CN106618967A - 新型便携式手外骨骼康复装置 - Google Patents

Abstract

新型便携式手外骨骼康复装置，属于手部外骨骼装置领域。所述新型便携式手外骨骼康复装置包括手指部、手背部、手套和控制器；手指部包括食指机构、中指机构、无名指机构和小指机构，四个手指机构的机构组成相同，每个手指机构包括第一指套、第二指套和第三指套、第一线缆、第二线缆、第一动力源、第一角度传感器和第一齿轮，每个指套的底部均安装一个指节连接件；第一指套上设有第一线轮，第三指套上设有第二线轮，第一线缆的一端固定在第一线轮上，另一端固定在第二线轮上，第二线缆的一端固定在第一线轮上，另一端固定在第二线轮上，第一线缆与第二线缆交叉，每个手指机构的第一角度传感器和第一动力源以及手背部均与控制器连接。

Description

新型便携式手外骨骼康复装置

技术领域

本发明涉及手部外骨骼装置领域，特别涉及一种新型便携式手外骨骼康复装置。

背景技术

手是人类探索自然奥秘最重要的工具，手部运动障碍会极大的影响人们的日常生活。而手的正常运动能力对人们非常重要。但因为疾病或者是意外会导致人们的手的骨骼受到损伤，而一般的受损治疗都需要对手指进行长时间的制动，而长时间的制动会由于关节肌腱淤血形成纤维变性，造成手指关节及肌腱的粘连和肌肉的萎缩。另外，关节疾病，中风等心血管疾病造成的偏瘫也会导致手指关节肌腱纤维化和肌肉、韧带的痉挛萎缩，从而造成手部运动功能障碍。

临床研究和实践表明，被动康复训练有助于恢复肢体运动功能障碍，恢复患者的运动功能，而在持续高强度的重复训练后，会使患者的手部肌肉的力量得到一定的提高，有助于手部功能的恢复。而自20世纪80年代出现的针对偏瘫中风患者的强制性运动疗法、运动想象疗法、任务导向性训练等这些较传统的康复治疗方法虽然有着一定的优越性，但是与之俱来的高人工消耗以及操作的复杂性依然难以规避。此外，患者在长期康复过程中会习惯依靠健康单手生活，而会避免使用患手，因此更不利于患手的机能恢复。因而，研究开发一种既能按照针对性程序对患手实施康复训练，又可以辅助患手完成日常基本功能的可穿戴式机械装置，成为许多学者关注的焦点。

在人体的各个关节中，手指的关节自由度多，结构也最为复杂，所以手部外骨骼的设计也比较困难。经过对现有技术的文献检索发现，国内对手部外骨骼的研究还处于起步阶段，其中申请号为201110121085.5的发明专利公开了一种固定式手部外骨骼康复装置。该装置通过电机驱动丝杆螺母获得动力，但是该装置存在以下问题：手部外骨骼为固定式，通过基座承载驱动装置重量，但整套系统的便携性较差；外骨骼驱动装置为电机，体积大、重量重，康复训练过程中给患者带来较大负担；每个手指关节都需要与机械连杆进行连接，整个装置所需的机械连杆的数量较多，使得该装置的结构复杂也进一步增加了装置的重量。

发明内容

为了解决现有技术存在的手外骨骼康复装置存在的体积大、重量大、便携性较差以及整个装置的机械连杆的数量较多，结构复杂的问题，本发明提供了一种新型便携式手外骨骼康复装置，所述新型便携式手外骨骼康复装置包括手指部、手背部、手套和控制器；

所述手指部包括四个手指机构，分别为食指机构、中指机构、无名指机构和小指机构，四个手指机构的机构组成相同，每个手指机构均包括三个指套、第一线缆、第二线缆、第一动力源、第一角度传感器和第一齿轮，每个指套的底部均安装有一个指节连接件；

三个指套分别为第一指套、第二指套和第三指套，第一指套与第二指套转动连接，第二指套与第三指套转动连接，第三指套与手背部转动连接，第一指套上设有第一线轮，第一线轮位于第一指套与第二指套的连接处，第三指套上设有第二线轮，第二线轮位于第三指套与第二指套的连接处，第一线缆的一端固定在第一线轮上，另一端固定在第二线轮上，第二线缆的一端固定在第一线轮上，另一端固定在第二线轮上，第一线缆与第二线缆交叉，第一动力源安装在第三指套上，第一动力源的输出轴依次穿过第一角度传感器和第一齿轮，第二指套的侧面设有配合齿轮，配合齿轮与第一齿轮啮合，每个手指机构的第一角度传感器和第一动力源以及所述手背部均与所述控制器连接。

