CN108464914A - 基于线驱动的多自由度手部康复外骨骼 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于线驱动的多自由度手部康复外骨骼，属于康复设备技术领域，本发明通过线驱动和柔性的手部外骨骼来实现多自由度的康复外骨骼设计，线驱动可减少拉力的损失，柔性外骨骼具有更好的适应性和功能性，能够适应不同患者的康复需求，使用方便。

Description

基于线驱动的多自由度手部康复外骨骼
技术领域
本发明涉及康复设备技术领域，特别涉及一种基于线驱动的多自由度手部康复外骨骼。
背景技术
对于手部运动有障碍的病人来说，康复理疗是恢复手部基本功能的主要途径，目前有理疗师和康复外骨骼等方法来协助病人进行康复治疗，而康复外骨骼将会成为康复理疗可靠的设备之一。针对目前脑卒中、手部有残疾病人进行康复的需求主要分为前、中、后三个时期：前期患者基本不能实现自主运动，由康复外骨骼带动手部运动；中期患者已经可以进行自主运动，但不能承受任何的负载；后期患者可以在运动过程中承受一定的负载。
目前康复外骨骼的趋势发展迅速，与传统理疗师相比，康复外骨骼具有控制精准、续性好、估精确等特点，可以针对病人的具体情况来制定方案。国内外已经有许多的专家学者在研究康复外骨骼，但尚未有大规模的产品进入临床应用。目前的产品大致可以分为如下三类：
第一类为只集数据的外骨骼。无驱动装置，不能给病人提供动力或者阻力。此类产品功能有限，仅仅对病人进行了数据采集，不能协助病人康复。
第二类为带驱动的刚性外骨骼。在使用外骨骼进行治疗的过程中，可以提供驱动力辅助病人进行康复运动。此类产品主要是针对大关节的康复治疗，不能协助病人进行手指部位的小关节进行康复治疗。
第三类为多自由度的手指康复外骨骼。此类产品主要是针对手指部分功能有缺陷的患者而设计的，多自由度运动一定的康复效果，但多为刚性结构，不能很好的适应不同患者的康复需求，使用不方便。
发明内容
为解决上述的全部或部分的技术问题，本发明提供了一种基于线驱动的多自由度手部康复外骨骼。
本发明提供的一种基于线驱动的多自由度手部康复外骨骼，所述基于线驱动的多自由度手部康复外骨骼包括：功能箱、电路板、控制器、线驱动装置、驱动线导管和手部外骨骼，所述驱动线导管的第一端设于所述功能箱侧壁，所述手部外骨骼设于所述驱动线导管的第二端，所述电路板及线驱动装置均设于所述功能箱内；
所述手部外骨骼具有N根模拟手指，所述线驱动装置包括N个驱动单元，所述驱动单元与所述模拟手指一一对应，各驱动单元的驱动线穿过所述驱动线导管与对应的模拟手指相连，所述手部外骨骼采用柔性材料制成，所述N为大于等于2的整数；
各驱动单元分别与所述电路板相连，所述电路板与所述控制器相连。
优选地，各驱动单元均包括：舵机、舵机底座、上转盘、下转盘、舵机支架以及上盖；
所述舵机与所述舵机支架连接，所述舵机与所述舵机底座连接，所述下转盘与所述舵机的舵机转盘连接，所述舵机转盘与所述舵机啮合并固定，所述上转盘与下转盘卡紧安装，所述驱动线利用卡件与所述上转盘以及下转盘固连，所述舵机与所述电路板相连。
优选地，所述功能箱的侧壁上设有驱动线导管支架，所述驱动线导管的第一端通过所述驱动线导管支架设于所述功能箱侧壁上。
优选地，所述上盖通过拉簧与所述驱动线导管支架连接。
优选地，所述功能箱内设有定位板，各驱动单元中的各舵机可拆式安装于所述定位板，所述定位板与所述功能箱内的安装底座固连。
优选地，所述基于线驱动的多自由度手部康复外骨骼还包括：电源转换器；
所述电源转换器与所述电路板相连。
优选地，所述基于线驱动的多自由度手部康复外骨骼还包括：电源插口和电源开关；
所述电源插口设于所述功能箱上，所述电源插口与所述电源开关以及所述电源转换器分别连接。
优选地，所述基于线驱动的多自由度手部康复外骨骼还包括：电源指示灯；
所述电源指示灯与所述电路板相连。
优选地，所述基于线驱动的多自由度手部康复外骨骼还包括：微调旋钮；
所述微调旋钮与所述电路板相连。
优选地，所述基于线驱动的多自由度手部康复外骨骼还包括：散热风扇；
所述功能箱上设有散热口，所述散热风扇设于所述功能箱内且位于所述散热口处，所述散热风扇与所述电路板相连。
本发明通过线驱动和柔性的手部外骨骼来实现多自由度的康复外骨骼设计，线驱动可减少拉力的损失，柔性外骨骼具有更好的适应性和功能性，能够适应不同患者的康复需求，使用方便。
附图说明
图1是本发明一种实施方式的基于线驱动的多自由度手部康复外骨骼的正面结构示意图；
图2是图1所示的基于线驱动的多自由度手部康复外骨骼的背面结构示意图；
