CN110141461B - 集成可穿戴关节训练装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗康复器械技术领域，具体公开一种集成可穿戴关节训练装置，包括机械手，所述的机械手包括掌背平台，掌背平台上方设有可带动四指独立进行屈/伸的四指外骨骼机构以及可带动拇指进行屈/伸及收/展的拇指外骨骼机构，四指外骨骼机构和拇指外骨骼机构的一端设有控制电路系统及供电装置，其特征在于，所述机械手的外部罩设有用于保护四指外骨骼机构以及拇指外骨骼机构的壳体，壳体上设有用于固定带磁性片的移动终端的磁球，磁球沿靠近人体一侧设置；所述的关节训练装置还包括用于放置机械手及为其充电的底座，所述的底座设有用于放置机械手的倾斜平台，倾斜平台的周侧向下凹陷形成便于取放机械手的避空槽，产品实用性强、移动性佳。

Description

集成可穿戴关节训练装置

技术领域

本发明涉及医疗康复器械技术领域，尤其涉及一种集成可穿戴关节训练装置。

背景技术

目前，针对手部运动功能损伤的患者的康复治疗，采用镜像疗法与手部康复机器人相结合的康复治疗方式，有利于帮助患者康复。现有技术中，通过摄像头采集健侧手运动视频，再将视频通过显示器提供给患者进行观看，手部康复机器人根据健侧手运动动作设置控制方式，从而带动患者患侧手按照健侧手的活动轨迹而活动，患者观看视频的同时可刺激脑神经，同时手部康复机器人带动患侧手运动，在长时间机能刺激条件下，可保证患者的患侧手不萎缩，也可以快速打通脑神经与患侧手的联系，进而帮助患者康复，然而现有的手部康复机器人仍存在诸多缺陷：1)由于显示器通常固定于桌面上，导致患者在康复训练过程中也无法随意移动，仅能在固定有限的场景内进行训练，设备的可移动性差，使用不便，不利于患者的日常康复治疗；2)现有康复机械手的零部件通常直接裸露在外，在移动或使用过程中容易因碰撞导致损坏；另一方面，由于康复机械手为不规则形态，在放置或充电过程中难以较好固定，且某些零部件会因放置不当，长期被压制，导致功能出现问题，而目前市面产品均未针对这两方面进行改进，产品常常因碰撞或放置不当而缩短了使用寿命或损坏，加重患者经济负担。由于上述诸多缺陷，现有的手部康复机器人仍存在较多问题，使用舒适性及方便性不佳，产品容易损坏，影响用户康复训练的积极性和持续性，阻碍手部康复机器人的推广应用。

发明内容

本发明的目的在于针对已有的技术现状，提供一种实用性强、移动性佳的集成可穿戴关节训练装置。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种集成可穿戴关节训练装置，包括机械手，所述的机械手包括掌背平台，掌背平台上方设有可带动四指独立进行屈/伸的四指外骨骼机构以及可带动拇指进行屈/伸及收/展的拇指外骨骼机构，四指外骨骼机构和拇指外骨骼机构的一端设有控制电路系统及供电装置，其特征在于，所述机械手的外部罩设有用于保护四指外骨骼机构以及拇指外骨骼机构的壳体，壳体上设有用于固定带磁性片的移动终端的磁球，磁球沿靠近人体一侧设置；所述的关节训练装置还包括用于放置机械手及为其充电的底座，所述的底座设有用于放置机械手的倾斜平台，倾斜平台的周侧向下凹陷形成便于取放机械手的避空槽。

进一步的，所述的壳体包括罩设于四指外骨骼机构外的外护壳以及罩设于拇指外骨骼机构外的侧护壳。

进一步的，所述的外护壳的底面向上拱起形成弧形曲面，弧形曲面与四指外骨骼机构之间形成便于四指外骨骼机构带动四指进行屈/伸的活动空间，弧形曲面的一端收窄延伸形成用于与掌背平台相固定的固定端。