所述手背部包括固定板，固定板上并排安装有三个指套控制机构，分别为第一指套控制机构、第二指套控制机构和第三指套控制机构，第一指套控制机构与所述食指机构连接，第二指套控制机构与所述中指机构连接，第三指套控制机构分别与所述无名指机构和所述小指机构连接；

第一指套控制机构、第二指套控制机构和第三指套控制机构均包括滑轨支座、电机支座、小型齿条、第二动力源、第二角度传感器和第二齿轮，滑轨支座安装在固定板上，滑轨支座上设有微型导轨，电机支座安装在微型导轨上且能在微型导轨上滑动，第二动力源安装在电机支座上，第二动力源的输出轴依次穿过第二角度传感器和第二齿轮，小型齿条安装在滑轨支座上，第二齿轮与所述小型齿条啮合；

第一指套控制机构和第二指套控制机构还各包括一个连杆，第一指套控制机构的连杆的一端安装在电机支座上，另一端与食指机构的第三指套连接，第二指套控制机构的连杆的一端安装在电机支座上，另一端与中指机构的第三指套连接；

第三指套控制机构还包括一个弹簧连杆，弹簧连杆安装在所述第三指套控制机构的电机支座上，且分别与所述无名指机构的第三指套以及所述小指机构的第三指套连接；

每个所述指套控制机构的第二角度传感器和第二动力源均与所述控制器连接。

所述弹簧连杆设有电机支座连接部和两个连接子杆，两个连接子杆分别为第一连接子杆和第二连接子杆，每个连接子杆上依次套有一个弹簧和一个十字通；

所述电机支座连接部与所述第三指套控制机构的电机支座转动连接，所述第一连接子杆上的十字通与所述无名指机构的第三指套转动连接，所述第二连接子杆上的十字通与所述小指机构的第三指套转动连接，第一连接子杆的长度大于第二连接子杆的长度。

所述手背部包括固定板，固定板上并排安装有四个指套控制机构，分别为第一指套控制机构、第二指套控制机构、第三指套控制机构和第四指套控制机构，每个指套控制机构对应一个所述手指机构，每个指套控制机构和与其对应的手指机构的第三指套转动连接；

每个指套控制机构的机构组成相同，每个指套控制机构均包括滑轨支座、电机支座、小型齿条、第二动力源、第二角度传感器、第二齿轮和连杆，滑轨支座安装在固定板上，滑轨支座上设有微型导轨，电机支座安装在微型导轨上且能在微型导轨上滑动，第二动力源安装在电机支座上，第二动力源的输出轴依次穿过第二角度传感器和第二齿轮，小型齿条安装在滑轨支座上，第二齿轮与所述小型齿条啮合，连杆的一端安装在电机支座上，另一端和与其对应的手指机构的第三指套连接，每个指套控制机构的第二角度传感器和第二动力源均与所述控制器连接。

所述指节连接件为尼龙搭扣，每个所述指套的两个侧面均设有固定槽，尼龙搭扣安装在指套侧面的固定槽内。

每个所述手指机构的第三指套的顶部设有安装槽，安装槽的侧面设有定位孔，所述第一动力源位于所述安装槽内，通过螺栓依次穿过所述定位孔和所述第一动力源对所述第一动力源进行定位。

所述第一线轮和所述第二线轮的形状均为圆形或者第一线轮和所述第二线轮均为渐变半径线轮。

当所述第一线轮和所述第二线轮的形状均为圆形时，所述第一线轮的半径与所述第二线轮的半径之比为为i，1≤i≤2.2。

所述第一动力源和所述第二动力源均为微型电机。

所述固定板接近所述手指部的一端设有四个掌指关节槽。

本发明中的新型便携式手外骨骼康复装置，通过同时控制第一动力源和第二动力源，并且在第一线轮和第二线轮的线耦合运动的配合下，使患者的手部能够实现多自由度的运动，使其得到有效的锻炼，该装置省去了大部分的机械连杆，有效的减轻了装置的重量和体积，当该装置只有三个指套控制机构时，还减少了动力源的数量，进一步简化了装置的结构、减轻了装置的重量且节约了成本；本发明中的装置可以根据患者的实际需要来合理的设置第一线轮和第二线轮的半径，使该装置达到不同的锻炼效果；本发明中的装置的大部分零部件可以通过3D打印技术加工而成，使其与患者的匹配性更好，以达到最佳的康复效果。

