CN110731880B - 一种柔性康复外骨骼手套 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柔性康复外骨骼手套，涉及康复训练装置领域，包括一个可套在手掌上的手掌固定托套、绑带和五组铰链手指。本发明为康复后期已经具有一定手指肌力的病患提供的一个主动抓握锻炼肌力和伸展手指的训练器，也是一个为处于康复初期，手指肌力和活动程度都很低的病患提供的配合拉线手套用于被动康复训练和生活辅助的康复柔性外骨骼，本发明外骨骼可通过更换不同钢度的铰链进行不同强度的抓握分指等手指运动，还能牵拉打开角度不够的手指防止肌肉萎缩，可自主进行主被动康复训练，大大降低医护人员工作强度，对于不同阶段病患的适应度更好，不同病症的病患也有不同的适应场景。
Description
技术领域
本发明属于康复训练装置领域，涉及由于脑卒中，肌无力等疾病导致的手指肌力受损后辅助训练手指肌力的康复训练装置领域，尤其是涉及为防止病患手部姿势不正确，无法正常打开手指的一种柔性康复外骨骼手套。
背景技术
脑卒中又称中风，是一种急性脑血管疾病，是由于脑部血管突然破裂或因血管阻塞导致血液不能流入大脑而引起脑组织损伤的一种疾病。脑卒中后80％的患者出现上肢功能障碍，其中只有三分之一的患者偏瘫上肢可以恢复功能。大量临床试验证明，高重复性的运动训练可以有效地提高脑卒中患者上肢的运动能力。
脑卒中，神经损伤等造成手指功能的损伤，会极大的降低整个上肢的功能。针对手指肌力下降甚至是丧失的病人，现有康复方案一般是医护人员辅助训练。当患者进行主动训练时，一般采用康复医师辅导进行训练的方式，往往简单的锻炼肌力需要医师进行配合。患者进行被动训练时，现有被动康复训练外骨骼大都具有过于笨重，顺应性差，活动角度小、不够舒适等缺点，不能良好辅助患者进行力量训练，对于应该刺激到的肌群也因活动角度较小而效果不好，致使延长患者康复时期，加重康复医师工作。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种柔性康复外骨骼手套，可满足用户多维度动作、不同力量强度的训练需求，适应多种场景的康复需求，提升用户的投入度。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种可用于患者的主、被动康复训练，帮助恢复手指的肌力，完成手指的伸展、牵张、固定功能的新型柔性康复外骨骼手套。
为实现上述目的，本发明提供了一种柔性康复外骨骼手套，其特征在于，包括一个可套在手掌上的手掌固定托套、绑带和五组铰链手指；所述绑带包括短绑带和长绑带；所述铰链手指包括指尖套、所述短绑带、柔性铰链、连接块和摆动块；所述柔性铰链包括短铰链、近端铰链和远端铰链；所述连接块包括近端连接块、中间连接块和远端连接块；
所述手掌固定托套在五指朝向方向设有凹槽，所述摆动块的一端插入所述凹槽内并通过螺钉螺母与所述手掌固定托套相连，所述摆动块的另一端与所述短铰链相连，所述短铰链通过所述近端连接块与所述近端铰链相连，所述近端铰链通过所述中间连接块与所述远端铰链相连，所述远端铰链的另一端与所述远端连接块相连，所述指尖套通过所述短绑带与所述远端连接块相连。
进一步地，所述摆动块、所述近端连接块、所述中间连接块和所述远端连接块都设有开槽用于连接所述柔性铰链，所述摆动块的所述开槽设在上部，所述近端连接块的所述开槽设在下部和前部，所述中间连接块的所述开槽前后贯通，所述远端连接块的所述开槽设在后部，所述柔性铰链插入所述开槽内并通过螺钉上紧固定、调整长度，所述远端连接块的前部设有用于连接所述短绑带的方形孔。