图3是图1所示的基于线驱动的多自由度手部康复外骨骼中驱动单元的爆炸图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1是本发明一种实施方式的基于线驱动的多自由度手部康复外骨骼的正面结构示意图；图2是图1所示的基于线驱动的多自由度手部康复外骨骼的背面结构示意图；参照图1～2，所述基于线驱动的多自由度手部康复外骨骼包括：功能箱15、电路板12、控制器13、线驱动装置、驱动线导管7和手部外骨骼8，所述驱动线导管7的第一端设于所述功能箱15侧壁，所述手部外骨骼8设于所述驱动线导管7的第二端，所述电路板12及线驱动装置均设于所述功能箱15内；
所述手部外骨骼8具有5根模拟手指，所述线驱动装置包括5个驱动单元2，所述驱动单元2与所述模拟手指一一对应，各驱动单元2的驱动线穿过所述驱动线导管7与对应的模拟手指相连，所述手部外骨骼8采用柔性材料制成；
可理解的是，所述驱动单元2的数量可以为2个以上的整数，但由于通常人的手指为5根，故而，本实施例中，所述线驱动装置包括5个驱动单元2，相应地，所述驱动单元2具有5个，并且所述驱动单元2与所述模拟手指一一对应。
在具体实现中，所述柔性材料可以为硅胶、橡胶等材料，当然，还可为其他柔性材料，本实施方式对此不加以限制。
各驱动单元2分别与所述电路板12相连，所述电路板12与所述控制器13相连。
本实施例通过线驱动和柔性的手部外骨骼来实现多自由度的康复外骨骼设计，线驱动可减少拉力的损失，柔性外骨骼具有更好的适应性和功能性，能够适应不同患者的康复需求，使用方便。
为便于对各模拟手指进行驱动，参照图3，本实施例中，各驱动单元2均包括：舵机26、上转盘23、下转盘24、舵机支架25以及上盖22；
所述舵机26与所述舵机支架25连接，所述下转盘24与所述舵机26的舵机转盘连接，所述舵机转盘与所述舵机26啮合并固定，所述上转盘23与下转盘24卡紧安装，所述驱动线利用卡件与所述上转盘23以及下转盘24固连，所述舵机26与所述电路板12相连。
在具体实现中，所述舵机26通过螺钉与所述舵机支架25连接，所述下转盘24通过螺钉与所述舵机26的舵机转盘连接，所述舵机转盘与所述舵机26啮合并通过螺钉固定。
为便于安装所述驱动线导管7，继续参照图1～2，本实施例中，所述功能箱15的侧壁上设有驱动线导管支架6，所述驱动线导管7的第一端通过所述驱动线导管支架6设于所述功能箱15侧壁上。
为便于用户进行使用，本实施例中，所述驱动线导管7的第一端通过所述驱动线导管支架6设于所述功能箱15的前面板5上。
本实施例中，所述上盖22通过拉簧3与所述驱动线导管支架6连接。
为便于安装各驱动单元，本实施例中，所述功能箱15内设有定位板20，各驱动单元2中的各舵机26可拆式安装于所述定位板20，所述定位板20与所述功能箱15内的安装底座21固连。
由于电路板的供电具有一定的电压要求，本实施例中，所述基于线驱动的多自由度手部康复外骨骼还包括：电源转换器4；
所述电源转换器4与所述电路板12相连。
为便于开启供电和停止供电，本实施例中，所述基于线驱动的多自由度手部康复外骨骼还包括：电源插口14和电源开关11；
所述电源插口14设于所述功能箱15上，所述电源插口14与所述电源开关11以及所述电源转换器4分别连接。
为防止电源插口对用户的正常使用造成影响，本实施例中，所述电源开关11可设于所述功能箱15的前面板5上，所述电源插口14可设于所述功能箱15的后面板16上。
为便于对所述电源插口14的通断进行指示，本实施例中，所述基于线驱动的多自由度手部康复外骨骼还包括：电源指示灯10；
所述电源指示灯10与所述电路板12相连。
针对不同的用户，驱动线的松紧有不同的需求，调节以后可满足不同用户的个性化需求，从而提高使用舒适度，本实施例中，所述基于线驱动的多自由度手部康复外骨骼还包括：微调旋钮9；
所述微调旋钮9与所述电路板12相连，从而可通过微调旋钮9来调节驱动线的松紧度。
为便于使所述功能箱15进行散热，本实施例中，所述基于线驱动的多自由度手部康复外骨骼还包括：散热风扇1；
所述功能箱15上设有散热口19，所述散热风扇1设于所述功能箱15内且位于所述散热口19处，所述散热风扇1与所述电路板12相连。
为防止所述散热风扇发出的噪音对用户造成影响，本实施例中，所述散热口19设于所述功能箱15的后面板16上，相应地，所述散热风扇1也位于所述功能箱15的后面板16上。
为便于实现，在具体实现中，所述电源开关11、电源指示灯10、微调旋钮9、以及驱动线导管支架6分别通过螺钉与所述功能箱15的前面板5固连，电源转换器4通过导线与电路板12连接，电路板12通过导线与舵机26、控制器13、以及散热风扇1分别连接。
