CN108464912A - 一种仿人手型康复机械手 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种仿人手型康复机械手，通过气动关节(2)为褶皱型气囊结构；手腕充放气部(11)与气动关节(2)的气囊结构连通；手指部(13)与手骨的连接结构匹配，手指部(13)上的多个指节部(131)之间分别通过铰链(4)铰接，并通过气动关节(2)驱动，多个手指部(13)分别通过气动关节(2)与手掌部(12)连接，设有用于固定人手的穿戴结构(3)。本发明适合手疾患者在各种场合，尤其是在家中进行训练，帮助手疾患者进行矫正康复训练，不仅适用于手部无法进行主动训练的康复者，而且还适用于能进行一定程度主动训练的使用者；本发明整体结构简单，制作方便，携带方便，操作容易，经济实用，具有很好的市场前景。
Description
技术领域
本发明涉及康复机械设备技术领域，具体涉及一种仿人手型康复机械手。
背景技术
目前国内每年由中风、脑出血、脑梗、脑血栓、脑瘫、烧伤、烫伤及其他各类事故导致的手部残疾的患者人数呈逐步上升趋势。其症状多表现为手部抽搐、痉挛、抓取无力、无法正常伸展及“鹰勾手”等。
手部康复需要循序渐进，如果想通过手术或是其他途径进行矫正治疗达到即时的恢复效果通常很难实现，另外普通家庭也承担不起高昂的手术费用。因此，大部分患者选择去医院或是私人的康复中心进行矫正康复，但是由于患者所需康复训练的时间较长，这就导致两方面的问题：一、康复费用高；二、有些家庭路途遥远，多有不便。
因此，开发出一种可以帮助患者在家自行训练的手部康复器材尤为重要。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提供一种气囊式手部运动训练装置，结构简单，携带方便，操作容易，经济实用，设计合理，结构紧凑。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种仿人手型康复机械手，包括仿人手型机械手和气动关节；所述仿人手型机械手包括与人手相对应匹配的手腕充放气部、手掌部和手指部；所述气动关节为褶皱型气囊结构；所述手腕充放气部与所述气动关节的气囊结构连通，以此实现对所述气动关节的充放气；所述手指部与手骨的连接结构匹配，所述手指部上的多个指节部之间分别通过所述气动关节依次连接，多个所述手指部分别通过所述气动关节与所述手掌部连接；所述仿人手型机械手上还设有用于固定人手的穿戴结构。
进一步地，所述仿人手型机械手包括一个手腕充放气部、一个手掌部和五个手指部；所述手腕充放气部设在所述手掌部的后端；所述手掌部的前端设有五个手指部；
其中，所述手指部上的指节部和气动关节分别与人手指骨的指骨节和指骨关节的结构对应；所述指节部上的近端指节部、中端指节部和远端指节部之间通过所述气动关节来实现指节部的依次连接；且所述手掌部通过所述气动关节与所述手指部的近端指节部连接。
进一步地，所述气动关节包括全褶皱型气囊和半褶皱型气囊；所述手指部之间的指节部之间通过所述半褶皱型气囊连接；所述手指部通过所述全褶皱型气囊与所述手掌部连接。
进一步地，半褶皱型气囊与手掌部的掌心面相对设置，以此实现手指部向掌心方向弯曲。
进一步地，所述手腕充放气部由多条气体通道、一个气体合并空间和气嘴组成；所述气嘴的出气口与所述气体合并空间的进气口连通，所述气体合并空间分别与多条气体通道的进气口连通，以此实现五根手指部的统一气体驱动。
进一步地，手掌部内设有相互独立的气体通道来实现五根手指部的气动关节和手腕充放气部的连通；手指部内通过气体通道来实现指节部之间的气动关节的贯通。
进一步地，手掌部内设有四条气体通道；与大拇指和食指对应的手指部的气体通道为Y形的气体分叉通道，其余手指部分别为单独气体通道。
进一步地，所述手指部上的14个指节部和14个气动开关与人手指上对应部位的尺寸一一对应设置，使手部与所述仿人手型机械手运动时更加契合。
进一步地，所述穿戴结构包括手腕绑带、手掌绑带和手指绑带，各个绑带的尺寸与待绑缚部位的轮廓尺寸匹配，使得手部能够稳定的固定在所述仿人手型机械手上。
进一步地，所述气动关节通过手动或电动的方式进行充放气，从而带动所述仿人手型机械手做伸展、弯曲动作。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明通过对仿人手型康复机械手进行反复的充排气，通过气动关节驱动仿人手型机械手进行运动，从而带动固定在机械手上的患者手部实现反复的伸展和弯曲运动，达到运动训练的目的。
