CN108272597B - 一种穿戴式手部康复训练与辅助运动设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种穿戴式手部康复训练与辅助运动设备，属于医疗辅助设备领域，本发明包括掌套、第一调节螺钉、第二调节螺钉、控制盒、电机、支撑架、驱动轮、第一销轴、驱动杆、第二销轴、第三销轴、四指驱动杆、推杆、第四销轴、弹簧、缸体、第五销轴、第一滑块、支撑轴、连接块、侧盖、第三调节螺钉、第六销轴、连杆、第七销轴、第八销轴、拇指驱动杆、第二滑块、侧翻转动块和调节杆。本发明可以对患者五指进行连续被动康复训练，也可以对患者拇指进行主动康复训练，提高患者手部功能康复效果；本发明便于患者佩戴，方便使用。

Description

一种穿戴式手部康复训练与辅助运动设备

技术领域

本发明涉及一种医疗辅助设备领域，特别涉及一种穿戴式手部康复训练与辅助运动设备。

背景技术

人手具有20多个关节，通过五指的协调运动，能实现多种动作模式，可以抓取、操作形状各异的物体和工具，是人体运动系统中最重要的器官之一。脑卒中，俗称中风(stroke)，可以对患者造成多种神经功能损伤，是导致手部功能受损的一个主要因素。在我国，据不完全统计，现有中风患者数量也在500万以上。通常情况下，中风往往不至于致死，在幸存者中，有80～90％的人会遗留有上肢或下肢的运动功能缺陷甚至偏瘫，从而丧失日常生活活动能力，影响患者生活质量。

目前，医学上针对脑卒中引发的运动功能缺失的康复治疗主要采用通过重复运动学习的方法来改善或重塑受损神经。其中，传统康复理疗疗法是通过职业理疗师或医学人员辅助康复训练，通过辅助患者完成一系列的康复理疗运动，来达成运动功能康复的目的。然而，这种康复方式存在人员劳动量大，费用昂贵等缺点。针对这个问题，现阶段国内外开发了一系列的康复机器人，通过康复机器人完成高强度的重复性训练。

作为康复训练机器人的一种，手部功能康复机器人融合了驱动、控制和传感技术，依据现代循证医学(Evidence Based Medicine,EBM)和连续被动运动(ContinuousPassive Motion,CPM)理论，可以帮助患者进行被动康复训练，加快手部功能康复进展。但是目前现有的手部康复设备不易佩戴，便携性差，不能辅助患者完成日常生活中的抓握动作，另外大部分设备主要针对四指进行康复，不能对拇指进行康复。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种穿戴式手部康复训练与辅助运动设备，以帮助患者进行被动康复训练，加快手部功能康复。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是手部康复设备功能好，能对拇指进行康复，使用灵巧容易佩戴。

为实现上述目的，本发明提供了一种穿戴式手部康复训练与辅助运动设备。包括掌套、第一调节螺钉、第二调节螺钉、控制盒、电机、支撑架、驱动轮、第一销轴、驱动杆、第二销轴、第三销轴、四指驱动杆、推杆、第四销轴、弹簧、缸体、第五销轴、第一滑块、支撑轴、连接块、侧盖、第三调节螺钉、第六销轴、连杆、第七销轴、第八销轴、拇指驱动杆、第二滑块、侧翻转动块和调节杆；连接块固定在掌套上，控制盒上设有U型槽，第一调节螺钉和第二调节螺钉设置在U型槽中，控制盒通过第一调节螺钉和第二调节螺钉固定在连接块上；支撑架固定在控制盒上，第二销轴固定在支撑架上，支撑架上设有电机安装孔和圆孔，电机安装在支撑架上，驱动轮安装在电机输出轴上，第一销轴插在驱动轮上；四指驱动杆上设有四指指套，第二销轴、第三销轴和第四销轴均插在四指驱动杆上；驱动杆一端连接第一销轴，另一端连接第三销轴；支撑轴设置在支撑架的圆孔中，第一滑块、第二滑块和侧翻转动块依次套在支撑轴上，第五销轴插在第一滑块上，第六销轴插在第二滑块上，第八销轴插在侧翻转动块上，调节杆一端连接支撑轴末端，另一端设置在侧盖的滑槽中，侧盖上设有调节螺纹孔，第三调节螺钉穿过调节螺纹孔并与调节杆接触；推杆、弹簧和缸体组成弹性模块结构，推杆和弹簧均安装在缸体的导向孔中，推杆连接第四销轴，缸体连接第五销轴；拇指驱动杆连接第八销轴，拇指驱动杆上设有拇指指套，第七销轴插在拇指驱动杆上，连杆一端连接第六销轴，另一端连接第七销轴。

