指傳動桿、拇指第一連桿、拇指第二連桿、拇指近指節支座、拇指遠指節支座、拇指電機、拇指絲桿、拇指滑塊、拇指絲杠支座、拇指滑塊連桿、拇指電機支座、拇指背部平臺。
[0029]所述動力源的食指部分中，食指上絲桿、食指下絲桿套接在上下兩層的絲桿支座上，食指上電機、食指下電機套接在上下雙孔的電機支座上，并通過食指上聯軸器、食指下聯軸器與食指上絲桿、食指下絲桿同軸心固定，食指上滑塊、食指下滑塊螺紋連接于食指上絲桿與食指下絲桿，并且與食指上滑塊連桿與食指下滑塊連桿鉸接，所述動力源的中指部分、無名指部分和小指部分的連接結構與所述食指部分的連接結構相同。
[0030]所述食指外骨骼中的傳動連桿通過連接點鉸接在手背平臺，并且與食指上滑塊連桿鉸接;第八連桿通過連接點鉸接在手背平臺，并且食指下滑塊連桿鉸接，所述中指外骨骼、無名指外骨骼、小指外骨骼與所述手背機構及動力源的連接結構與所述食指外骨骼的連接結構相同。
[0031]所述食指外骨骼中，遠指節支座、中指節支座、近指節支座通過綁帶固定在患者的遠節指骨、中節指骨、近節指骨上;第一連桿一端鉸接于遠指節支座上，另一端與第二連桿相互鉸接，第二連桿另一端鉸接于中指節支座;第四連桿一端鉸接在中指節支座，另一端與第五連桿鉸接，第五連桿另一端鉸接在近指節支座;過渡連桿一端鉸接在中指節支座，另一端與第三連桿鉸接;第三連桿另一端鉸接在第一、第二連桿的連接處;第七連桿一端鉸接在近指節支座，另一端與第八連桿鉸接;第八連桿另一端鉸接在手背平臺上;驅動連桿一端鉸接在手背平臺，另一端與傳動連桿鉸接;傳動連桿另一端鉸接在過渡連桿與第三連桿的連接處;第六連桿一端鉸接于第四連桿、第五連桿的連接處，另一端鉸接在驅動連桿上;所述中指外骨骼、無名指外骨骼、小指外骨骼的從屬部件連接結構與所述食指外骨骼的從屬部件連接結構相同；
[0032]所述拇指外骨骼中，拇指電機支座、拇指絲杠支座、固定在拇指背部平臺上，拇指絲桿套接在拇指絲杠支座，拇指電機套接在拇指電機支座;拇指滑塊螺紋固定于拇指絲桿，拇指滑塊連桿一端鉸接在拇指滑塊，另一端鉸接在拇指驅動桿中部，拇指驅動桿另一端鉸接于拇指背部平臺；拇指近指節支座綁定于拇指近節指骨，拇指遠指節支座綁定于拇指遠節指骨;拇指第一連桿一端鉸接于拇指遠指節支座，另一端鉸接于拇指第二連桿;拇指第二連桿另一端鉸接于拇指近指節支座;拇指傳動桿一端鉸接于拇指第一連桿與拇指第二連桿的連接處，另一端鉸接于拇指驅動桿的上端。
[0033]本發明的用于康復訓練的手部外骨骼裝置，解決了現有手部康復裝置中存在的各手指之間無相互獨立、彎曲角度有限、難以完成精細動作、成本高等問題。
[0034]與現有技術相比，本發明的優勢在于:
[0035]1.每個手指都是條形連桿加絲桿滑塊的結構，模塊化設計，原理簡單，易于3D打印快速實現。
[0036]2.五個手指在運動、控制上是相互獨立的，支持更豐富的運動模式。
[0037]3.每個手指的三個關節都可在外骨骼驅動之下運動，更有益于手部精細動作康復訓練。
[0038]4.整套設備有重量小、成本低廉、易于組裝等優點。
[0039]5.針對不同患者不同的手指尺寸，易于實現外骨骼設備個性化定制、快速組裝。
[0040]具體實施例:
[0041]結合圖1說明，一種用于康復訓練的手部外骨骼裝置包括手背機構1、動力源2、食指外骨骼3、中指外骨骼4、無名指外骨骼5、小指外骨骼6、拇指外骨骼7等;動力源2固定在手背機構I上，食指外骨骼3、中指外骨骼4、無名指外骨骼5、小指外骨骼6、拇指外骨骼7分別與動力源相連。