2、本发明近指气动关节采用的全褶皱型气囊可实现仿人手型机械手竖直方向的弯曲和伸展运动，也可实现水平方向的摆动运动，解决了单根手指在空间运动的两自由度问题。
3、本发明中指气动关节和远指气动关节采用的半褶皱型气囊带动手指进行运动时最大运动极限位置为水平，不会对手指产生反向弯曲，造成二次伤害。
4、本发明通过对手腕充放气部充放气，手掌和指节内部通孔传输气体，从而带动五根手指进行弯曲和伸展运动，通过手腕充放气部将单个手指气体驱动转换为五指统一驱动，方便了对机械手的充气与排气，并且减小了充气量。
5、本发明适合手疾患者在各种场合，尤其是在家中进行训练，帮助手疾患者进行矫正康复训练，不仅适用于手部无法进行主动训练的康复者，而且还适用于能进行一定程度主动训练的使用者。
6、本发明整体结构简单，制作方便，实用性很高；且本发明携带方便，操作容易，经济实用，具有很好的市场前景。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到一上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1和图2分别是本发明一实施例在未充气情况下机械手处于弯曲状态下的结构示意图；
图3是本发明一实施例在未充气情况下机械手处于弯曲状态下的侧视图；
图4是本发明一实施例中机械手单个手指部的结构示意图；
图5是本发明一实施例整个仿人手型机械手的横剖示意图；
图6是本发明一实施例中手腕充放气部的纵剖面示意图；
图7是本发明一实施例在充气情况下机械手处于伸展状态下的结构示意图；
图8和图9分别是本发明一实施例将患者手部固定在机械手上部的未充气情况下机械手处于弯曲状态下的结构示意图；
图10是本发明一实施例将患者手部固定在机械手上部的充气情况下机械手处于伸展状态下的结构示意图；
上述附图中各部件的标记为：1、仿人手型机械手；11、手腕充放气部；111、气体通道；112、气体合并空间；113、气嘴；12、手掌部；13、手指部；131、指节部；1311、近端指节部；1312、中端指节部；1313、远端指节部；2、气动关节；21、全褶皱型气囊；22、半褶皱型气囊；3、穿戴结构；31、手腕绑带；32、手掌绑带；33、手指绑带。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
结合附图，对本发明作进一步地说明：
结合附图1、图2、图3和图4，在一个实施例中，一种仿人手型康复机械手，包括仿人手型机械手1和气动关节2；所述仿人手型机械手1包括与人手相对应匹配的手腕充放气部11、手掌部12和手指部13；所述气动关节2为褶皱型气囊结构；所述手腕充放气部11与所述气动关节2的气囊结构连通；所述手指部13与手骨的连接结构匹配，所述手指部13上的多个指节部131之间分别通过所述气动关节2依次连接，多个所述手指部13分别通过所述气动关节2与所述手掌部12连接；所述仿人手型机械手1上还设有用于固定人手的穿戴结构3。
所述仿人手型机械手1包括一个手腕充放气部11、一个手掌部12和五个手指部13；所述手腕充放气部11设在所述手掌部12的后端；所述手掌部12的前端设有五个手指部13。
所述气动关节2包括全褶皱型气囊21和半褶皱型气囊22；所述手指部13之间的指节部131之间通过所述半褶皱型气囊22连接；所述手指部13通过所述全褶皱型气囊21与所述手掌部12连接。所述全褶皱型气囊21和半褶皱型气囊22的褶皱结构可为可折叠皱纹片沿折叠伸缩方向连接成的管状弹性敏感元件结构。
五个手指部13分别与人手的拇指、食指、中指、无名指和小指一一对应设置；由于食指、中指、无名指和小指的指骨从指根到指尖均由近端关节、近端指节、中端关节、中端指节、远端关节和远端指节依次连接构成，大拇指的指骨从指根到指尖则由近端关节、近端指节、远端关节和远端指节依次连接而成；所以相对应的在本装置中，近端关节、中端关节和远端关节部位对应采用气动关节2代替；手指部上对应设置指节部131，分别为近端指节部1311、中端指节部1312和远端指节部1313之间通过所述气动关节2来实现指节部131的依次连接；且所述手掌部12通过所述气动关节2与所述手指部12的近端指节部1311连接。
