CN108743227B - 一种基于弹簧片驱动的柔性外骨骼手腕功能康复装置 - Google Patents

一种基于弹簧片驱动的柔性外骨骼手腕功能康复装置 Download PDF

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Abstract

一种基于弹簧片驱动的柔性外骨骼手腕功能康复装置,包括手腕驱动机构,手腕驱动机构前端通过手背轴承套固定在手背架模块上,手背架模块缝合在手套模块上,手腕驱动机构后端通过推杆轴承座和直线推杆电机连接,直线推杆电机固定于手臂架模块上,手臂架模块缝合在袖套模块上,袖套模块佩戴于患者前臂处;手腕驱动机构包括左、右驱动弹簧片,直线推杆电机包括左、右直线推杆电机;两直线推杆电机同时推动驱动弹簧片前进,带动手腕进行向下屈曲运动;同时拉动驱动弹簧片后腿,带动手腕进行向上屈曲运动;一个推动驱动弹簧片前进,另一个拉动驱动弹簧片后退,带动手腕进行偏转运动;本发明对患者提供CPM康复训练,结构简单紧凑,可适应不同手腕尺寸。

Description

一种基于弹簧片驱动的柔性外骨骼手腕功能康复装置
技术领域
本发明涉及人体运动康复技术领域,具体涉及一种基于弹簧片驱动的柔性外骨骼手腕功能康复装置。
背景技术
手腕是人体最为常用的关节之一,意外伤害、脑卒中等会引起手部运动功能损伤,影响患者的日常生活。科学的运动训练可以帮助患者重建或改善患手功能。CPM(Continuous passive motion),连续被动运动,是上个世纪七十年代加拿大骨科医师Salter RB提出的,以防止关节僵化,提高关节活动度为目的的一种新型康复医疗理论。在偏瘫早期,对患者进行CPM康复训练可有效改善患者患肢功能。但是现在的康复治疗主要是康复医师对患者进行“一对一”康复训练,带来了以下问题:成本高昂,需要治疗师和患者投入大量的体力、精力,制约了患者完成足够的康复训练;极度依赖康复医师自身水平,康复训练参数难以精确控制。因此,采用机器人技术来进行患者的康复训练将会大大改善这一问题。然而现有手腕功能康复设备存在以下不足:穿戴性差,重量、尺寸较大,影响患者体验;无法适应患者个体手腕尺寸差异;大部分康复设备为刚体连杆机构,关节转动时关节中心与连杆机构转动中心存在偏差,稍有偏差就会造成患者的二次受伤;手掌往往不自由,整个手掌需要握持住康复设备,没有提供患手掌与物体交互接触的功能,不能进行日常生活动作的协助功能。
发明内容
为了克服现有技术的缺点,本发明的目的在于提供了一种基于弹簧片驱动的柔性外骨骼手腕功能康复装置,可对患者能够提供CPM康复训练,不仅能够同时满足手腕关节上下屈曲和左右偏转运动范围的要求,还能在手腕处产生足够的力,协助患者能够完成日常生活运动;同时满足便携性,可适应不同患者的腕部尺寸。
为了达到上述目的,本发明采取的技术方案是:
一种基于弹簧片驱动的柔性外骨骼手腕功能康复装置,包括手腕驱动机构1,手腕驱动机构1前端通过手背轴承套8固定在手背架模块2上,手背架模块2缝合在手套模块3上,手腕驱动机构1后端通过推杆轴承座7和直线推杆电机6连接,直线推杆电机6固定于手臂架模块5上,手臂架模块5缝合在袖套模块4上,袖套模块4佩戴于患者前臂处;
所述的手腕驱动机构1包括覆盖腕关节的左驱动弹簧片101和右驱动弹簧片102,左驱动弹簧片101、右驱动弹簧片102的前端设有左推杆连接旋转销103、右推杆连接旋转销104;
所述的直线推杆电机6包括左直线推杆电机601、右直线推杆电机602;
所述的推杆轴承座7包括左推杆轴承座701和右推杆轴承座702;
所述的手背轴承套8包括第一手背轴承套801、第二手背轴承套802;