附图说明

图1是本发明提供的一种新型便携式手外骨骼康复装置的结构示意图；

图2是本发明提供的第一指套的结构示意图图；

图3是本发明提供的第三指套的结构示意图；

图4是本发明提供的食指机构与第一指套控制机构的连接结构示意图；

图5是本发明提供的第二指套的结构示意图；

图6是本发明提供的食指机构或中指机构为弯曲状态时的结构示意图；

图7是本发明提供的弹簧连杆的结构示意图；

图8是本发明提供的第一指套和第二指套的弯曲过程示意图；

图9是本发明提供的传动比为2的手指机构的结构示意图；

图10是本发明提供的变传动比的手指机构的结构示意图；

图11是本发明提供的食指机构与第一指套控制机构的连接结构示意图。

其中，

1食指机构；2中指机构；3无名指机构；4小指机构；5第一指套；6第二指套；7第三指套；8第一线缆；9第二线缆；10第一动力源；11第一角度传感器；12第一齿轮；13指节连接件；14第一线轮；15第二线轮；16配合齿轮；17固定板；18第一指套控制机构；19第二指套控制机构；20第三指套控制机构；21滑轨支座；22电机支座；23小型齿条；24第二动力源；25第二角度传感器；26第二齿轮；27连杆；28微型导轨；29弹簧连杆；30电机支座连接部；31第一连接子杆；32第二连接子杆；33弹簧；34固定槽；35安装槽；36定位孔；37掌指关节槽；38十字通。

具体实施方式

为了解决现有技术存在的手外骨骼康复装置存在的体积大、重量大、便携性较差以及整个装置的机械连杆的数量较多，结构复杂的问题，如图1所示，本发明提供了一种新型便携式手外骨骼康复装置，该新型便携式手外骨骼康复装置包括手指部、手背部、手套和控制器；

手指部包括四个手指机构，分别为食指机构1、中指机构2、无名指机构3和小指机构4，四个手指机构的机构组成相同，每个手指机构均包括三个指套、三个指套分别为第一指套5、第二指套6和第三指套7，一根第一线缆8、一根第二线缆9、一个第一动力源10、一个第一角度传感器11和一个第一齿轮12，每个指套的底部均安装有一个指节连接件13；

第一指套5与第二指套6转动连接，第二指套6与第三指套7转动连接，第三指套7与手背部转动连接，如图2和图1所示，第一指套5上设有第一线轮14，第一线轮14位于第一指套5与第二指套6的连接处，如图3和图1所示，第三指套7上设有第二线轮15，第二线轮15位于第三指套7与第二指套6的连接处，第一线缆8的一端固定在第一线轮14上，另一端固定在第二线轮15上，第二线缆9的一端固定在第一线轮14上，另一端固定在第二线轮15上，第一线缆8与第二线缆9交叉，第一动力源10安装在第三指套7上，如图4和图1所示，第一动力源10的输出轴依次穿过第一角度传感器11和第一齿轮12，如图5、图4和图1所示，第二指套6的侧面设有配合齿轮16，配合齿轮16与第一齿轮12啮合，每个手指机构的第一角度传感器11和第一动力源10以及手背部均与控制器连接。

如图1所示，手背部包括固定板17，固定板17上并排安装有三个指套控制机构，分别为第一指套控制机构18、第二指套控制机构19和第三指套控制机构20，第一指套控制机构18与食指机构1连接，第二指套控制机构19与中指机构2连接，第三指套控制机构20分别与无名指机构3和小指机构4连接；

如图1、图4和图6所示，第一指套控制机构18、第二指套控制机构19和第三指套控制机构20均包括滑轨支座21、电机支座22、小型齿条23、第二动力源24、第二角度传感器25和第二齿轮26；

滑轨支座21安装在固定板17上，具体地，可以通过螺栓将滑轨支座21安装在固定板17上，滑轨支座21上设有微型导轨28，如图6所示，电机支座22安装在微型导轨28上且能在微型导轨28上滑动，在本发明中，如图1所示，可以在滑轨支座21上设置两条微型导轨28，如此可以使得电机支座22更稳定的在微型导轨28上滑动，可以在电机支座22上设置导轨安装孔，每条微型导轨28的两端均安装在滑轨支座21的导轨安装孔内，第二动力源24安装在电机支座22上，如图1所示，第二动力源24的输出轴依次穿过第二角度传感器25和第二齿轮26，如图1和图7所示，小型齿条23安装在滑轨支座21上，具体地，可以在滑轨支座21上设置齿条安装槽，通过粘结的方式将小型齿条23粘结在滑轨支座21的齿条安装槽内，第二齿轮26与小型齿条23啮合；

