CN110464603A - 一种手指外骨骼康复机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种手指外骨骼康复机器人，包括外骨骼食指模块、外骨骼拇指模块、固定板、掌托模块和电机驱动模块，所述外骨骼食指模块与所述固定板铰接，所述掌托模块和所述电机驱动模块均与所述固定板固定连接，所述电机驱动模块固定于所述掌托模块的上侧并能够驱动所述外骨骼食指模块转动，所述外骨骼拇指模块设置于所述掌托模块的导向板上并与所述导向板滑动连接。本发明通过固定拇指弯曲食指的方式帮助患者康复日常生活中应用最广泛的手部抓握功能，从而改善患者的独立生活能力。
Description
技术领域
本发明涉及康复训练装置技术领域，特别是涉及一种手指外骨骼康复机器人。
背景技术
医学理论与实践证明，对于脑卒中导致的偏瘫患者通过大量重复性的功能训练可以在一定程度上恢复肢体运动功能。手部的关节神经分布广，血管多，人手运动可以增加大脑运动区域30％以及躯体感觉区域17％的血流，并可以有效刺激神经促进上肢的康复，因此手指运动恢复程度可以作为偏瘫患者上肢功能恢复的标志，对于整个上肢康复有着非常重要的意义。
外骨骼是一种能够提供对生物柔软内部器官进行构型、建筑和保护的坚硬的外部结构，手指外骨骼康复机器人正是从生物外骨骼得到启发的一种对人体手部功能进行强化的装置，患者将其穿戴在手部辅助患者进行针对性的康复训练。现有的手指外骨骼康复装置大都侧重于实现手指更多的自由度，因此机构复杂度较高，体积较大，便携性较差，而日常生活中使用频率最高的抓握运动并不需要太多自由度参与，本文旨在提出一种针对训练抓握运动的手指外骨骼康复机器人。
发明内容
本发明的目的是提供一种手指外骨骼康复机器人，以解决上述现有技术存在的问题，通过固定拇指弯曲食指的方式帮助患者康复日常生活中应用最广泛的手部抓握功能，从而改善患者的独立生活能力。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种手指外骨骼康复机器人，包括外骨骼食指模块、外骨骼拇指模块、固定板、掌托模块和电机驱动模块，所述外骨骼食指模块与所述固定板铰接，所述掌托模块和所述电机驱动模块均与所述固定板固定连接，所述电机驱动模块固定于所述掌托模块的上侧并能够驱动所述外骨骼食指模块转动，所述外骨骼拇指模块设置于所述掌托模块的导向板上并与所述导向板滑动连接。
优选地，所述外骨骼食指模块包括通过第一弹性绳依次连接的远端指骨连接板、中间指骨连接板和近端指骨连接板，所述远端指骨连接板上设有远端指骨连接板弹性绳挂钩，所述中间指骨连接板上设有中间指骨连接板弹性绳挂钩，所述近端指骨连接板的一端设有近端指骨连接板近侧弹性绳挂钩，所述近端指骨连接板的另一端设有近端指骨连接板远侧弹性绳挂钩，所述第一弹性绳的一端固定于所述近端指骨连接板远侧弹性绳挂钩上，所述第一弹性绳的另一端绕所述中间指骨连接板弹性绳挂钩一圈后固定于所述远端指骨连接板弹性绳挂钩上，所述远端指骨连接板和所述近端指骨连接板的上侧均设有钢丝槽，所述远端指骨连接板的钢丝槽内设有钢丝挂钩，所述钢丝挂钩用于固定钢丝的一端，所述钢丝的另一端固定于所述电机驱动模块的带轮上。
优选地，所述固定板的内侧自上而下倾斜设有第一限位块和第二限位块，所述近端指骨连接板的下端设置于所述第一限位块和所述第二限位块之间，所述第一限位块和所述第二限位块用于限制所述外骨骼食指模块相对于所述固定板的转动角度。
优选地，所述固定板上还设有固定板弹性绳挂钩，所述固定板弹性绳挂钩通过第二弹性绳与所述近端指骨连接板近侧弹性绳挂钩连接。