[0042]結合圖2說明，所述手背機構I包括手背平臺8、電機支座9、絲桿支座10等。手背平臺8前端是用于和四個手指外骨骼鉸接的連接點，中部是四個相同的安放絲桿與滑塊的絲杠支座10，后端是四個電機支座9。
[0043]結合圖3說明，所述動力源2包括食指部分:食指上絲桿11、食指下絲桿12、食指上滑塊13、食指下滑塊14、食指上電機15、食指下電機16、食指上聯軸器17、食指下聯軸器18、食指上滑塊連桿19、食指下滑塊連桿20等，以及結構相同并且分別對應的中指部分、無名指部分、小指部分。食指上絲桿11、食指下絲桿12分別套接在雙層的絲桿支座10上;食指上滑塊13、食指下滑塊14分別螺紋連接于食指上絲桿11、食指下絲桿12;食指上電機15、食指下電機16分別安裝在雙層的電機支座9;上食指上聯軸器17、食指下聯軸器18將電機的出軸與絲桿連接固定在一起，確保其同軸心轉動;食指上滑塊連桿19、食指下滑塊連桿20分別鉸接在上下兩個滑塊上，作為動力源2的輸出單元。
[0044]結合圖4說明，所述食指外骨骼3、中指外骨骼4、無名指外骨骼5、小指外骨骼6均包括第一連桿21、第二連桿22、第三連桿23、遠指節支座24、過渡連桿25、第四連桿26、第五連桿27、第六連桿28、中指節支座29、傳動連桿30、驅動連桿31、第七連桿32、第八連桿33、近指節支座34等；以食指為例，遠指節支座24綁定在遠節指骨上，中指節支座29綁定在中節指骨上，近指節支座34綁定在近節指骨上;第一連桿21 —端鉸接于遠指節支座24上，另一端與第二連桿22相互鉸接，第二連桿22另一端鉸接于中指節支座29，第一連桿21、第二連桿22與遠指節支座24、中指節支座29 —同構成一個四邊形連桿機構;第四連桿26—端鉸接在中指節支座29，另一端與第五連桿27鉸接，第五連桿27另一端鉸接在近指節支座34，第四連桿26、中指節支座29、第五連桿27、近指節支座34 —同構成一個四邊形連桿機構;過渡連桿25—端鉸接在中指節支座29，另一端與第三連桿23鉸接，起到支撐作用;第三連桿23另一端鉸接在第一、第二連桿的連接處；第七連桿32—端鉸接在近指節支座34，另一端與第八連桿33鉸接;第八連桿另一端鉸接在手背平臺8上，第七連桿32、近指節支座34、第八連桿33、手背平臺8—同構成一個四邊形連桿機構;驅動連桿31—端鉸接在手背平臺8，另一端與傳動連桿30鉸接;傳動連桿30另一端鉸接在過渡連桿25與第三連桿23的連接處;第六連桿28—端鉸接于第四連桿26、第五連桿27的連接處，另一端鉸接在驅動連桿31上。其余中指外骨骼4、無名指外骨骼5、小指外骨骼6的從屬部件以及連接方式與食指外骨骼3完全相同；
[0045]結合圖5說明，所述拇指外骨骼7中，拇指電機支座46、拇指絲杠支座44、固定在拇指背部平臺47上，拇指絲桿42套接在拇指絲杠支座44，拇指電機41套接在拇指電機支座46，拇指滑塊43螺紋固定于拇指絲桿42，拇指滑塊連桿45—端鉸接在拇指滑塊43，另一端鉸接在拇指驅動桿35中部，拇指驅動桿35另一端鉸接于拇指背部平臺47;以上結構與功能與手背機構I的結構功能類似。拇指近指節支座39綁定于拇指近節指骨，拇指遠指節支座40綁定于拇指遠節指骨;拇指第一連桿37—端鉸接于拇指遠指節支座40，另一端鉸接于拇指第二連桿38;拇指第二連桿38另一端鉸接于拇指近指節支座39;拇指第一、第二連桿與近指節支座、遠指節支座共同構成一個四邊形連桿機構。拇指傳動桿36—端鉸接于拇指第一連桿37與拇指第二連桿38的連接處，另一端鉸接于拇指驅動桿35的上端；
[0046]本發明的工作過程如下:
