CN105796283A - 一种外骨骼手部康复训练装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种外骨骼手部康复训练装置，旨在实现中风病人的手部康复训练，主要包括指部驱动装置、手部支承组件、腕部支承组件、电机驱动装置。指部驱动装置安装在手部支承组件上，手部支承组件和电机驱动装置安装在腕部支承组件上。本发明通过钢丝软轴组件将电机的动力传递到指部驱动装置上，通过齿轮传动实现指部关节的运动，能够独立的驱动四根手指，结构简单且易于实现，电机驱动装置后置以及钢丝软轴驱动的方式减轻了指部外骨骼结构的重量。本发明的指部驱动装置上有圆弧轨道结构，实现外骨骼装置的回转中心与手指关节的回转中心保持一致，指部驱动装置可根据病人的手指的长度和半径进行调节外骨骼手指的长度和更换指部固定环。
Description
技术领域
本发明涉及一种康复训练装置，尤其涉及一种外骨骼手部康复训练装置，属于手部康复医疗设备。
背景技术
手是人体最重要的器官之一,在人类日常生活中扮演着无可替代的作用。在我国，脑卒中是导致残疾和死亡的重要原因，也是中老年人的一种常见病、多发病，由于脑卒中(中风)等术后因中枢神经损伤导致的手部运动功能障碍,为患者的日常生活带来了极大了影响,脑卒中后80％的患者会经历急性上肢麻痹，并且只有30％患者能实现功能的完全恢复，需要通过康复训练来重新获得运动功能。随着机器人及相关技术的发展,利用机器人技术辅助患者手指进行弯曲及伸展训练已成为众多医疗研究机构的研究热点之一。
目前国内外已经研制出多种类型的外骨骼手部康复器，现有的一些外骨骼手部康复器体积庞大、无法携带、对手部的适应协调性差且穿戴性差，给手部康复带来不便，难以完全满足患者的要求。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前外骨骼手部康复器体积庞大、无法携带和适应协调性差的问题而提供一种外骨骼手部康复训练装置。
本发明的目的是这样实现的：包括腕部支承组件、手部支承组件和指部驱动装置，其特征在于：所述腕部支撑组件包括腕部支撑板、安装在腕部支撑板正下方的腕部固定环和安装在腕部支撑板上端的电机支架，所述电机支架上安装有四个直流电机，每个电机的输出轴连接有钢丝软轴II，每个钢丝软轴II的端部通过张紧器连接有钢丝软轴I，所述手部支撑组件包括手部支撑板和安装在手部支撑板两侧的可调节的手部固定带，所述指部驱动装置包括安装在手部支撑板的上端的四个L型的第三支撑板，每个第三支撑板的水平端上安装有第三支座，第三支座与第三支撑板的竖直端之间设置有第三轮轴，第三轮轴上安装有第三直齿轮，所述第三支撑板的竖直端设置有第三圆弧槽，第二圆弧槽上安装有第三轴套，第三轴套的端部固连有第三圆弧齿条，且第三圆弧齿条与第三直齿轮啮合，所述钢丝软轴I的端部与第三蜗杆的一端固连，所述第三轮轴上还安装有第三蜗轮，且第三蜗轮与第三蜗杆啮合，第三圆弧齿条的端部固连有第三压板，且第三压板安装在L型的第二支撑板上，第二支撑板的水平端上安装有第二支座，第二支座与第二支撑板的竖直端之间设置有第二轮轴，第二轮轴上安装有第二直齿轮，所述第二支撑板的竖直端设置有第二圆弧槽，第二圆弧槽中安装有第二轴套，第二轴套的端部固连有第二圆弧齿条，第二圆弧齿条与第二直齿轮啮合，所述第三蜗杆的另一端固连有第二钢丝软轴组件，所述第二钢丝软轴组件的端部与第二蜗杆的一端固连，所述第二轮轴上还安装有第二蜗轮，且第二蜗杆与第二蜗轮啮合，第二圆弧齿条的端部固连有第二压板，且第二压板安装在L型的第一支撑板上，第一支撑板的水平端上安装有第一支座，第一支座与第一支撑板的竖直端之间设置有第一轮轴，第一轮轴上安装有第一直齿轮，所述第一支撑板的竖直端设置有第一圆弧槽，第一圆弧槽中安装有第一轴套，第一轴套的端部固连有第一圆弧齿条，第一圆弧齿条与第一直齿轮啮合，所述第二蜗杆的另一端固连有第一钢丝软轴组件，所述第一钢丝软轴组件的端部与第一蜗杆固连，所述第一轮轴上还安装有第一蜗轮，第一蜗杆与第一蜗轮啮合，第一圆弧齿条的端部固连有第一压板，所述第一压板的下端面、第一支撑板水平端的下端面、第二支撑板水平端的下端面上粉笔而设置有第一指部固定环、第二指部固定环和第三支部固定环。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.所述第一钢丝软轴组件与第二钢丝软轴组件结构相同，均包括：钢丝软轴保护套I、与钢丝软轴保护套I固连的第一固定螺母、钢丝软轴保护套II、与钢丝软轴保护套II固连的第二固定螺母、设置在第一固定螺母与第二固定螺母之间的套杯，所述套杯内安装有可移动的滑块，滑块上固连有钢丝软轴，且所述钢丝软轴外部套有弹簧，所述弹簧的一端与滑块固连、另一端与第一固定螺母的表面固连。