优选地，所述远端指骨连接板、所述中间指骨连接板和所述近端指骨连接板的上侧均设有一横向固定板，所述横向固定板上开设有第一槽口。
优选地，所述远端指骨连接板弹性绳挂钩处设有第一角度传感器，所述近端指骨连接板远侧弹性绳挂钩处设有第二角度传感器，所述近端指骨连接板近侧弹性绳挂钩处设有一垫片，所述远端指骨连接板和所述近端指骨连接板均为双层结构，所述第一角度传感器、所述第二角度传感器、所述垫片、所述钢丝槽和所述钢丝挂钩均设置于所述双层结构的内部。
优选地，所述电机驱动模块包括第一盖板、柱形壳体、第二盖板、电机固定板、电机和所述带轮，所述第一盖板固定于所述柱形壳体的一端，所述第二盖板固定于所述柱形壳体的另一端，所述电机固定板、所述电机和所述带轮均设置于所述柱形壳体的内部，所述电机固定板与所述第一盖板固定连接，所述电机固定于所述电机固定板上，所述电机的输出轴穿过所述电机固定板内侧设置的圆孔与所述带轮通过平键固定连接，所述柱形壳体靠近所述外骨骼食指模块的一侧开设有一圆孔，所述圆孔用于穿过所述钢丝。
优选地，所述掌托模块包括掌托板和所述导向板，所述电机驱动模块固定于所述掌托板和所述导向板之间，所述掌托板的下侧设有能够托住患者的手掌的向内的弧度，所述导向板与所述固定板固定连接，所述导向板的下侧开设有一竖向设置的内嵌导轨，所述外骨骼拇指模块能够在所述内嵌导轨内上下滑动并能够相对于所述导向板转动。
优选地，所述外骨骼拇指模块包括固定连接的内嵌滑块和外骨骼拇指固定板，所述外骨骼拇指模块通过所述内嵌滑块能够沿所述内嵌导轨上下滑动，所述内嵌滑块能够在所述内嵌导轨内转动。
优选地，所述外骨骼拇指固定板为弧形板，所述外骨骼拇指固定板上开设有第二槽口。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
1、通过固定拇指弯曲食指的方式帮助患者康复日常生活中应用最广泛的手部抓握功能，从而改善患者的独立生活能力。
2、根据关节功能锻炼的康复医学概念并结合患者实际康复需求研制而成，装置简单轻便，有效地克服了现有手指外骨骼康复机器人的机构复杂问题，更好地针对日常生活中使用频率最高的抓握运动进行康复训练，使得康复运动更加有效，康复过程更短。
3、外骨骼食指模块的近端指骨连接板、中间指骨连接板、远端指骨连接板均设置在食指侧面且近端指骨连接板、中间指骨连接板、远端指骨连接板与食指通过尼龙扎带交互，能够实现食指外骨骼关节旋转中心与食指关节旋转中心的精准对齐，并确保作用力始终垂直于指骨，从而避免了对食指造成挤压、磨损等二次伤害。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明手指外骨骼康复机器人的结构示意图；
图2为本发明外骨骼食指模块的结构示意图；
图3为本发明电机驱动模块的结构示意图；
其中：1-固定板，2-第一限位块，3-第二限位块，4-固定板弹性绳挂钩，5-第一弹性绳，6-远端指骨连接板，7-中间指骨连接板，8-近端指骨连接板，9-远端指骨连接板弹性绳挂钩，10-中间指骨连接板弹性绳挂钩，11-近端指骨连接板近侧弹性绳挂钩，12-近端指骨连接板远侧弹性绳挂钩，13-第二弹性绳，14-钢丝槽，15-钢丝挂钩，16-钢丝，17-横向固定板，18-第一槽口，19-第一角度传感器，20-第二角度传感器，21-垫片，22-第一盖板，23-第二盖板，24-柱型壳体，25-电机固定板，26-电机，27-带轮，28-平键，29-圆孔，30-掌托板，31-导向板，32-内嵌导轨，33-内嵌滑块，34-外骨骼拇指固定板，35-第二槽口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”和“右”指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位和位置关系，仅仅是为了方便描述的结构和操作方式，而不是指示或者暗示所指的部分必须具有特定的方位、以特定的方位操作，因而不能理解为对本发明的限制。