其中，本方案褶皱型气囊分布在五根手指部13上，所以共有14个气动关节2和14个指节部131；且近端关节采用全褶皱型气囊21，中端关节和远端关节均采用半褶皱型气囊22；本方案通过近端关节对应的气动关节2由全褶皱型气囊21构成，可实现仿人手型机械手1多方位的运动，可实现相对手掌面的竖直方向上弯曲、伸展和水平方向摆动；中端关节和远端关节对应的气动关节2由半褶皱型气囊22组成，且半褶皱型气囊22与手掌部12的掌心面相对设置，由于半褶皱型气囊22最大舒张程度为180度，导致机械手的最大伸展程度为水平位置，不会使手指的中端指节和远端指节反向弯曲，造成二次伤害，符合人手的一般自然活动规律。
所述手掌部12与指节部131内设有与手腕充放气部11连通的气体通道111，通过对手腕充放气部11的充放气即可实现气体通过气体通道111分别与所述气动关节2连通，来对气动关节2的气囊结构的充放气，以此实现仿人手型机械手1多方位的运动；
其中，结合附图5、图6和图7，所述手腕充放气部11由多条气体通道111、一个气体合并空间112和气嘴113组成；所述气嘴113的出气口与所述气体合并空间112的进气口连通，所述气体合并空间112分别与多条气体通道111的进气口连通，实现了将单个手指气体驱动转变成五指统一气体驱动。
手掌部12内分别设有四条单独的气体通道111来连通五根手指部13和手腕充放气部11；手指部13上的气动关节2通过手掌部12与指节部131内的气体通道111相连通；其中，大拇指和食指对应的气体通道111由Y形的气体分叉通道相连接，其余三条分别由单独气体通道相连接，与人手部的血管的构造类似；本方案通过对气嘴113进行充气产生驱动作用，通过手腕充放气部11分和手掌、指节内部的四组通孔，将单个手指气动驱动转换为五指统一气动驱动，方便了充排气，减少了充气量，缩短了机械手弯曲伸展的运动时间。
在使用的时候，气体通道111如果采用弹性材料制成且与人手紧贴的部位，通过气管111在气体充放气的弹性波动，可对相应血管进行相应的刺激和按摩，舒筋活络，有利于整个手部的康复。
优选的方案，所述手掌部12为一整体的硬质材料制成；所述指节部131为硬质材料制成。
所述仿人手型机械手1的14个指节长度各不相同，与人手的各个指节相对应，使手部固定在外骨骼机械手上运动时更加契合。
所述穿戴结构3包括手腕绑带31、手掌绑带32和手指绑带33，各个绑带的尺寸与待绑缚部位的轮廓尺寸匹配，使得手部能够稳定的固定在仿人手型机械手1上。
优选的，所述绑带可为松紧带结构，使用更加方便快捷。
所述仿人手型机械手1可通过手动或电动的方式进行充放气，从而带动所述仿人手型机械手1做伸展、弯曲动作；通过设置手动气囊结构与气嘴113的进气口连接来实现手动充放气；通过设置电动气泵与气嘴113的进气口连接来实现电动充放气。
所述穿戴结构3设在所述仿人手型机械手1的内侧，即是设在手心的一侧。
结合附图8、图9和图10，在一个实施例中，所述穿戴结构3设在所述仿人手型机械手1的外侧，即是设在手背的一侧；14个指节部131和14个气动关节2上均设有放置患者手指的凹槽；
在使用的时候，通过穿戴结构将手部固定在外骨骼机械手上，令手掌心贴合机械手，在未充气的情况下，气动关节处于收缩状态，仿人手型机械手没有驱动力的作用呈自然地弯曲状态。对手腕充放气部进行充气后，气动关节中产生压力式气动关节舒张，从而对仿人手型机械手产生向前伸展的驱动力，使得机械手得以伸展开，从而带动固定在机械手上的手部伸展；通过上述步骤中的循环的充气和排气，机械手循环的弯曲和伸展带动手部循环的弯曲和伸展，促进手部血液循环，防止肌肉萎缩，达到运动训练的目的，且患者手部能够更舒适的被机械手带动弯曲和伸展运动。本发明的机械手带动手部运动时所需的驱动力很小，即充入较小的气体压力即可更轻易的带动患者手部进行弯曲和伸展运动。
在一个实施例中，与上述实施例不同的是：气动关节采用液压驱动来实现运动的控制；通过向手腕充放气部的气嘴结构通入液压传动的液体工作介质，通过气体关节的褶皱型气囊结构内液体工作介质的压力能来传递动力，利用液压控制系统来实现气动关节的收缩和伸展，从而实现仿人手型机械手多方位的运动。本发明通过采用液压驱动的各种元件，可以根据需要方便、灵活地来布置各个部件；且体积小，运动惯性小，反应速度快；且很容易实现装置的自动化，当采用电液联合控制后，不仅可实现更高程度的自动控制过程，而且可以实现遥控。