进一步的，所述的侧护壳的底面向外凸形成弧形曲面，弧形曲面与拇指外骨骼机构之间形成便于拇指外骨骼机构带动拇指进行屈/伸及收/展的活动空间。

进一步的，所述的掌背平台上方设有用于容纳控制电路系统和供电装置的容纳腔，所述的壳体还包括罩设于容纳腔外的用于保护控制电路系统和供电装置的后护壳。

进一步的，所述的后护壳凹设有用于固定磁球的固定槽，磁球的一端嵌设于固定槽内。

进一步的，所述倾斜平台上设有用于固定机械手的支撑胶垫，支撑胶垫设有用于固定外护壳的第一端面，第一端面的一侧向上凸起形成用于固定掌背平台的第二端面。

进一步的，所述的拇指外骨骼机构包括弧形导轨支架以及滑动设于弧形导轨支架上的拇指关节传动件，拇指关节传动件的端部连接有用于带动拇指关节传动件沿弧形导轨支架滑动的第一拇指直线电机，第一拇指直线电机的一侧设有用于带动弧形导轨支架进行收/展的第二拇指直线电机。

进一步的，所述的四指外骨骼机构包括对应设于食指、中指、无名指和小指上的外骨骼单元，外骨骼单元包括后关节弧形导轨支架以及滑动设于后关节弧形导轨支架的前关节弧形导轨支架，前关节弧形导轨支架的一端连接有用于带动前关节弧形导轨支架沿后关节弧形导轨支架滑动的驱动组件，前关节弧形导轨支架连接有前关节传动件以及用于带动前关节传动件沿前关节弧形导轨支架滑动的传动组件。

进一步的，所述的前关节弧形导轨支架和/或前关节传动件设有开口向下的滑槽，滑槽内滑动设有滑块，滑块的另一端连接有用于固定手指的指套，滑槽的槽底开设有第一定位孔，滑块上开设有用于配合第一定位孔进行滑块位置调整的第二定位孔。

本发明的有益效果在于：

1)本发明在机械手上设置磁球，即可吸附小型移动终端，结构简单，患者在进行镜像治疗的过程中可通过磁球上吸附的移动终端观看视频，患者在进行镜像康复训练过程中可随意移动，同时可满足坐姿、行走和卧姿等不同场景下的康复训练，产品可移动性强，易携带，有利于患者的日常康复训练。

2)本发明的机械手外部罩设有壳体，有效保护机械手内部的零部件，避免机械手在使用、移动过程中因碰撞造成损坏；通过在底座上设置倾斜平台，机械手放置或充电时，机械手上的四指外骨骼机构沿倾斜平台较高一侧放置，确保机械手能良好固定于底座上，同时避免四指外骨骼机构与放置的台面相抵，通过壳体与底座的结合设置，有效避免或减少产品零部件在使用或放置过程中的不必要损坏，实用性佳，有效延长产品使用寿命。

附图说明

图1为机械手的结构示意图。

图2为机械手的另一结构示意图。

图3为磁球的结构示意图。

图4为底座的结构示意图。

图5为拇指外骨骼机构的结构示意图。

图6为四指外骨骼机构的屈曲状态结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明：

请参阅图1-图4所示，本发明公开一种集成可穿戴关节训练装置，包括机械手，机械手包括掌背平台1，掌背平台1上方设有可带动四指独立进行屈/伸的四指外骨骼机构2以及可带动拇指进行屈/伸及收/展的拇指外骨骼机构3，四指外骨骼机构2和拇指外骨骼机构3的一端设有控制电路系统及供电装置6，为拇指外骨骼机构3和四指外骨骼机构2提供控制和电源，机械手的外部罩设有用于保护四指外骨骼机构2以及拇指外骨骼机构3的壳体5，壳体5上设有用于固定带磁性片的移动终端的磁球4，磁球4沿靠近人体一侧设置；关节训练装置还包括用于放置机械手及为其充电的底座8，底座8设有用于放置机械手的倾斜平台81，倾斜平台81的周侧向下凹陷形成便于取放机械手的避空槽85。

本发明在机械手上设置磁球4，即可吸附小型移动终端，结构简单，患者在进行镜像治疗的过程中可通过磁球4上吸附的移动终端观看视频，移动终端可随机械手的移动而移动，患者在康复训练过程中可随意移动，同时可满足坐姿、行走和卧姿等不同场景下的康复训练，产品可移动性强，易携带，有利于患者的日常康复训练。

