CN108464913A - 一种气动关节式康复机械手 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种气动关节式康复机械手，通过气动关节(2)为可伸缩的褶皱型气囊结构；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)依次转动连接，多个手指部(13)分别与手掌部(12)转动连接；指节部(131)通过气动关节(2)的伸缩来带动指节部(131)转动，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；本发明结构简单，制作方便，且携带方便，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，具体涉及一种气动关节式康复机械手。
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，提供一种气动关节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：
一种气动关节式康复机械手，包括外骨骼机械手和气动关节；所述外骨骼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；所述气动关节为可伸缩的褶皱型气囊结构；所述手腕充放气部与所述气动关节的气囊结构连通；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依次转动连接，多个所述手指部分别与所述手掌部转动连接；所述指节部通过所述气动关节的伸缩来带动所述指节部转动；所述外骨骼机械手上还设有用于固定人手的穿戴结构。
进一步地，所述外骨骼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，手指部上的指节部之间通过铰链连接，并通过所述气动关节来带动两两相邻的指节部的相对转动；所述指节部上的近端指节部与所述手掌部铰接，并通过所述气动关节来带动所述手指部与手掌部的相对转动。
进一步地，所述气动关节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；所述气动关节的可伸缩褶皱管体结构的两端分别固定设在相互铰接的相邻指节部或手掌部上。
进一步地，所述气动关节为半圆拱形的可伸缩褶皱结构；所述气动关节的褶皱伸缩的中心轴和与所述指节部连接的所述铰链回转中心轴重合；所述气动关节之间通过气管连接，且最大舒张程度为180度。
进一步地，所述手腕充放气部由多条气管、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管的进气口连通，以此实现五根手指部的统一气体驱动。
进一步地，手掌部上设有相互独立的气管来实现五根手指部的气动关节和手腕充放气部的连通；手指部上通过气管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管；与大拇指和食指对应的手指部的气管为Y形的气体分叉通道，其余手指部分别为单独气管。
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，使手部与所述外骨骼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匹配，使得手部能够稳定的固定在所述外骨骼机械手上。
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，从而带动所述外骨骼机械手做伸展、弯曲动作。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明通过对气动关节式康复机械手进行反复的充排气，气动关节对机械手指节产生向上的驱动力，使得外骨骼机械手向前伸展，从而带动固定在外骨骼机械手的患者手部进行运动，能够实现手指反复的伸展和弯曲，从而达到运动训练的目的。
2、发明采用的褶皱型气囊最大弯曲角度为180度，带动手指进行运动时最大极限程度为水平位置，并且气动关节的转动圆心与机械手铰链的回转中心重合，不会对手指产生反向弯曲，造成二次伤害。
3、本发明通过对气管充放气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根手指气动驱动转换为五指统一驱动，简化了充排气过程，减小了充气量，缩短了弯曲与伸展的循环时间，更有益于患者康复。
4、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。
5、本发明整体结构简单，制作方便，实用性很高；且携带方便，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后视图；
图4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5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6是本发明一实施例中机械手单个手指部的结构示意图；
图7是本发明一实施例中手腕充放气部的剖面示意图；
上述附图中各部件的标记为：1、外骨骼机械手；11、手腕充放气部；111、气管；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；3、穿戴结构；31、手腕绑带；32、手掌绑带；33、手指绑带；4、铰链；41、圆柱销。
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和图4，在一个实施例中，一种气动关节式康复机械手，包括外骨骼机械手1和气动关节；所述外骨骼机械手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为可伸缩的褶皱型气囊结构；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之间铰接，多个所述手指部13分别与所述手掌部12铰接；所述气动关节2两伸缩端分别沿着手指部13长度方向来对相邻的指节部131和手掌部12依次连接；所述外骨骼机械手1上还设有用于固定人手的穿戴结构3。
所述气动关节2为半圆拱形的可伸缩褶皱结构；所述气动关节2的褶皱伸缩的中心轴和与所述指节部131连接的铰链4回转中心轴重合；所述气动关节2之间通过气管10连接，且最大舒张程度为半圆。所述气动关节2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。所述气动关节2的可伸缩褶皱管体结构的两端分别固定设在相互铰接的相邻指节部131或手掌部12上。
所述外骨骼机械手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。
结合附图3和图6，五个手指部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，其中，手指部13上对应设有近端指节部1311、中端指节部1312和远端指节部1313；所述近端指节部1311、中端指节部1312和远端指节部1313之间通过依次铰接，并通过所述气动关节2来实现两两指节部131的连接；所述近端指节部1311与所述手掌部12铰接，并通过所述气动关节2来实现所述手指部13与手掌部12的连接。
其中，本方案褶皱型气囊分布在外骨骼机械手1上，每个手指关节铰接的相邻指节部131或手掌部12上均与所述气动关节2的一端连接，且共有14个气动关节2和14个指节部131；