左直线推杆电机601推动左驱动弹簧片101前进,同时右直线推杆电机602推动右驱动弹簧片102前进,引起左驱动弹簧片101和右驱动弹簧片102同时向下变形弯曲,带动手腕进行向下屈曲运动;左直线推杆电机601和右直线推杆电机602同时后退运动时,带动左驱动弹簧片101和右驱动弹簧片102同时向上变形弯曲,带动手腕进行向上屈曲运动;左直线推杆电机601推动左驱动弹簧片101前进,同时右直线推杆电机602拉动右驱动弹簧片102后退,引起手背架的向右定轴转动,带动手腕进行向右偏转运动;左直线推杆电机601拉动左驱动弹簧片101后退,同时右直线推杆电机602推动右驱动弹簧片102前进,引起手背架的向左定轴转动,带动手腕进行向左偏转运动。
所述的手背架模块2包括手背架平台201,手背架平台201上连接有和第一手背轴承套801配合的第一固定结构202,以及和第二手背轴承套802配合的第二固定结构203,第一固定结构202、第二固定结构203位置根据患者手具体尺寸设计,手背架模块2边缘设有手背架小孔204,通过针线缝合在手套模块3上。
所述的手臂架模块5包括手臂架平台501,手臂架平台501上挖有左直线推杆电机601的第一固定槽502,右直线推杆电机602的第二固定槽503,第一固定槽502、第二固定槽503位置根据患者手臂具体尺寸设计,手臂架模块5边缘设有手臂架小孔504,通过针线缝合在袖套模块4上。
所述的第一手背轴承套801、第二手背轴承套802分别设有左驱动弹簧片101和右驱动弹簧片102插入的矩形方孔,使手腕驱动结构1绕手背架模块2的第一固定结构202、第二固定结构203定轴转动。
所述的手套模块3的手掌位置固定有魔术贴,通过魔术贴粘紧并穿戴在手上;所述的袖套模块4的前臂下方位置固定有魔术贴,通过魔术贴粘紧并穿戴在前臂上;病人通过调节手套模块3和袖套模块4上魔术贴的粘贴位置调节松紧。
所述的左驱动弹簧片101和右驱动弹簧片102的尺寸、手背架模块2尺寸和手臂架模块5尺寸根据患者手及手臂尺寸和所需要的康复训练运动轨迹进行参数化设计,通过改变左驱动弹簧片101和右驱动弹簧片102的尺寸控制改变康复训练运动轨迹。
所述的左直线推杆电机601和右直线推杆电机602的行程根据具体的患者情况调整。
本发明的有益效果为:
1、本发明结构简单紧凑,质量轻便,手腕驱动机构1具有一定的柔顺性,避免了关节转动时转动中心与机构的转动中心不重合的问题,操作安全易于实现,采用手套模块3作为手背架模块2的载体、袖套模块4作为手臂架模块5的载体,使得患者穿戴方便且舒适。
2、根据人体手部结构尺寸进行设计,通过调整直线推杆电机6的行程位置,以适应不同患者手腕尺寸的个体差异,完成不同运动轨迹的康复训练。
3、本发明提供了更多的自由度,能实现手腕的向上屈曲、向下屈、向左偏转、向右偏转,充分对患者手腕关节进行连续被动康复训练,有助于患者患侧手腕更好更全面地康复治疗。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的左侧或右侧手背轴承套8、手腕驱动机构1、推杆轴承座7、直线推杆电机6结构示意图。
图3为本发明的手腕驱动机构1结构示意图。
图4为本发明的手背架模块2结构示意图。
图5为本发明的手臂架模块5结构示意图。
图6为本发明的手背轴承套8结构示意图。
图7为本发明的推杆轴承座7结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作详细描述。
参照图1、图2和图3,一种基于弹簧片驱动的柔性外骨骼手腕功能康复装置,包括手腕驱动机构1,手腕驱动机构1前端通过手背轴承套8固定在手背架模块2上,手背架模块2缝合在手套模块3上,手腕驱动机构1后端通过推杆轴承座7和直线推杆电机6连接,直线推杆电机6固定于手臂架模块5上,手臂架模块5缝合在袖套模块4上,袖套模块4佩戴于患者前臂处;
所述的手腕驱动机构1包括覆盖腕关节的左驱动弹簧片101和右驱动弹簧片102,左驱动弹簧片101、右驱动弹簧片102的前端设有左推杆连接旋转销103、右推杆连接旋转销104;