进一步地，驱动轮、驱动杆、四指驱动杆和支撑架组成四杆机构用于带动患者四指运动。

进一步地，四指驱动杆、支撑架、推杆、缸体、第一滑块和支撑轴组成四杆滑块机构。

进一步地，第二滑块、连杆、拇指驱动杆、侧翻转动块和支撑轴组成四杆滑块机构用于带动患者拇指做侧翻运动。

进一步地，驱动轮由电机驱动。

进一步地，穿戴式手部康复训练与辅助运动设备可帮助患者同时做四指和拇指的康复运动。

进一步地，穿戴式手部康复训练与辅助运动设备的患者手掌的位置的宽窄和长度可以调节。

进一步地，穿戴式手部康复训练与辅助运动设备对应的各关节处装有角度传感器。

进一步地，穿戴式手部康复训练与辅助运动设备还包括角度传感器数据读取模块、手掌惯性物理量(IMU)检测模块、电机控制模块、数据交互模块和数据无线发射模块，均安装在控制盒内。

进一步地，穿戴式手部康复训练与辅助运动设备使用时可以实时测量手指弯曲角度和患者手部的惯性物理量，数据无线发射模块可以将相关数据发送到配套处理软件的系统。

进一步地，穿戴式手部康复训练与辅助运动设备通过掌套佩戴在患者手掌上，患者四指套在四指指套中，拇指套在拇指指套中。

进一步地，穿戴式手部康复训练与辅助运动设备是自动控制设备，完全能代替人工去帮助患者做手部康复训练。

本发明的穿戴式手部康复训练与辅助运动设备结构紧凑，便于患者佩戴；本发明可以对患者五指进行连续被动康复训练，也可以对患者拇指进行主动康复训练，提高患者手部功能康复效果；本发明对患者手掌宽度和长度具有一定的适应性，可根据患者手掌尺寸进行调节；本发明也可以作为运动辅助设备，通过外部控制信号帮助患者完成日常的抓握动作。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的主视结构示意图；

图2是本发明四指驱动机构结构爆炸图；

图3是本发明拇指驱动机构结构爆炸图；

图4是本发明弹性模块结构爆炸图；

图5是本发明侧盖结构示意图；

图6是本发明支撑架结构示意图；

图7是本发明四指驱动机构弯曲状态示意图；

图8是本发明四指与拇指驱动机构弯曲状态示意图；

图9是本发明拇指驱动机构侧翻状态示意图；

其中：1—掌套，2—第一调节螺钉，3—第二调节螺钉，4—控制盒，5—U型槽，6—电机，7—支撑架，8—驱动轮，9—第一销轴，10—驱动杆，11—第二销轴，12—第三销轴，13—四指驱动杆，14—四指指套，15—推杆，16—第四销轴，17—弹簧，18—缸体，19—第五销轴，20—第一滑块，21—支撑轴，22—连接块，23—侧盖，24—第三调节螺钉，25—第六销轴，26—连杆，27—第七销轴，28—第八销轴，29—拇指驱动杆，30—拇指指套，31—第二滑块，32—侧翻转动块，33—调节杆，34—导向孔，35—滑槽，36—调节螺纹孔，37—电机安装孔，38—圆孔。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8和图9所示，一种穿戴式手部康复训练与辅助运动设备，包括掌套1、第一调节螺钉2、第二调节螺钉3、控制盒4、电机6、支撑架7、驱动轮8、第一销轴9、驱动杆10、第二销轴11、第三销轴12、四指驱动杆13、推杆15、第四销轴16、弹簧17、缸体18、第五销轴19、第一滑块20、支撑轴21、连接块22、侧盖23、第三调节螺钉24、第六销轴25、连杆26、第七销轴27、第八销轴28、拇指驱动杆29、第二滑块31、侧翻转动块32和调节杆33；连接块22固定在掌套1上，控制盒4上设有U型槽5，第一调节螺钉2和第二调节螺钉3设置在U型槽5中，控制盒4通过第一调节螺钉2和第二调节螺钉3固定在连接块22上；支撑架7固定在控制盒4上，第二销轴11固定在支撑架7上，支撑架7上设有电机安装孔37和圆孔38，电机6安装在支撑架7上，驱动轮8安装在电机6输出轴上，第一销轴9插在驱动轮8上；四指驱动杆13上设有四指指套14，第二销轴11、第三销轴12和第四销轴16均插在四指驱动杆13上；驱动杆10一端连接第一销轴9，另一端连接第三销轴12；支撑轴21设置在支撑架7的圆孔38中，第一滑块20、第二滑块31和侧翻转动块32依次套在支撑轴21上，第五销轴19插在第一滑块20上，第六销轴25插在第二滑块31上，第八销轴28插在侧翻转动块32上，调节杆33一端连接支撑轴21末端，另一端设置在侧盖23的滑槽35中，侧盖23上设有调节螺纹孔36，第三调节螺钉24穿过调节螺纹孔36并与调节杆33接触；推杆15、弹簧17和缸体18组成弹性模块结构，推杆15和弹簧17均安装在缸体18的导向孔34中，推杆15连接第四销轴16，缸体18连接第五销轴19；拇指驱动杆29连接第八销轴28，拇指驱动杆29上设有拇指指套30，第七销轴27插在拇指驱动杆29上，连杆26一端连接第六销轴25，另一端连接第七销轴27；整个穿戴式手部康复训练与辅助运动设备通过掌套1佩戴在患者手掌上，患者四指套在四指指套14中，拇指套在拇指指套30中，带动患者五指进行连续被动康复训练。