而且，所述气动关节2设在所述外骨骼机械手1的内侧，即是设在手心的一侧；由于气动关节2最大舒张程度为180度，即气动关节驱使外骨骼机械手1运动的极限位置为水平，并且气动关节的转动中心与机械手的铰链4的圆柱销41的回转中心在同一轴线上，导致机械手的最大伸展程度为水平位置，不会是手部产生反向弯曲，造成二次伤害。
其中，结合附图7，所述手腕充放气部11由多条气管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分别与多条气管111的进气口连通，以此实现五根手指部13的统一气体驱动。
手掌部12上分别设有四条单独的气管111连通来五根手指部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上的气管111相连通；其中，大拇指和食指对应的气管111由Y形的气体分叉通道相连接，其余三条分别由单独气管相连接，与人手部的血管的构造类似；本方案气体通过气管传输到14个气动关节中，使气动关节中产生压力，褶皱型气囊舒张开了，对机械手指节产生向上的驱动力，使机械手伸展开。气体通过手腕充放气部11和四组连接气动关节2的气管111将单根手指气动驱动转换成五指统一驱动，简化了充排气过程，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，气管111如果采用弹性材料制成且设置在与人手紧贴的部位，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。
作为优选的方案，结合附图5，所述指节部131之间与手指部13和手掌部12的铰接结构包括圆柱销41；以手掌部12与指节部131的连接方式为例，所述圆柱销41的轴向两端固定设在所述手掌部12的连接耳上，近端指节部1311上的连接部上的通孔与所述圆柱销41同轴转动连接，且所述连接部设在所述圆柱销41的中间位置处；从而使得手掌与指节之间、指节与指节之间实现相对转动连接。
所述外骨骼机械手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1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，各个绑带的尺寸依据待绑缚部位的轮廓尺寸不同而不同，使得手部能够更加稳定的固定在外骨骼机械手1上。优选的，所述绑带可为松紧带结构，使用更加方便快捷。
所述气动关节式康复机械手可通过手动或电动的方式进行充放气，从而带动所述外骨骼机械手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。
结合附图3，所述手掌部12与指节部131上设有与手腕充放气部11连通的气管111，通过对手腕充放气部11的充放气即可实现气体通过气管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，以此实现外骨骼机械手1多方位的运动；
在使用的时候，通过穿戴机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，外骨骼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，气动关节内产生压力使气动关节舒张，从而对外骨骼机械手产生向上的驱动力，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；对气动关节式康复机械手进行排气时，气体通过手腕充放气部排出，气动关节内的气体减少，内部压力减小，气动关节收缩，从而带动伸展的机械手弯曲；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最终带动固定在机械手上的患者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。
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，从而实现外骨骼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)
1.一种气动关节式康复机械手，其特征在于：包括外骨骼机械手(1)和气动关节(2)；所述外骨骼机械手(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)为可伸缩的褶皱型气囊结构；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)依次转动连接，多个所述手指部(13)分别与所述手掌部(12)转动连接；所述指节部(131)通过所述气动关节(2)的伸缩来带动所述指节部(131)转动；所述外骨骼机械手(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所述的气动关节式康复机械手，其特征在于：所述外骨骼机械手(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，手指部(13)上的指节部(131)之间通过铰链(4)连接，并通过所述气动关节(2)来带动两两相邻的指节部(131)的相对转动；所述指节部(131)上的近端指节部(1311)与所述手掌部(12)铰接，并通过所述气动关节(2)来带动所述手指部(13)与手掌部(12)的相对转动。
3.根据权利要求1所述的气动关节式康复机械手，其特征在于：所述气动关节(2)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；所述气动关节(2)的可伸缩褶皱管体结构的两端分别固定设在相互铰接的相邻指节部(131)或手掌部(12)上。
4.根据权利要求2所述的气动关节式康复机械手，其特征在于：所述气动关节(2)为半圆拱形的可伸缩褶皱结构；所述气动关节(2)的褶皱伸缩的中心轴和与所述指节部(131)连接的所述铰链(4)回转中心轴重合；所述气动关节(2)之间通过气管(10)连接，且最大舒张程度为180度。
5.根据权利要求1所述的气动关节式康复机械手，其特征在于：所述手腕充放气部(11)由多条气管(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)分别与多条气管(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所述的气动关节式康复机械手，其特征在于：手掌部(12)上设有相互独立的气管(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)上通过气管(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5所述的气动关节式康复机械手，其特征在于：手掌部(12)内设有四条气管(111)；与大拇指和食指对应的手指部(13)的气管(111)为Y形的气体分叉通道，其余手指部(13)分别为单独气管。
8.根据权利要求1所述的气动关节式康复机械手，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，使手部与所述外骨骼机械手(1)运动时更加契合。
9.根据权利要求1所述的气动关节式康复机械手，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匹配，使得手部能够稳定的固定在所述外骨骼机械手(1)上。
10.根据权利要求1所述的气动关节式康复机械手，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，从而带动所述外骨骼机械手(1)做伸展、弯曲动作。
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