[0047]以食指為例，食指上電機與食指下電機同時以不同的速度轉動，分別推動食指上絲桿與食指下絲桿繞軸心旋轉，絲桿旋轉的同時在螺紋的作用下會推動食指上滑塊與下食指滑塊向前滑行，滑塊推動食指上滑塊連桿與食指下滑塊連桿向前運動，進一步的推動第八連桿與驅動連桿。
[0048]第八連桿推動第七連桿進而推動近指節支座34，四邊形連桿機構的作用下使得食指的掌骨關節彎曲。
[0049]驅動連桿同時推動第六連桿與傳動連桿，一方面，第六連桿推動第五連桿進而推動第四連桿，在四邊形連桿機構的作用下使得中指節支座推動近節指骨，即近端關節彎曲。另一方面，傳動連桿在過渡連桿的支撐下推動第三連桿運動，第三連桿推動第一連桿，在四邊形連桿機構的作用下推動遠指節支座，使得遠端關節彎曲。
[0050]兩個電機的不同速率轉動、第六連桿與驅動連桿的不同旋轉半徑使得三個關節以不同的角速度協同彎曲，最終使得整個食指達到彎曲的效果。
[0051 ]當電機反向旋轉時，即可得到食指伸展的效果。
[0052]拇指的工作過程可以視為食指模型的簡化，電機推動絲杠轉動，絲杠推動滑塊連桿向前，滑塊連桿推動拇指第一連桿，在四邊形連桿機構的作用下，推動遠指節支座，使得拇指遠端關節彎曲。
[0053]其余中指外骨骼、無名指外骨骼、小指外骨骼的工作過程與食指外骨骼在原理上完全相同，只是從屬的零件尺寸略有不同，每個手指都有對應的電機與絲桿滑塊裝置為其提供動力，確保各手指之間的運動相互獨立，互不影響。
[0054]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明披露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
【主權項】
1.一種用于康復訓練的手部外骨骼裝置，其特征在于，包括手背機構(I)、動力源(2)、食指外骨骼(3)、中指外骨骼(4)、無名指外骨骼(5)、小指外骨骼(6)、拇指外骨骼(7)，所述動力源(2)固定在手背機構(I)上并與所述食指外骨骼(3)、中指外骨骼(4)、無名指外骨骼(5)、小指外骨骼(6)、拇指外骨骼(7)分別連接； 所述手背機構(I)包括手背平臺(8)、電機支座(9)、絲桿支座(10)，所述手背機構(I)通過綁帶固定在患者手部，所述電機支座(9)、絲杠支座(10)固定在所述手背平臺(8)上； 所述動力源(2)包括食指部分、中指部分、無名指部分和小指部分，所述食指部分包括食指上絲桿(11)、食指下絲桿(12)、食指上滑塊(13)、食指下滑塊(14)、食指上電機(15)、食指下電機(16)、食指上聯軸器(17)、食指下聯軸器(18)、食指上滑塊連桿(19)、食指下滑塊連桿(20)，所述中指部分、無名指部分和小指部分與所述食指部分結構相同； 所述食指外骨骼(3)、中指外骨骼(4)、無名指外骨骼(5)、小指外骨骼(6)分別包括第一連桿(21)、第二連桿(22)、第三連桿(23)、遠指節支座(24)、過渡連桿(25)、第四連桿(26)、第五連桿(27)、第六連桿(28)、中指節支座(29)、傳動連桿(30)、驅動連桿(31)、第七連桿(32)、第八連桿(33)、近指節支座(34); 所述拇指外骨骼(7)包括拇指驅動桿(35)、拇指傳動桿(36)、拇指第一連桿(37)、拇指第二連桿(38)、拇指近指節支座(39)、拇指遠指節支座(40)、拇指電機(41)、拇指絲桿(42)、拇指滑塊(43)、拇指絲杠支座(44)、拇指滑塊連桿(45)、拇指電機支座(46)、拇指背部平臺(47)。2.