如图2、图3和图4所示，本发明设备的驱动杆10两端可分别相对驱动轮8和四指驱动杆13转动，驱动轮8、驱动杆10、四指驱动杆13和支撑架7组成四杆机构；四指驱动杆13可相对支撑架7转动，推杆15一端可相对四指驱动杆13转动另一端可沿缸体18的导向孔34滑移，缸体18可相对第一滑块20转动，第一滑块20可沿支撑轴21滑移，四指驱动杆13、支撑架7、推杆15、缸体18、第一滑块20和支撑轴21组成四杆滑块机构；第二滑块31和侧翻转动块32与支撑轴21之间是圆柱副约束，既可以沿着支撑轴21滑动，也可以相对支撑轴21转动，拇指驱动杆29可相对侧翻转动块32转动，连杆26两端可分别相对第二滑块31和拇指驱动杆29转动，第二滑块31、连杆26、拇指驱动杆29、侧翻转动块32和支撑轴21组成四杆滑块机构。

如图1、图2和图3所示，当拧松第一调节螺钉2和第二调节螺钉3时，整个康复设备可与支撑架7一起沿着U型槽5移动，调整至适合患者手掌宽度时拧紧第一调节螺钉2和第二调节螺钉3，实现对患者手掌宽度的适应性；当拧松第三调节螺钉24时，支撑轴21及其上所有零件可与调节杆33一起沿着滑槽35移动，调整至拇指驱动杆29与患者拇指处于平行时拧紧第三调节螺钉24，实现对患者手掌长度的适应性。

使用过程，本发明通过掌套1佩戴在患者手掌上，患者四指套在四指指套14中，拇指套在拇指指套30中。如图1所示为本发明的初始状态，初始时弹簧17具有一定的预紧力，在预紧力作用下四指驱动杆13处于伸直状态，第一滑块20和第二滑块31保持接触状态。如图7所示，当患者拇指不动，进行四指被动康复训练时，电机6转动带动驱动轮8转动，进而通过驱动轮8、驱动杆10、四指驱动杆13和支撑架7组成的四杆机构带动四指运动，实现患者四指被动康复训练。如图8所示，当患者拇指处于放松状态时，患者四指在进行被动康复训练的同时第一滑块20带动第二滑块31沿着支撑轴21运动，进而通过连杆26使拇指驱动杆29相对侧翻转动块32转动，实现患者四指与拇指同时进行被动康复训练。如图9所示，患者进行拇指侧翻主动康复训练时，拇指带着拇指驱动杆29、连杆26、第二滑块31、侧翻转动块32、第六销轴25、第七销轴27和第八销轴28一起绕着支撑轴21转动，实现设备随着患者拇指侧翻运动。