所述的直线推杆电机6包括左直线推杆电机601、右直线推杆电机602;
所述的推杆轴承座7包括左推杆轴承座701和右推杆轴承座702;
左直线推杆电机601推动左驱动弹簧片101前进,同时右直线推杆电机602推动右驱动弹簧片102前进,引起左驱动弹簧片101和右驱动弹簧片102同时向下变形弯曲,带动手腕进行向下屈曲运动;左直线推杆电机601和右直线推杆电机602同时后退运动时,带动左驱动弹簧片101和右驱动弹簧片102同时向上变形弯曲,带动手腕进行向上屈曲运动;左直线推杆电机601推动左驱动弹簧片101前进,同时右直线推杆电机602拉动右驱动弹簧片102后退,引起手背架的向右定轴转动,带动手腕进行向右偏转运动;左直线推杆电机601拉动左驱动弹簧片101后退,同时右直线推杆电机602推动右驱动弹簧片102前进,引起手背架的向左定轴转动,带动手腕进行向左偏转运动。
参照图4,所述的手背架模块2包括手背架平台201,手背架平台201上连接有和第一手背轴承套801配合的第一固定结构202,以及和第二手背轴承套802配合的第二固定结构203,第一固定结构202、第二固定结构203位置根据患者手具体尺寸设计,手背架模块2边缘设有手背架小孔204,通过针线缝合在手套模块3上。手套模块3的手掌位置固定有魔术贴,通过魔术贴粘紧并穿戴在手上,病人可以通过调节手套模块3上魔术贴的粘贴位置调节松紧。
参照图5,所述的手臂架模块5包括手臂架平台501,手臂架平台501上挖有左直线推杆电机601的第一固定槽502,右直线推杆电机602的第二固定槽503,第一固定槽502、第二固定槽503位置根据患者手臂具体尺寸设计,手臂架模块5边缘设有手臂架小孔504,通过针线缝合在袖套模块4上。袖套模块4的前臂下方位置固定有魔术贴,通过魔术贴粘紧并穿戴在前臂上,病人可以通过调节手套模块3和袖套模块4上魔术贴的粘贴位置调节松紧。
参照图1和图6,所述的第一手背轴承套801、第二手背轴承套802分别设有左驱动弹簧片101和右驱动弹簧片102插入的矩形方孔,使手腕驱动结构1绕手背架模块2的第一固定结构202、第二固定结构203定轴转动。
参照图1和图7,所述的推杆轴承座7包括左推杆轴承座701和右推杆轴承座702,实现了手腕驱动结构1可以绕左推杆连接旋转销103、右推杆连接旋转销104定轴转动。
本发明的工作原理为:左驱动弹簧片101、右驱动弹簧片102不可伸长,只可弯曲,直线推杆电机6推杆进行直线前进运动,推动左驱动弹簧片101、右驱动弹簧片102前进,左驱动弹簧片101、右驱动弹簧片102前端固定于手背轴承套8,无法进行直线方向上的运动,于是左驱动弹簧片101、右驱动弹簧片102变形弯曲,带动手腕进行向下屈曲运动;直线推杆电机6推杆进行后退运动,带动手腕进行向上屈曲运动;左直线推杆电机601推动左驱动弹簧片101前进,同时右直线推杆电机602拉动右驱动弹簧片102后退,手背架受到左右驱动弹簧片共同作用产生的水平面内的扭矩牵引,引起手背架的向右定轴转动,带动手腕进行向右偏转运动;左直线推杆电机601拉动左驱动弹簧片101后退,同时右直线推杆电机602推动右驱动弹簧片102前进,引起手背架的向左定轴转动,带动手腕进行向左偏转运动;将直线推杆电机6的行程转化为手腕上下屈曲和左右偏转运动。
以上实例只为说明本发明的技术构思和特点,并不能以此限制本发明的保护范围。对于本领域的技术人员来说,凡是根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰改进,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于弹簧片驱动的柔性外骨骼手腕功能康复装置,包括手腕驱动机构(1),其特征在于:手腕驱动机构(1)前端通过手背轴承套(8)固定在手背架模块(2)上,手背架模块(2)缝合在手套模块(3)上,手腕驱动机构(1)后端通过推杆轴承座(7)和直线推杆电机(6)连接,直线推杆电机(6)固定于手臂架模块(5)上,手臂架模块(5)缝合在袖套模块(4)上,袖套模块(4)佩戴于患者前臂处;
