CN109549820A - 一种自动适应手部尺寸的康复手套系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动适应手部尺寸的康复手套系统，包含手套本体、ARM控制器、气压传感器和驱动模块；手套本体在其掌部、五根手指的每一指节的内壁上均设有环形气囊，在手心一面的相邻关节之间设有弹簧，在手背一面的相邻关节之间均设有用于使得相邻关节之间伸直的气动肌肉；掌部处的气囊和各个气动肌肉上均设有进气孔，且进气孔均通过高速开关阀和外部高压气源管道相连；气压传感器设置在掌部处的气囊内；ARM控制器通过驱动单元来调整手套本体内壁上各处气囊中的气压、驱动各个气动肌肉工作。本发明能够显著降低康复手套结构复杂性，最重要的是两者都具有一定的柔性，在驱动指套运动时更加安全，不易造成对患者手部的二次伤害。
Description
技术领域
本发明涉及康复机器人领域，尤其涉及一种自动适应手部尺寸的康复手套系统。
背景技术
随着人们生活水平和医疗条件的提高，世界人口平均年龄不断提高，然而由于现在生活压力越来越大以及年轻人大多存在饮食和作息不规律导致心脑血管疾病发病率增加，并且呈现年轻化的态势。据我国临床统计显示，脑卒中又称中风发病率持续增高并且患病人口中年轻人比重越来越大。为了帮助中风患者后期康复，偏瘫康复机器人成为现在研究的热点。
康复机器人在患者康复过程中承担很重要的任务，传统中风偏瘫治疗主要依靠专业理疗师对患者偏瘫部位重复不断地运动刺激，使得肌肉功能恢复，这不仅仅耗费医师和患者大量的经历而且治疗数据不便于保存。康复机器人能够重复运动而不会感到‘累’，并且能够实时的记录患者训练的数据以及康复进程，因此康复机器人能够帮助医师显著降低负担。
在手部康复机器人设计方面，以往的康复机器人普遍不具有尺寸普适性和刚度过大的问题，例如意大利研制的HANDEXOS,采用全金属结构，电机绳系作为驱动，虽然可以较好地控制指套运动，但是其结构刚度较大，不适合直接佩戴使用，且金属结构容易对手指造成伤害，并且每个康复手套只适合特定的人使用，对于手掌大小不同的人要重新设计。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种自动适应手部尺寸的康复手套系统。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
本发明公开了一种自动适应手部尺寸的康复手套系统，包含手套本体、ARM控制器、气压传感器和驱动模块；
所述手套本体在其掌部、五根手指的每一指节的内壁上均设有环形气囊，且五根手指中相邻指节处的气囊均通过管道联通、五根手指根部指节处的气囊和掌部处的气囊通过管道联通；
所述手套本体在手心一面的五根手指的根部指节和掌部之间、五根手指中相邻指节之间均设有用于使得相邻关节之间蜷曲的弹簧；所述手套本体在手背一面的五根手指的根部指节和掌部之间、五根手指中相邻指节之间均设有用于使得相邻关节之间伸直的气动肌肉；
所述掌部处的气囊和各个气动肌肉上均设有进气孔，且进气孔均通过高速开关阀和外部高压气源管道相连；
所述气压传感器设置在掌部处的气囊内，用于测量其所在气囊的气压，并将其传递给所述ARM控制器；
所述驱动模块包含用于驱动掌部处气囊的高速开关阀工作的第一驱动单元和若干个和各个气动肌肉进气孔处高速开关阀一一对应的第二驱动单元，所述第二驱动单元用于驱动其对应气动肌肉进气孔处的高速开关阀；
所述ARM控制器分别和气压传感器、第一驱动单元、以及各个第二驱动单元电气相连，用于根据气压传感器控制第一驱动单元工作进而调整手套本体内壁上各处气囊中的气压，并根据接收到的外部指令控制各个第二驱动单元驱动其对应的气动肌肉工作。
作为本发明一种自动适应手部尺寸的康复手套系统进一步的优化方案，所述气动肌肉包含第一转动连接头、第二转动连接头和收缩管；
所述收缩管的两端分别和第一转动接头、第二转动接头密闭相连；
所述第一转动连接头上设有和所述收缩管相联通的充气管道，所述充气管道的入口即气动肌肉的进气孔；
所述收缩管在充气时进行收缩、提供拉力。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1. 康复手套本体采用气囊结构，使得康复手套具有尺寸普适性，能够适应不同患者手部尺寸，且气囊结构柔软佩戴舒适，穿戴性好；
2. 采用气动肌肉和弹簧作为动力元件，气动肌肉和弹簧本身具有一定的柔性，施力是一个渐进过程使得康复手套使用比较安全；
3. 采用康复手势切换界面选择需要的康复动作，系统使用不需专业人士指导即可自行在家对患者手部康复训练，操作非常方便。
附图说明
图1为本发明的系统整体结构示意图；
图2为本发明康复手套本体气囊的结构示意图；
图3为本发明康复手套本体的剖面结构示意图；
图4为本发明气压传感器原理图；
图5为本发明气囊气压的控制结构图；
图6为本发明ARM控制器输出PWM信号的结构图；
图7为本发明驱动电路的工作原理图；
图8为本发明中气动肌肉的结构示意图。
图中，1-手指，2-手套本体，3-气囊，4-气动肌肉，5-弹簧，6-气压传感器，7-压敏薄膜，8-柔性电阻，9-第一转动接头，10-收缩管，11-充气管道，12-进气孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。
