CN110665192B - 一种康复型外骨骼手套机器人 - Google Patents

一种康复型外骨骼手套机器人 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种康复型外骨骼手套机器人，应用于医疗康复领域，由拇指机构，食指机构和控制系统组成，整个机构装置固定在胶皮手套上，食指机构由前端尼龙扣带将食指末端固定，拇指机构由前端尼龙扣带将拇指固定，气动元件1驱动食指连杆机构，实现食指机构的弯曲和伸直，气动元件2驱动拇指连杆机构，实现拇指机构的弯曲和伸直，该发明的设计目的是帮助使用者完成抓取动作，进而帮助使用者更好的恢复手指关节的损伤。本发明采用单自由度连杆机构，实现食指和拇指的主动屈伸。这大大降低了系统的总体重量和大小，使其适合长期使用。

Description

一种康复型外骨骼手套机器人
技术领域
本发明属于康复医疗器械领域，特别涉及一种康复型外骨骼手套机器人可应用于手部关节损伤、手指不够灵活等患者早期康复技术领域。
背景技术
手部骨关节损伤主要包括掌骨骨折和指骨骨折。若不能及时的治疗，会导致不同程度的生活能力、劳动能力丧失。而实际上给予此类患者及时的康复治疗，患者可以基本上恢复手部的运动功能，不影响正常的生活和劳动，目前市面上缺少康复型的外骨骼机器人对于手部关节损伤的康复，即便是有，也存在以下几大缺点：1.价格昂贵，需要复杂的设备支持，不适合在日常生活中使用和携带。2.外骨骼手套的连接框架放在手指和手面的顶部，手套笨重，在长时间的操作过程中会增加用户的疲劳感。3.用柔性材料代替刚性材料，虽然减轻了重量，但时无法为人类手指指提供自然的屈曲和伸展轮廓，仅能够实现完全张开或握紧拳头的基本操作。因此为了解决上述的几种问题，提出该型外骨骼手套机器人。
发明内容
针对目前市场上产品的不足，本发明提出了一种康复型外骨骼手套机器人。
本发明的技术方案：
该系统由食指机构，拇指机构和控制系统组成；
所述食指机构：包括气压缸作为动力源；6个连杆协同配合，头部由尼龙搭扣固定手指末端，实现整个食指的弯曲和伸展；尼龙搭扣内侧放有力传感器和震动电机，来帮助患者感受动作是否完成。
所述拇指机构：包括气压缸作为动力源；4个连杆协同配合，头部由尼龙搭扣固定手指末端，实现整个拇指的弯曲和伸展；尼龙搭扣内侧放有力传感器和震动电机，来帮助患者感受动作是否完成。
所述控制系统：包括主机和控制器；主机通过气压缸推动拇指和食指结构，带动拇指和食指发生夹取的动作，由转动处的传感器感受转过的角度，由机构前端的力传感器感受作用力的大小，引导穿戴者被动的沿设定轨迹运动，帮助患者主动运动训练及阻抗运动训练。
所述尼龙搭扣的内侧安装有振子，通过控制系统控制实现其振动，提示患者完成训练动作。
发明的工作原理为：患者手指关节受伤后，不能正常的弯曲和伸直，将该外骨骼手套戴到患者手上，通过气压缸改变连杆的角度，即可实现患者手部姿态的改变，整个机构辅助人体的拇指和食指同时弯曲来实现夹取的动作，控制系统控制安装于尼龙搭扣内侧的振子振动，提示患者完成夹取的动作。
本发明相对于现有技术具有以下有益效果：
外骨骼手套具有手部的运动轨迹和手指之间的耦合关系，帮助手指受伤的患者完成基本手部夹取动作，能够帮助患者快速的恢复因手部关节损伤而造成的手指灵活性的下降的问题，利用多个连杆机构，通过连杆之间自身的耦合关系实现手指关节的屈伸。另外，本发明采用连杆机构，整体机构小巧，穿戴方便，易于携带，使用灵活。
针对患者手部受伤的早期，提供患者康复性的训练，活动手指关节，训练患者手指神经的控制能力和肌肉的运动能力，防止肌肉废用性萎缩和维持关节的灵活性；食指和拇指机构前端尼龙搭扣内安装有振子，对患者产生刺激，提高神经的控制能力；通过气压缸的主动控制，实现手指关节康复训练机器人的功能，使患者快速的恢复生活能力。
附图说明
图1是本发明的结构图
图2是本发明食指机构主视图
图3是本发明拇指机构主视图
图中1-第一气压缸，2-第一挡板，3-第一机械骨架，4-第一滑块，5-第一连杆，6-第二连杆，7-第一约束连杆，8-第三连杆，9-第四连杆，10-第五连杆，11-第二气压缸，12-第二挡板，13-第二滑块，14-第六连杆，15-第七连杆，16-第二约束连杆，17-第八连杆，18-第一尼龙搭扣，19-第二尼龙搭扣，20-第二机械骨架，21-绑带，22-胶皮手套。