如图1所示，第一指套控制机构18和第二指套控制机构19还各包括一个连杆27，连杆27的一端安装在电机支座22上，另一端和与其对应的手指机构的第三指套7连接，即第一指套控制机构18的连杆27的一端安装在第一指套控制机构18的电机支座22上，另一端与食指机构1的第三指套7连接，第二指套控制机构19的连杆27的一端安装在第二指套控制机构19的电机支座22上，另一端与中指机构2的第三指套7连接；

如图1所示，第三指套控制机构20还包括一个弹簧连杆29，弹簧连杆29安装在第三指套控制机构20的电机支座22上，且分别与无名指机构3的第三指套7以及小指机构4的第三指套7连接；具体地，如图1和图7所示，弹簧连杆29设有电机支座连接部30和两个连接子杆，两个连接子杆分别为第一连接子杆31和第二连接子杆32，每个连接子杆上依次套有一个弹簧33和一个十字通38；

电机支座连接部30与第三指套控制机构20的电机支座22转动连接，第一连接子杆31上的十字通38与无名指机构3的第三指套7转动连接，第二连接子杆32上的十字通38与小指机构4的第三指套7转动连接，第一连接子杆31的长度大于第二连接子杆32的长度。

每个指套控制机构的第二角度传感器25和第二动力源24均与控制器连接。

在本发明中，控制器为可以为arduino微控制器，控制器未在图中示出；第一动力源10和第二动力源24可以为微型电机，微型电机可以是型号为GA12YN20-380的减速电机，减速比为1:380，减速电机的转速为34r/min，第一角度传感器11和第二角度传感器25可以是型号为SV01A103AEA01R00的旋转角度传感器，也可以根据实际情况选择其他型号的电机和角度传感器；手套可以为在市场上买到的无指手套或者定制的无指手套，可以将手背部的固定板17与手套的手背处固定在一起；指节连接件13可以为尼龙搭扣，并且在每个指套的两个侧面均设置固定槽34，可以将尼龙搭扣穿过指套上的固定槽34并且通过缝合的方式与指套连接在一起，当需要使用本发明中的装置进行康复训练时，可以将手套带上，此时该装置的手背部位于患者的手背之上，并将尼龙搭扣的尼龙钩带和尼龙绒带撕开，将该装置的第一指套5卡在人手的远端指节上，第二指套6卡在人手的中端指节上，第三指套7卡在人手的近端指节上，并将每个指套底部的尼龙搭扣的尼龙钩带和尼龙绒带重新粘结在一起，如此便可以将本发明中的新型便携式手外骨骼康复装置与人手固定在一起。

在本发明中，第一指套5与第一线轮14为一体成型，第三指套7与第二线轮15为一体成型，第二指套6与配合齿轮16为一体成型，其中，每个手指机构包括的第一指套5、第二指套6和第三指套7可以通过3D打印的工艺制作而成，如此可以根据每个患者的手型制作出与其手部匹配度较高的康复训练装置，以达到最好的康复效果。

在本发明中，如图3所示，可以在每个手指机构的第三指套7的顶部设置安装槽35，安装槽35的侧面设有定位孔36，通过螺栓依次穿过定位孔36和第一动力源10用以将第一动力源10定位在安装槽35内。

在本发明中，第一指套5与第二指套6之间可以通过铆钉连接形成转动副，第二指套6和第三指套7之间可以通过铆钉连接形成转动副，以此来使第一指套5能够围绕第二指套6进行转动，第二指套6能够围绕第三指套7进行转动。

在本发明中，当患者穿戴好本发明的新型便携式手外骨骼康复装置后，第一线轮14的轴心与人手的DIP关节(Distal Interphalangeal Point，远侧指间关节)的旋转轴心重合，第二线轮15的轴心与人手的PIP关节(Proximal Interphalangeal Point，近侧指间关节)的旋转轴心重合，图1为本发明中的装置的四个手指机构为伸直状态的示意图，图6为本发明中的食指机构1或中指机构2为弯曲过程的状态示意图，其中，每个手指机构的第一指套5和第二指套6旋转弯曲的原理相同，在此以食指机构1为例进行说明，可参照图4、图6和图8，第二指套6围绕第三指套7旋转以及第一指套5围绕第二指套6旋转的原理如下：