进一步地，所述手掌固定托套采用契合人手部轮廓的形状设计，穿戴时可填充一层泡棉增加舒适度，所述手掌固定托套后端两侧开有连接所述长绑带的孔，在五指朝向的方向处设有连接手指所述摆动块的所述凹槽。
进一步地，所述手掌固定托套通过螺钉螺母连接可摆动的五组所述摆动块，由所述摆动块提供的自由度使得手指在水平方向上可以进行摆动，实现分指运动，所述摆动块可通过螺母上紧而固定于特定位置，不上紧时的所述摆动块可自由摆动，在使用者穿戴上后，所述摆动块可随手指的摆动而摆动，完成带有阻尼的分指抓握训练。
进一步地，所述短铰链与手掌平面呈90°，使得手指部分的所述外骨骼手套抬高空间，防止接触到手指表面，所述短铰链的弯曲阻尼大于所述近端铰链和所述远端铰链的弯曲阻尼；
基于抓握时近节指骨与手掌呈现约90°，所述近端铰链为圆弧形，贴合关节变化曲线并提供弯曲强度，通过与所述短铰链的共同作用，角度达到拟合手掌背与近端指节的变换轮廓；
基于抓握时远端指骨与手掌能达到约180°的角度，所述远端铰链呈S型，拟合近端指节关节与远端指节的变换轮廓并提供弯曲强度。
进一步地，所述柔性铰链可以通过调节长度以适应不同使用者的手部尺寸，也可通过更换不同钢度的铰链来提供不同的弯曲阻尼以适应不同康复阶段的患者人群。
进一步地，通过所述长绑带固定使用者的手掌部分，通过所述指尖套固定指尖部分，所述指尖套采用可调节松紧的魔术贴或皮具。
进一步地，每个部件都可单独拆卸更换，所述柔性铰链的连接长度可根据病患手指长度调整，五组所述铰链手指独立互不干涉，可完成各种训练任务。
进一步地，与人手配合使用的方式有两种：在主动训练的模式下，使用所述长绑带缠绕住使用者的手掌部分达到固定手掌的目的，使用所述指尖套缠绕住患者的指尖达到固定指尖的目的；
在被动康复训练和生活辅助的模式下，使用者首先佩戴电动拉线手套，使用所述长绑带缠绕住佩戴了所述电动拉线手套的使用者的手掌部分达到固定手掌的目的，使用所述指尖套缠绕住佩戴了电动拉线手套的使用者的指尖达到固定指尖的目的。
进一步地，配套使用的所述电动拉线手套仅需具备手指下侧的单侧拉线即可，反方向的回弹力由所述外骨骼手套提供。
本发明的有益效果是，与现有技术相比，本发明为康复后期已经具有一定手指肌力的病患提供的一个主动抓握锻炼肌力和伸展手指的训练器，也是一个为处于康复初期，手指肌力和活动程度都很低的病患提供的配合拉线手套用于被动康复训练和生活辅助的康复柔性外骨骼，本发明外骨骼可通过更换不同钢度的铰链进行不同强度的抓握分指等手指运动，还能牵拉打开角度不够的手指防止肌肉萎缩，可自主进行主被动康复训练，大大降低医护人员工作强度，对于不同阶段病患的适应度更好，不同病症的病患也有不同的适应场景。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。提供这些说明的目的仅在于帮助解释本发明，不应当用来限制本发明的权利要求的范围。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的柔性康复外骨骼手套的等轴测视图；
图2是本发明的一个较佳角度的康复柔性外骨骼手套的单根手指铰链侧视图；
图3是本发明的一个较佳角度的康复柔性外骨骼手套的用于患者分指训练的摆动块侧视图；
图4是本发明用于被动训练和生活辅助模式下配合电动拉线手套的等轴测视图；