具体实施方式
本发明提供了一种康复型外骨骼手套机器人，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
本发明的机构如图1所示，主要分为食指机构，拇指机构，控制系统三个部分。
所述食指机构：控制器控制第一气压缸1的缸芯作往复直线运动，第一气压缸1固定在第一挡板2上，第一挡板2固定在第一机械骨架3上，气压缸的缸芯推动第一滑块4，第一滑块4和第一连杆5铰接，第一连杆5和第二连杆6铰接，第二连杆6和第一机械骨架3铰接，第二连杆6可绕和第一机械骨架3连接处的转动副转动，该转动副处接有传感器，可感知第二连杆6转过的角度，以便确定连杆所移动的位置，避免转过的角度超过食指所能转动的最大角度，第三连杆8和第二连杆6铰接，在没有第一约束连杆7的作用下，第三连杆8可绕和第二连杆6连接处的转动副自由转动，第五连杆10和第三连杆8铰接，在没有第四连杆9的作用下，第五连杆10可绕和第三连杆8连接处的转动副自由转动，第一约束连杆7的一端铰接在第一机械骨架3上，可绕和第一机械骨架3连接处转动，另一端则铰接在第三连杆8上，由于第一约束连杆7的作用下，第三连杆8和第二连杆6之间只能转过一个相对固定的角度，和正常人手转过的角度相吻合，第四连杆9的工作原理类似于第一约束连杆7，第四连杆9的一端铰接在第二连杆6上，另一端则铰接在第五连杆10上，这样在约束第四连杆9的限制下，第五连杆10相对于第三连杆8只能转过一定的角度，这也和手指的自然弯曲角度相吻合，避免因机械装置的弯曲角度过大，导致手指受伤，在气压缸的缸芯推动下，第一滑块4作往复指向运动，推动第一连杆5，在第一连杆5的带动下，第二连杆6会发生一个小角度的偏转，由于第二连杆6发生转动便会带动第三连杆8发生转动，由于约束第一约束连杆7的一端和机架连接，另一端便会推动第三连杆8和第二连杆6连接处的转动副转动，在第三连杆8的转动下，通过第四连杆9的作用，会导致第五连杆10和第三连杆8连接处的转动副转动，最后由于第二尼龙搭扣19固定在第五连杆10上面，食指穿在第二尼龙搭扣19里面，最终带动食指向下弯曲。
所述拇指机构：拇指机构的工作原理类似于食指机构，第二气压缸11固定在第二挡板12上，第二挡板12固定在第二机械骨架20上，控制器控制气压缸的缸芯推动第二滑块13，第二滑块13和第六连杆14铰接，第七连杆15的一端和第六连杆14、第二机械骨架20铰接，第七连杆15与第二机械骨架20的连接处安装有传感器装置，可以感知第二约束连杆16所转过的角度，以便确定第二约束连杆16所移动的位置，避免转过的角度超过拇指所能转动的最大角度，另一端则与第八连杆17铰接，在没有第二约束连杆16的限制下，第八连杆17可绕第七连杆15作自由转动，第二约束连杆16类似于食指机构中的第一约束连杆7的作用，第二约束连杆16的一端和第二机械骨架20铰接，另一端则与第八连杆17铰接，由于第二约束连杆16的限制下，第八连杆17只能相对于第七连杆15作一定角度的转动，和正常人手所能转过的角度相吻合，控制器控制气压缸的缸芯作直线运动，带动第二滑块13作往复直线运动推动第六连杆14，在第六连杆14的移动下，第七连杆15绕其和第二机械骨架20的连接处转动，在第七连杆15的转动下，会带动第二约束连杆16的转动，由于第二约束连杆16的一端固定在第二机械骨架20上，另一端会推动第八连杆17作一个小角度的转动，由于第一尼龙搭扣18固定在第八连杆17上面，拇指穿在第一尼龙搭扣18里面，最终带动拇指的弯曲。
所述控制系统：包括主机和控制器；主机通过控制气压缸推动拇指和食指结构发生弯曲，机构会引导穿戴者被动的沿设定轨迹运动，帮助患者完成夹取动作的训练，恢复手部关节弯曲和伸直的功能。
在第一尼龙搭扣18和第二尼龙搭扣19的内里，安装有振动电机，当机械装置夹取物件时，振动电机会发生振动，提示穿戴者动作的完成。
由于气压缸的存在，整个装置还配有气罐和压缩机，为气压缸提供气体支撑，帮助气压缸的缸芯作往复直线运动。