本发明的机械手外部罩设有壳体5，有效保护机械手内部的零部件，避免机械手在使用、移动过程中因碰撞造成损坏。

壳体5包括罩设于四指外骨骼机构2外的外护壳51，外护壳51的底面向上拱起形成弧形曲面，弧形曲面与四指外骨骼机构2之间形成便于四指外骨骼机构2带动四指进行屈/伸的活动空间，避免外护壳51在康复训练过程中与四指外骨骼机构2相抵，影响康复治疗，弧形曲面的一端收窄延伸形成用于与掌背平台1相固定的固定端512，固定端512呈收窄设置确保外护壳51与掌背平台1之间固定牢固，同时避免机械手过于笨重，提高机械手的便携性。

由于机械手的控制电路系统、供电装置6、驱动机构等零部件均集中在手背一侧，导致机械手的重心偏移，通过在底座8上设置倾斜平台81，机械手放置或充电时，机械手上的四指外骨骼机构2沿倾斜平台81较高一侧放置，确保机械手能良好固定于底座8上，同时避免四指外骨骼机构2与放置的台面相抵。

壳体5包括罩设于四指外骨骼机构2外的外护壳51以及罩设于拇指外骨骼机构3外的侧护壳52。

本发明的外护壳51及侧护壳52可分别独立拆卸，当需要对四指外骨骼机构2或拇指外骨骼机构3进行维修、检测时或者需要对局部的壳体5进行更换时，可独立拆开对应的外护壳51或侧护壳52，产品维护方便。

作为本发明的一种实施方式，掌背平台1向上延伸形成耳座11，外护壳51与耳座11之间通过螺钉固定连接，侧护壳52的上端面向外延伸形成耳板522，外护壳51凹设有用于避开耳板522的避让槽，耳板522与耳座11之间通过螺钉固定连接。

外护壳51的底面向上拱起形成弧形曲面，弧形曲面与四指外骨骼机构2之间形成便于四指外骨骼机构2带动四指进行屈/伸的活动空间511，避免外护壳51在康复训练过程中与四指外骨骼机构2相抵，影响康复治疗，弧形曲面的一端收窄延伸形成用于与掌背平台1相固定的固定端512，固定端512呈收窄设置确保外护壳51与掌背平台1之间固定牢固，同时避免机械手过于笨重，提高机械手的便携性。

作为本发明的一种实施方式，外护壳51两侧设有便于取放外护壳51的条形槽514。

侧护壳52的底面向外凸形成弧形曲面，弧形曲面与拇指外骨骼机构3之间形成便于拇指外骨骼机构3带动拇指进行屈/伸及收/展的活动空间521，避免侧护壳52在康复训练过程中与四指外骨骼机构2相抵，影响康复治疗。

掌背平台1上方设有用于容纳控制电路系统和供电装置6的容纳腔12，壳体5还包括罩设于容纳腔12外的用于保护控制电路系统和供电装置6的后护壳53。

使用过程中，通过移动终端无线控制发送指令到控制电路系统，通过控制电路系统连接控制拇指外骨骼机构3以及四指外骨骼机构2的运作。

作为本发明的一种实施方式，后护壳53靠近外护壳51及侧护壳52的一端的边缘向内凹陷形成便于安装外护壳51及侧护壳52的避让边缘531，外护壳51、侧护壳52、后护壳53可分别独立拆卸，便于产品零部件的更换与维修。

后护壳53凹设有用于固定磁球4的固定槽532，磁球4的一端嵌设于固定槽532内，本实施例中，磁球4嵌设于固定槽532的一端与后护壳53之间通过螺钉进一步固定，确保磁球4牢固安装于壳体5上。

后护壳53开设有与供电装置6相连接的充电接口533，充电接口533设于后护壳53远离拇指外骨骼机构3的一侧，倾斜平台81上开设有用于连接充电接口533的转接充电口83，底座8的侧壁设有用于连接电源的外接充电口84，充电时，充电接口533插接在转接充电口83上，外接充电口84连接电源进行充电。

本实施例中，后护壳53设有用于显示供电装置6的电量情况的指示灯，便于使用者观察电量情况。

倾斜平台81上设有用于固定机械手的支撑胶垫82，进一步有效防止机械手从倾斜平台81上滑落，支撑胶垫82设有用于固定外护壳51的第一端面，第一端面的一侧向上凸起形成用于固定掌背平台1的第二端面，通过设置相对的高、低端面，以平衡机械手侧放时外护壳51与掌背平台1之间的高度差，进一步提高放置的稳定性。

