CN108524196B - 一种手功能锻炼驱动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种手功能锻炼驱动装置，包括机架、滑动连接在所述机架上的移动件、第一驱动杆和第二驱动杆；所述第一驱动杆的一端球铰接在所述移动件上，所述第一驱动杆的另一端铰接在手指训练机构上，所述第二驱动杆的一端也球铰接在所述移动件上，所述第二驱动杆的另一端以能够使所述第二驱动杆与所述移动件构成摇杆滑块机构的连接方式连接在手指训练机构上。本发明在使用时，既可以实现手指的弯曲伸展训练，也可以实现手指的内收外展训练。
Description
技术领域
本发明涉及康复训练器械技术领域，具体地说涉及一种手功能锻炼驱动装置。
背景技术
人的大部分日常活动需要手的参与才能完成，因此帮助偏瘫患者改善并恢复手部运动功能是偏瘫康复的一项重要内容。目前国内医疗资源紧张，而患者普遍存在术后康复不明显的现象。
现有技术中有一些指节训练装置可以通过带动手指弯曲伸展进行锻炼，如申请号为201710566105.7的中国专利申请公开的外骨骼式康复机械手指。但是，这种手指的驱动机构只能实现手指的弯曲伸展训练，却无法实现手指的内收外展训练。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可以同时实现手指弯曲伸展和内收外展训练的手功能锻炼驱动装置。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种手功能锻炼驱动装置，包括机架、滑动连接在所述机架上的移动件、第一驱动杆和第二驱动杆；
所述第一驱动杆的一端球铰接在所述移动件上，所述第一驱动杆的另一端铰接在手指训练机构上，所述第二驱动杆的一端也球铰接在所述移动件上，所述第二驱动杆的另一端以能够使所述第二驱动杆与所述移动件构成摇杆滑块机构的连接方式连接在手指训练机构上。
进一步地，所述第二驱动杆的另一端通过球铰连接在手指训练机构上，所述球铰由球座、可相对于球座转动的球体以及固定在球体上的球杆构成，所述第二驱动杆的另一端转动连接在所述球铰的球杆上。
进一步地，手指训练机构转动连接在所述机架上，手指训练机构上固接有连架杆，所述第二驱动杆的另一端转动连接在所述连架杆上。
进一步地，所述第二驱动杆的另一端设有多个轴孔。
进一步地，还包括用于驱动所述移动件进行往复移动的第一驱动模块，所述第一驱动模块包括电机、联轴器和丝杠，所述电机的输出端通过所述联轴器与所述丝杠连接，所述丝杠穿过所述移动件并与所述移动件螺纹配合连接。
进一步地，还包括用于驱动所述移动件进行往复移动的第二驱动模块，所述第二驱动模块包括驱动轴以及连接杆，所述连接杆的一端铰接在所述移动件上，所述连接杆的另一端铰接在所述驱动轴的偏心位置处，所述移动件与所述连接杆、所述驱动轴共同构成曲柄滑块机构。
进一步地，所述连接杆的一端通过铰接支撑件铰接在所述移动件上，所述连接杆的一端铰接在所述铰接支撑件上，所述铰接支撑件固定在所述移动件上。
本发明的有益效果体现在：
本发明中，移动件作往复直线运动时，可以实现两种运动，一是：第一驱动杆直接驱动手指训练机构来带动手指进行弯曲伸展运动；二是：由第二驱动杆为连杆，以移动件作成滑块输入，带动手指训练机构摆动，从而实现掌指关节(拇指腕掌关节)内收外展运动，模仿五指的握拳张开动作，达到全面训练手指的各个关节的目的。
附图说明
图1是本发明一实施例的结构示意图。
图2是本发明另一实施例的结构示意图。
图3是本发明一实施中指节训练装置的结构示意图。
图4是A处放大图。
图5是本发明一实施中铰接支撑件的结构示意图。
图6是本发明一实施中转动中心投影机构的作用原理图。
图7是本发明一实施中长度调节机构的作用原理图。
图8是本发明另一种实现构成摇杆滑块机构的连接方式示意图。
