CN109806105B - 一种支撑式外骨骼康复机械手 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种支撑式外骨骼康复机械手，包括支承机构、食指训练机构、中指训练机构、无名指训练机构、小指训练机构以及大拇指训练机构，且各训练机构的结构相同，均包括前指骨挡板、后指骨挡板、训练导轨、训练滑块、直动导杆、第一连杆、第二连杆以及第三连杆；所述训练滑块滑动安装在所述导轨上，所述第一连杆的一端铰接在所述训练滑块上、另一端铰接在支承机构上，所述第二连杆的一端铰接在所述训练滑块上、另一端铰接在所述前指骨挡板上，所述第三连杆的一端铰接在所述后指骨挡板上、另一端与所述直动导杆的一端铰接相连。本发明能够有效带动五指运动，模拟现实生活中五指不同位姿，实现不同的训练运动姿态，训练效果可靠。
Description
技术领域
本发明涉及康复训练器械领域，具体地说涉及一种支撑式外骨骼康复机械手。
背景技术
人手作为人体重要的器官之一，在生产生活、学习工作中具有十分重要的作用，然而由于种种创伤及脑卒中等不可抗因素常常会导致手部运动功能受损。脑卒中以及后天的事故其伤残率给社会带来了巨大的经济和医疗压力，而长期照顾脑卒中患者也给亲人家属带来了的沉重的精神负担。依据的是神经代偿的可塑性原理，对于早期手部患者来说，持续的被动训练能够帮助患者进行早期康复。
人体的运动关节中，手部关机的自由度较多，结构也较为复杂，所以手部康复训练机构设计也比较困难。经过对现有技术文献检索发现，国内对支撑式外骨骼手部训练结构的研究还处于起步阶段。
中国专利申请号为201710565372.2的发明专利公开了一种手部五指康复训练矫正装置。该装置虽然可实现手指的弯曲伸展运动。但是还存在以下几个问题：1.训练装置在训练的过程中可能会对人手造成二次伤害；2.对于不同尺寸的人手适应性很差；3.在做康复运动时无法实现预实现运动关节中心的重合；4.康复训练中手指的运动角度偏小，不能满足康复训练时的要求；5.训练机构驱动单一，不能实现多种手部姿态的康复运动的训练；
中国专利申请号为201610559425.5的发明专利公开了一种多功能手部康复训练矫正仪器。该装置虽然也可实现手指的弯曲伸展运动。但是还存在以下几个问题：1.其运动只有掌指关节，在做康复运动时会对近端指间关节以及远端指间关节的运动产生抑制。2.训练机构驱动单一，不能实现多种手部姿态的康复运动的训练。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单，体积小，训练效果好，能够避免滑移现象，适用于不同长度手指的支撑式外骨骼康复机械手。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种支撑式外骨骼康复机械手，包括支承机构、食指训练机构、中指训练机构、无名指训练机构、小指训练机构以及大拇指训练机构，且所述食指训练机构、所述中指训练机构、所述无名指训练机构、所述小指训练机构和所述大拇指训练机构的结构相同，均包括前指骨挡板、后指骨挡板、训练导轨、训练滑块、直动导杆、第一连杆、第二连杆以及第三连杆；
所述训练导轨固定在所述后指骨挡板上，所述训练滑块滑动安装在所述训练导轨上，所述第一连杆的一端铰接在所述训练滑块上、另一端铰接在支承机构上，所述第二连杆的一端铰接在所述训练滑块上、另一端铰接在所述前指骨挡板上，所述第三连杆的一端铰接在所述后指骨挡板上、另一端与所述直动导杆的一端铰接相连，所述支承机构上设有横向导轨，所述直动导杆滑动安装在所述横向导轨上，所述前指骨挡板和所述后指骨挡板上分别设有手指固定件。
进一步地，还包括第一驱动机构和/或第二驱动机构；
所述第一驱动机构包括驱动电机、曲柄盘、曲柄盘连杆、竖向导轨、驱动滑块以及一根以上的滑块连杆，所述竖向导轨固定在所述支承机构上，所述驱动滑块滑动安装在所述竖向导轨上，所述曲柄盘与所述驱动电机的输出轴固接，所述曲柄盘连杆的一端偏心铰接在所述曲柄盘上、另一端铰接在所述驱动滑块上，所述滑块连杆的一端铰接在所述驱动滑块上；
所述第二驱动机构包括驱动气缸，所述驱动气缸铰接在所述支承机构上。
进一步地，所述的大拇指训练机构和所述食指训练机构分别由两个所述第二驱动机构驱动，相应所述驱动气缸的输出轴与相应所述直动导杆的另一端铰接相连；