本发明的目的是提供一种手指外骨骼康复机器人，以解决现有技术存在的问题，通过固定拇指弯曲食指的方式帮助患者康复日常生活中应用最广泛的手部抓握功能，从而改善患者的独立生活能力。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-图3所示：本实施例提供了一种手指外骨骼康复机器人，包括外骨骼食指模块、外骨骼拇指模块、固定板1、掌托模块和电机驱动模块，外骨骼食指模块与固定板1铰接，掌托模块和电机驱动模块均与固定板1固定连接，电机驱动模块固定于掌托模块的上侧并能够驱动外骨骼食指模块转动，外骨骼拇指模块设置于掌托模块的导向板31上并与导向板31滑动连接。
具体地，外骨骼食指模块包括通过铰链依次连接的远端指骨连接板6、中间指骨连接板7和近端指骨连接板8，铰链优选为第一弹性绳5，以实现外骨骼食指模块食指各关节旋转，从而实现食指各关节的被动弯曲。具体地，远端指骨连接板6上设有远端指骨连接板弹性绳挂钩9，中间指骨连接板7上设有中间指骨连接板弹性绳挂钩10，近端指骨连接板8的一端设有近端指骨连接板近侧弹性绳挂钩11，近端指骨连接板8的另一端设有近端指骨连接板远侧弹性绳挂钩12，第一弹性绳5的一端固定于近端指骨连接板远侧弹性绳挂钩12上，第一弹性绳5的另一端绕中间指骨连接板弹性绳挂钩10一圈后固定于远端指骨连接板弹性绳挂钩9上。远端指骨连接板6和近端指骨连接板7的上侧均设有钢丝槽14，远端指骨连接板6的钢丝槽14内设有钢丝挂钩15，钢丝挂钩15用于固定钢丝16的一端，钢丝16的另一端固定于电机驱动模块的带轮27上，通过电机26带动带轮27旋转，从而拉动钢丝16实现食指各关节被动伸展。远端指骨连接板6、中间指骨连接板7和近端指骨连接板8的上侧均设有一横向固定板17，横向固定板17上开设有第一槽口18，尼龙扎带穿过第一槽口18以固定食指的近端指骨、中间指骨及远端指骨，使得患者的食指能够跟随外骨骼食指模块进行运动，通过尼龙扎带与食指交互能够提升患者的使用舒适性。
固定板1的内侧自上而下倾斜设有第一限位块2和第二限位块3，外骨骼食指模块的近端指骨连接板的下端设置于第一限位块1和第二限位块2之间，第一限位块1和第二限位块2用于限制外骨骼食指模块各关节过度弯曲伸展，具体地，第一限位块1和第二限位块2用于限制外骨骼食指模块相对于固定板1的转动角度，转动角度优选为±15°。固定板1上还设有固定板弹性绳挂钩4，固定板弹性绳挂钩4通过第二弹性绳13与外骨骼食指模块的近端指骨连接板近侧弹性绳挂钩11连接。第一弹性绳5和第二弹性绳13均优选为橡胶绳，通过更换不同弹性系数的第一弹性绳5和第二弹性绳13可以控制外骨骼食指模块各关节的被动弯曲力度，以适应同一患者的各康复阶段或不同患者的康复状态。