附图中各部件的标记为：10机架、20移动件、30指节训练装置、301手部结合件、302第一连杆、303第二连杆、304第三连杆、305支撑件、306传力杆、307第四连杆、308第五连杆、309第六连杆、01远节指骨、02中节指骨、03近节指骨、04手掌、401第一驱动杆、402第二驱动杆、403第一球铰的球杆、404指套、405连架杆、501电机、502联轴器、503丝杠、504手柄、505驱动轴、506连接杆、507轴承座、508铰接支撑件、60基座。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
参见图1。
本发明手功能锻炼驱动装置，包括机架10、滑动连接在所述机架10上的移动件20、第一驱动杆401和第二驱动杆402；
所述第一驱动杆401的一端球铰接在所述移动件20上，所述第一驱动杆401的另一端铰接在手指训练机构上，所述第二驱动杆402的一端也球铰接在所述移动件20上，所述第二驱动杆402的另一端以能够使所述第二驱动杆402与所述移动件20构成摇杆滑块机构的连接方式连接在手指训练机构上。
移动件作往复直线运动时，可以实现两种运动，一是：第一驱动杆驱动手指训练机构来带动手指进行弯曲伸展运动；二是：由第二驱动杆为连杆，与移动件构成的摇杆滑块机构输入，带动手指训练机构侧摆，从而掌指关节(拇指腕掌关节)内收外展运动，模仿五指的张开握拳动作，达到全面训练手指的各个关节的目的。
下面介绍两种实现构成摇杆滑块的方式。
第一种是，参见图4，所述第二驱动杆402的另一端通过球铰连接在手指训练机构上，所述球铰由球座、可相对于球座转动的球体以及固定在球体上的球杆403构成，所述第二驱动杆402的另一端转动连接在所述球铰的球杆403上。
第二种是，参见图8，手指训练机构转动连接在所述机架10上，手指训练机构上固接有连架杆405，所述第二驱动杆402的另一端转动连接在所述连架杆405上。
这样两种方式，结构简单，容易制作，直接形成摇杆滑块机构。
在一实施例中，所述第二驱动杆402的另一端设有多个轴孔。这样设计，可以实现改变第二驱动杆402长度，实现内收外展运动幅度可调，以适应不同的使用需求。
在一实施例中，参见图1，还包括用于驱动所述移动件20进行往复移动的第一驱动模块，所述第一驱动模块包括电机501、联轴器502和丝杠503，所述电机501的输出端通过所述联轴器502与所述丝杠503连接，所述丝杠503穿过所述移动件20并与所述移动件20螺纹配合连接。使用时，电机转动，经过丝杠转化之后，圆周运动变成了直线运动，即推动移动件作往复直线运动。
在一实施例中，参见图2，还包括用于驱动所述移动件20进行往复移动的第二驱动模块，所述第二驱动模块包括驱动轴505以及连接杆506，所述连接杆506的一端铰接在所述移动件20上，所述连接杆506的另一端铰接在所述驱动轴505的偏心位置处，所述移动件20与所述连接杆506、所述驱动轴505共同构成曲柄滑块机构。使用时，转动驱动轴作圆周运动并提供动力，通过构成的曲柄滑块机构推动移动件作往复直线运动。
驱动轴可以手动驱动，也可以用电动机驱动，手动时，设置手柄504，所述驱动轴505与所述手柄504固接，所述手柄504转动安装在所述机架10上。
在一实施例中，参见图1，所述连接杆506为长度可调结构。以适应不同的使用需求。具体实施中，可将连接杆制成分体的两段式，每段上开有多个间隔分布的销孔，实现长度可调。
具体实施中，参见图2，所述手柄504通过两个轴承座507转动安装在所述机架10上。
在一实施例中，参见图2和图5，所述连接杆506的一端通过铰接支撑件508铰接在所述移动件20上，所述连接杆506的一端铰接在所述铰接支撑件508上，所述铰接支撑件508固定在所述移动件20上；具体实施中，铰接支撑件上设有支撑轴，连接杆的一端转动套设在该支撑轴上。
上述的手指训练机构可以是申请号为201710566105.7的中国专利申请公开的外骨骼式康复机械手指等任何可以通过移动件和第一驱动杆驱动锻炼手指的设备。
当然，上述的手指训练机构也可以采用发明人自行设计的结构如下：