所述中指训练机构、所述无名指训练机构和所述小指训练机构由一个具有三根所述滑块连杆的所述第一驱动机构驱动，相应所述滑块连杆的另一端与相应所述直动导杆的另一端铰接相连。
进一步地，所述支承机构包括底座、位于所述底座的上方的训练机构支撑板以及连接在所述底座和所述训练机构支撑板之间的支撑架，所述横向导轨设置在所述训练机构支撑板的底部。
进一步地，所述训练机构支撑板的顶部铺设有防护垫并设置有手掌固定件。
进一步地，所述支承机构包括底座、位于所述底座的上方的训练机构支撑板以及连接在所述底座和所述训练机构支撑板之间的支撑架，所述竖向导轨的上下两端分别固定在所述底座和所述训练机构支撑板上。
进一步地，所述支撑架上开有电机安装孔，所述驱动电机固定在所述电机安装孔内。
进一步地，所述竖向导轨的上部和下部分别设有限位块。
进一步地，所述手指固定件为绑带。
进一步地，所述手掌固定件为绑带。
本发明的有益效果体现在：
本发明能够有效带动五指运动，模拟现实生活中五指不同位姿，实现不同的训练运动姿态，训练效果可靠。
本发明的各训练机构可以自动适应手指的长短，能满足不同尺寸人手的使用，适应性好。
本发明的各训练机构把手指作为机构运动的一部分，使用时关节回转轴线与人手的关节重合，避免在使用过程出现滑移现象。
本发明结构性好，成本低，体积较小，操作方便，具有普适性，适合社区及家庭使用，能够满足了不同使用者的使用需求。
附图说明
图1是本发明一实施例的结构示意图。
图2是本发明一实施例中是食指训练机构及其驱动机构的结构示意图。
图3是本发明一实施例中第一驱动机构的结构示意图。
图4是本发明一实施例中第一驱动机构与各相应训练机构的配合结构示意图。
图5是本发明一实施例中第二驱动机构与各相应训练机构的配合结构示意图。
附图中各部件的标记为：10支承机构、101底座、102支撑架、103训练机构支撑板、104防护垫、105手掌固定件；20食指训练机构、30中指训练机构、40无名指训练机构、50小指训练机构、60大拇指训练机构；201前指骨挡板、202后指骨挡板、203训练导轨、204训练滑块、205直动导杆、206第一连杆、207第二连杆、208第三连杆、209手指固定件；30驱动机构、301驱动电机、302曲柄盘、303曲柄盘连杆、304竖向导轨、305限位块、306驱动滑块、307滑块连杆、308横向导轨、309驱动气缸；01掌骨、02近节指骨、03中节指骨、04远节指骨、05掌骨关节、06近节指骨关节、07近节指骨关节。
具体实施方式
下面将参考附图来详细说明本发明。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和图2。
本发明支撑式外骨骼康复机械手，包括支承机构10、食指训练机构20、中指训练机构30、无名指训练机构40、小指训练机构50以及大拇指训练机构60，且所述食指训练机构20、所述中指训练机构30、所述无名指训练机构40、所述小指训练机构50和所述大拇指训练机构60的结构相同，均包括前指骨挡板201、后指骨挡板202、训练导轨203、训练滑块204、直动导杆205、第一连杆206、第二连杆207以及第三连杆208；
所述训练导轨203固定在所述后指骨挡板202上，所述训练滑块204滑动安装在所述训练导轨203上，所述第一连杆206的一端铰接在所述训练滑块204上、另一端铰接在支承机构10上，所述第二连杆207的一端铰接在所述训练滑块204上、另一端铰接在所述前指骨挡板201上，所述第三连杆208的一端铰接在所述后指骨挡板202上、另一端与所述直动导杆205的一端铰接相连，所述支承机构上设有横向导轨308，所述直动导杆205滑动安装在所述横向导轨308上，所述前指骨挡板201和所述后指骨挡板202上分别设有手指固定件209。
为能清楚显示本发明各训练机构的详细结构，并简洁描述起见，仅以图2示出食指训练机构便于理解。
使用本发明进行手指康复训练时，将手的掌骨01固定在支承机构上，近节指骨02用手指固定件固定在后指骨挡板上，中节指骨03用手指固定件固定在前指骨挡板上，远节指骨04露在在前指骨挡板外(当然，这是除拇指以外其它四指的使用方式，对于拇指来说，没有中节指骨，远节指骨固定在前指骨挡板上即可)，然后拉动直动导杆进行往复直线运动，在第三连杆的连动作用下，后指骨挡板即带着近节指骨绕掌骨关节05往复转动，同时，在第一连杆和第二连杆的连动作用下，结合训练导轨和训练滑块的配合，前指骨挡板即带着中节指骨绕近节指骨关节06往复转动，模拟现实生活中手指不同位姿，达到训练手指的目的。