图5是本发明的一个展示拉线手套下侧走线的示意图。
其中，1-远端连接块，2-指尖套，3-短绑带，4-远端铰链，5-中间连接块，6-近端铰链，7-近端连接块，8-短铰链，9-摆动块，10-手掌固定托套，11-长绑带，12-拉线手套的牵拉线，13-拉线手套，14-驱动电机，121-拉线，131、132、133、134-手套内部走线的指节套。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例进一步详细描述本发明。应理解，实施方式只是为了举例说明本发明，而非以任何形式限制发明的范围。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
本发明提供一种柔性康复外骨骼手套，主要用于偏瘫，类风湿关节变形等导致的手指打不开、手指肌力不足等手部功能缺失，通过铰链提供的拉力牵伸手指，为脑卒中后期康复训练恢复手指肌力。在患者康复后期具有一定手指肌力的主动康复时，由柔性铰链提供弹性阻尼实现锻炼手指肌力的功能，使患者完成整套的抓握伸展等运动。在病患自主抓握训练时，提供阻力以达到锻炼肌力的目的；放松时，提供回弹力能回复到手部完全打开的位置，充分拉伸手部肌肉防止肌肉萎缩退化。对于严重偏瘫风湿性关节炎等导致手指无法打开的患者，可更换大强度铰链以达到牵引手指张开，防止肌肉萎缩的目的。根据摆动块固定的功能位置的不同，也可完成一些简单抓、握、勾动作。对于脑卒中偏瘫后期具有一定肌力的患者，帮助其恢复手指肌力，可以使用弹性依次增大的柔性铰链，应用在不同的恢复时期以达到更好的锻炼手指肌力的效果。
本发明根据不同的使用需求提出两种使用情景。为康复后期已经具有一定手指肌力的病患提供的一个主动抓握锻炼肌力和伸展手指的训练器；为处于康复初期，手指肌力和活动程度都很低的病患提供的配合拉线手套用于被动康复训练和生活辅助的康复柔性外骨骼。单独使用本发明描述的柔性康复外骨骼可以为患者锻炼手指肌力提供阻尼，并为手指无法打开的病患提供手指的牵拉力以达到手指伸展、向后拉伸的功能。在与电动拉线手套配合的情况下，可以为恢复情况更差的病患提供被动训练，由内侧有拉线的手套配合电机及控制系统提供拉力实现使手指抓握的功能，在需要放松时，拉线放松，手指会由于柔性康复外骨骼上柔性铰链的回弹力回复到初始位置，由此原理完成对于病患的被动康复训练和不同控制策略来实现生活辅助功能。本发明用于被动康复和生活辅助时，需要与拉线手套配合使用，由患者首先佩戴单侧拉线手套，再佩戴本发明的康复外骨骼，便能为单侧拉线手套无法提供手背处的拉力提供回弹力，使患者完成整套的抓握伸展等运动。
实施例一
如图1所示，本发明的结构由一个可套在手掌上的手掌固定托套、绑带和五组铰链手指组成。因为本发明五组铰链手指的结构相同，故仅描述与食指连接的铰链手指。如图1、2所示，本发明的组件包含2-指尖套、4，6，8-柔性铰链、1，5，7-连接块、 9-摆动块、10-手掌固定托套、3，11-绑带。