以下请再参见图3。
在一实施例中，所述手指训练机构包括两个以上的从前向后依次间隔分布的手部结合件，每相邻两个手部结合件之间均设置有用于携带所述每相邻两个手部结合件中的位于前侧的手部结合件相对于位于后侧的手部结合件进行往复转动的转动中心投影机构；
所述转动中心投影机构包括第一连杆302、第二连杆303、第三连杆304以及设置在所述每相邻两个手部结合件301中的位于后侧的手部结合件301上的支撑件305，所述第一连杆302的一端与所述支撑件305铰接相连，所述第一连杆302的另一端与所述第二连杆303的一端铰接相连，所述第二连杆303的另一端与所述每相邻两个手部结合件301中的位于前侧的手部结合件301铰接相连，所述第三连杆304的一端与所述支撑件305铰接相连，所述第三连杆304的另一端与所述第二连杆303的中部(即第二连杆的一端与另一端之间的部分)铰接相连，且所述第二连杆303的一端铰接中心、另一端铰接中心、中部铰接中心位于同一直线上，所述第一连杆302、所述第二连杆303、所述第三连杆304和所述支撑件305构成平行四边形机构。
上述这种转动中心投影机构的作用原理是：参见图6，图中ABCD代表转动中心投影机构的平行四边形机构的各铰接中心，E为BC延长线上一点，代表第二连杆的另一端的铰接中心，当上述平行四杆机构运动时，E点会绕AD延长线上某点F做圆周运动(可双向)，其中虚拟杆件EF与AB、CD平行且相等，实施时只要将F点投影到手指关节运动中心，前侧的手部结合件相对后侧的手部结合件的转动中心就可以与手指关节运动中心重合，从而消除了滑移现象，称之为转动中心投影机构(也可称瞬心投影机构)，这样在相邻两个手部结合件的支撑和转动中心投影机构的作用下，即可实现关节反复转动，达到锻炼的目的。
现有的手功能康复装置往往因为外骨骼转动中心和手部关节转动中心不重合，会产生相对滑移现象，造成二次伤害，而本发明的外骨骼转动中心投影机构与手指关节契合度非常高，可适应关节转动中心特点而对指节进行康复训练，能够有效保证锻炼效果。
在一实施例中，共设置五个手指训练机构，分别用于对应训练手部的五个手指，而所述指节训练装置共设置四个所述手部结合件301，用于从前向后分别一一对应与远节指骨01、中节指骨02、近节指骨03和手掌04相互固定。这样设计，正好适用人体手指各指骨的锻炼需求，训练患者的每个关节，所述手部结合件301柔性绑带或弹性卡扣与手部相互固定。其中，对应中指的手指训练机构可以省去第二驱动杆。
在一实施例中，所述支撑件305位置可调地连接在所述手部结合件301上，以适应不同的指节的长度。
具体实施中，可通过以下结构实现位置可调：所述支撑件305滑动连接在所述手部结合件301上，且所述支撑件305与所述手部结合件301的滑动配合方向垂直于所述转动中心投影机构的各铰接轴。待支撑件滑动至合适位置后，支撑件与手部连接件之间通过销钉固定。
在一实施例中，除位于最后方的支撑件305外，至少一个支撑件305与其后侧相邻的支撑件305之间设置有用于调整所述至少一个支撑件305与所述手部结合件301之间的相对位置的长度调节机构。因手部结合件是从前向后分布的，自然限定转动中心投影机构及其中的支撑件也是从前向后分布的。
在一实施例中，所述长度调节机构包括传力杆306、第四连杆307、第五连杆308以及第六连杆309，所述第六连杆309的一端与所述第五连杆308的一端铰接相连，所述第六连杆309的另一端与所述至少一个支撑件305铰接相连，所述传力杆306的一端与所述至少一个支撑件305的后侧相邻的所述支撑件305铰接相连，所述第四连杆307的一端与所述至少一个支撑件305铰接相连，所述第四连杆307的另一端与所述第五连杆308、所述传力杆306构成复合铰链，且所述第四连杆307的一端与所述至少一个支撑件305之间的铰接点以及所述第四连杆307的另一端与所述第五连杆308之间的铰接点均位置可调，所述第四连杆307、所述第五连杆308、所述第六连杆309以及所述至少一个支撑件305构成平行四边形机构。