Claims (4)

1.一种康复型外骨骼手套机器人，由食指机构，拇指机构和控制系统组成，其特征在于，
所述食指机构：第一气压缸(1)固定在第一挡板(2)上，第一挡板(2)固定在第一机械骨架(3)上，气压缸缸芯推动第一滑块(4)作直线运动，第一滑块(4)和第一连杆(5)铰接，第一连杆(5)和第二连杆(6)铰接，第二连杆(6)和第一机械骨架(3)铰接，第二连杆(6)可绕和第一机械骨架(3)连接处的转动副转动，该转动副处接有传感器，可感知第二连杆(6)转过的角度，第三连杆(8)和第二连杆(6)铰接，可绕连接处的转动副转动，第五连杆(10)和第三连杆(8)铰接，可绕连接处的转动副转动，第一约束连杆(7)的一端铰接在第一机械骨架(3)上，另一端则铰接在第三连杆(8)上，在第一连杆(5)的推动下，第二连杆(6)发生一个小角度的偏转，在第二连杆(6)转动下，会带动第一约束连杆(7)转动，由于第一约束连杆(7)的一端与机架连，另一端就会推动第三连杆(8)转动，第四连杆(9)的一端铰接在第二连杆(6)上，另一端铰接在第五连杆(10)上，在第二连杆(6)的带动下，第四连杆(9)会推动第五连杆(10)发生转动，第二尼龙搭扣(19)固定在第五连杆(10)的一端，食指穿在第二尼龙搭扣(19)里面，最终带动食指向下的弯曲；
所述拇指机构：第二气压缸(11)固定在第二挡板(12)上，第二挡板(12)固定在第二机械骨架(20)上，气压缸缸芯推动第二滑块(13)，第二滑块(13)和第六连杆(14)铰接，第七连杆(15)的一端边缘处和第六连杆(14)铰接，第七连杆(15)这一端的中心位置和第二机械骨架(20)铰接，另一端则与第八连杆(17)铰接，第二约束连杆(16)的一端和第二机械骨架(20)铰接，另一端则与第八连杆(17)铰接，第一尼龙搭扣(18)固定在第八连杆(17)的一端，拇指穿在第一尼龙搭扣(18)里面，气压缸推动第二滑块(13)作直线运动，第二滑块(13)带动第六连杆(14)转动，第六连杆(14)带动第七连杆(15)转动，在第七连杆(15)的转动下，会带动第二约束连杆(16)的转动，由于第二约束连杆(16)的一端固定在第二机械骨架(20)上，另一端会推动第八连杆(17)转动，由于第一尼龙搭扣(18)固定在第八连杆(17)上，拇指穿在第一尼龙搭扣(18)里面，最终带动拇指的弯曲；
所述控制系统：包括主机和控制器；主机通过控制气压缸推动拇指和食指结构发生弯曲，机构会引导穿戴者被动的沿设定轨迹运动，帮助患者完成夹取动作的训练，恢复手部关节弯曲和伸直的功能。
2.根据权利 要求1所述的一种康复型外骨骼手套机器人，其特征在于，所述的第一尼龙搭扣(18)和第二尼龙搭扣(19)的内侧安装有振子，通过控制系统控制实现其振动，提示患者完成训练动作。
3.根据权利 要求1所述的一种康复型外骨骼手套机器人，其特征在于，第二连杆(6)和第一机械骨架(3)连接处和第七连杆(15)和第二机械骨架(20)处，都安装有角度传感器，可分别感知第二连杆(6)和第七连杆(15)转过的角度。
4.根据权利 要求1所述的一种康复型外骨骼手套机器人，其特征在于，食指机构和拇指机构由绑带(21)共同固定在胶皮手套(22)上面。
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