CN108904216A - 一种手部机能康复辅助外骨骼机械手 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种手部机能康复辅助外骨骼机械手，包括用于与手掌部位相固定的固定板、设置于所述固定板上并用于与各手指相固定的可弯折的若干个弹性片、以及与各所述弹性片相连并用于按照内置程序分别驱动各所述弹性片进行弯折的驱动舵机。如此，在驱动舵机的驱动下，各个弹性片分别产生弯折运动，由于弹性片与五指绑定，弹性片弯折运动时，五指也同步产生弯折运动，从而模拟了正常手指的屈伸、抓握运动，帮助患者进行手部机能康复训练，相比于现有技术，省去了地点转移的麻烦，并且本发明结构简单可靠，开发成本和使用成本低，患者可根据自身的时间安排自行决定康复训练时间和场地，使用效率高，康复训练过程更加灵活。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种手部机能康复辅助外骨骼机械手。
背景技术
随着中国医疗水平的发展，越来越多的医疗器械已得到广泛使用。
医疗器械是指直接或者间接用于人体的仪器、设备、器具、体外诊断试剂及校准物、材料以及其他类似或者相关的物品，目的是疾病的诊断、预防、监护、治疗或者缓解；损伤的诊断、监护、治疗、缓解或者功能补偿；生理结构或者生理过程的检验、替代、调节或者支持；生命的支持或者维持；妊娠控制；通过对来自人体的样本进行检查，为医疗或者诊断目的提供信息。医疗器械的种类很多，主要可以分为诊断设备、治疗设备和辅助设备。
在辅助医疗设备中，手部康复设备是其中一种常见设备。当人体手部受到损伤时，若手部运动神经或肌肉受到损伤，例如中风病人，容易出现人体神经麻痹与肌肉萎缩的症状，患者经过对症治疗后往往还需要较长时间的休息与康复治疗，才能使肢体机能(主要针对手指屈伸、抓握运动)恢复到伤前水平。在此过程中，需要借助手部康复训练设备。
在现有技术中，虽然国内外已有对于病患手部机能的康复训练方法和设备，但基本是造价高、结构复杂的专用大型康复训练设备，并且这些设备一般仅能存放于医疗或康复中心等特殊机构中，需要病患自行前往治疗。同时，使用此类专用大型康复训练设备进行手部康复训练，往往经济成本很高，并且部分患者不宜进行场地转换，无法顺利前往治疗设备所在地点。总而言之，目前的手部康复训练设备，其使用成本高、使用时间和场地受限，且结构臃肿复杂，使用效率低。
因此，如何使患者能够低成本、高效率地完成手部机能康复训练，并且克服时间和场地限制，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种手部机能康复辅助外骨骼机械手，能够使患者低成本、高效率地完成手部机能康复训练，并且克服时间和场地限制。
为解决上述技术问题，本发明提供一种手部机能康复辅助外骨骼机械手，包括用于与手掌部位相固定的固定板、设置于所述固定板上并用于与各手指相固定的可弯折的若干个弹性片、以及与各所述弹性片相连并用于按照内置程序分别驱动各所述弹性片进行弯折的驱动舵机。
优选地，所述固定板的表面上设置有供手掌穿入并通过弹性形变将其绑紧的松紧带。
优选地，所述弹性片包括设置于所述固定板的端面上的四个I类弹片和设置于所述固定板的侧面上的一个II类弹片，且所述II类弹片用于与拇指相固定，所述I类弹片用于与其余四指相固定。
优选地，所述I类弹片包括对应于四指关节的两个一体成型的弯折部，以及设置于所述弯折部两侧板体底面上的松紧带。
优选地，所述II类弹片包括对应于拇指关节的弯折部，以及设置于所述弯折部两侧板体底面上的松紧带。
优选地，还包括设置于各所述弹性片的表面上的施力片，以及连接于各所述施力片与所述驱动舵机之间的若干根弹力绳。
优选地，所述施力片具体为弯折片，且其一端贴附在各所述弹性片的表面末端，另一端端面与所述弹力绳相连。