为便于进行代码更新，本实施例中，所述功能箱15的后面板16上还设有代码烧写口17，所述代码烧写口17与所述控制器13相连。
本实施例中，结合舵机控制精确度高的特点，可以精确地控制驱动行程，适应不同的患者需求，且舵机功率低、输出力矩大、控制简单。
结合柔性材料适应性高，柔性变形好的特点，单个模拟手指前后驱动线实现手指的伸缩，与传统刚性材料相比，克服了模拟手指间动作耦合的难点。
考虑模拟手指弯曲时前后曲率不同的问题，每个模拟手指前后驱动线是通过不同半径的转盘带动的，能更好的符合实际使用情况。
考虑不同用户的个体差异，通过微调旋钮可调节驱动线的松紧度，最大程度上适应用户。
考虑驱动线干扰问题，每条驱动线都是单独通道，线与线之间不会产生伸缩的耦合问题。
本实施例的基于线驱动的多自由度手部康复外骨骼的工作原理为：从220v电源插口14接入电源，经过电源转换器4转化为5v和12v输出电压，5v电压经过电路板12直接供给控制器13和其余的传感器使用，12v电压经过电路板12的降压处理后输出6v电压供散热风扇和驱动舵机使用；微调旋钮9用来调节驱动线的松紧度，针对不同的用户，线的松紧有一定的误差，调节以后便可以减少这种误差，从而提高使用舒适度；驱动装置主要由舵机驱动，使用的过程中，舵机在0-180度之间来回转动，通过拉线来带动外骨骼手套；外骨骼手套由拉线驱动，每根手指前后各有一根驱动线，通过前后驱动线的配合，实现手部外骨骼的运动；控制器可以通过预留的代码烧写口(可以为串口)进行程序代码的更新。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种基于线驱动的多自由度手部康复外骨骼，其特征在于，所述基于线驱动的多自由度手部康复外骨骼包括：功能箱、电路板、控制器、线驱动装置、驱动线导管和手部外骨骼，所述驱动线导管的第一端设于所述功能箱侧壁，所述手部外骨骼设于所述驱动线导管的第二端，所述电路板及线驱动装置均设于所述功能箱内；
所述手部外骨骼具有N根模拟手指，所述线驱动装置包括N个驱动单元，所述驱动单元与所述模拟手指一一对应，各驱动单元的驱动线穿过所述驱动线导管与对应的模拟手指相连，所述手部外骨骼采用柔性材料制成，所述N为大于等于2的整数；
各驱动单元分别与所述电路板相连，所述电路板与所述控制器相连。
2.如权利要求1所述的基于线驱动的多自由度手部康复外骨骼，其特征在于，各驱动单元均包括：舵机、舵机底座、上转盘、下转盘、舵机支架以及上盖；
所述舵机与所述舵机支架连接，所述舵机与所述舵机底座连接，所述下转盘与所述舵机的舵机转盘连接，所述舵机转盘与所述舵机啮合并固定，所述上转盘与下转盘卡紧安装，所述驱动线利用卡件与所述上转盘以及下转盘固连，所述舵机与所述电路板相连。
3.如权利要求2所述的基于线驱动的多自由度手部康复外骨骼，其特征在于，所述功能箱的侧壁上设有驱动线导管支架，所述驱动线导管的第一端通过所述驱动线导管支架设于所述功能箱侧壁上。
4.如权利要求3所述的基于线驱动的多自由度手部康复外骨骼，其特征在于，所述上盖通过拉簧与所述驱动线导管支架连接。
5.如权利要求2所述的基于线驱动的多自由度手部康复外骨骼，其特征在于，所述功能箱内设有定位板，各驱动单元中的各舵机可拆式安装于所述定位板，所述定位板与所述功能箱内的安装底座固连。
6.如权利要求1～5中任一项所述的基于线驱动的多自由度手部康复外骨骼，其特征在于，所述基于线驱动的多自由度手部康复外骨骼还包括：电源转换器；
所述电源转换器与所述电路板相连。
7.如权利要求6所述的基于线驱动的多自由度手部康复外骨骼，其特征在于，所述基于线驱动的多自由度手部康复外骨骼还包括：电源插口和电源开关；
所述电源插口设于所述功能箱上，所述电源插口与所述电源开关以及所述电源转换器分别连接。
8.如权利要求6所述的基于线驱动的多自由度手部康复外骨骼，其特征在于，所述基于线驱动的多自由度手部康复外骨骼还包括：电源指示灯；
所述电源指示灯与所述电路板相连。
9.如权利要求6所述的基于线驱动的多自由度手部康复外骨骼，其特征在于，所述基于线驱动的多自由度手部康复外骨骼还包括：微调旋钮；
所述微调旋钮与所述电路板相连。
10.如权利要求6所述的基于线驱动的多自由度手部康复外骨骼，其特征在于，所述基于线驱动的多自由度手部康复外骨骼还包括：散热风扇；
所述功能箱上设有散热口，所述散热风扇设于所述功能箱内且位于所述散热口处，所述散热风扇与所述电路板相连。
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