CN110215375A - 一种混合驱动式手部康复用外骨骼装置 - Google Patents

Abstract

一种混合驱动式手部康复用外骨骼装置，包括掌部支撑外骨骼、指部支撑外骨骼及指部驱动机构；指部支撑外骨骼包括根端指节支撑外骨骼、中间指节支撑外骨骼及尖端指节支撑外骨骼，相邻外骨骼之间通过转动关节相铰接；指部驱动机构包括减速电机、卷线轮、手背侧线绳、形状记忆合金弹簧、手心侧线绳、加温驱动器、降温风扇、温度传感器、变送器及控制器；指部支撑外骨骼手背侧由手背侧线绳串接在一起，手背侧线绳用于拉拽手指伸直，手背侧线绳的拉拽力由减速电机和卷线轮提供；指部支撑外骨骼手心侧由手心侧线绳串接在一起，手背侧线绳用于拉拽手指弯曲，手背侧线绳的拉拽力由形状记忆合金弹簧提供，形状记忆合金弹簧的变形过程通过温度进行调控。

Description

一种混合驱动式手部康复用外骨骼装置

技术领域

本发明属于康复训练设备技术领域，特别是涉及一种混合驱动式手部康复用外骨骼装置。

背景技术

目前，对于因意外事故受伤或疾病而导致手部功能丧失的人群来说，由于手部功能的缺陷，会给他们的生活带来不便，如果手部长时间得不到运动，就会出现肌肉萎缩的情况，甚至造成关节和肌腱粘连，进而给手部造成不可逆性的伤害。

为了避免上述情况的发生，就需要对手部进行被动式的康复训练，而通过合理的康复训练，可以很大程度的减缓肌肉的萎缩，甚至在一定程度上可以使手部恢复部分功能。

但是，对于现有的手部康复训练设备来说，其普遍存在可移动性差和轻便性差的不足，由于设备过于庞大和沉重，进行手部康复训练时只能被局限在一处，无法随时随地的进行康复训练，并且驱动方式较为单一，从而影响康复训练效果。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种混合驱动式手部康复用外骨骼装置，可移动性和轻便性好，能够随时随地的进行康复训练，并且采用混合驱动方式，进一步改善康复训练效果。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种混合驱动式手部康复用外骨骼装置，包括掌部支撑外骨骼、指部支撑外骨骼及指部驱动机构；所述指部支撑外骨骼包括根端指节支撑外骨骼、中间指节支撑外骨骼及尖端指节支撑外骨骼；所述根端指节支撑外骨骼通过第一转动关节与掌部支撑外骨骼相铰接，根端指节支撑外骨骼通过第二转动关节与中间指节支撑外骨骼相铰接，中间指节支撑外骨骼通过第三转动关节与尖端指节支撑外骨骼相铰接；所述指部驱动机构包括减速电机、卷线轮、手背侧线绳、形状记忆合金弹簧、手心侧线绳、加温驱动器、降温风扇、温度传感器、变送器及控制器；所述减速电机固装在掌部支撑外骨骼的手背侧，所述卷线轮固装在减速电机的电机轴上，减速电机的控制端与控制器相连，控制器安装在掌部支撑外骨骼上；在所述掌部支撑外骨骼、根端指节支撑外骨骼、中间指节支撑外骨骼及尖端指节支撑外骨骼的手背侧端部均设置有手背侧线绳限位鞘，所述手背侧线绳一端连接在卷线轮上，手背侧线绳另一端依次穿过掌部支撑外骨骼、根端指节支撑外骨骼、中间指节支撑外骨骼及尖端指节支撑外骨骼上的手背侧线绳限位鞘，并最终与尖端指节支撑外骨骼相固连；在所述掌部支撑外骨骼、根端指节支撑外骨骼、中间指节支撑外骨骼及尖端指节支撑外骨骼的手心侧端部均设置有手心侧线绳限位鞘，所述手心侧线绳一端连接在掌部支撑外骨骼上，手心侧线绳另一端依次穿过掌部支撑外骨骼、根端指节支撑外骨骼、中间指节支撑外骨骼及尖端指节支撑外骨骼上的手心侧线绳限位鞘，并最终与尖端指节支撑外骨骼相固连；所述形状记忆合金弹簧串联连接在手心侧线绳上，所述温度传感器安装在形状记忆合金弹簧侧部，用于检测形状记忆合金弹簧的温度；所述变送器安装在掌部支撑外骨骼上，温度传感器通过变送器与控制器相连；所述加温驱动器安装在掌部支撑外骨骼的手心侧，加温驱动器与形状记忆合金弹簧相连，用于对形状记忆合金弹簧进行加热，加温驱动器的信号控制端与控制器相连；所述降温风扇安装在形状记忆合金弹簧正下方，用于对形状记忆合金弹簧进行降温，降温风扇的控制端与控制器相连。