如图11所示，第一动力源10的输出轴带动第一齿轮12进行旋转，由于第一齿轮12与第二指套6上的配合齿轮16啮合，因此通过齿轮传动，会带动配合齿轮16进行旋转，参见图4，若图4中的第一齿轮12顺时针旋转，则会使配合齿轮16按照图4中实线箭头的方向旋转，由于配合齿轮16与第二指套6为一体的结构，因此会使第二指套6和第一指套5相对于第三指套7均旋转一定的角度，如图8所示，此时第一指套5和第二指套6从伸直状态转变为弯曲状态，即图8中的M状态转换成N状态，此时可以使患者的中端指节和远端指节弯曲一定的角度；当第一指套5相对于第三指套7进行旋转时，由于第一线轮14、第二线轮15、第一线缆8和第二线缆9的线耦合运动，会使第一指套5相对于第二指套6旋转一定的角度，参见图8，①和②为第二线轮15上的两个固定点，③和④为第一线轮14上的两个固定点，第一线缆8和第二线缆9可以为钢丝软绳，第一线缆8的两端分别固定在固定点②和固定点③上，第二线缆9的两端分别固定在固定点①和固定点④上，第一线缆8和第二线缆9交叉，当第一指套5相对于第三指套7进行旋转时，第一线轮14围绕第二线轮15进行旋转，如图8所示，但由于第一线缆8和第二线缆9的两端均固定，因此，第一线缆8在第一线轮14上进行缠绕，同时第二线缆9在第二线轮15上进行缠绕，因此可以使第一指套5相对第二指套6旋转一定的角度，即可以使患者的远端指节围绕DIP关节进行旋转，第一动力源10继续驱动第一齿轮12旋转，第一指套5和第二指套6从N状态转换为L状态，其中，第一指套5和第二指套6从N状态转换为L状态的过程与原理与第一指套5和第二指套6从M状态转换为N状态的过程与原理相同，也是通过线耦合运动实现的，在此不再重复叙述。参见图8，当第一指套5和第二指套6从图中的L状态转换为M状态时，也是通过第一线轮14、第二线轮15、第一线缆8和第二线缆9的线耦合运动来实现的，在该过程中，第一线缆8在第二线轮15上进行缠绕，同时第二线缆9在第一线轮14上进行缠绕。

因此在本发明中，仅通过一个第一动力源10进行驱动，再通过线耦合运动的方式可即可以使第二指套6围绕第三指套7旋转一定的角度以及使第一指套5围绕第二指套6旋转一定的角度，无需在每个手指关节处均设置机械连杆，省去了大量的机械连杆的数量，大大简化的装置的结构以及减轻了重量。

在本发明中，第一线轮14和第二线轮15的形状可以为圆形，第一线轮14的半径可以和第二线轮15的半径可以相同，即图1和图8中所示的结构，此时，第一指套5围绕第二指套6旋转的角速度与第二指套6围绕第三指套7旋转的角速度相同，即线耦合的传动比为1；当第一线轮14的半径和第二线轮15的半径不同时，第一指套5围绕第二指套6旋转的角速度与第二指套6围绕第三指套7旋转的角速度不同，例如如图9所示，若第一线轮14的半径为第二线轮15的半径的两倍，此时，第一指套5围绕第二指套6旋转的角速度是第二指套6围绕第三指套7旋转的角速度的1/2，即线耦合的传动比为2；当第一线轮14和第二线轮15的形状均为圆形时，线耦合的传动比为定传动比。在本发明中，第一线轮14的半径与第二线轮15的半径之比为i，1≤i≤2.2，优选地，i＝1.83。在本发明中，线耦合的传动比也可以为变传动比，即将第一线轮14和第二线轮15设计为渐变半径线轮，如图10所示，线轮的半径不是定值。当第一线轮14和第二线轮15为渐变半径时，第一指套5围绕第二指套6旋转的角速度相对第二指套6围绕第三指套7旋转的角速度是持续变化的。因为人手在一个自然伸展或弯曲的运动序列中，DIP关节对PIP关节的相对角速度是持续改变的，所以将第一线轮14和第二线轮15设计为渐变半径线轮能够让人手指达到一个更加自然的运动序列，更有利于康复效果。不过也可根据患者的实际情况或实际制造时的考虑，合理的设计第一线轮14和第二线轮15的形状。