上述这种长度调节机构的作用原理是：参见图7，假设初始指节长度对应的长度调节机构的平行四边形机构的各铰接中心为N-M-P-Q，O为传力杆的一端的铰接中心，当近节指骨长度发生改变时，MN、PQ设按照指节长度调整后增加了距离h，仍为平行四边形机构，传力杆的初始角度和杆件长度并没有变化，结合平行四杆机构对边等速变化特点，改变后的平行四杆传力机构其运动规律并不发生改变，即不影响下级耦合机构的运动规律，因此可以轻松实现改变支撑件与手部结合件的相对位置，从而适应不同长度的指骨的锻炼需求。
现有的手功能康复装置在手指尺寸上基本不可调，做不到适应患者指节长度，而本发明通过滑动设置的支撑件以及长度调节机构能够适应患者指长，确保了外骨骼能和患者手指相适应，提高患者的手部康复训练效果。
另外，这种结构的长度调节机构能够与前侧相邻的转动中心投影耦合，从而形成联动。
具体实施中，通过在所述至少一个支撑件305和所述第五连杆308分别开设多个间隔分布的分别可供铰接轴穿过的调节孔实现与第四连杆之间铰接点位置可调。
在一实施例中，考虑到工艺误差，在装配过程中可以适当调节，所述第四连杆307的另一端与所述传力杆306之间的铰接点位置可调。具体地可以通过在传力杆上开设多个间隔分布的分别可供铰接轴穿过的调节孔实现。
在一实施例中，所述第一连杆302的一端与所述支撑件305用球铰铰接相连，所述传力杆306的一端与所述支撑件305、所述第三连杆304的一端用球铰共同构成复合铰链。这样设计，在手指弯曲伸展的同时，还可以实现带动手指内收外展训练。
在一实施例中，所述第六连杆309的另一端与所述第一连杆302的一端相连成一体而共用一铰接转动副与所述支撑件铰接相连。这样设计，可简化机构，长度调节机构通过支撑件、第六连杆和第一连杆与转动中心投影机构耦合，形成连动，具体实施中第六连杆与第一连杆成90夹角，可使手指实现水平伸展状态。
前面提到，有两种实现构成摇杆滑块的方式。
采用第一种方式时，参见1和图4，最后方的转动中心投影机构中的所述第一连杆302的一端与所述支撑件305用第一球铰铰接相连，最后方的转动中心投影机构中的所述第三连杆304的一端与所述支撑件305用第二球铰铰接相连；
所述第一驱动杆401的一端球铰接在所述移动件20上，所述第一驱动杆401的另一端与最后方的转动中心投影机构的所述第三连杆304的另一端、所述第二连杆303的中部构成复合铰链，所述第二驱动杆402的一端也球铰接在所述移动件20上，所述第二驱动杆402的另一端转动连接在所述第一球铰的球杆403上。
现有球铰一般由球座、可相对于球座转动的球体以及固定在球体上的球杆构成，具体实施中，所述第一连杆302的一端固定在所述第一球铰的球体上并与第二驱动杆402位于球铰相对两侧，所述支撑件305固定在所述第一球铰的球座上。
采用第二种方式时，最后方的所述支撑件305转动连接在所述机架10上，最后方的所述支撑件305上固接有连架杆405，所述第二驱动杆402的另一端转动连接在所述连架杆405上。采用这种方式，最后方的转动中心投影机构中的所述第一连杆的一端与所述支撑件之间，最后方的转动中心投影机构中的所述第三连杆的一端与所述支撑件之间不需要用球铰铰接，只需要一般的铰链即可。
移动件作往复直线运动时，可以实现两种运动，一是：在竖直平面内，第一驱动杆驱动第二连杆，促使转动中心投影机构运动，直接造成关节弯曲，关节弯曲则造成与之连接的长度调节机构运动，而与其耦合的前一个转动中心投影机构也随之运动，直接造成下一关节弯曲，以此类推，即可模仿五指的弯曲伸展动作；二是：在水平平面内，由第二驱动杆作为连杆，移动件作为滑块输入往复直线运动，驱动第一球铰的球杆摇动，带动掌指关节(拇指腕掌关节)内收外展，模仿五指的从张开舒展到聚拢握拳动作，达到全面训练手指的各个关节的目的。