2.所述张紧器包括与钢丝软轴II连接的固定螺母II、与固定螺母II固连的张紧器套杯、与钢丝软轴I连接的固定螺母I和与固定螺母I固连的滑块，所述滑块安装在所述张紧器套杯内，且所述张紧器套杯上设置有紧固螺钉。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用电机驱动方式，四个电机分别驱动四根外骨骼手指，并采用钢丝软轴传递扭矩，采用特制的能够传递双向力矩的钢丝软轴，由于手部需要的驱动力矩较小、钢丝软轴的长度较短以及蜗杆传动的传动比较大，采用钢丝软轴传动能够满足传递力和精度要求，采用一个电机就可以驱动外骨骼手指，减小了外骨骼手部康复装置的尺寸，结构更为紧凑，同时简化了传动结构；手部采用外骨骼支承和电机驱动装置安装在腕部的方法减小了手部的负载。本发明的外骨骼手部康复装置工作时，指部驱动装置上有圆弧轨道结构，实现外骨骼装置的回转中心与手指关节的回转中心保持一致，保证外骨骼手与人手之间无干涉运动；指部驱动装置可根据病人的手指的长度和半径进行调节外骨骼手指的长度和更换指部固定环，实现外骨骼装置的回转中心与手指关节的回转中心重合，使其具有更好的适应性。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的手指的结构示意图一(以食指为例)；
图3是本发明的手指的结构示意图二(以食指为例)；
图4是本发明的钢丝软轴组件的结构示意图(以第二钢丝软轴组件为例)；
图5是本发明的张紧器的结构示意图；
图6是本发明的手部支承组件和腕部支承组件的结构示意图；
图7是本发明的工作过程示意图。
图中：1.指部驱动装置，2.外骨骼中指，3.外骨骼食指，4，固定带锁紧扣，5.手部固定带，6.紧固块，7.手部支撑板，8.钢丝软轴I，9.张紧装置，10.腕部固定环I，11.钢丝软轴II，12.按钮，13.腕部固定环II，14.电机支架，15.直流电机，16.编码器，17.腕部支撑板，18.支承套筒，19.支承梁I，20.支承梁II，21.挡板，22.外骨骼小指，23.外骨骼无名指，24.第一指段，25.关节I，26.第二指段，27.关节II，28.第三指段，29.第三压板，30.关节III，31.手掌；3-1.第一压板，3-2.第一指部固定环II，3-3.第一指部固定环I，3-4.第一支座I，3-5.第一支座II，3-6.第二指部固定环I，3-7.第一支撑板，3-8.第二指部固定环II，3-9.第二压板，3-10.第二支撑板，3-11.第三指部固定环I，3-12.第三指部固定环II，3-13.第二钢丝软轴组件，3-14.第三支座I，3-15.第三支座II，3-16.第三支撑板，3-17.第二轮轴，3-18，第三圆弧齿条，3-19.第三蜗轮，3-20.第三直齿轮，3-21.第三蜗杆，3-22.第二挡片，3-23.第二轴套，3-24.第二圆弧齿条，3-25.第一圆弧齿条，3-26.第一钢丝软轴组件，3-27.第一蜗轮，3-28.第一直齿轮，3-29.第一蜗杆，3-30.第三挡片，3-31.第三轴套，3-32.第二支座II，3-33.第二蜗轮，3-34.第二直齿轮，3-35.第二蜗杆，3-36.第一轴套，3-37.第三轮轴，3-38.第一轮轴，3-39.第一挡片，3-40.第二支座I。9-1.固定螺母I，9-2.紧固螺钉，9-3.固定螺母II，9-4.套杯，9-5.滑块。3-13-1.第二钢丝软轴保护套I，3-13-2.第一固定螺母I，3-13-3.第二套杯，3-13-4.第二钢丝软轴I，3-13-5.第二滑块，3-13-6.第二钢丝软轴保护套II，3-13-7.第二固定螺母II，3-13-8.第二弹簧。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
结合图1，一种外骨骼手部康复训练装置，主要包括指部驱动装置、手部支承组件、腕部支承组件、电机驱动装置；指部驱动装置安装在手部支承组件上，手部支承组件和电机驱动装置安装在腕部支承组件上；指部驱动装置包括外骨骼食指3、外骨骼中指2、外骨骼无名指23和外骨骼小指22，外骨骼食指3、外骨骼中指2、外骨骼无名指23和外骨骼小指22的驱动原理和结构相同，具体尺寸不同。外骨骼食指3、外骨骼中指2、外骨骼无名指23和外骨骼小指22分别匹配相应的直流电机、张紧装置和钢丝软轴。