所述的手腕驱动机构(1)包括覆盖腕关节的左驱动弹簧片(101)和右驱动弹簧片(102),左驱动弹簧片(101)与右驱动弹簧片(102)的前端分别设有左推杆连接旋转销(103)与右推杆连接旋转销(104);
所述的直线推杆电机(6)包括左直线推杆电机(601)和右直线推杆电机(602);
所述的推杆轴承座(7)包括左推杆轴承座(701)和右推杆轴承座(702);
所述的手背轴承套(8)包括第一手背轴承套(801)和第二手背轴承套(802);
左直线推杆电机(601)推动左驱动弹簧片(101)前进,同时右直线推杆电机(602)推动右驱动弹簧片(102)前进,引起左驱动弹簧片(101)和右驱动弹簧片(102)同时向下变形弯曲,带动手腕进行向下屈曲运动;左直线推杆电机(601)和右直线推杆电机(602)同时后退运动时,带动左驱动弹簧片(101)和右驱动弹簧片(102)同时向上变形弯曲,带动手腕进行向上屈曲运动;左直线推杆电机(601)推动左驱动弹簧片(101)前进,同时右直线推杆电机(602)拉动右驱动弹簧片(102)后退,引起手背架模块的向右定轴转动,带动手腕进行向右偏转运动;左直线推杆电机(601)拉动左驱动弹簧片(101)后退,同时右直线推杆电机(602)推动右驱动弹簧片(102)前进,引起手背架模块的向左定轴转动,带动手腕进行向左偏转运动。
2.根据权利要求1所述的一种基于弹簧片驱动的柔性外骨骼手腕功能康复装置,其特征在于:所述的手背架模块(2)包括手背架平台(201),手背架平台(201)上连接有和第一手背轴承套(801)配合的第一固定结构(202),以及和第二手背轴承套(802)配合的第二固定结构(203),第一固定结构(202)和第二固定结构(203)位置根据患者手具体尺寸设计,手背架模块(2)边缘设有手背架小孔(204),通过针线缝合在手套模块(3)上。
3.根据权利要求1所述的一种基于弹簧片驱动的柔性外骨骼手腕功能康复装置,其特征在于:所述的手臂架模块(5)包括手臂架平台(501),手臂架平台(501)上挖有左直线推杆电机(601)的第一固定槽(502),右直线推杆电机(602)的第二固定槽(503),第一固定槽(502)和第二固定槽(503)位置根据患者手臂具体尺寸设计,手臂架模块(5)边缘设有手臂架小孔(504),通过针线缝合在袖套模块(4)上。
4.根据权利要求1所述的一种基于弹簧片驱动的柔性外骨骼手腕功能康复装置,其特征在于:所述的第一手背轴承套(801)和第二手背轴承套(802)分别设有左驱动弹簧片(101)和右驱动弹簧片(102)插入的矩形方孔。
5.根据权利要求1所述的一种基于弹簧片驱动的柔性外骨骼手腕功能康复装置,其特征在于:所述的手套模块(3)的手掌位置固定有魔术贴,通过魔术贴粘紧并穿戴在手上;所述的袖套模块(4)的前臂下方位置固定有魔术贴,通过魔术贴粘紧并穿戴在前臂上;患者通过调节手套模块(3)和袖套模块(4)上魔术贴的粘贴位置调节松紧。
6.根据权利要求1所述的一种基于弹簧片驱动的柔性外骨骼手腕功能康复装置,其特征在于:所述的左驱动弹簧片(101)、右驱动弹簧片(102)的尺寸、手背架模块(2)尺寸和手臂架模块(5)尺寸根据患者手及手臂尺寸和所需要的康复训练运动轨迹进行参数化设计,通过改变左驱动弹簧片(101)和右驱动弹簧片(102)的尺寸控制改变康复训练运动轨迹。
7.根据权利要求1所述的一种基于弹簧片驱动的柔性外骨骼手腕功能康复装置,其特征在于:所述的左直线推杆电机(601)和右直线推杆电机(602)的行程根据具体的患者情况调整。
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