本发明可以实现五指统一驱动形式，在水平面和竖直面内带动手功能康复外骨骼进行内收外展运动和弯曲伸展运动，模拟正常人指节从张开舒展到聚拢握拳的姿态。起到对指节的康复训练效果。
本发明中，机构连接的动力源应为往复运动形式且速度不宜过快，先适应整体机构的活动范围，在每2秒一个往复运动或者更慢的速度开始。
具体实施中，每个手部结合件上均设置指套404，方便将待康复人员的五指分别套设在训练系统上。指套404并非严格意义上的套管结构，可以理解为一个卡槽板，使用者的指节分别卡在卡槽板内，利用柔性绑带或弹性卡扣等将患者手指各指节固定。
各手部结合件表面可设置一层织物材料或者其他软材料，使手指在训练时不直接接触指节零件本身，也减少挤压现象的发生，手指固定物也应为粘性等软材料。
上述手功能康复训练外骨骼，保证了在运动过程中的指关节运动中心与外骨骼转动中心重合，始终不产生滑移现象；可以适用于患者的不同指长，解决了外骨骼和人手的适应性问题；此外还能够给患者提供电机和健侧驱动两种训练模式，更好地满足患者的个性化康复训练需求；能够真实模仿实际人手运动，进行弯曲伸展和内收外展训练，有利于提高患者的手部康复训练效果，在康复领域内具备优良的推广价值。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (5)
1.一种手功能锻炼驱动装置，其特征在于：包括机架、滑动连接在所述机架上的移动件、第一驱动杆和第二驱动杆；
所述第一驱动杆的一端球铰接在所述移动件上，所述第一驱动杆的另一端铰接在手指训练机构上，所述第二驱动杆的一端也球铰接在所述移动件上，所述第二驱动杆的另一端以能够使所述第二驱动杆与所述移动件构成摇杆滑块机构的连接方式连接在手指训练机构上，实现方式为：所述第二驱动杆的另一端通过球铰连接在手指训练机构上，所述球铰由球座、可相对于球座转动的球体以及固定在球体上的球杆构成，所述第二驱动杆的另一端转动连接在所述球铰的球杆上；或者手指训练机构转动连接在所述机架上，手指训练机构上固接有连架杆，所述第二驱动杆的另一端转动连接在所述连架杆上；
所述手指训练机构包括两个以上的从前向后依次间隔分布的手部结合件，每相邻两个手部结合件之间均设置有用于携带所述每相邻两个手部结合件中的位于前侧的手部结合件相对于位于后侧的手部结合件进行往复转动的转动中心投影机构；
所述转动中心投影机构包括第一连杆、第二连杆、第三连杆以及设置在所述每相邻两个手部结合件中的位于后侧的手部结合件上的支撑件，所述第一连杆的一端与所述支撑件铰接相连，所述第一连杆的另一端与所述第二连杆的一端铰接相连，所述第二连杆的另一端与所述每相邻两个手部结合件中的位于前侧的手部结合件铰接相连，所述第三连杆的一端与所述支撑件铰接相连，所述第三连杆的另一端与所述第二连杆的中部铰接相连，且所述第二连杆的一端铰接中心、另一端铰接中心、中部铰接中心位于同一直线上，所述第一连杆、所述第二连杆、所述第三连杆和所述支撑件构成平行四边形机构。
2.如权利要求1所述的手功能锻炼驱动装置，其特征在于：所述第二驱动杆的另一端设有多个轴孔。
3.如权利要求1或2所述的手功能锻炼驱动装置，其特征在于：还包括用于驱动所述移动件进行往复移动的第一驱动模块，所述第一驱动模块包括电机、联轴器和丝杠，所述电机的输出端通过所述联轴器与所述丝杠连接，所述丝杠穿过所述移动件并与所述移动件螺纹配合连接。
4.如权利要求1或2所述的手功能锻炼驱动装置，其特征在于：还包括用于驱动所述移动件进行往复移动的第二驱动模块，所述第二驱动模块包括驱动轴以及连接杆，所述连接杆的一端铰接在所述移动件上，所述连接杆的另一端铰接在所述驱动轴的偏心位置处，所述移动件与所述连接杆、所述驱动轴共同构成曲柄滑块机构。
5.如权利要求4所述的手功能锻炼驱动装置，其特征在于：所述连接杆的一端通过铰接支撑件铰接在所述移动件上，所述连接杆的一端铰接在所述铰接支撑件上，所述铰接支撑件固定在所述移动件上。
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