结合图6，所述的手部支承组件包括手部支撑板7、手部固定带5、固定带锁紧扣4、紧固块6和挡板21；手部固定带5通过紧固块6安装在手部支撑板7上，固定带锁紧扣4安装在手部固定带5上，用于调节手部固定带5的长度，挡板21安装在手部支撑板7，挡板21有四个导线孔，手部支承组件整体安装在支承梁I19和支承梁II20上；腕部支承组件包括腕部支撑板17、支承套筒18、支承梁I19、支承梁II20、电机支架14、腕部固定环I10、腕部固定环II13和按钮12；支承梁I19通过支承套筒18和螺栓安装在腕部支撑板17上，电机支架14和腕部固定环II13安装在腕部支撑板17上，支承梁I19和支承梁II20与手部支承组件和电机支架14之间通过螺栓连接；腕部固定环I10安装在腕部固定环II13上，腕部固定环I10可绕着腕部固定环II13上的转轴转动；电机驱动装置包括直流电机15和编码器16，直流电机15安装在电机支架14上。电机驱动装置安装在腕部，同时手部支承组件和腕部支承组件安装在患者掌部和腕部，手部外骨骼通过支承部分承担重量，不会对患者造成负担；电机驱动装置安装在腕部有利于控制部分的安装；腕部固定环I和腕部固定环II可以灵活方便安装在患者的腕部，通过按钮实现腕部固定环I和腕部固定环II的结合和分离，腕部固定环II与腕部支撑板之间是可拆卸连接，可以根据患者腕部的粗细更换腕部固定环I和腕部固定环II。
结合图2、图3和图7，所述的外骨骼食指3包括第一节驱动装置、第二节驱动装置和第三节驱动装置；第一节驱动装置包括第一压板3-1、第一指部固定环I3-2、第一指部固定环II3-3、第一支座I3-4、第一支座II3-5、第一支撑板3-7、第一圆弧齿条3-25、第一钢丝软轴组件3-26、第一蜗轮3-27、第一直齿轮3-28、第一蜗杆3-29、第一轮轴3-38、第一轴套3-36，第一挡片3-39；第一指部固定环I3-2安装在第一指部固定环II3-3上，第一指部固定环II3-3安装在第一压板3-1上，第一压板3-1安装在第一圆弧齿条3-25上，第一压板3-1与第一圆弧齿条3-25之间是可拆卸连接，第一压板3-1有槽结构，通过螺栓调节第一压板3-1相对于第一圆弧齿条3-25的位置并紧固；第一蜗杆3-29安装在第一支座I3-4上，第一支座I3-4安装在第一支撑板3-7，第一支撑板3-7有圆弧轨道结构；第一蜗轮3-27和第一直齿轮3-28安装在第一轮轴3-38上，第一轮轴3-38一端安装在第一支撑板3-7上，一端安装在第一支座II3-5上，第一蜗轮3-27与第一蜗杆3-29啮合，第一直齿轮3-28与第一圆弧齿条3-25啮合；第一圆弧齿条3-25上加工有螺纹孔并通过螺栓、第一轴套3-36和第一挡片3-35安装在第一支撑板3-7的圆弧轨道上，第一轴套3-36安装在螺栓上并位于第一挡片3-39和第一圆弧齿条3-25之间；第一钢丝软轴组件3-26一端安装在第一蜗杆3-29的轮轴上，另一端安装在第二蜗杆3-35的轮轴上，第一钢丝软轴组件3-26传递第二蜗杆3-35轮轴上的扭矩。采用蜗杆传动和齿轮齿条传动方式以及圆弧轨道结构可以精确实现外骨骼食指第一节驱动装置驱动患者的第一指段绕关节I转动，实现手指关节的外骨骼食指的第一节外骨骼部分绕手指关节中心的远心运动，保证作用力垂直于指骨，避免对手指关节造成伤害；圆弧齿轮与压板之间是可拆卸连接，压板上有槽结构，可以根据患者手指的长度进行调节，同时指部固定环I和指部固定环II与外骨骼支承部分是可拆卸连接，通过更换指部固定环I和指部固定环II来适应不同患者的不同粗细的手指，通过调节可以实现外骨骼装置的回转中心与手指关节的回转中心保持一致；采用蜗杆传动以及钢丝软轴传递动力可以获得较大的传动比和减小外骨骼部分的体积，所述的钢丝软轴可以传递双向扭矩。
结合图2、图3和图7，所述的外骨骼食指3的第二节驱动装置包括第二指部固定环II3-8、第二指部固定环I3-6、第二压板3-9、第二支座I3-40、第二支座II3-32、第二支撑板3-10、第二圆弧齿条3-24、第二轮轴3-17、第二钢丝软轴组件3-13、第二直齿轮3-34、第二蜗杆3-35、第二蜗轮3-33、第二挡片3-22和第二轴套3-23；第二指部固定环I3-6安装在第二指部固定环II3-8上，第二指部固定环II3-8安装在第一支撑板3-7上，第二指部固定环II3-8与第一支撑板3-7之间为可拆卸式连接，第二压板3-9安装在第二圆弧齿条3-24上，第二压板3-9与第二圆弧齿条3-24之间是可拆卸连接，第二压板3-9有槽结构，通过螺栓调节第二压板3-9相对于第二圆弧齿条3-24的位置并紧固；第二蜗杆3-35安装在第二支座I3-40上，第二支座I3-40安装在第二支撑板3-10上，第二支撑板3-10上有圆弧轨道结构；第二蜗轮3-33和第二直齿轮3-34安装在第二轮轴3-17，第二轮轴3-17一端安装在第二支撑板3-10上，一端安装在第二支座II3-32上，第二蜗轮3-33与第二蜗杆3-35啮合，第二直齿轮3-34与第二圆弧齿条3-24啮合；第二圆弧齿条3-24上加工有螺纹孔并通过螺栓、第二轴套3-23和第二挡片3-22安装在第二支撑板3-10的圆弧轨道上，第二轴套3-23安装在螺栓上并位于第二挡片3-22和第二圆弧齿条3-24之间；第二钢丝软轴组件3-13一端安装在第二蜗杆3-35的轮轴上，另一端安装在第三蜗杆3-21的轮轴上，第二钢丝软轴组件3-13传递第三蜗杆3-21轮轴上的扭矩。采用蜗杆传动和齿轮齿条传动方式以及圆弧轨道结构可以精确实现外骨骼食指第一节驱动装置驱动患者的第一指段绕关节I转动，实现手指关节的外骨骼食指的第一节外骨骼部分绕手指关节中心的远心运动，保证作用力垂直于指骨，避免对手指关节造成伤害；圆弧齿轮与压板之间是可拆卸连接，压板上有槽结构，可以根据患者手指的长度进行调节，同时指部固定环I和指部固定环II与外骨骼支承部分是可拆卸连接，通过更换指部固定环I和指部固定环II来适应不同患者的不同粗细的手指，通过调节可以实现外骨骼装置的回转中心与手指关节的回转中心保持一致；采用蜗杆传动以及钢丝软轴传递动力可以获得较大的传动比和减小外骨骼部分的体积，钢丝软轴可以传递双向扭矩。