本发明适合手疾患者在各种场合，尤其是在家中进行训练，帮助手疾患者进行矫正康复训练，不仅适用于手部无法进行主动训练的康复者，而且还适用于能进行一定程度主动训练的使用者；本发明整体结构简单，制作方便，实用性很高，携带方便，操作容易，经济实用，功能良好，具有很好的市场前景。
需要说明的是，可折叠皱纹片沿折叠伸缩方向连接成的管状弹性敏感元件结构可采用波纹管等类似结构件。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种仿人手型康复机械手，其特征在于：包括仿人手型机械手(1)和气动关节(2)；所述仿人手型机械手(1)包括与人手相对应匹配的手腕充放气部(11)、手掌部(12)和手指部(13)；所述气动关节(2)为褶皱型气囊结构；所述手腕充放气部(11)与所述气动关节(2)的气囊结构连通，以此实现对所述气动关节(2)的充放气；所述手指部(13)与手骨的连接结构匹配，所述手指部(13)上的多个指节部(131)之间分别通过所述气动关节(2)依次连接，多个所述手指部(13)分别通过所述气动关节(2)与所述手掌部(12)连接；所述仿人手型机械手(1)上还设有用于固定人手的穿戴结构(3)。
2.根据权利要求1所述的仿人手型康复机械手，其特征在于：所述仿人手型机械手(1)包括一个手腕充放气部(11)、一个手掌部(12)和五个手指部(13)；所述手腕充放气部(11)设在所述手掌部(12)的后端；所述手掌部(12)的前端设有五个手指部(13)；
其中，所述手指部(13)上的指节部(131)和气动关节(2)分别与人手指骨的指骨节和指骨关节的结构对应；所述指节部(131)上的近端指节部(1311)、中端指节部(1312)和远端指节部(1313)之间通过所述气动关节(2)来实现指节部(131)的依次连接；且所述手掌部(12)通过所述气动关节(2)与所述手指部(12)的近端指节部(1311)连接。
3.根据权利要求1所述的仿人手型康复机械手，其特征在于：所述气动关节(2)包括全褶皱型气囊(21)和半褶皱型气囊(22)；所述手指部(13)之间的指节部(131)之间通过所述半褶皱型气囊(22)连接；所述手指部(13)通过所述全褶皱型气囊(21)与所述手掌部(12)连接。
4.根据权利要求3所述的仿人手型康复机械手，其特征在于：半褶皱型气囊(22)与手掌部(12)的掌心面相对设置，以此实现手指部(13)向掌心方向弯曲。
5.根据权利要求1所述的仿人手型康复机械手，其特征在于：所述手腕充放气部(11)由多条气体通道(111)、一个气体合并空间(112)和气嘴(113)组成；所述气嘴(113)的出气口与所述气体合并空间(112)的进气口连通，所述气体合并空间(112)分别与多条气体通道(111)的进气口连通，以此实现五根手指部(13)的统一气体驱动。
6.根据权利要求5所述的仿人手型康复机械手，其特征在于：手掌部(12)内设有相互独立的气体通道(111)来实现五根手指部(13)的气动关节(2)和手腕充放气部(11)的连通；手指部(13)内通过气体通道(111)来实现指节部(131)之间的气动关节(2)的贯通。
7.根据权利要求6所述的仿人手型康复机械手，其特征在于：手掌部(12)内设有四条气体通道(111)；与大拇指和食指对应的手指部(13)的气体通道(111)为Y形的气体分叉通道，其余手指部(13)分别为单独气体通道。
8.根据权利要求1所述的仿人手型康复机械手，其特征在于：所述手指部(13)上的14个指节部(131)和14个气动开关(2)与人手指上对应部位的尺寸一一对应设置，使手部与所述仿人手型机械手(1)运动时更加契合。
9.根据权利要求1所述的仿人手型康复机械手，其特征在于：所述穿戴结构(3)包括手腕绑带(31)、手掌绑带(32)和手指绑带(33)，各个绑带的尺寸与待绑缚部位的轮廓尺寸匹配，使得手部能够稳定的固定在所述仿人手型机械手(1)上。
10.根据权利要求1所述的仿人手型康复机械手，其特征在于：所述气动关节(2)通过手动或电动的方式进行充放气，从而带动所述仿人手型机械手(1)做伸展、弯曲动作。
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