在本发明中，第一指套控制机构18控制食指机构1的第三指套7围绕手背部进行旋转的原理与第二指套控制机构19控制中指机构2的第三指套7围绕手背部进行旋转的原理相同，以第一指套控制机构18为例进行说明，参见图4、图6和图1，第二动力源24的输出轴带动第二齿轮26进行旋转，第二齿轮26在小型齿条23上进行水平运动，使得电机支座22在微型导轨28上滑动，患者的食指的近端指节和食指机构1的第三指套7通过指节连接件13固定，可视为一个整体连杆，该整体连杆与第一指套控制机构18构成一个曲柄滑块机构，当电机支座22在微型导轨28上滑动时，且第三指套7与患者的近端指节固定在一起，因此会使第三指套7围绕手背部进行旋转，即第三指套7带动患者的近端指节围绕MCP关节(Metacarpophalangeal Point，掌指关节)进行弯曲；

如图1所示，本发明中的第三指套控制机构20可以同时控制无名指机构3的第三指套8以及小指机构4的第三指套8进行旋转，第三指套控制机构20和第一指套控制结构18以及第二指套控制机构19的差别在于第三指套控制机构20采用的是弹簧连杆29，第三指套控制机构20的第二动力源25的输出轴带动第二齿轮26进行旋转，第二齿轮26在小型齿条23上进行水平运动，使得电机支座22在微型导轨28上滑动，由于患者的无名指的近端指节和无名指机构3的第三指套7固定在一起，无名指机构3的第三指套7通过第一连接子杆31与电机支座22连接，患者的小指的近端指节和小指机构4的第三指套7固定在一起，小指机构4的第三指套7通过第二连杆27与电机支座22连接，因此，无名指的近端指节、无名指机构3的第三指套7以及第三指套控制机构20构成一个曲柄滑块机构，同理，小指的近端指节、小指机构4的第三指套7以及第三指套控制机构20也构成一个曲柄滑块机构，当第三指套控制机构20的电机支座22在微型导轨28上滑动时，会使无名指机构3的第三指套7和小指机构4的第三指套7同时围绕手背部进行旋转，即患者的无名指的近端指节以及小指的近端指节均会围绕MCP关节弯曲，可以通过合理的设计电机支座22在滑轨支座21上的行程以及曲柄滑块机构的全程压力角使第三指套7能够围绕手背部旋转90°，在本发明中，电机支座22的行程H可以在23.5mm～30mm的范围内，曲柄滑块机构的全程压力角大于45°。

由于食指和中指为人们生活中主要使用的两根手指，即主要的受力手指，因此，在本发明中，为食指机构1单独设置一个第一指套控制机构18以及为中指机构2单独设置一个第二指套控制机构19，为无名指机构3和小指机构4设置一个第三指套控制机构20，通过为第三指套控制机构20设置弹簧连杆29，且该弹簧连杆29包括两个连接子杆，一个连接子杆连接无名指机构3，另一个连接子杆连接小指机构4，因此通过一个第二动力源24即可以驱动两个手指机构进行弯曲，一方面，减少了第二动力源24的数量，节约了成本，另一方面，减轻了手背部的重量，使得本发明中的装置更加轻便，提高了该装置的便携性；在本发明中，两个连接子杆上还均套有弹簧33以此来保证其中某一个根手指受到阻碍时另一根手指的第三指套8仍然可以弯曲，例如，若小指由于受到阻碍作用而无法弯曲，而此时，第三指套控制机构20的电机支座22继续在滑轨支座21上滑动，所以此时位于第二连接子杆32上的弹簧33可以被压缩，而使得无名指机构3的第三指套7可以围绕手背部进行弯曲，使得整个过程更加接近人手的运动规律。

本发明中的手背部并不局限于上述的描述，根据患者的实际需求，无名指机构3和小指机构4也可以各采用一个指套控制机构进行驱动，此时手背部共有四个指套控制机构，分别为第一指套控制机构、第二指套控制机构、第三指套控制机构和第四指套控制机构，每个指套控制机构对应一个手指机构，每个指套控制机构和与其对应的手指机构的第三指套7转动连接；

每个指套控制机构的机构组成相同，每个指套控制机构均包括滑轨支座21、电机支座22、小型齿条23、第二动力源24、第二角度传感器25、第二齿轮26和连杆27，滑轨支座21安装在固定板17上，滑轨支座21上设有微型导轨28，电机支座22安装在微型导轨28上且能在微型导轨28上滑动，第二动力源24安装在电机支座22上，第二动力源24的输出轴依次穿过第二角度传感器25和第二齿轮26，小型齿条23安装在滑轨支座21上，第二齿轮26与小型齿条23啮合，连杆27的一端安装在电机支座22上，另一端和与其对应的手指机构的第三指套7连接，每个指套控制机构的第二角度传感器25和第二动力源24均与控制器连接。