所述指部支撑外骨骼和指部驱动机构数量均为五套，五套指部支撑外骨骼分别与手部五指进行配合，每套指部支撑外骨骼均独立配置一套指部驱动机构。

所述手背侧线绳和手心侧线绳均采用软钢丝绳。

本发明的有益效果：

本发明的混合驱动式手部康复用外骨骼装置，可移动性和轻便性好，能够随时随地的进行康复训练，并且采用混合驱动方式，进一步改善康复训练效果。

附图说明

图1为本发明的一种混合驱动式手部康复用外骨骼装置的结构示意图；

图中，1—掌部支撑外骨骼，2—根端指节支撑外骨骼，3—中间指节支撑外骨骼，4—尖端指节支撑外骨骼，5—第一转动关节，6—第二转动关节，7—第三转动关节，8—减速电机，9—卷线轮，10—手背侧线绳，11—形状记忆合金弹簧，12—手心侧线绳，13—加温驱动器，14—降温风扇，15—温度传感器，16—变送器，17—控制器，18—手背侧线绳限位鞘，19—手心侧线绳限位鞘。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示，一种混合驱动式手部康复用外骨骼装置，包括掌部支撑外骨骼1、指部支撑外骨骼及指部驱动机构；所述指部支撑外骨骼包括根端指节支撑外骨骼2、中间指节支撑外骨骼3及尖端指节支撑外骨骼4；所述根端指节支撑外骨骼2通过第一转动关节5与掌部支撑外骨骼1相铰接，根端指节支撑外骨骼2通过第二转动关节6与中间指节支撑外骨骼3相铰接，中间指节支撑外骨骼3通过第三转动关节7与尖端指节支撑外骨骼4相铰接；所述指部驱动机构包括减速电机8、卷线轮9、手背侧线绳10、形状记忆合金弹簧11、手心侧线绳12、加温驱动器13、降温风扇14、温度传感器15、变送器16及控制器17；所述减速电机8固装在掌部支撑外骨骼1的手背侧，所述卷线轮9固装在减速电机8的电机轴上，减速电机8的控制端与控制器17相连，控制器17安装在掌部支撑外骨骼1上；在所述掌部支撑外骨骼1、根端指节支撑外骨骼2、中间指节支撑外骨骼3及尖端指节支撑外骨骼4的手背侧端部均设置有手背侧线绳限位鞘18，所述手背侧线绳10一端连接在卷线轮9上，手背侧线绳10另一端依次穿过掌部支撑外骨骼1、根端指节支撑外骨骼2、中间指节支撑外骨骼3及尖端指节支撑外骨骼4上的手背侧线绳限位鞘18，并最终与尖端指节支撑外骨骼4相固连；在所述掌部支撑外骨骼1、根端指节支撑外骨骼2、中间指节支撑外骨骼3及尖端指节支撑外骨骼4的手心侧端部均设置有手心侧线绳限位鞘19，所述手心侧线绳12一端连接在掌部支撑外骨骼1上，手心侧线绳12另一端依次穿过掌部支撑外骨骼1、根端指节支撑外骨骼2、中间指节支撑外骨骼3及尖端指节支撑外骨骼4上的手心侧线绳限位鞘19，并最终与尖端指节支撑外骨骼4相固连；所述形状记忆合金弹簧11串联连接在手心侧线绳12上，所述温度传感器15安装在形状记忆合金弹簧11侧部，用于检测形状记忆合金弹簧11的温度；所述变送器16安装在掌部支撑外骨骼1上，温度传感器15通过变送器16与控制器17相连；所述加温驱动器13安装在掌部支撑外骨骼1的手心侧，加温驱动器13与形状记忆合金弹簧11相连，用于对形状记忆合金弹簧11进行加热，加温驱动器13的信号控制端与控制器17相连；所述降温风扇14安装在形状记忆合金弹簧11正下方，用于对形状记忆合金弹簧11进行降温，降温风扇14的控制端与控制器17相连。

所述指部支撑外骨骼和指部驱动机构数量均为五套，五套指部支撑外骨骼分别与手部五指进行配合，每套指部支撑外骨骼均独立配置一套指部驱动机构。

所述手背侧线绳10和手心侧线绳12均采用软钢丝绳。

本实施例中，根端指节支撑外骨骼2分为手背侧和手心侧两部分，手背侧部分的两端为铰接点，手背侧部分的长度根据根端指节的实际长度进行确定，手心侧部分的长度根据关节弯曲的角度进行确定；中间指节支撑外骨骼3分为手背侧和手心侧两部分，手背侧部分的两端为铰接点，手背侧部分的长度根据中间指节的实际长度进行确定，手心侧部分的长度根据关节弯曲的角度进行确定；尖端指节支撑外骨骼4分为手背侧、手心侧和指尖侧三部分，手背侧与指尖侧的长度根据尖端指节的实际长度进行确定，手心侧部分的长度根据关节弯曲的角度进行确定；形状记忆合金弹簧11在常温下处于伸长状态，在加温下处于收缩状态。