本发明能够使患者在使用一段时间后，能够有效的缓解手指关节肌腱的粘连，手部的运动功能得到一定程度上的恢复，手部运动神经的重塑能够有效的建立，能够缓解了手部畸形的一系列状态，支承机构、后指骨挡板和前指骨挡板相互独立，可以自动适应手指的长短，适用范围广。
本发明通过特殊设计采用内部支撑式的设计，在使用时环设手部直接放在训练机构上，方便患者佩戴。
在一实施例中，本发明还设置有用于驱动各训练机构的第一驱动机构和/或第二驱动机构；
参见图2和图3，所述第一驱动机构包括驱动电机301、曲柄盘302、曲柄盘连杆303、竖向导轨304、驱动滑块306以及一根以上的滑块连杆307，所述竖向导轨304固定在所述支承机构上，所述驱动滑块306滑动安装在所述竖向导轨304上，所述曲柄盘302与所述驱动电机301的输出轴固接，所述曲柄盘连杆303的一端偏心铰接在所述曲柄盘302上、另一端铰接在所述驱动滑块306上，所述滑块连杆307的一端铰接在所述驱动滑块306上、另一端与所述直动导杆205的另一端铰接相连。这种驱动机构，将电机的回转运动转化连续的直线往返运动，而带动直动导杆沿横向导轨进行往复直线运动，在训练过程中能使得患者手指达到连续运动的目的，同时通过调节电机的转速也能够调节手指连续运动的频率。
参见图5，所述第二驱动机构包括驱动气缸309，所述驱动气缸309铰接在所述支承机构上，所述驱动气缸309的输出轴与所述直动导杆205的另一端铰接相连。这种驱动机构结构简单，容易实施，操作方便，能够有效带动直动导杆沿横向导轨进行往复直线运动。
在一实施例中，参见图4，所述的大拇指训练机构60和所述食指训练机构20分别由两个所述第二驱动机构驱动，相应所述驱动气缸309的输出轴与相应所述直动导杆205的另一端铰接相连，为简洁描述起见，图中仅示出各相应训练机构与驱动机构配合的部分；参见图5，所述中指训练机构30、所述无名指训练机构40和所述小指训练机构50由一个具有三根所述滑块连杆307的所述第一驱动机构驱动，相应所述滑块连杆307的另一端与相应所述直动导杆205的另一端铰接相连。这样设计，驱动机构与五指训练机构配合度好，空间利用合理，结构更加简洁，实用性好。
在一实施例中，所述支承机构10包括底座101、位于所述底座101的上方的训练机构支撑板103以及连接在所述底座101和所述训练机构支撑板103之间的支撑架102，所述横向导轨308设置在所述训练机构支撑板103的底部。这种支承机构结构简单，支承效果可靠，底座和训练机构支撑板之间的空间可以用来安装驱动机构等部件，空间利用率更高，设计合理，使用时，掌骨直接覆在训练机构支撑板的顶部即可，非常方便和舒适。
在一实施例中，所述训练机构支撑板103的顶部铺设有防护垫104并设置有手掌固定件105。防护垫可以采用海绵等柔性材料，用来提高舒适度，手掌固定件则用于固定手掌。
优选地，所述手指固定件209和所述手掌固定件105均采用绑带，绑带舒适度高，而且也容易箍筋和松开，实用性好。
在一实施例中，所述支承机构10包括底座101、位于所述底座101的上方的训练机构支撑板103以及连接在所述底座101和所述训练机构支撑板103之间的支撑架102，所述竖向导轨304的上下两端分别固定在所述底座101和所述训练机构支撑板103上。这样设计，结构合理，空间利用率高，竖向导轨也可以进一步起到加固支承机构的作用。
在一实施例中，所述支撑架102上开有电机安装孔，所述驱动电机301固定在所述电机安装孔内。这样设计，便于安装，便于电机与曲柄盘连接。
在一实施例中，所述竖向导轨304的上部和下部分别设有限位块305。限位块用于限制驱动滑块的移动范围，防止驱动滑块超范围运动。