结合图2、图3和图7，所述的外骨骼食指3的第三节驱动装置包括第三压板29、第三指部固定环I3-11、第三指部固定环II3-12、第三支座I3-14、第三支座II3-15、第三支撑板3-16、第三圆弧齿条3-18、钢丝软轴I8、第三蜗轮3-19、第三直齿轮3-20、第三蜗杆3-21、第三轮轴3-37、第三轴套3-31，第三挡片3-30；第三指部固定环I3-11安装在第三指部固定环II3-12上，第三指部固定环II3-12安装在第三压板29上，第三压板29安装在第三圆弧齿条3-18上，第三压板29与第三圆弧齿条3-18之间是可拆卸连接，第三压板29有槽结构，通过螺栓调节第三压板29相对于第三圆弧齿条3-18的位置并紧固；第三蜗杆3-21安装在第三支座I3-14上，第三支座I3-14安装在第三支撑板3-16，第三支撑板3-16有圆弧轨道结构；第三蜗轮3-19和第三直齿轮3-20安装在第三轮轴3-37上，第三轮轴3-37一端安装在第三支撑板3-16上，一端安装在第三支座II3-15上，第三蜗轮3-19与第三蜗杆3-21啮合，第三直齿轮3-20与第三圆弧齿条3-18啮合；第三圆弧齿条3-18上加工有螺纹孔并通过螺栓、第三轴套3-31和第三挡片3-30安装在第三支撑板3-16的圆弧轨道上，第三轴套3-31安装在螺栓上并位于第三挡片3-30和第三圆弧齿条3-18之间；钢丝软轴I8一端安装在第三蜗杆3-21的轮轴上，钢丝软轴I8传递电机I15的扭矩。采用蜗杆传动和齿轮齿条传动方式以及圆弧轨道结构可以精确实现外骨骼食指第一节驱动装置驱动患者的第一指段绕关节I转动，实现手指关节的外骨骼食指的第一节外骨骼部分绕手指关节中心的远心运动，保证作用力垂直于指骨，避免对手指关节造成伤害；圆弧齿轮与压板之间是可拆卸连接，压板上有槽结构，可以根据患者手指的长度进行调节，同时指部固定环I和指部固定环II与外骨骼支承部分是可拆卸连接，通过更换指部固定环I和指部固定环II来适应不同患者的不同粗细的手指，通过调节可以实现外骨骼装置的回转中心与手指关节的回转中心保持一致；采用蜗杆传动以及钢丝软轴传递动力可以获得较大的传动比和减小外骨骼部分的体积，本发明的钢丝软轴可以传递双向扭矩。
结合图4，所述的第一钢丝软轴组件3-26和第二钢丝软轴组件3-13结构相同，具体尺寸不同；第二钢丝软轴组件3-13包括第二钢丝软轴保护套I3-13-1、第一固定螺母I3-13-2、第二套杯3-13-3、第二钢丝软轴I3-13-4、第二滑块3-13-5、第二钢丝软轴保护套II3-13-6、第二固定螺母II3-13-7、第二弹簧3-13-8；第二钢丝软轴保护套I3-13-1安装在第一固定螺母I3-13-2上，第二钢丝软轴保护套II3-13-6安装在第二固定螺母II3-13-7，第一固定螺母I3-13-2和第二固定螺母II3-13-7安装在第二套杯3-13-3上，在接口处焊接；第二滑块3-13-5和第二弹簧3-13-8安装在第二套杯3-13-3内，第二钢丝软轴I3-13-4安装在第二钢丝软轴保护套I3-13-1内并与第二滑块3-13-5连接，第二滑块3-13-5的截面为规则型面，可以在第二套杯3-13-3内移动并有效传递扭矩，第二钢丝软轴组件3-13整体的长度可在一定范围内变动。外骨骼手指在运动过程中，第二钢丝软轴组件连接的两个蜗杆的相对位置发生变化，第二钢丝软轴组件的长度会产生自适应变化，采用的第二钢丝软轴组件整体的长度可在一定范围内变动，采用截面为规则型面的滑块可以有效的传递扭矩并可以在第二套杯内移动，同时采用弹簧可以保证第二钢丝软轴组件的长度变化具有弹性。
结合图5，所述的张紧装置9，其特征在于：包括钢丝软轴I8、钢丝软轴II11、固定螺母I9-1、固定螺母II9-3、滑块9-5、套杯9-4和紧固螺钉9-2；钢丝软轴I8和钢丝软轴II11分别安装在固定螺母I9-1和固定螺母II9-3上，滑块9-5安装在固定螺母I9-1上并焊接在一起，滑块9-5的截面为规则型面，套杯9-4安装在固定螺母II9-3上并焊接在一起，紧固螺钉9-2安装在套杯9-4上。采用的张紧装置能够预紧钢丝软轴I和钢丝软轴II，提高钢丝软轴的传递效率，该预紧方式结构简单且易于实现。