当手指需要从伸直状态变为弯曲状态时，首先启动减速电机8，通过电机轴带动卷线轮9执行放线动作，同时启动加温驱动器13，使形状记忆合金弹簧11由伸长状态变为收缩状态，直到手指被手心侧线绳12拉动并达到弯曲状态。

当手指需要从弯曲状态变为伸直状态时，首先关闭加温驱动器13，再启动降温风扇14，通过降温风扇14对形状记忆合金弹簧11进行快速降温，使形状记忆合金弹簧11由收缩状态变为伸长状态，同时启动减速电机8，通过电机轴带动卷线轮9执行收线动作，直到手指被手背侧线绳10拉动并达到伸直状态。

所述形状记忆合金弹簧11的变形原理为：由于形状记忆合金具有高温奥氏体相以及低温马氏体相，同时具有应力诱发马氏体相；当手指处于伸直状态时，形状记忆合金弹簧11处于拉伸变形状态，即形状记忆合金为马氏体相，在手指需要弯曲时，使形状记忆合金弹簧11受热，以使形状记忆合金由马氏体相变为奥氏体相，即形状记忆合金弹簧11从拉伸变形状态恢复到收缩状态，在形状记忆合金弹簧11收缩过程中，就可以输出拉伸力，便可以把手指从伸直状态拉伸到弯曲状态；反之亦然，只需停止形状记忆合金弹簧11的受热状态，再利用降温风扇14对其降温，又可以使形状记忆合金弹簧11重新变回马氏体相，并在手背侧线绳10拉动手指变直的过程中，使形状记忆合金弹簧11再次回到伸长状态。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (3)

1.一种混合驱动式手部康复用外骨骼装置，其特征在于：包括掌部支撑外骨骼、指部支撑外骨骼及指部驱动机构；所述指部支撑外骨骼包括根端指节支撑外骨骼、中间指节支撑外骨骼及尖端指节支撑外骨骼；所述根端指节支撑外骨骼通过第一转动关节与掌部支撑外骨骼相铰接，根端指节支撑外骨骼通过第二转动关节与中间指节支撑外骨骼相铰接，中间指节支撑外骨骼通过第三转动关节与尖端指节支撑外骨骼相铰接；所述指部驱动机构包括减速电机、卷线轮、手背侧线绳、形状记忆合金弹簧、手心侧线绳、加温驱动器、降温风扇、温度传感器、变送器及控制器；所述减速电机固装在掌部支撑外骨骼的手背侧，所述卷线轮固装在减速电机的电机轴上，减速电机的控制端与控制器相连，控制器安装在掌部支撑外骨骼上；在所述掌部支撑外骨骼、根端指节支撑外骨骼、中间指节支撑外骨骼及尖端指节支撑外骨骼的手背侧端部均设置有手背侧线绳限位鞘，所述手背侧线绳一端连接在卷线轮上，手背侧线绳另一端依次穿过掌部支撑外骨骼、根端指节支撑外骨骼、中间指节支撑外骨骼及尖端指节支撑外骨骼上的手背侧线绳限位鞘，并最终与尖端指节支撑外骨骼相固连；在所述掌部支撑外骨骼、根端指节支撑外骨骼、中间指节支撑外骨骼及尖端指节支撑外骨骼的手心侧端部均设置有手心侧线绳限位鞘，所述手心侧线绳一端连接在掌部支撑外骨骼上，手心侧线绳另一端依次穿过掌部支撑外骨骼、根端指节支撑外骨骼、中间指节支撑外骨骼及尖端指节支撑外骨骼上的手心侧线绳限位鞘，并最终与尖端指节支撑外骨骼相固连；所述形状记忆合金弹簧串联连接在手心侧线绳上，所述温度传感器安装在形状记忆合金弹簧侧部，用于检测形状记忆合金弹簧的温度；所述变送器安装在掌部支撑外骨骼上，温度传感器通过变送器与控制器相连；所述加温驱动器安装在掌部支撑外骨骼的手心侧，加温驱动器与形状记忆合金弹簧相连，用于对形状记忆合金弹簧进行加热，加温驱动器的信号控制端与控制器相连；所述降温风扇安装在形状记忆合金弹簧正下方，用于对形状记忆合金弹簧进行降温，降温风扇的控制端与控制器相连。

2.根据权利要求1所述的一种混合驱动式手部康复用外骨骼装置，其特征在于：所述指部支撑外骨骼和指部驱动机构数量均为五套，五套指部支撑外骨骼分别与手部五指进行配合，每套指部支撑外骨骼均独立配置一套指部驱动机构。

3.根据权利要求1所述的一种混合驱动式手部康复用外骨骼装置，其特征在于：所述手背侧线绳和手心侧线绳均采用软钢丝绳。