如图1所示，本发明提供了一种自动适应手部尺寸的康复手套系统，包含手套本体、ARM控制器、气压传感器和驱动模块；
如图2、图3所示，所述手套本体在其掌部、五根手指的每一指节的内壁上均设有环形气囊，且五根手指中相邻指节处的气囊均通过管道联通、五根手指根部指节处的气囊和掌部处的气囊通过管道联通；
所述手套本体在手心一面的五根手指的根部指节和掌部之间、五根手指中相邻指节之间均设有用于使得相邻关节之间蜷曲的弹簧；所述手套本体在手背一面的五根手指的根部指节和掌部之间、五根手指中相邻指节之间均设有用于使得相邻关节之间伸直的气动肌肉；
所述掌部处的气囊和各个气动肌肉上均设有进气孔，且进气孔均通过高速开关阀和外部高压气源管道相连；
所述气压传感器设置在掌部处的气囊内，用于测量其所在气囊的气压，并将其传递给所述ARM控制器；
所述驱动模块包含用于驱动掌部处气囊的高速开关阀工作的第一驱动单元和若干个和各个气动肌肉进气孔处高速开关阀一一对应的第二驱动单元，所述第二驱动单元用于驱动其对应气动肌肉进气孔处的高速开关阀；
所述ARM控制器分别和气压传感器、第一驱动单元、以及各个第二驱动单元电气相连，用于根据气压传感器控制第一驱动单元工作进而调整手套本体内壁上各处气囊中的气压，并根据接收到的外部指令控制各个第二驱动单元驱动其对应的气动肌肉工作。
手套本体内壁上各部分气囊联通设计，使用一路气压即可控制气囊气压，气囊能够调节气压来适应不同人的手掌尺寸，并且保持人手指关节转轴与指套转轴共线，降低运动误差。
手套本体在手背一面的气动肌肉和手套本体在手心一面的弹簧是康复手套的动力元件，气动肌肉充气收缩提供的拉力使得手指伸直，弹簧提供的拉力使得手指屈蜷，控制两者相互配合实现手指的屈伸运动，此外气动肌肉和弹簧组合使用，系统具有一定的柔性，在驱动手指运动时更加安全。
如图8所示，所述气动肌肉包含第一转动连接头、第二转动连接头和收缩管；所述收缩管的两端分别和第一转动接头、第二转动接头密闭相连；所述第一转动连接头上设有和所述收缩管相联通的充气管道，该充气管道的入口即气动肌肉的进气孔；所述收缩管在充气时进行收缩、提供拉力。
ARM处理器接收气压传感器的气囊气压数据，输出PWM信号占空比至第一驱动单元，控制驱动掌部处气囊的高速开关阀调节气囊气压。
ARM控制器输出各个第二驱动单元的PWM信号，控制康复手套本体实现不同的运动手势，增加训练的多样性。
图4为本发明气压传感器原理图，由压敏薄膜将压力传导给柔性电阻，由于压力增大导致柔性电阻阻值增大，因而柔性电阻的分压U变大，由此来转化为压力值，交给处理器处理。
图5为本发明中气囊气压的控制流程图，气囊气压由ARM控制器、驱动电路和高速开关阀来控制，ARM控制器接收气压传感器的气压值，调节驱动电路的工作，由驱动电路控制高速开关阀调节气囊气压的压力，适应患者的手部尺寸，保证训练环境的舒适性。
图6为本发明气动肌肉的控制流程图，将多种手势动作编程写入ARM处理器，通过用户选择手势，最终通过ARM处理器的I/O口输出各个第二驱动单元相应的PWM信号控制康复手套做出相应的运动。
图7为本发明中第二驱动单元的电路原理图，对ARM输出的PWM信号做电压电流放大处理，驱动高速开关阀工作，对气动肌肉气压进行调节，进而控制康复手套的运动。
本发明应用时驱动方式如下：
步骤一：将高压气源和高速开关阀进气口通过气管连接，将高速开关阀出气口与气动肌腱和气囊连接。
步骤二：打开ARM控制器，选择要训练的动作和训练强度，同时给第一驱动电路上电，使手套伸直，将康复手套本体穿戴与患者的手，给第二驱动电路上电使气囊充气，适应患者手部尺寸。
步骤三：打开高压气源，进行训练。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种自动适应手部尺寸的康复手套系统，其特征在于，包含手套本体、ARM控制器、气压传感器和驱动模块；
所述手套本体在其掌部、五根手指的每一指节的内壁上均设有环形气囊，且五根手指中相邻指节处的气囊均通过管道联通、五根手指根部指节处的气囊和掌部处的气囊通过管道联通；
所述手套本体在手心一面的五根手指的根部指节和掌部之间、五根手指中相邻指节之间均设有用于使得相邻关节之间蜷曲的弹簧；所述手套本体在手背一面的五根手指的根部指节和掌部之间、五根手指中相邻指节之间均设有用于使得相邻关节之间伸直的气动肌肉；
所述掌部处的气囊和各个气动肌肉上均设有进气孔，且进气孔均通过高速开关阀和外部高压气源管道相连；
所述气压传感器设置在掌部处的气囊内，用于测量其所在气囊的气压，并将其传递给所述ARM控制器；
所述驱动模块包含用于驱动掌部处气囊的高速开关阀工作的第一驱动单元和若干个和各个气动肌肉进气孔处高速开关阀一一对应的第二驱动单元，所述第二驱动单元用于驱动其对应气动肌肉进气孔处的高速开关阀；
所述ARM控制器分别和气压传感器、第一驱动单元、以及各个第二驱动单元电气相连，用于根据气压传感器控制第一驱动单元工作进而调整手套本体内壁上各处气囊中的气压，并根据接收到的外部指令控制各个第二驱动单元驱动其对应的气动肌肉工作。
2.根据权利要求1所述的自动适应手部尺寸的康复手套系统，其特征在于，所述气动肌肉包含第一转动连接头、第二转动连接头和收缩管；
所述收缩管的两端分别和第一转动接头、第二转动接头密闭相连；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20190402 |