优选地，还包括设置于各所述弹性片的表面上的导向片，各所述导向片上开设有供所述弹力绳穿过的通孔，以限制所述弹力绳的弹力方向；相对应的各所述施力片和各所述导向片分别设置于所述弹性片上的相邻两侧板体表面上。
优选地，还包括设置于所述固定板一侧端面上的安装板，所述安装板上开设有若干个用于供各根所述弹力绳穿过并定位的安装孔。
优选地，还包括套设于各根所述弹力绳的周向上、两端分别与所述安装板和所述驱动舵机固定的绳套。
本发明所提供的手部机能康复辅助外骨骼机械手，主要包括固定板、弹性片和驱动舵机。其中，固定板主要为手部的支撑、依凭部件，可与手掌部位相固定。弹性片在固定板上同时设置有多个，一般为五个，分别对应手掌上的五根手指，主要用于与各根手指相固定。驱动舵机分别与各弹性片相连，其内设置有预先设定好的驱动程度，可分别驱动驱动各个弹性片按照预设轨迹进行弯折(主要为正向弯折或逆向弯折)。如此，患者在使用本发明所提供的手部机能康复辅助外骨骼机械手时，即可将手掌与固定板相固定，然后再将五指与各个弹性片相固定，之后开启驱动舵机，在驱动舵机的驱动下，各个弹性片分别产生弯折运动，由于弹性片与五指绑定，弹性片弯折运动时，五指也同步产生弯折运动，从而模拟了正常手指的屈伸、抓握运动，帮助患者进行手部机能康复训练，相比于现有技术，患者无需特意到特殊机构使用专用大型康复训练设备，省去了地点转移的麻烦，并且本发明结构简单可靠，开发成本和使用成本低，患者可根据自身的时间安排自行决定康复训练时间和场地，使用效率高，康复训练过程更加灵活。
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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。
图2为图1中所示的固定板的具体结构示意图。
图3为图1中所示的各弹性片在固定板上的安装结构示意图。
图4为图3中所示的I类弹片的具体结构示意图。
图5为图3中所示的II类弹片的具体结构示意图。
其中，图1—图5中：
固定板—1，弹性片—2，I类弹片—201，II类弹片—202，弯折部—211，驱动舵机—3，松紧带—4，施力片—5，弹力绳—6，导向片—7，安装板—8，安装孔—801，绳套—9。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
请参考图1，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。
在本发明所提供的一种具体实施方式中，手部机能康复辅助外骨骼机械手主要包括固定板1、弹性片2和驱动舵机3。
其中，固定板1主要为手部的支撑、依凭部件，可与手掌部位相固定。
弹性片2(或弹簧片)在固定板1上同时设置有多个，一般为五个，分别对应手掌上的五根手指，主要用于与各根手指相固定。当然，弹性片2在固定板1上的设置数量并不固定，可根据需要进行增减。
驱动舵机3分别与各弹性片2相连，其内设置有预先设定好的驱动程度，可分别驱动各个弹性片2按照预设轨迹进行弯折(主要为正向弯折或逆向弯折，即手掌抓握方向或张开方向)。
如此，患者在使用本实施例所提供的手部机能康复辅助外骨骼机械手时，即可将手掌与固定板1相固定，然后再将五指与各个弹性片2相固定，之后开启驱动舵机3，在驱动舵机3的驱动下，各个弹性片2分别产生弯折运动，由于弹性片2与五指绑定，弹性片2弯折运动时，五指也同步产生弯折运动，从而模拟了正常手指的屈伸、抓握运动，帮助患者进行手部机能康复训练，相比于现有技术，患者无需特意到特殊机构使用专用大型康复训练设备，省去了地点转移的麻烦，并且本实施例结构简单可靠，开发成本和使用成本低，患者可根据自身的时间安排自行决定康复训练时间和场地，使用效率高，康复训练过程更加灵活。
如图2所示，图2为图1中所示的固定板的具体结构示意图。