应当理解本文所述的例子和实施方式仅为了说明，并不用于限制本发明，本领域技术人员可根据它做出各种修改或变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种支撑式外骨骼康复机械手，其特征在于：包括支承机构(10)、食指训练机构(20)、中指训练机构(30)、无名指训练机构(40)、小指训练机构(50)以及大拇指训练机构(60)，且所述食指训练机构(20)、所述中指训练机构(30)、所述无名指训练机构(40)、所述小指训练机构(50)和所述大拇指训练机构(60)的结构相同，均包括前指骨挡板(201)、后指骨挡板(202)、训练导轨(203)、训练滑块(204)、直动导杆(205)、第一连杆(206)、第二连杆(207)以及第三连杆(208)；
所述训练导轨(203)固定在所述后指骨挡板(202)上，所述训练滑块(204)滑动安装在所述训练导轨(203)上，所述第一连杆(206)的一端铰接在所述训练滑块(204)上、另一端铰接在支承机构(10)上，所述第二连杆(207)的一端铰接在所述训练滑块(204)上、另一端铰接在所述前指骨挡板(201)上，所述第三连杆(208)的一端铰接在所述后指骨挡板(202)上、另一端与所述直动导杆(205)的一端铰接相连，所述支承机构(10)上设有横向导轨(308)，所述直动导杆(205)滑动安装在所述横向导轨(308)上，所述前指骨挡板(201)和所述后指骨挡板(202)上分别设有手指固定件(209)；
还包括第一驱动机构和第二驱动机构；所述第一驱动机构包括驱动电机(301)、曲柄盘(302)、曲柄盘连杆(303)、竖向导轨(304)、驱动滑块(306)以及一根以上的滑块连杆(307)，所述竖向导轨(304)固定在所述支承机构(10)上，所述驱动滑块(306)滑动安装在所述竖向导轨(304)上，所述曲柄盘(302)与所述驱动电机(301)的输出轴固接，所述曲柄盘连杆(303)的一端偏心铰接在所述曲柄盘(302)上、另一端铰接在所述驱动滑块(306)上，所述滑块连杆(307)的一端铰接在所述驱动滑块(306)上；所述第二驱动机构包括驱动气缸(309)，所述驱动气缸(309)铰接在所述支承机构(10)上；
所述的大拇指训练机构(60)和所述食指训练机构(20)分别由两个所述第二驱动机构驱动，相应所述驱动气缸(309)的输出轴与相应所述直动导杆(205)的另一端铰接相连；所述中指训练机构(30)、所述无名指训练机构(40)和所述小指训练机构(50)由一个具有三根所述滑块连杆(307)的所述第一驱动机构驱动，相应所述滑块连杆(307)的另一端与相应所述直动导杆(205)的另一端铰接相连。
2.如权利要求1所述的支撑式外骨骼康复机械手，其特征在于：所述支承机构(10)包括底座(101)、位于所述底座(101)的上方的训练机构支撑板(103)以及连接在所述底座(101)和所述训练机构支撑板(103)之间的支撑架(102)，所述横向导轨设置在所述训练机构支撑板(103)的底部。
3.如权利要求2所述的支撑式外骨骼康复机械手，其特征在于：所述训练机构支撑板(103)的顶部铺设有防护垫(104)并设置有手掌固定件(105)。
4.如权利要求1所述的支撑式外骨骼康复机械手，其特征在于：所述支承机构(10)包括底座(101)、位于所述底座(101)的上方的训练机构支撑板(103)以及连接在所述底座(101)和所述训练机构支撑板(103)之间的支撑架(102)，所述竖向导轨(304)的上下两端分别固定在所述底座(101)和所述训练机构支撑板(103)上。
5.如权利要求4所述的支撑式外骨骼康复机械手，其特征在于：所述支撑架(102)上开有电机安装孔，所述驱动电机(301)固定在所述电机安装孔内。
6.如权利要求2或4或5所述的支撑式外骨骼康复机械手，其特征在于：所述竖向导轨(304)的上部和下部分别设有限位块(305)。
7.如权利要求1或2或3所述的支撑式外骨骼康复机械手，其特征在于：所述手指固定件(209)为绑带。
8.如权利要求3所述的支撑式外骨骼康复机械手，其特征在于：所述手掌固定件(105)为绑带。
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| Title |
|---|
| 一种外骨骼式手功能康复训练器的研究;胡鑫;张颖;李继才;易金花;喻洪流;何荣荣;;生物医学工程学杂志(第01期);全文 * |
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