远端指骨连接板弹性绳挂钩9处通过螺钉固定连接有第一角度传感器19，近端指骨连接板远侧弹性绳挂钩12处通过螺钉固定连接有第二角度传感器20，用于检测手指关节角度变化，以判断是否抓住物体。近端指骨连接板近侧弹性绳挂钩11处通过螺钉固定连接有一垫片21，近端指骨连接板8通过垫片21及螺钉与固定板1形成铰链连接。远端指骨连接板6和近端指骨连接板8均为双层结构，作用在于隔离食指和钢丝16、第一弹性绳5以及第二弹性绳13，防止康复过程中钢丝16、第一弹性绳5以及第二弹性绳13与食指产生摩擦等二次损害。第一角度传感器19、第二角度传感器20、垫片21、钢丝槽14和钢丝挂钩15均设置于双层结构的内部，双层结构的里层在第一角度传感器19、第二角度传感器20以及钢丝挂钩15处均打有圆孔，以方便对第一角度传感器19、第二角度传感器20和钢丝16进行固定。
电机驱动模块为上置式电机驱动模块，具体包括第一盖板22、第二盖板23、柱形壳体24、电机固定板25、电机26和带轮27。第一盖板22通过螺钉固定于柱形壳体24的一端，第二盖板23通过螺钉固定于柱形壳体24的另一端，以保证电机26相对柱型壳体24的位置不变。柱型壳体24通过螺钉固定连接于掌托模块的掌托板30和导向板31之间。电机固定板25、电机26和带轮27均设置于柱形壳体24的内部，电机固定板25与第一盖板22的内侧通过螺钉固定连接，电机26固定于电机固定板25上，电机26的输出轴穿过电机固定板25内侧设置的圆孔使电机26与电机固定板25内侧贴合并通过螺钉连接固定，电机26的输出轴与带轮27通过平键28固定连接。柱形壳体24靠近外骨骼食指模块的一侧开设有一圆孔29，圆孔29用于穿过钢丝16。
掌托模块包括掌托板30和导向板31，掌托板30的下侧设有能够托住患者的手掌的向内的弧度，导向板31与固定板1通过螺钉固定连接，用于托住手掌以保持手指外骨骼康复机器人与患者手部适当的相对位置。导向板31的下侧开设有一竖向设置的内嵌导轨32，外骨骼拇指模块能够在内嵌导轨32内上下滑动并能够相对于导向板31转动。具体地，外骨骼拇指模块包括通过螺钉固定连接的内嵌滑块33和外骨骼拇指固定板34，外骨骼拇指固定板34用于固定患者的拇指，外骨骼拇指模块通过内嵌滑块33能够沿内嵌导轨32上下滑动，且内嵌滑块33优选为圆形，内嵌滑块33能够在嵌导轨32内转动。通过调整内嵌滑块33的位置以适应不同手部尺寸。外骨骼拇指固定板34为弧形板，弧形板能够保证患者的拇指穿过，外骨骼拇指固定板34上开设有第二槽口35，拇指通过尼龙扎带穿过第二槽口35与外骨骼拇指固定板34进行固定，以保证拇指相对被抓握物体位置不变。
本实施例中的手指外骨骼康复机器人根据关节功能锻炼的康复医学概念并结合患者实际康复需求研制而成，通过固定拇指弯曲食指的方式帮助患者康复日常生活中应用最广泛的手部抓握功能，从而改善患者的独立生活能力；装置简单轻便，有效地克服了现有手指外骨骼康复机器人的机构复杂问题，更好地针对日常生活中使用频率最高的抓握运动进行康复训练，使得康复运动更加有效，康复过程更短；外骨骼食指模块的近端指骨连接板8、中间指骨连接板7、远端指骨连接板6均设置在食指侧面且近端指骨连接板8、中间指骨连接板7、远端指骨连接板6与食指通过尼龙扎带交互，能够实现食指外骨骼关节旋转中心与食指关节旋转中心的精准对齐，并确保作用力始终垂直于指骨，从而避免了对食指造成挤压、磨损等二次伤害。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种手指外骨骼康复机器人，其特征在于：包括外骨骼食指模块、外骨骼拇指模块、固定板、掌托模块和电机驱动模块，所述外骨骼食指模块与所述固定板铰接，所述掌托模块和所述电机驱动模块均与所述固定板固定连接，所述电机驱动模块固定于所述掌托模块的上侧并能够驱动所述外骨骼食指模块转动，所述外骨骼拇指模块设置于所述掌托模块的导向板上并与所述导向板滑动连接。