如图1所示，在本发明中，可以在固定板17接近手指部的一端设有四个掌指关节槽37，即四个MCP关节槽，使得患者在穿戴好本发明中的装置后，患者的四个MCP关节可以露出，如此可以使得患者的四根手指的近端指节在弯曲的过程中不会与固定板17产生干涉，使患者在使用该装置的过程中更加舒适。

本发明中的装置的零部件的材质可以根据实际情况选择塑料或者轻质金属。

在本发明中，每个手指机构还包括一个第一角度传感器11，该第一角度传感器11安装在第一动力源10的输出轴上，如此，当第一动力源10的输出轴旋转时，第一角度传感器11可以对第一动力源10的输出轴的旋转角度进行实时监测，并将监测到角度实时反馈给控制器，控制器根据第一动力源10的输出轴的旋转角度、以及配合齿轮16与第一齿轮12的传动比可以得出第二指套6相对于第三指套8的旋转角度，即得出手部的中端指节相对于PIP关节的旋转角度；根据第二指套6相对于第三指套8的旋转角度、以及第一线轮14与第二线轮15的半径之比即线耦合的传动比可以得到第一指套5相对于第二指套6的旋转角度，即得出手部的远端指节相对于DIP关节的旋转角度；

本发明中的每个指套控制机构还包括一个第二角度传感器25，该第二角度传感器25安装在第二动力源24的输出轴上，如此，当第二动力源24的输出轴旋转时，第二角度传感器25可以对第二动力源24的输出轴的旋转角度进行实时监测，并将监测到的角度实时反馈给控制器，控制器根据第二动力源24的输出轴的旋转角度、第二齿轮26的模数和半径能够得到电机支座22在微型导轨28上的水平位移，由于指套控制机构与固定了人手的近端指节的第三指套7构成的是曲柄滑块机构，因此根据电机支座22在微型导轨28上的水平位移以及曲柄滑块机构的运动学理论进行分析计算，可以得出第三指套7相对于手背部的旋转角度，即得出手部的近端指节相对于MCP关节的旋转角度。

在本发明中，控制器可以控制第一动力源10和第二动力源24开始工作和停止工作，具体地，第一动力源10和第二动力源24为微型电机时，控制器可以控制微型电机的输出轴正转或者反转，以使该装置的手指机构实现弯曲和伸直的动作，其中，可以为手指机构的每个指套可以旋转的角度设定一个预设值，当指套的旋转角度达到该预设值时，可以通过控制器控制微型电机的输出轴停止转动或者向相反的方向转动。

本发明中的新型便携式手外骨骼康复装置，通过同时控制第一动力源10和第二动力源24，并且在第一线轮14和第二线轮15的线耦合运动的配合下，使患者的手部能够实现多自由度的运动，使其得到有效的锻炼，该装置省去了大部分的机械连杆，有效的减轻了装置的重量和体积，当该装置只有三个指套控制机构时，还减少了动力源的数量，进一步简化了装置的结构、减轻了装置的重量且节约了成本；本发明中的装置可以根据患者的实际需要来合理的设置第一线轮14和第二线轮15的半径，使该装置达到不同的锻炼效果；本发明中的装置的大部分零部件可以通过3D打印技术加工而成，使其与患者的匹配性更好，以达到最佳的康复效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型便携式手外骨骼康复装置，其特征在于，所述新型便携式手外骨骼康复装置包括手指部、手背部、手套和控制器；

所述手指部包括四个手指机构，分别为食指机构、中指机构、无名指机构和小指机构，四个手指机构的机构组成相同，每个手指机构均包括三个指套、第一线缆、第二线缆、第一动力源、第一角度传感器和第一齿轮，每个指套的底部均安装有一个指节连接件；

三个指套分别为第一指套、第二指套和第三指套，第一指套与第二指套转动连接，第二指套与第三指套转动连接，第三指套与手背部转动连接，第一指套上设有第一线轮，第一线轮位于第一指套与第二指套的连接处，第三指套上设有第二线轮，第二线轮位于第三指套与第二指套的连接处，第一线缆的一端固定在第一线轮上，另一端固定在第二线轮上，第二线缆的一端固定在第一线轮上，另一端固定在第二线轮上，第一线缆与第二线缆交叉，第一动力源安装在第三指套上，第一动力源的输出轴依次穿过第一角度传感器和第一齿轮，第二指套的侧面设有配合齿轮，配合齿轮与第一齿轮啮合，每个手指机构的第一角度传感器和第一动力源以及所述手背部均与所述控制器连接。

