CN110151495A - 滚动式手部康复训练装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及康复医疗技术领域，具体公开一种滚动式手部康复训练装置，包括用于带动手部进行抓握运动的抓握单元，其特征在于，所述的抓握单元包括抓握机架以及抓握杆，抓握机架上设有用于支撑手掌的支撑件，支撑件与抓握杆之间设有用于将指尖固定于抓握杆上的手指固定件，抓握杆连接有用于带动抓握杆沿手部抓握方向前后滚动的驱动机构。本发明在抓握训练过程中，可实现手部抓握物体实体的康复训练，完全模拟正常人对物体的抓取，更具有实际训练效果及意义；产品结构简单轻便，可适用于更大范围的手部尺寸，适用范围广。

Description

滚动式手部康复训练装置
技术领域
本发明涉及康复医疗技术领域，尤其涉及一种滚动式手部康复训练装置。
背景技术
目前，用于手部康复训练的装置多为手部外骨骼机器人，它在医疗康复和人机交互领域有着广泛的应用前景。但是现有的康复机械手结构复杂且功能多数只有抓握功能，抓握的训练时并没有真正物体的抓取实物，所以在训练时并未不能真切的感受到训练效果。另一关键技术在于对手的适配性，其他机构采用的是拟合手指运动轨迹方式来进行训练，即机构的运动圆心与人体手部转动中心重合，以保证安全性，这样的实现方式只能对应很小范围的手尺寸，要实现手的适配需要更加复杂的调节机构，这样的机构实现起来过于复杂。
发明内容
本发明的目的在于针对已有的技术现状，提供一种结构简单、适用范围广的滚动式手部康复训练装置，本发明可应用于手部的实体物体抓握康复训练以及腕部的背伸和屈曲康复训练。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种滚动式手部康复训练装置，包括用于带动手部进行抓握运动的抓握单元，其特征在于，所述的抓握单元包括抓握机架以及抓握杆，抓握机架上设有用于支撑手掌的支撑件，支撑件与抓握杆之间设有用于将指尖固定于抓握杆上的手指固定件，抓握杆连接有用于带动抓握杆沿手部抓握方向前后滚动的驱动机构。
优选地，所述的手指固定件包括软带以及可沿手部抓握方向前后调节的指套，支撑件与软带之间呈30度～50度夹角。
优选地，所述的驱动机构包括沿手部抓握方向设置的齿条以及用于带动抓握杆沿齿条进行前后滚动的滚动齿轮，滚动齿轮与齿条相啮合，滚动齿轮侧旁设有用于驱动带动滚动齿轮沿齿条滚动的驱动组件。
优选地，所述的抓握杆与滚动齿轮沿同轴设置，抓握杆与滚动齿轮的直径比为0.8。
优选地，所述的驱动组件包括丝杠以及滑动设于丝杠上的丝杠滑块，滚动齿轮可转动设于丝杠滑块上，丝杠连接有用于带动丝杠滑块沿丝杠滑动的驱动件。
优选地，所述的丝杠滑块凸设有连接杆，连接杆上套设有滑动轴承，滚动齿轮套设于滑动轴承上，连接杆上设有用于锁紧滑动轴承与滚动齿轮的锁合螺母。
优选地，所述的丝杠滑块还连接有用于对丝杠滑块的滑动进行导向的导向组件，导向组件包括导轨以及滑动设于导轨上的导轨滑块，导轨滑块与丝杠滑块相连接。
优选地，所述的驱动件包括用于驱动丝杠旋转的抓握电机，抓握电机与丝杠之间设有用于传动的齿轮组。
优选地，所述的康复训练装置还包括用于带动腕部进行背伸/屈曲的腕关节单元，腕关节单元包括腕部固定架以及腕部连接板，腕部连接板的一端连接抓握单元，另一端可转动连接于腕部固定架上，腕部连接板连接有用于带动抓握单元以腕关节的旋转中心为轴心进行摆动的腕部驱动组件，腕部驱动组件包括用于带动腕部连接板沿垂直方向摆动的弧形齿轮以及用于驱动弧形齿轮转动的腕部驱动电机，弧形齿轮的圆心与腕关节的旋转中心设于同一轴线上。
优选地，所述的弧形齿轮与腕部驱动电机之间还设有用于传动带动弧形齿轮转动的传动件，传动件包括套设于腕部驱动电机的输出轴的驱动齿轮，驱动齿轮侧旁设有与驱动齿轮相啮合的传动齿轮，沿传动齿轮同轴设有同轴齿轮，同轴齿轮与弧形齿轮相啮合。
优选地，所述的抓握机架包括用于安装驱动机构的机架主体以及用于与腕部连接板相连接的手部连接板，原始状态下，机架主体与腕部机架之间的夹角为20度。