2.根据权利要求1所述的手指外骨骼康复机器人，其特征在于：所述外骨骼食指模块包括通过第一弹性绳依次连接的远端指骨连接板、中间指骨连接板和近端指骨连接板，所述远端指骨连接板上设有远端指骨连接板弹性绳挂钩，所述中间指骨连接板上设有中间指骨连接板弹性绳挂钩，所述近端指骨连接板的一端设有近端指骨连接板近侧弹性绳挂钩，所述近端指骨连接板的另一端设有近端指骨连接板远侧弹性绳挂钩，所述第一弹性绳的一端固定于所述近端指骨连接板远侧弹性绳挂钩上，所述第一弹性绳的另一端绕所述中间指骨连接板弹性绳挂钩一圈后固定于所述远端指骨连接板弹性绳挂钩上，所述远端指骨连接板和所述近端指骨连接板的上侧均设有钢丝槽，所述远端指骨连接板的钢丝槽内设有钢丝挂钩，所述钢丝挂钩用于固定钢丝的一端，所述钢丝的另一端固定于所述电机驱动模块的带轮上。
3.根据权利要求2所述的手指外骨骼康复机器人，其特征在于：所述固定板的内侧自上而下倾斜设有第一限位块和第二限位块，所述近端指骨连接板的下端设置于所述第一限位块和所述第二限位块之间，所述第一限位块和所述第二限位块用于限制所述外骨骼食指模块相对于所述固定板的转动角度。
4.根据权利要求2所述的手指外骨骼康复机器人，其特征在于：所述固定板上还设有固定板弹性绳挂钩，所述固定板弹性绳挂钩通过第二弹性绳与所述近端指骨连接板近侧弹性绳挂钩连接。
5.根据权利要求2所述的手指外骨骼康复机器人，其特征在于：所述远端指骨连接板、所述中间指骨连接板和所述近端指骨连接板的上侧均设有一横向固定板，所述横向固定板上开设有第一槽口。
6.根据权利要求2所述的手指外骨骼康复机器人，其特征在于：所述远端指骨连接板弹性绳挂钩处设有第一角度传感器，所述近端指骨连接板远侧弹性绳挂钩处设有第二角度传感器，所述近端指骨连接板近侧弹性绳挂钩处设有一垫片，所述远端指骨连接板和所述近端指骨连接板均为双层结构，所述第一角度传感器、所述第二角度传感器、所述垫片、所述钢丝槽和所述钢丝挂钩均设置于所述双层结构的内部。
7.根据权利要求2所述的手指外骨骼康复机器人，其特征在于：所述电机驱动模块包括第一盖板、柱形壳体、第二盖板、电机固定板、电机和所述带轮，所述第一盖板固定于所述柱形壳体的一端，所述第二盖板固定于所述柱形壳体的另一端，所述电机固定板、所述电机和所述带轮均设置于所述柱形壳体的内部，所述电机固定板与所述第一盖板固定连接，所述电机固定于所述电机固定板上，所述电机的输出轴穿过所述电机固定板内侧设置的圆孔与所述带轮通过平键固定连接，所述柱形壳体靠近所述外骨骼食指模块的一侧开设有一圆孔，所述圆孔用于穿过所述钢丝。
8.根据权利要求1所述的手指外骨骼康复机器人，其特征在于：所述掌托模块包括掌托板和所述导向板，所述电机驱动模块固定于所述掌托板和所述导向板之间，所述掌托板的下侧设有能够托住患者的手掌的向内的弧度，所述导向板与所述固定板固定连接，所述导向板的下侧开设有一竖向设置的内嵌导轨，所述外骨骼拇指模块能够在所述内嵌导轨内上下滑动并能够相对于所述导向板转动。
9.根据权利要求8所述的手指外骨骼康复机器人，其特征在于：所述外骨骼拇指模块包括固定连接的内嵌滑块和外骨骼拇指固定板，所述外骨骼拇指模块通过所述内嵌滑块能够沿所述内嵌导轨上下滑动，所述内嵌滑块能够在所述内嵌导轨内转动。
10.根据权利要求9所述的手指外骨骼康复机器人，其特征在于：所述外骨骼拇指固定板为弧形板，所述外骨骼拇指固定板上开设有第二槽口。
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