本发明钢丝软轴采用扭转刚度较好且能够传递双向扭矩，钢丝软轴外面有保护套，由于手部需要的驱动力矩较小、钢丝软轴的长度较短以及蜗杆传动的传动比较大，采用钢丝软轴传动能够满足传递力和精度要求。
本发明的具体工作过程：
结合图1—图6，使用时，根据患者的腕部和指部选择合适大小的腕部固定环和指部固定环并安装好，将外骨骼手部康复训练装置安装在患者的手部，患者的腕部安装在腕部固定环上，通过手部固定带5将患者的手掌固定在手部支撑板7上，可以通过固定带锁紧扣4调节手部固定带5的长度，患者的各个手指通过指部固定环安装在外骨骼手指上，松开圆弧齿条与压板之间螺栓，调节圆弧齿条与压板间的相对位置并锁紧，对于同一患者，上述的调整过程只进行一次；启动电机驱动装置，各个电机分别驱动相对应的外骨骼手指，外骨骼手指带动患者的指部进行康复训练。
结合图1—图7说明外骨骼食指的驱动原理，直流电机15带动钢丝软轴I转动，钢丝软轴I带动第三蜗杆3-21转动，第三蜗轮3-19与第三蜗杆3-21啮合，第三蜗轮3-19驱动第三直齿轮3-20，第三直齿轮3-20驱动第三圆弧齿条3-18沿着第三支撑板3-16的圆弧轨道运动，第三圆弧齿条3-18使第三压板29对第三指段28产生垂直于第三指段28的作用力，实现第三指段28绕关节III30转动；第三蜗杆3-21上的动力通过第二钢丝软轴组件3-13传递到第二蜗杆3-35上，第二蜗杆3-35驱动第二蜗轮3-33和第二直齿轮3-34，第二直齿轮3-34驱动第二圆弧齿条3-24沿着第二支撑板3-10的圆弧轨道运动，第二圆弧齿条3-24使第二压板3-9产生垂直于第二指段26的作用力，实现第二指段26绕关节II27转动，第二钢丝软轴组件3-13的长度会根据外骨骼手指的运动自适应变化；第二蜗杆3-35的动力通过第一钢丝软轴组件3-26传递到第一蜗杆3-29上，第一蜗杆3-29通过第一蜗轮3-27和第一直齿轮3-28驱动第一圆弧齿条3-25沿着第一支撑板3-7的圆弧轨道运动，第一圆弧齿条3-25使第一压板3-1产生垂直于第一指段24的作用力，实现第一指段24绕关节I25转动，通过调节直流电机15的转速和转动的角度可以调节外骨骼手指的运动参数。
一种外骨骼手部康复训练装置，主要包括指部驱动装置、手部支承组件、腕部支承组件、电机驱动装置；指部驱动装置安装在手部支承组件上，手部支承组件和电机驱动装置安装在腕部支承组件上；指部驱动装置包括外骨骼食指、外骨骼中指、外骨骼无名指和外骨骼小指，外骨骼食指、外骨骼中指、外骨骼无名指和外骨骼小指的驱动原理和结构相同，具体尺寸不同。
进一步地，所述外骨骼食指的第一节驱动装置包括第一压板、第一指部固定环I、第一指部固定环II、第一支座I、第一支座II、第一支撑板、第一圆弧齿条、第一钢丝软轴组件、第一蜗轮、第一直齿轮、第一蜗杆、第一轮轴、第一轴套，第一挡片；第一指部固定环I安装在第一指部固定环II上，第一指部固定环II安装在第一压板上，第一压板安装在第一圆弧齿条上，第一压板与第一圆弧齿条之间是可拆卸连接，第一压板有槽结构，通过螺栓调节第一压板相对于第一圆弧齿条的位置并紧固；第一蜗杆安装在第一支座I上，第一支座I安装在第一支撑板，第一支撑板有圆弧轨道结构；第一蜗轮和第一直齿轮安装在第一轮轴上，第一轮轴一端安装在第一支撑板上，一端安装在第一支座II上，第一蜗轮与第一蜗杆啮合，第一直齿轮与第一圆弧齿条啮合；第一圆弧齿条上加工有螺纹孔并通过螺栓、第一轴套和第一挡片安装在第一支撑板的圆弧轨道上，第一轴套安装在螺栓上并位于第一挡片和第一圆弧齿条之间；第一钢丝软轴组件一端安装在第一蜗杆的轮轴上，另一端安装在第二蜗杆的轮轴上，第一钢丝软轴组件传递第二蜗杆轮轴上的扭矩。
进一步地，所述外骨骼食指的第二节驱动装置包括第二指部固定环II、第二指部固定环I、第二压板、第二支座I、第二支座II、第二支撑板、第二圆弧齿条、第二轮轴、第二钢丝软轴组件、第二直齿轮、第二蜗杆、第二蜗轮、第二挡片和第二轴套；第二指部固定环I安装在第二指部固定环II上，第二指部固定环II安装在第一支撑板上，第二指部固定环II与第一支撑板之间为可拆卸式连接，第二压板安装在第二圆弧齿条上，第二压板与第二圆弧齿条之间是可拆卸连接，第二压板有槽结构，通过螺栓调节第二压板相对于第二圆弧齿条的位置并紧固；第二蜗杆安装在第二支座I上，第二支座I安装在第二支撑板上，第二支撑板上有圆弧轨道结构；第二蜗轮和第二直齿轮安装在第二轮轴，第二轮轴一端安装在第二支撑板上，一端安装在第二支座II上，第二蜗轮与第二蜗杆啮合，第二直齿轮与第二圆弧齿条啮合；第二圆弧齿条上加工有螺纹孔并通过螺栓、第二轴套和第二挡片安装在第二支撑板的圆弧轨道上，第二轴套安装在螺栓上并位于第二挡片和第二圆弧齿条之间；第二钢丝软轴组件一端安装在第二蜗杆的轮轴上，另一端安装在第三蜗杆的轮轴上，第二钢丝软轴组件传递第三蜗杆轮轴上的扭矩。