作为本发明的一种实施方式，底座8还设有用于固定手臂的手臂支撑手垫86，手臂支撑手垫86设于倾斜平台81高度较低的一端且手臂支撑手垫86呈倾斜设置，便于患者穿戴时的手臂放置。

作为本发明的一种实施方式，底座8的底部设有防滑胶层，增加底座的稳定性，避免倾覆。

参阅图5所示，拇指外骨骼机构3包括弧形导轨支架31以及滑动设于弧形导轨支架31上的拇指关节传动件33，拇指关节传动件33的端部连接有用于带动拇指关节传动件33沿弧形导轨支架31滑动的第一拇指直线电机34，第一拇指直线电机34的一侧设有用于带动弧形导轨支架31进行收/展的第二拇指直线电机35。

作为本发明的一种实施方式，弧形导轨支架31包括与掌背平台1相连接的固定板311以及呈双弧线镂空的弧形臂312，弧形臂312与拇指关节传动件33之间通过销轴32连接，弧形臂312的弧线镂空内设有轴承，销轴32与轴承相连接，通过轴承实现拇指关节传动件33在弧形臂312上的滑动，拇指关节传动件33的端部连接第一拇指直线电机34，第一拇指直线电机34的伸缩带动拇指关节传动件33的运动，从而实现拇指的屈曲和伸展。

作为本发明的一种实施方式，弧形导轨支架31的固定板311通过圆锥滚子轴承或平面推力轴承与掌背平台1相连接，第二拇指直线电机35与弧形导轨支架31之间通过拇指连接件36连接，拇指连接件36包括贯穿弧形导轨支架31的销杆361以及与第二拇指直线电机35的伸缩端相连接的连接座362，连接座362套设于销杆361上，第二拇指直线电机35的伸缩端进行伸缩，通过拇指连接件36带动弧形导轨支架31的内外摆动，从而实现拇指的外展及内收。

作为本发明的一种实施方式，通过第一拇指直线电机34及第二拇指直线电机35的运作组合，可带动拇指实现环绕运动，更有效地帮助患者恢复拇指功能。

参阅图6所示，四指外骨骼机构2包括对应设于食指、中指、无名指和小指上的外骨骼单元，外骨骼单元包括后关节弧形导轨支架21以及滑动设于后关节弧形导轨支架21的前关节弧形导轨支架22，前关节弧形导轨支架22的一端连接有用于带动前关节弧形导轨支架22沿后关节弧形导轨支架21滑动的驱动组件，前关节弧形导轨支架22连接有前关节传动件24以及用于带动前关节传动件24沿前关节弧形导轨支架22滑动的传动组件25。

作为本发明的一种实施方式，后关节弧形导轨支架21包括与掌背平台1相连接的连接板211以及呈双弧线镂空的第一弧轨212，前关节弧形导轨支架22包括滑动设于第一弧轨212上的滑动臂221以及呈双弧线镂空的第二弧轨222，前关节传动件24滑动设于第二弧轨222上，第一弧轨212通过传动组件25与前关节传动件24相连接。

本实施例中，驱动组件为直线电机，各外骨骼单元分别由独立的直线电机分别控制，实现食指、中指、无名指和小指的独立控制。

作为本发明的一种具体实施方式，第一拇指直线电机34与拇指关节传动件33之间通过球铰件37相互连接，驱动组件与前关节弧形导轨支架22之间通过球铰件37相互连接，球铰件37可在各直线电机运作过程中吸收因其他原因导致的电机轴线与拇指关节传动件33或前关节弧形导轨支架22之间因轴线不一致而产生的偏差。

通过拇指外骨骼机构3及四指外骨骼机构2的不同方式运动组合，实现丰富的控制训练模式，增强手部运动精细化程度，有利于患者手部功能的恢复。

传动组件25包括与后关节弧形导轨支架21相铰接的连接杆251及与前关节传动件24相铰接的推拉杆253，连接杆251与推拉杆253之间设有用于带动推拉杆253推、拉前关节传动件24的传动杆252，传动杆252的两端分别与连接杆251及推拉杆253相铰接，传动杆252的杆身与前关节弧形导轨支架22相铰接。

使用过程中，直线电机的工作端伸缩带动滑动臂221沿第一弧轨212滑动，第二弧轨222随之转动并带动传动杆252转动，进而通过推拉杆253带动前关节传动件24沿第二弧轨222滑动，实现手指的屈曲和伸展。