在关于固定板1的一种优选实施方式中，该固定板1具体可呈矩形结构，主要用于与患者的手掌或手背抵接并形成支撑。在固定板1的表面上(或底面上)设置有松紧带4。具体的，该松紧带4可呈半圆形，中空部分可使患者的手掌(或手背)穿入其中。并且，该松紧带4具有弹性，可根据患者的手掌大小自动弹性形变，并将患者的手掌紧紧地绑在固定板1上。
如图3所示，图3为图1中所示的各弹性片在固定板上的安装结构示意图。
在关于弹性片2的一种优选实施方式中，该弹性片2具体包括四个I类弹片201和一个II类弹片202。其中，I类弹片201主要对应于患者手掌上的四根手指，而II类弹片202主要对应于患者手掌上的拇指。根据人类手掌上的手指分布情况，可将四个I类弹片201分别设置在固定板1的一侧端面上，并依次排列，模拟四根手指，当患者的四根手指到位后，各个I类弹片201可与各自对应的手指形成固定连接；同时可将一个II类弹片202设置在固定板1的一侧侧面上，模拟拇指，当患者的拇指到位后，该II类弹片202可与拇指形成固定连接。
如图4所示，图4为图3中所示的I类弹片的具体结构示意图。
具体的，I类弹片201的板体上连续设置有两个弯折部211，分别对应四肢的关节，以通过该两个弯折部211的弯折来模拟真实的人体手指抓握、屈伸运动。同时，为保证各个I类弹片201在进行弯折时，能够同步带动患者的手指进行运动，在板体上位于两个弯折部211的两侧位置分别设置有松紧带4，患者的手指可依次插入该两个松紧带4，从而将手指绑定固定。
如图5所示，图5为图3中所示的II类弹片的具体结构示意图。
与I类弹片201类似，在II类弹片202上仅设置有一个弯折部211，主要对应于拇指的关节，可通过该弯折部211的弯折来模拟真实的人体母猪抓握、屈伸运动。同时，为保证该II类弹片202在进行弯折时，能够同步带动患者的拇指进行运动，在板体上位于弯折部211的一侧位置上设置有松紧带4，患者的拇指可插入该松紧带4中，通过松紧带4将拇指绑定固定。
另外，为方便驱动舵机3对各个弹性片2的弯折运动控制，本实施例在各个弹性片2的表面上增设了施力片5，同时通过弹力绳6(如钢丝绳等)将各个施力片5与驱动舵机3相连。弹力绳6的一端与驱动舵机3相连，可受驱动舵机3的牵拉控制，而弹力绳6的另一端与施力片5相连，可在驱动舵机3的牵拉控制下，拉动施力片5进行转动(转动轴为弹性片2上的各个弯折部211)。当弹力绳6受到驱动舵机3的牵拉时，弹力绳6绷紧，可将施力片5反向(逆弯折方向或手掌伸张方向)拉动，反之，当驱动舵机3的牵引力消失时，弹力绳6放松，弹性片2在弹性反力的作用下正向弯折(顺弯折方向或手掌抓握方向)。
具体的，施力片5的结构可与弹性片2的结构相同，均为弯折片。并且，施力片5的其中一半板体可贴附在弹性片2的表面上，比如末端位置等，同时，施力片5的另外一半板体可悬空，并与弹力绳6的一端相连，比如通过紧固件等实现连接。
进一步的，为提高弹力绳6对施力片5及弹性片2的牵拉方向精确性，本实施例还在弹性片2的表面上增设了导向片7。具体的，该导向片7的结构也可与弹性片2的结构相同，均为弯折片，为避免与施力片5的安装位置相干涉，导向片7和施力片5两者可分别设置在弹性片2的弯折部211的两侧板体表面上。重要的是，在导向片7的悬空板体上开设有导向孔(通孔)，可供弹力绳6穿过，该导向孔的直径与弹力绳6的直径相当，可限制弹力绳6的弹力方向，防止其在径向上振动或位移，保证弹力绳6的牵引方向为弹力绳6的轴向。
另外，考虑到当弹力绳6较长时，为保证整体结构的规范性和轻便化，本实施例在固定板1的一侧端面上设置了安装板8，同时在该安装板8上设置了若干个安装孔801。具体的，该安装板8可设置在固定板1上朝向弹力绳6的一端端面上，从而能够使各根弹力绳6方便地穿过安装孔801。如此设置，通过安装板8及安装孔801对各根弹力绳6的约束和定位作用，将各根弹力绳6收束成面积较小的一团，能够有效避免各根弹力绳6在牵引力的作用下在空中晃动的情况。