进一步地，所述外骨骼食指的第三节驱动装置包括第三压板、第三指部固定环I、第三指部固定环II、第三支座I、第三支座II、第三支撑板、第三圆弧齿条、钢丝软轴I、第三蜗轮、第三直齿轮、第三蜗杆、第三轮轴、第三轴套，第三挡片；第三指部固定环I安装在第三指部固定环II上，第三指部固定环II安装在第三压板上，第三压板安装在第三圆弧齿条上，第三压板与第三圆弧齿条之间是可拆卸连接，第三压板有槽结构，通过螺栓调节第三压板相对于第三圆弧齿条的位置并紧固；第三蜗杆安装在第三支座I上，第三支座I安装在第三支撑板，第三支撑板有圆弧轨道结构；第三蜗轮和第三直齿轮安装在第三轮轴上，第三轮轴一端安装在第三支撑板上，一端安装在第三支座II上，第三蜗轮与第三蜗杆啮合，第三直齿轮与第三圆弧齿条啮合；第三圆弧齿条上加工有螺纹孔并通过螺栓、第三轴套和第三挡片安装在第三支撑板的圆弧轨道上，第三轴套安装在螺栓上并位于第三挡片和第三圆弧齿条之间；钢丝软轴I一端安装在第三蜗杆的轮轴上，钢丝软轴I传递电机I的扭矩。
进一步地，所述第一钢丝软轴组件和第二钢丝软轴组件结构相同，具体尺寸不同；第二钢丝软轴组件包括第二钢丝软轴保护套I、第一固定螺母I、第二套杯、第二钢丝软轴I、第二滑块、第二钢丝软轴保护套II、第二固定螺母II、第二弹簧；第二钢丝软轴保护套I安装在第一固定螺母I上，第二钢丝软轴保护套II安装在第二固定螺母II，第一固定螺母I和第二固定螺母II安装在第二套杯上，在接口处焊接；第二滑块和第二弹簧安装在第二套杯内，第二钢丝软轴I安装在第二钢丝软轴保护套I内并与第二滑块连接，第二滑块的截面为规则型面，可以在第二套杯内移动并有效传递扭矩，第二钢丝软轴组件整体的长度可在一定范围内变动，用于补偿外骨骼手指在运动时引起钢丝软轴组件长度的变化。
进一步地，所述手部支承组件包括手部支撑板、手部固定带、固定带锁紧扣、紧固块和挡板；手部固定带通过紧固块安装在手部支撑板上，固定带锁紧扣安装在手部固定带上，用于调节手部固定带的长度，挡板安装在手部支撑板，挡板有四个导线孔，手部支承组件整体安装在支承梁I和支承梁II上。
进一步地，所述腕部支承组件包括腕部支撑板、支承套筒、支承梁I、支承梁II、电机支架、腕部固定环I、腕部固定环II和按钮；支承梁I通过支承套筒和螺栓安装在腕部支撑板上，电机支架和腕部固定环II安装在腕部支撑板上，支承梁I和支承梁II与手部支承组件和电机支架之间通过螺栓连接；腕部固定环I安装在腕部固定环II上，腕部固定环I可绕着腕部固定环II上的转轴转动。
进一步地，所述张紧装置包括钢丝软轴I、钢丝软轴II、固定螺母I、固定螺母II、滑块、套杯和紧固螺钉；钢丝软轴I和钢丝软轴II分别安装在固定螺母I和固定螺母II上，滑块安装在固定螺母I上并焊接在一起，滑块的截面为规则型面，套杯安装在固定螺母II上并焊接在一起，紧固螺钉安装在套杯上。
进一步地，所述钢丝软轴I、钢丝软轴II、第一钢丝软轴组件和第二钢丝软轴组件能够传递双向力矩。
本发明主要包括指部驱动装置、手部支承组件、腕部支承组件、电机驱动装置；指部驱动装置安装在手部支承组件上，手部支承组件和电机驱动装置安装在腕部支承组件上；指部驱动装置包括外骨骼食指3、外骨骼中指2、外骨骼无名指23和外骨骼小指22，外骨骼食指3、外骨骼中指2、外骨骼无名指23和外骨骼小指22的驱动原理和结构相同，具体尺寸不同，电机驱动装置包括直流电机15和编码器16。
所述外骨骼食指3的第一节驱动装置包括第一压板3-1、第一指部固定环I3-2、第一指部固定环II3-3、第一支座I3-4、第一支座II3-5、第一支撑板3-7、第一圆弧齿条3-25、第一钢丝软轴组件3-26、第一蜗轮3-27、第一直齿轮3-28、第一蜗杆3-29、第一轮轴3-38、第一轴套3-36，第一挡片3-39；第一指部固定环I3-2安装在第一指部固定环II3-3上，第一指部固定环II3-3安装在第一压板3-1上，第一压板3-1安装在第一圆弧齿条3-25上，第一压板3-1与第一圆弧齿条3-25之间是可拆卸连接，第一压板3-1有槽结构，通过螺栓调节第一压板3-1相对于第一圆弧齿条3-25的位置并紧固；第一蜗杆3-29安装在第一支座I3-4上，第一支座I3-4安装在第一支撑板3-7，第一支撑板3-7有圆弧轨道结构；第一蜗轮3-27和第一直齿轮3-28安装在第一轮轴3-38上，第一轮轴3-38一端安装在第一支撑板3-7上，一端安装在第一支座II3-5上，第一蜗轮3-27与第一蜗杆3-29啮合，第一直齿轮3-28与第一圆弧齿条3-25啮合；第一圆弧齿条3-25上加工有螺纹孔并通过螺栓、第一轴套3-36和第一挡片3-35安装在第一支撑板3-7的圆弧轨道上，第一轴套3-36安装在螺栓上并位于第一挡片3-39和第一圆弧齿条3-25之间；第一钢丝软轴组件3-26一端安装在第一蜗杆3-29的轮轴上，另一端安装在第二蜗杆3-35的轮轴上，第一钢丝软轴组件3-26传递第二蜗杆3-35轮轴上的扭矩。