前关节弧形导轨支架22和/或前关节传动件24设有开口向下的滑槽，滑槽内滑动设有滑块72，滑块72的另一端连接有用于固定手指的指套73，滑槽的槽底开设有第一定位孔74，滑块72上开设有用于配合第一定位孔74进行滑块72位置调整的第二定位孔75。本实施例中，第二定位孔75的数量为3个，呈均匀、线性排列。

作为本发明的一种实施方式，滑槽的槽底开设有一个第一定位孔74，滑块72上均布有若干沿滑槽线性方向排列的第二定位孔75，通过调节第一定位孔74与各第二定位孔75之间的相对位置，再通过螺钉贯穿第一定位孔74及第二定位孔75。

当然，以上图示仅为本发明较佳实施方式，并非以此限定本发明的使用范围，故，凡是在本发明原理上做等效改变均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种集成可穿戴关节训练装置，包括机械手，所述的机械手包括掌背平台，掌背平台上方设有可带动四指独立进行屈/伸的四指外骨骼机构以及可带动拇指进行屈/伸及收/展的拇指外骨骼机构，四指外骨骼机构和拇指外骨骼机构的一端设有控制电路系统及供电装置，其特征在于，所述机械手的外部罩设有用于保护四指外骨骼机构以及拇指外骨骼机构的壳体，壳体上设有用于固定带磁性片的移动终端的磁球，磁球沿靠近人体一侧设置，所述的壳体包括罩设于四指外骨骼机构外的外护壳以及罩设于拇指外骨骼机构外的侧护壳，所述的外护壳的底面向上拱起形成弧形曲面，弧形曲面与四指外骨骼机构之间形成便于四指外骨骼机构带动四指进行屈/伸的活动空间，弧形曲面的一端收窄延伸形成用于与掌背平台相固定的固定端，所述的侧护壳的底面向外凸形成弧形曲面，弧形曲面与拇指外骨骼机构之间形成便于拇指外骨骼机构带动拇指进行屈/伸及收/展的活动空间；所述的关节训练装置还包括用于放置机械手及为其充电的底座，所述的底座设有用于放置机械手的倾斜平台，倾斜平台的周侧向下凹陷形成便于取放机械手的避空槽。

2.根据权利要求1所述的集成可穿戴关节训练装置，其特征在于，所述的掌背平台上方设有用于容纳控制电路系统和供电装置的容纳腔，所述的壳体还包括罩设于容纳腔外的用于保护控制电路系统和供电装置的后护壳。

3.根据权利要求2所述的集成可穿戴关节训练装置，其特征在于，所述的后护壳凹设有用于固定磁球的固定槽，磁球的一端嵌设于固定槽内。

4.根据权利要求1所述的集成可穿戴关节训练装置，其特征在于，所述倾斜平台上设有用于固定机械手的支撑胶垫，支撑胶垫设有用于固定外护壳的第一端面，第一端面的一侧向上凸起形成用于固定掌背平台的第二端面。

5.根据权利要求1所述的集成可穿戴关节训练装置，其特征在于，所述的拇指外骨骼机构包括弧形导轨支架以及滑动设于弧形导轨支架上的拇指关节传动件，拇指关节传动件的端部连接有用于带动拇指关节传动件沿弧形导轨支架滑动的第一拇指直线电机，第一拇指直线电机的一侧设有用于带动弧形导轨支架进行收/展的第二拇指直线电机。

6.根据权利要求1所述的集成可穿戴关节训练装置，其特征在于，所述的四指外骨骼机构包括对应设于食指、中指、无名指和小指上的外骨骼单元，外骨骼单元包括后关节弧形导轨支架以及滑动设于后关节弧形导轨支架的前关节弧形导轨支架，前关节弧形导轨支架的一端连接有用于带动前关节弧形导轨支架沿后关节弧形导轨支架滑动的驱动组件，前关节弧形导轨支架连接有前关节传动件以及用于带动前关节传动件沿前关节弧形导轨支架滑动的传动组件。

7.根据权利要求6所述的集成可穿戴关节训练装置，其特征在于，所述的前关节弧形导轨支架和/或前关节传动件设有开口向下的滑槽，滑槽内滑动设有滑块，滑块的另一端连接有用于固定手指的指套，滑槽的槽底开设有第一定位孔，滑块上开设有用于配合第一定位孔进行滑块位置调整的第二定位孔。