进一步的，本实施例还在各根弹力绳6的周向上套设了绳套9。具体的，该绳套9可为塑料材质或硬质橡胶材质，材质柔软可弯折，但轴向长度固定，并且该绳套9的一端固定在安装板8上，而另一端固定在驱动舵机3上。如此设置，各根弹力绳6的一端和绳套9之间的位移可以无损耗的百分之百的传递到另一端，其过程不会因为管线的弯曲程度或者运动状态导致任何的损失，使得各个弹性片2的张开角度与弹力绳6的牵引距离直接相关，且驱动舵机3的转子旋转角度可控，所以可以通过控制驱动舵机3旋转角度的方式来控制各个弹性片2的具体弯折角度，从而可以抓取各种形状的日常物品。
关于驱动舵机3，其与现有技术中的驱动舵机相同，此处不再赘述。在驱动舵机3中设置有预先设置的驱动程序，并且可与控制器相连，由患者或医护人员对控制器发送“张开”、“收紧”等信号指令，再由控制器将各个信号指令转化为对驱动舵机3的控制操作，使得驱动舵机3控制各根弹力绳6绷紧或放松。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种手部机能康复辅助外骨骼机械手，其特征在于，包括用于与手掌部位相固定的固定板(1)、设置于所述固定板(1)上并用于与各手指相固定的可弯折的若干个弹性片(2)、以及与各所述弹性片(2)相连并用于按照内置程序分别驱动各所述弹性片(2)进行弯折的驱动舵机(3)。
2.根据权利要求1所述的手部机能康复辅助外骨骼机械手，其特征在于，所述固定板(1)的表面上设置有供手掌穿入并通过弹性形变将其绑紧的松紧带(4)。
3.根据权利要求2所述的手部机能康复辅助外骨骼机械手，其特征在于，所述弹性片(2)包括设置于所述固定板(1)的端面上的四个I类弹片(201)和设置于所述固定板(1)的侧面上的一个II类弹片(202)，且所述II类弹片(202)用于与拇指相固定，所述I类弹片(201)用于与其余四指相固定。
4.根据权利要求3所述的手部机能康复辅助外骨骼机械手，其特征在于，所述I类弹片(201)包括对应于四指关节的两个一体成型的弯折部(211)，以及设置于所述弯折部(211)两侧板体底面上的松紧带(4)。
5.根据权利要求4所述的手部机能康复辅助外骨骼机械手，其特征在于，所述II类弹片(202)包括对应于拇指关节的弯折部(211)，以及设置于所述弯折部(211)两侧板体底面上的松紧带(4)。
6.根据权利要求1-5任一项所述的手部机能康复辅助外骨骼机械手，其特征在于，还包括设置于各所述弹性片(2)的表面上的施力片(5)，以及连接于各所述施力片(5)与所述驱动舵机(3)之间的若干根弹力绳(6)。
7.根据权利要求6所述的手部机能康复辅助外骨骼机械手，其特征在于，所述施力片(5)具体为弯折片，且其一端贴附在各所述弹性片(2)的表面末端，另一端端面与所述弹力绳(6)相连。
8.根据权利要求7所述的手部机能康复辅助外骨骼机械手，其特征在于，还包括设置于各所述弹性片(2)的表面上的导向片(7)，各所述导向片(7)上开设有供所述弹力绳(6)穿过的通孔，以限制所述弹力绳(6)的弹力方向；相对应的各所述施力片(5)和各所述导向片(7)分别设置于所述弹性片(2)上的相邻两侧板体表面上。
9.根据权利要求8所述的手部机能康复辅助外骨骼机械手，其特征在于，还包括设置于所述固定板(1)一侧端面上的安装板(8)，所述安装板(8)上开设有若干个用于供各根所述弹力绳(6)穿过并定位的安装孔(801)。
10.根据权利要求9所述的手部机能康复辅助外骨骼机械手，其特征在于，还包括套设于各根所述弹力绳(6)的周向上、两端分别与所述安装板(8)和所述驱动舵机(3)固定的绳套(9)。
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