所述外骨骼食指3的第二节驱动装置包括第二指部固定环II3-8、第二指部固定环I3-6、第二压板3-9、第二支座I3-40、第二支座II3-32、第二支撑板3-10、第二圆弧齿条3-24、第二轮轴3-17、第二钢丝软轴组件3-13、第二直齿轮3-34、第二蜗杆3-35、第二蜗轮3-33、第二挡片3-22和第二轴套3-23；第二指部固定环I3-6安装在第二指部固定环II3-8上，第二指部固定环II3-8安装在第一支撑板3-7上，第二指部固定环II3-8与第一支撑板3-7之间为可拆卸式连接，第二压板3-9安装在第二圆弧齿条3-24上，第二压板3-9与第二圆弧齿条3-24之间是可拆卸连接，第二压板3-9有槽结构，通过螺栓调节第二压板3-9相对于第二圆弧齿条3-24的位置并紧固；第二蜗杆3-35安装在第二支座I3-40上，第二支座I3-40安装在第二支撑板3-10上，第二支撑板3-10上有圆弧轨道结构；第二蜗轮3-33和第二直齿轮3-34安装在第二轮轴3-17，第二轮轴3-17一端安装在第二支撑板3-10上，一端安装在第二支座II3-32上，第二蜗轮3-33与第二蜗杆3-35啮合，第二直齿轮3-34与第二圆弧齿条3-24啮合；第二圆弧齿条3-24上加工有螺纹孔并通过螺栓、第二轴套3-23和第二挡片3-22安装在第二支撑板3-10的圆弧轨道上，第二轴套3-23安装在螺栓上并位于第二挡片3-22和第二圆弧齿条3-24之间；第二钢丝软轴组件3-13一端安装在第二蜗杆3-35的轮轴上，另一端安装在第三蜗杆3-21的轮轴上，第二钢丝软轴组件3-13传递第三蜗杆3-21轮轴上的扭矩。
所述外骨骼食指3的第三节驱动装置包括第三压板29、第三指部固定环I3-11、第三指部固定环II3-12、第三支座I3-14、第三支座II3-15、第三支撑板3-16、第三圆弧齿条3-18、钢丝软轴I8、第三蜗轮3-19、第三直齿轮3-20、第三蜗杆3-21、第三轮轴3-37、第三轴套3-31，第三挡片3-30；第三指部固定环I3-11安装在第三指部固定环II3-12上，第三指部固定环II3-12安装在第三压板29上，第三压板29安装在第三圆弧齿条3-18上，第三压板29与第三圆弧齿条3-18之间是可拆卸连接，第三压板29有槽结构，通过螺栓调节第三压板29相对于第三圆弧齿条3-18的位置并紧固；第三蜗杆3-21安装在第三支座I3-14上，第三支座I3-14安装在第三支撑板3-16，第三支撑板3-16有圆弧轨道结构；第三蜗轮3-19和第三直齿轮3-20安装在第三轮轴3-37上，第三轮轴3-37一端安装在第三支撑板3-16上，一端安装在第三支座II3-15上，第三蜗轮3-19与第三蜗杆3-21啮合，第三直齿轮3-20与第三圆弧齿条3-18啮合；第三圆弧齿条3-18上加工有螺纹孔并通过螺栓、第三轴套3-31和第三挡片3-30安装在第三支撑板3-16的圆弧轨道上，第三轴套3-31安装在螺栓上并位于第三挡片3-30和第三圆弧齿条3-18之间；钢丝软轴I8一端安装在第三蜗杆3-21的轮轴上，钢丝软轴I8传递电机I15的扭矩。
所述第一钢丝软轴组件3-26和第二钢丝软轴组件3-13结构相同，具体尺寸不同；第二钢丝软轴组件3-13包括第二钢丝软轴保护套I3-13-1、第一固定螺母I3-13-2、第二套杯3-13-3、第二钢丝软轴I3-13-4、第二滑块3-13-5、第二钢丝软轴保护套II3-13-6、第二固定螺母II3-13-7、第二弹簧3-13-8；第二钢丝软轴保护套I3-13-1安装在第一固定螺母I3-13-2上，第二钢丝软轴保护套II3-13-6安装在第二固定螺母II3-13-7，第一固定螺母I3-13-2和第二固定螺母II3-13-7安装在第二套杯3-13-3上，在接口处焊接；第二滑块3-13-5和第二弹簧3-13-8安装在第二套杯3-13-3内，第二钢丝软轴I3-13-4安装在第二钢丝软轴保护套I3-13-1内并与第二滑块3-13-5连接，第二滑块3-13-5的截面为规则型面，可以在第二套杯3-13-3内移动并有效传递扭矩，第二钢丝软轴组件3-13整体的长度可在一定范围内变动。
所述手部支承组件包括手部支撑板7、手部固定带5、固定带锁紧扣4、紧固块6和挡板21；手部固定带5通过紧固块6安装在手部支撑板7上，固定带锁紧扣4安装在手部固定带5上，用于调节手部固定带5的长度，挡板21安装在手部支撑板7，挡板21有四个导线孔，手部支承组件整体安装在支承梁I19和支承梁II20上。
所述腕部支承组件包括腕部支撑板17、支承套筒18、支承梁I19、支承梁II20、电机支架14、腕部固定环I10、腕部固定环II13和按钮12；支承梁I19通过支承套筒18和螺栓安装在腕部支撑板17上，电机支架14和腕部固定环II13安装在腕部支撑板17上，支承梁I19和支承梁II20与手部支承组件和电机支架14之间通过螺栓连接；腕部固定环I10安装在腕部固定环II13上，腕部固定环I10可绕着腕部固定环II13上的转轴转动。