根據權利要求1所述的用于康復訓練的手部外骨骼裝置，其特征在于，所述動力源(2)的食指部分中，食指上絲桿(11)、食指下絲桿(12)套接在上下兩層的絲桿支座(10)上，食指上電機(15)、食指下電機(16)套接在上下雙孔的電機支座(9)上，并通過食指上聯軸器(17)、食指下聯軸器(18)與食指上絲桿(11)、食指下絲桿(12)同軸心固定，食指上滑塊(13)、食指下滑塊(14)螺紋連接于食指上絲桿(11)與食指下絲桿(12)，并且與食指上滑塊連桿(19)與食指下滑塊連桿(20)鉸接，所述動力源(2)的中指部分、無名指部分和小指部分的連接結構與所述食指部分的連接結構相同。3.根據權利要求2所述的用于康復訓練的手部外骨骼裝置，其特征在于，所述食指外骨骼(3)中的傳動連桿(30)通過連接點鉸接在手背平臺(8)，并且與食指上滑塊連桿(19)鉸接;第八連桿(33)通過連接點鉸接在手背平臺(8)，并且食指下滑塊連桿(20)鉸接，所述中指外骨骼(4)、無名指外骨骼(5)、小指外骨骼(6)與所述手背機構(I)及動力源⑵的連接結構與所述食指外骨骼(3)的連接結構相同。4.根據權利要求3所述的用于康復訓練的手部外骨骼裝置，其特征在于，所述食指外骨骼(3)中，遠指節支座(24)、中指節支座(29)、近指節支座(34)通過綁帶固定在患者的遠節指骨、中節指骨、近節指骨上;第一連桿(21) —端鉸接于遠指節支座(24)上，另一端與第二連桿(22)相互鉸接，第二連桿(22)另一端鉸接于中指節支座(29);第四連桿(26)一端鉸接在中指節支座(29)，另一端與第五連桿(27)鉸接，第五連桿(27)另一端鉸接在近指節支座(28);過渡連桿(25) —端鉸接在中指節支座(29)，另一端與第三連桿(23)鉸接;第三連桿(23)另一端鉸接在第一、第二連桿的連接處;第七連桿(32) —端鉸接在近指節支座(34)，另一端與第八連桿(33)鉸接;第八連桿另一端鉸接在手背平臺(8)上;驅動連桿(31) —端鉸接在手背平臺(8)，另一端與傳動連桿(30)鉸接;傳動連桿(30)另一端鉸接在過渡連桿(25)與第三連桿(23)的連接處;第六連桿(28) 一端鉸接于第四連桿(26)、第五連桿(27)的連接處，另一端鉸接在驅動連桿(31)上;所述中指外骨骼(4)、無名指外骨骼(5)、小指外骨骼(6)的從屬部件連接結構與所述食指外骨骼(3)的從屬部件連接結構相同。5.根據權利要求2所述的用于康復訓練的手部外骨骼裝置，其特征在于，所述拇指外骨骼(7)中，拇指電機支座(46)、拇指絲杠支座(44)、固定在拇指背部平臺(47)上，拇指絲桿(42)套接在拇指絲杠支座(44)，拇指電機(41)套接在拇指電機支座(46);拇指滑塊(43)螺紋固定于拇指絲桿(42)，拇指滑塊連桿(45)—端鉸接在拇指滑塊(43)，另一端鉸接在拇指驅動桿(35)中部，拇指驅動桿(35)另一端鉸接于拇指背部平臺(47);拇指近指節支座(39)綁定于拇指近節指骨，拇指遠指節支座(40)綁定于拇指遠節指骨;拇指第一連桿(37)—端鉸接于拇指遠指節支座(40)，另一端鉸接于拇指第二連桿(38);拇指第二連桿(38)另一端鉸接于拇指近指節支座(39);拇指傳動桿(36)—端鉸接于拇指第一連桿(37)與拇指第二連桿(38)的連接處，另一端鉸接于拇指驅動桿(35)的上端。
【文檔編號】A61H1/02GK105943308SQ201610383110
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月27日
【發明人】王峰, 張旭, 陳香
【申請人】中國科學技術大學