2.根据权利要求1所述的新型便携式手外骨骼康复装置，其特征在于，所述手背部包括固定板，固定板上并排安装有三个指套控制机构，分别为第一指套控制机构、第二指套控制机构和第三指套控制机构，第一指套控制机构与所述食指机构连接，第二指套控制机构与所述中指机构连接，第三指套控制机构分别与所述无名指机构和所述小指机构连接；

第一指套控制机构、第二指套控制机构和第三指套控制机构均包括滑轨支座、电机支座、小型齿条、第二动力源、第二角度传感器和第二齿轮，滑轨支座安装在固定板上，滑轨支座上设有微型导轨，电机支座安装在微型导轨上且能在微型导轨上滑动，第二动力源安装在电机支座上，第二动力源的输出轴依次穿过第二角度传感器和第二齿轮，小型齿条安装在滑轨支座上，第二齿轮与所述小型齿条啮合；

第一指套控制机构和第二指套控制机构还各包括一个连杆，第一指套控制机构的连杆的一端安装在电机支座上，另一端与食指机构的第三指套连接，第二指套控制机构的连杆的一端安装在电机支座上，另一端与中指机构的第三指套连接；

第三指套控制机构还包括一个弹簧连杆，弹簧连杆安装在所述第三指套控制机构的电机支座上，且分别与所述无名指机构的第三指套以及所述小指机构的第三指套连接；

每个所述指套控制机构的第二角度传感器和第二动力源均与所述控制器连接。

3.根据权利要求2所述的新型便携式手外骨骼康复装置，其特征在于，所述弹簧连杆设有电机支座连接部和两个连接子杆，两个连接子杆分别为第一连接子杆和第二连接子杆，每个连接子杆上依次套有一个弹簧和一个十字通；

所述电机支座连接部与所述第三指套控制机构的电机支座转动连接，所述第一连接子杆上的十字通与所述无名指机构的第三指套转动连接，所述第二连接子杆上的十字通与所述小指机构的第三指套转动连接，第一连接子杆的长度大于第二连接子杆的长度。

4.根据权利要求1所述的新型便携式手外骨骼康复装置，其特征在于，所述手背部包括固定板，固定板上并排安装有四个指套控制机构，分别为第一指套控制机构、第二指套控制机构、第三指套控制机构和第四指套控制机构，每个指套控制机构对应一个所述手指机构，每个指套控制机构和与其对应的手指机构的第三指套转动连接；

每个指套控制机构的机构组成相同，每个指套控制机构均包括滑轨支座、电机支座、小型齿条、第二动力源、第二角度传感器、第二齿轮和连杆，滑轨支座安装在固定板上，滑轨支座上设有微型导轨，电机支座安装在微型导轨上且能在微型导轨上滑动，第二动力源安装在电机支座上，第二动力源的输出轴依次穿过第二角度传感器和第二齿轮，小型齿条安装在滑轨支座上，第二齿轮与所述小型齿条啮合，连杆的一端安装在电机支座上，另一端和与其对应的手指机构的第三指套连接，每个指套控制机构的第二角度传感器和第二动力源均与所述控制器连接。

5.根据权利要求1所述的新型便携式手外骨骼康复装置，其特征在于，所述指节连接件为尼龙搭扣，每个所述指套的两个侧面均设有固定槽，尼龙搭扣安装在指套侧面的固定槽内。

6.根据权利要求1所述的新型便携式手外骨骼康复装置，其特征在于，每个所述手指机构的第三指套的顶部设有安装槽，安装槽的侧面设有定位孔，所述第一动力源位于所述安装槽内，通过螺栓依次穿过所述定位孔和所述第一动力源对所述第一动力源进行定位。

7.根据权利要求1至6任一项权利要求所述的新型便携式手外骨骼康复装置，其特征在于，所述第一线轮和所述第二线轮的形状均为圆形或者第一线轮和所述第二线轮均为渐变半径线轮。

8.根据权利要求7所述的新型便携式手外骨骼康复装置，其特征在于，当所述第一线轮和所述第二线轮的形状均为圆形时，所述第一线轮的半径与所述第二线轮的半径之比为i，1≤i≤2.2。

9.根据权利要求2或4所述的新型便携式手外骨骼康复装置，其特征在于，所述第一动力源和所述第二动力源均为微型电机。

10.根据权利要求2或4所述的新型便携式手外骨骼康复装置，其特征在于，所述固定板接近所述手指部的一端设有四个掌指关节槽。