本发明设备的控制方式：本发明对应患者的各关节处装有角度传感器，同时控制盒4内装有电气元件、角度传感器数据读取模块、手掌惯性物理量(IMU)检测模块、电机控制模块、数据交互模块和数据无线发射模块，使用时可以实时测量手指弯曲角度和患者手部的惯性物理量，数据无线发射模块可以将相关数据发送到配套处理软件上，可配合训练游戏让患者主动参与到康复训练中，提高患者手部功能康复效果。本发明除了作为康复设备之外，也可以作为运动辅助设备，通过肌电/脑电等外部控制信号帮助患者完成日常的抓握动作。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种穿戴式手部康复训练与辅助运动设备，其特征在于，包括掌套、第一调节螺钉、第二调节螺钉、控制盒、电机、支撑架、驱动轮、第一销轴、驱动杆、第二销轴、第三销轴、四指驱动杆、推杆、第四销轴、弹簧、缸体、第五销轴、第一滑块、支撑轴、连接块、侧盖、第三调节螺钉、第六销轴、连杆、第七销轴、第八销轴、拇指驱动杆、第二滑块、侧翻转动块和调节杆；所述连接块固定在所述掌套上，所述控制盒上设有U型槽，所述第一调节螺钉和所述第二调节螺钉设置在所述U型槽中，所述控制盒通过所述第一调节螺钉和所述第二调节螺钉固定在所述连接块上；所述支撑架固定在所述控制盒上，所述第二销轴固定在所述支撑架上，所述支撑架上设有电机安装孔和圆孔，所述电机安装在所述支撑架上，所述驱动轮安装在所述电机输出轴上，所述第一销轴插在所述驱动轮上；所述四指驱动杆上设有四指指套，所述第二销轴、所述第三销轴和所述第四销轴均插在所述四指驱动杆上；所述驱动杆一端连接所述第一销轴，另一端连接所述第三销轴；所述支撑轴设置在所述支撑架的圆孔中，所述第一滑块、所述第二滑块和所述侧翻转动块依次套在所述支撑轴上，所述第五销轴插在所述第一滑块上，所述第六销轴插在所述第二滑块上，所述第八销轴插在所述侧翻转动块上，所述调节杆一端连接所述支撑轴末端，另一端设置在所述侧盖的滑槽中，所述侧盖上设有调节螺纹孔，所述第三调节螺钉穿过调节螺纹孔并与所述调节杆接触；所述推杆、所述弹簧和所述缸体组成弹性模块结构，所述推杆和所述弹簧均安装在所述缸体的导向孔中，所述推杆连接所述第四销轴，所述缸体连接所述第五销轴；所述拇指驱动杆连接所述第八销轴，所述拇指驱动杆上设有拇指指套，所述第七销轴插在所述拇指驱动杆上，所述连杆一端连接所述第六销轴，另一端连接所述第七销轴。

2.如权利要求1所述的穿戴式手部康复训练与辅助运动设备，其特征在于，所述驱动轮、所述驱动杆、所述四指驱动杆和所述支撑架组成四杆机构用于带动患者四指运动。

3.如权利要求1所述的穿戴式手部康复训练与辅助运动设备，其特征在于，所述四指驱动杆、所述支撑架、所述推杆、所述缸体、所述第一滑块和所述支撑轴组成四杆滑块机构。

4.如权利要求1所述的穿戴式手部康复训练与辅助运动设备，其特征在于，所述第二滑块、所述连杆、所述拇指驱动杆、所述侧翻转动块和所述支撑轴组成四杆滑块机构用于带动患者拇指做侧翻运动。

5.如权利要求1所述的穿戴式手部康复训练与辅助运动设备，其特征在于，所述驱动轮由电机驱动。

6.如权利要求1所述的穿戴式手部康复训练与辅助运动设备，其特征在于，所述穿戴式手部康复训练与辅助运动设备可帮助患者同时做四指和拇指的康复运动。

7.如权利要求1所述的穿戴式手部康复训练与辅助运动设备，其特征在于，所述穿戴式手部康复训练与辅助运动设备的患者手掌的位置的宽窄和长度可以调节。

8.如权利要求1所述的穿戴式手部康复训练与辅助运动设备，其特征在于，所述穿戴式手部康复训练与辅助运动设备对应的各关节处装有角度传感器。

9.如权利要求1所述的穿戴式手部康复训练与辅助运动设备，其特征在于，所述穿戴式手部康复训练与辅助运动设备还包括角度传感器数据读取模块、手掌惯性物理量检测模块、电机控制模块、数据交互模块和数据无线发射模块，均安装在控制盒内。

10.如权利要求9所述的穿戴式手部康复训练与辅助运动设备，其特征在于，所述穿戴式手部康复训练与辅助运动设备使用时可以实时测量手指弯曲角度和患者手部的惯性物理量，所述数据无线发射模块可以将相关数据发送到配套处理软件的系统。