包括钢丝软轴I8、钢丝软轴II11、固定螺母I9-1、固定螺母II9-3、滑块9-5、套杯9-4和紧固螺钉9-2；钢丝软轴I8和钢丝软轴II11分别安装在固定螺母I9-1和固定螺母II9-3上，滑块9-5安装在固定螺母I9-1上并焊接在一起，滑块9-5的截面为规则型面，套杯9-4安装在固定螺母II9-3上并焊接在一起，紧固螺钉9-2安装在套杯9-4上。
本发明专利涉及一种外骨骼手部康复训练装置，旨在实现中风病人的手部康复训练，主要包括指部驱动装置、手部支承组件、腕部支承组件、电机驱动装置。指部驱动装置安装在手部支承组件上，手部支承组件和电机驱动装置安装在腕部支承组件上。本发明专利通过钢丝软轴组件将电机的动力传递到指部驱动装置上，通过齿轮传动实现指部关节的运动，能够独立的驱动四根手指，结构简单且易于实现，电机驱动装置后置以及钢丝软轴驱动的方式减轻了指部外骨骼结构的重量。指部驱动装置上有圆弧轨道结构，实现外骨骼装置的回转中心与手指关节的回转中心保持一致，指部驱动装置可根据病人的手指的长度和半径进行调节外骨骼手指的长度和更换指部固定环。
Claims (3)
1.一种外骨骼手部康复训练装置，包括腕部支承组件、手部支承组件和指部驱动装置，其特征在于：所述腕部支撑组件包括腕部支撑板、安装在腕部支撑板正下方的腕部固定环和安装在腕部支撑板上端的电机支架，所述电机支架上安装有四个直流电机，每个电机的输出轴连接有钢丝软轴II，每个钢丝软轴II的端部通过张紧器连接有钢丝软轴I，所述手部支撑组件包括手部支撑板和安装在手部支撑板两侧的可调节的手部固定带，所述指部驱动装置包括安装在手部支撑板的上端的四个L型的第三支撑板，每个第三支撑板的水平端上安装有第三支座，第三支座与第三支撑板的竖直端之间设置有第三轮轴，第三轮轴上安装有第三直齿轮，所述第三支撑板的竖直端设置有第三圆弧槽，第二圆弧槽上安装有第三轴套，第三轴套的端部固连有第三圆弧齿条，且第三圆弧齿条与第三直齿轮啮合，所述钢丝软轴I的端部与第三蜗杆的一端固连，所述第三轮轴上还安装有第三蜗轮，且第三蜗轮与第三蜗杆啮合，第三圆弧齿条的端部固连有第三压板，且第三压板安装在L型的第二支撑板上，第二支撑板的水平端上安装有第二支座，第二支座与第二支撑板的竖直端之间设置有第二轮轴，第二轮轴上安装有第二直齿轮，所述第二支撑板的竖直端设置有第二圆弧槽，第二圆弧槽中安装有第二轴套，第二轴套的端部固连有第二圆弧齿条，第二圆弧齿条与第二直齿轮啮合，所述第三蜗杆的另一端固连有第二钢丝软轴组件，所述第二钢丝软轴组件的端部与第二蜗杆的一端固连，所述第二轮轴上还安装有第二蜗轮，且第二蜗杆与第二蜗轮啮合，第二圆弧齿条的端部固连有第二压板，且第二压板安装在L型的第一支撑板上，第一支撑板的水平端上安装有第一支座，第一支座与第一支撑板的竖直端之间设置有第一轮轴，第一轮轴上安装有第一直齿轮，所述第一支撑板的竖直端设置有第一圆弧槽，第一圆弧槽中安装有第一轴套，第一轴套的端部固连有第一圆弧齿条，第一圆弧齿条与第一直齿轮啮合，所述第二蜗杆的另一端固连有第一钢丝软轴组件，所述第一钢丝软轴组件的端部与第一蜗杆固连，所述第一轮轴上还安装有第一蜗轮，第一蜗杆与第一蜗轮啮合，第一圆弧齿条的端部固连有第一压板，所述第一压板的下端面、第一支撑板水平端的下端面、第二支撑板水平端的下端面上粉笔而设置有第一指部固定环、第二指部固定环和第三支部固定环。
2.根据权利要求1所述的一种外骨骼手部康复训练装置，其特征在于：所述第一钢丝软轴组件与第二钢丝软轴组件结构相同，均包括：钢丝软轴保护套I、与钢丝软轴保护套I固连的第一固定螺母、钢丝软轴保护套II、与钢丝软轴保护套II固连的第二固定螺母、设置在第一固定螺母与第二固定螺母之间的套杯，所述套杯内安装有可移动的滑块，滑块上固连有钢丝软轴，且所述钢丝软轴外部套有弹簧，所述弹簧的一端与滑块固连、另一端与第一固定螺母的表面固连。
3.根据权利要求1或2所述的一种外骨骼手部康复训练装置，其特征在于：所述张紧器包括与钢丝软轴II连接的固定螺母II、与固定螺母II固连的张紧器套杯、与钢丝软轴I连接的固定螺母I和与固定螺母I固连的滑块，所述滑块安装在所述张紧器套杯内，且所述张紧器套杯上设置有紧固螺钉。
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| CN201610115901.4A CN105796283B (zh) | 2016-03-01 | 2016-03-01 | 一种外骨骼手部康复训练装置 |
Publications (2)
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