优选地，所述的机架主体上设有用于固定丝杠两端的第一耳板和第二耳板，第一耳板和第二耳板均设于机架主体的外侧，所述的齿轮组包括套设于抓握电机输出轴的驱动齿轮及套设于丝杠端部的传动齿轮，抓握电机的输出轴依次贯穿第一耳板及驱动齿轮，驱动齿轮与传动齿轮相啮合。
优选地，所述的机架主体的上端面或下端面向抓握杆一侧折弯形成用于固定齿条的齿条固定板，齿条安装于齿条固定板的内壁，齿条固定板侧旁开设有用于供丝杠滑块贯穿的避让镂空。
本发明的有益效果在于：
1)通过手指固定件将指尖固定在抓握杆上，利用驱动机构带动抓握杆沿手部抓握方向前后滚动，从而带动手指随抓握杆的运动，完成手部的抓握运动，相对于现有技术，本发明在抓握训练过程中，可实现手部抓握物体实体的康复训练，完全模拟正常人对物体的抓取，更具有实际训练效果及意义；产品结构简单轻便，可适用于更大范围的手部尺寸，适用范围广。
2)采用弧形齿轮的简单结构设计，即可实现腕关节单元的运动中心与腕关节的旋转运动中心的一致性，保证训练的安全性，与人体的适配性高。
3)既能应用于手部抓握物体实体的康复训练，又可应用于腕部的背伸和屈曲康复训练，通过腕部和手指抓握的交替运动，更有利于手部的康复恢复，使用效果佳。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的侧面结构示意图。
图3为本发明的另一侧面结构示意图。
图4为手指固定件的结构示意图。
图5为机架主体与腕部固定架的结构示意图。
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3所示，本发明公开一种滚动式手部康复训练装置，包括用于带动手部进行抓握运动的抓握单元1，抓握单元1包括抓握机架11以及可沿手部抓握方向进行滚动的抓握杆12，抓握机架11上设有用于支撑手掌的支撑件17，支撑件17与抓握杆12之间设有用于将指尖固定于抓握杆12上的手指固定件18，抓握杆12连接有用于带动抓握杆12沿手部抓握方向前后滚动的驱动机构。
本发明中，通过手指固定件18将指尖固定在抓握杆12上，利用驱动机构带动抓握杆12沿手部抓握方向前后滚动，即转动、位移，从而带动手指随抓握杆12的运动，当抓握杆12向指根一侧滚动时，由于指尖与抓握杆12相固定，手指的其他部位随抓握杆12的靠近逐渐包覆、贴合于抓握杆12外表面，形成屈曲。抓握杆12反向滚动，带动手指逐渐伸展，手指张开，相对于现有技术，本发明在抓握训练过程中，可实现手部抓握物体实体的康复训练，完全模拟正常人对物体的抓取，更具有实际训练效果及意义；产品结构简单轻便，可适用于更大范围的手部尺寸，适用范围广。
参阅图4所示，作为本发明的一种实施方式，手指固定件18包括软带181以及可沿手部抓握方向前后调节的指套182，软带181两端分别固定在抓握杆12和支撑件17上。指套182的活动设置可进一步提高手部的适配性。本实施例中，软带181上开设有条形的滑槽183，指套182穿过相邻两滑槽183，并可沿两滑槽183滑动，从而实现指套182的调节，指套182穿于软带181下端的部分可通过魔术贴、纽扣等方式与软带181连接固定。
作为本发明的一种优选的具体实施方式，支撑件17与软带181之间呈30度～50度夹角(α)，经多次试验，在该角度可使得手部处于最舒适角度，且在完全抓握时手指会获大角度的屈曲，极大提高手康复训练的效果。
驱动机构包括沿手部抓握方向设置的齿条13以及用于带动抓握杆12沿齿条13进行前后滚动的滚动齿轮14，滚动齿轮14与齿条13相啮合，滚动齿轮14侧旁设有用于驱动带动滚动齿轮14沿齿条13滚动的驱动组件15。
使用过程中，滚动齿轮14在驱动组件15的驱动带动下，滚动齿轮14沿齿条13滚动，从而带动抓握杆12的滚动。
作为本发明的一种优选的具体实施方式，抓握杆12与滚动齿轮14沿同轴设置，抓握杆12与滚动齿轮14的直径比为0.8。
抓握杆12与滚动齿轮14之间可通过凹凸相设配的多边形凸垣相卡合，便于抓握杆12的更换，以适应不同的手部尺寸，多边形凸垣可设于抓握杆12与滚动齿轮14的轴心处，使得抓握杆12与滚动齿轮14呈同轴设置。
手指在伸直情况下，手指的上、下表面指长一样，当手指在抓握抓握杆12时，在同一手指的垂直切面上，上表面对应的弧长比下表面的弧长要长，就出现手指脱离抓握杆12的问题(滑指)。利用握杆与滚动齿轮14的不同直径，使抓握杆12在运动过程中既有滚动又有滑动的原理，可有效解决手指滑动问题，经多次试验，抓握杆12与滚动齿轮14的直径比为0.8时，防滑指效果最佳，使用者的舒适感最佳，如果比例过大，固定指尖的指套182和手指会向指尖一侧滑动，如果比例过小，固定指尖的指套182和手指会向指根一侧滑动。
驱动组件15包括丝杠151以及滑动设于丝杠151上的丝杠滑块152，滚动齿轮14可转动设于丝杠滑块152上，丝杠151连接有用于带动丝杠滑块152沿丝杠151滑动的驱动件。
丝杠滑块152凸设有连接杆，连接杆上套设有滑动轴承155，滚动齿轮14套设于滑动轴承155上，连接杆上设有用于锁紧滑动轴承155与滚动齿轮14的锁合螺母，本实施例中，滑动轴承155与滚动齿轮14过盈配合，通过滑动轴承155，使得滚动齿轮14的转动更顺畅。
丝杠滑块152还连接有用于对丝杠滑块152的滑动进行导向的导向组件16，使得丝杠滑块152的滑行更稳定，进而有利于抓握杆12的滚动的稳定性，导向组件16包括导轨161以及滑动设于导轨161上的导轨滑块162，导轨滑块162与丝杠滑块152相连接。
驱动件包括用于驱动丝杠151旋转的抓握电机153，抓握电机153与丝杠151之间设有用于传动的齿轮组154。
运行过程中，抓握电机153通过齿轮组154将动力传递给丝杠151，驱动带动丝杠151旋转，从而带动丝杠滑块152沿丝杠151滑动，与丝杠滑块152连接的滚动齿轮14随之移动，并在与其啮合的齿条13的作用下，实现滚动齿轮14的转动，形成滚动运动，抓握杆12随滚动齿轮14的滚动而滚动，与此同时，通过与丝杠滑块152相连接的导轨161组件，使得丝杠滑块152的滑动更稳定，确保抓握杆12在滚动过程中稳定、不晃动。
本发明还可针对腕部进行背伸和屈曲的康复训练，通过腕部和手部抓握的交替运动，更有利于人手的康复恢复。
康复训练装置还包括用于带动腕部进行背伸/屈曲的腕关节单元2，腕关节单元2包括腕部固定架21以及腕部连接板22，腕部连接板22的一端连接抓握单元1，另一端可转动连接于腕部固定架21上，腕部连接板22连接有用于带动抓握机架11以腕关节的旋转中心为轴心进行摆动的腕部驱动组件15，腕部驱动组件15包括用于带动腕部连接板22沿垂直方向摆动的弧形齿轮23以及用于驱动弧形齿轮23转动的腕部驱动电机24，弧形齿轮23的圆心与腕关节的旋转中心设于同一轴线上。
本发明的结构简单，抓握机架11及腕关节单元2均分别通过一个电机控制即可。
弧形齿轮23与腕部驱动电机24之间还设有用于传动带动弧形齿轮23转动的传动件25，传动件25包括套设于腕部驱动电机24的输出轴的驱动齿轮251，驱动齿轮251侧旁设有与驱动齿轮251相啮合的传动齿轮252，沿传动齿轮252同轴设有同轴齿轮，同轴齿轮与弧形齿轮23相啮合。
腕关节单元2运作过程中，在腕部驱动电机24的驱动下，驱动齿轮251转动，带动传动齿轮252转动，同轴齿轮随传动齿轮252的转动而转动，进而带动弧形齿轮23转动，腕部连接板22以弧形齿轮23的圆心为轴心摆动，进而带动抓握机架11上固定的手部进行运动，完成腕部的背伸、屈曲运动，结构简单轻便。
参阅图5所示，作为本发明的一种实施方式，抓握机架11包括用于安装驱动机构的机架主体111以及用于与腕部连接板22相连接的手部连接板112，原始状态下，机架主体111与腕部机架之间的夹角为20度，该角度为人手功能位角度，更符合人体工学设计，提高使用者的舒适度，当需要根据人手的特异性进行调节时，可通过腕部运动调节。
机架主体111上设有用于固定丝杠151两端的第一耳板和第二耳板，第一耳板和第二耳板均设于机架主体111的外侧，齿轮组154包括套设于抓握电机153输出轴的驱动齿轮及套设于丝杠151端部的传动齿轮，抓握电机153的输出轴依次贯穿第一耳板及驱动齿轮，驱动齿轮与传动齿轮相啮合。
机架主体111的上端面或下端面向抓握杆12一侧折弯形成用于固定齿条13的齿条13固定板，齿条13安装于齿条13固定板的内壁，齿条13固定板侧旁开设有用于供丝杠滑块152贯穿的避让镂空。
在本发明的基础上，也可在本发明的装置上添加力和位置传感器，在训练过程中反馈训练者的抓握力和运动角度，可以通过该数据更客观的分析训练者的状态。
作为本发明的一种具体实施方式，丝杠滑块152侧边设有用于检测抓握杆12位置变化的手指位置传感器。
作为本发明的一种具体实施方式，丝杠滑块152与导向滑块之间设有用于测量丝杠151推力大小的手指力传感器，通过换算反应训练者的抓握力大小。
作为本发明的一种具体实施方式，抓握机架11与腕部连接板22之间设有用于检测腕部运动所需扭矩的腕部力传感器。
作为本发明的一种具体实施方式，传动齿轮上设有用于测量腕关节转动角度的腕部位置传感器。
以上结合具体实施方式描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种滚动式手部康复训练装置，包括用于带动手部进行抓握运动的抓握单元，其特征在于，所述的抓握单元包括抓握机架以及抓握杆，抓握机架上设有用于支撑手掌的支撑件，支撑件与抓握杆之间设有用于将指尖固定于抓握杆上的手指固定件，抓握杆连接有用于带动抓握杆沿手部抓握方向前后滚动的驱动机构。
2.根据权利要求1所述的滚动式手部康复训练装置，其特征在于，所述的驱动机构包括沿手部抓握方向设置的齿条以及用于带动抓握杆沿齿条进行前后滚动的滚动齿轮，滚动齿轮与齿条相啮合，滚动齿轮侧旁设有用于驱动带动滚动齿轮沿齿条滚动的驱动组件。
3.根据权利要求2所述的滚动式手部康复训练装置，其特征在于，所述的抓握杆与滚动齿轮沿同轴设置，抓握杆与滚动齿轮的直径比为0.8。
4.根据权利要求2所述的滚动式手部康复训练装置，其特征在于，所述的驱动组件包括丝杠以及滑动设于丝杠上的丝杠滑块，滚动齿轮可转动设于丝杠滑块上，丝杠连接有用于带动丝杠滑块沿丝杠滑动的驱动件。
5.根据权利要求4所述的滚动式手部康复训练装置，其特征在于，所述的丝杠滑块凸设有连接杆，连接杆上套设有滑动轴承，滚动齿轮套设于滑动轴承上，连接杆上设有用于锁紧滑动轴承与滚动齿轮的锁合螺母。
6.根据权利要求4所述的滚动式手部康复训练装置，其特征在于，所述的丝杠滑块还连接有用于对丝杠滑块的滑动进行导向的导向组件，导向组件包括导轨以及滑动设于导轨上的导轨滑块，导轨滑块与丝杠滑块相连接。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的滚动式手部康复训练装置，其特征在于，所述的康复训练装置还包括用于带动腕部进行背伸/屈曲的腕关节单元，腕关节单元包括腕部固定架以及腕部连接板，腕部连接板的一端连接抓握单元，另一端可转动连接于腕部固定架上，腕部连接板连接有用于带动抓握单元以腕关节的旋转中心为轴心进行摆动的腕部驱动组件，腕部驱动组件包括用于带动腕部连接板沿垂直方向摆动的弧形齿轮以及用于驱动弧形齿轮转动的腕部驱动电机。
8.根据权利要求7所述的滚动式手部康复训练装置，其特征在于，所述的弧形齿轮与腕部驱动电机之间还设有用于传动带动弧形齿轮转动的传动件，传动件包括套设于腕部驱动电机的输出轴的驱动齿轮，驱动齿轮侧旁设有与驱动齿轮相啮合的传动齿轮，沿传动齿轮同轴设有同轴齿轮，同轴齿轮与弧形齿轮相啮合。
9.根据权利要求7所述的滚动式手部康复训练装置，其特征在于，所述的抓握机架包括用于安装驱动机构的机架主体以及用于与腕部连接板相连接的手部连接板，原始状态下，机架主体与腕部机架之间的夹角为20度。
10.根据权利要求1所述的滚动式手部康复训练装置，其特征在于，所述的手指固定件包括软带以及可沿手部抓握方向前后调节的指套，支撑件与软带之间呈30度～50度夹角。
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