其连接方式为：10-手掌固定托套在五指朝向方向设有凹槽，(如图3所示)9-摆动块一端插入凹槽通过螺钉螺母与10-手掌固定托套相连，9-摆动块的另一端设有开槽，8-短铰链插入9-摆动块的开槽内再通过螺钉固定在9-摆动块上；7-近端连接块的下方与前方都设有开槽，8-短铰链的另一端插入 7-近端连接块下方开槽内并通过螺钉固定，6-近端铰链的一端插入7-近端连接块的前方开槽并通过螺钉固定；5-中间连接块在前后方设有贯通的开槽，6-近端铰链的另一端插入5-中间连接块的后方开槽，4-远端铰链的一端插入5-中间连接块的前方开槽， 6-近端铰链和4-远端铰链都通过螺钉固定在5-中间连接块上；1-远端固定块的后端设有开槽，前端设有连接绑带的开孔，4-远端铰链的另一端插入1-远端固定块的后端的开槽并通过螺钉固定，3-短绑带穿过1-远端固定块前端设有连接绑带的开孔连接2-指尖套；10-手掌固定托套后端两侧开有连接11-长绑带的孔，10-手掌固定托套的五指朝向的方向处设置用于连接手指摆动块的连接槽，连接槽内部上下设置用于固定9-摆动块的螺孔，连接槽外部设有用于固定螺钉的螺母槽；连接8-短铰链与6-近端铰链的7- 近端连接块的手指朝向方向和其下方开有分别连接6-近端铰链和8-短铰链的开槽，分别都可通过各自内壁有螺纹的螺纹孔通过上紧螺钉控制长度；连接6-近端铰链与4-远端铰链的5-中间连接块在手指朝向的方向前后分别设置有开槽，连接块上部打孔至连接槽内，可通过螺钉上紧、调整长度、固定；4-远端铰链与3-短绑带所连接的1-远端连接块设有开槽和连接绑带用的方形孔，槽的上部打有螺纹孔，通过螺钉上紧4-远端铰链，另一侧的方形孔用于连接3-短绑带。
在主动训练的模式下，11-长绑带缠绕住患者手掌部分来固定患者手掌部分，2-指尖套缠绕患者指尖来固定指尖部分。中间三处铰链(4-远端铰链、6-近端铰链、8-短铰链)提供用于牵拉回弹的力，使患者完成牵拉伸展手指，提供抓握训练时的阻尼，为被动康复训练提供打开手指的回弹力。通过柔性铰链形变产生回弹力达到为患者自发的主动运动提供抓握阻力来锻炼手指肌力，以及提供患者手指向后拉伸的牵拉力。8- 短铰链与手掌平面呈90°，使得手指部分的外骨骼手套抬高空间以防止接触到手指表面，避免了手指皮肤磨损溃烂、干涉抓握运动。8-短铰链较4、6柔性铰链相比提供较大弯曲阻尼，达到对手指的拉伸作用和固定强度。基于抓握时近节指骨与手掌呈现约 90°，6-近端铰链通过手指抓握时近节指骨的曲线设计为圆弧形，由8-短铰链与6-近端铰链的共同作用角度达到较好的拟合手掌背与近端指节的曲线，贴合关节变化曲线也提供弯曲强度。4-远端铰链通过抓握时较大的关节角度变化而设计，抓握时远端指骨与手掌能达到约180°的角度，为了拟合抓握时指关节与远端指节的曲线变化而进行的特别设计，6-远端铰链呈现S型，贴合关节变化曲线也提供弯曲强度。在使用时，4、 6、8柔性铰链可以调节尺寸以适应不同人手尺寸，也可更换不同刚度的4、6、8柔性铰链来提供不同的弯曲阻尼以适应不同康复阶段的患者人群。如图3所示，10-手掌固定托套上通过螺钉螺母连接可摆动的五组9-摆动块，由9-摆动块提供的自由度使得手指在水平方向上可以进行摆动，使得使用者完成分指运动，9-摆动块可通过螺母上紧而固定于特定位置，不上紧时9-摆动块可自由摆动，在使用者穿戴上时可随手指的摆动而摆动，完成带有阻尼的分指抓握训练。
实施例二
如图4所示，在配合拉线手套的使用场景下，患者首先佩戴电动拉线手套，再佩戴本发明的外骨骼手套，11-长绑带缠绕住佩戴好电动拉线手套的患者手掌部分来固定患者手掌部分，2-指尖套缠绕住佩戴好电动拉线手套的患者指尖来固定指尖部分。
如图4、5所示，本发明用于被动康复和生活辅助时，需要与拉线手套配合使用。本实施例中的拉线手套配合使用情况为电机拉动绳索，带动手套以及铰链弯曲，实现手的内收功能，并在电机反转释放绳索时，利用铰链在弯曲过程中的储能，帮助手指恢复到初始伸展状态。绳索内嵌于手套中，从手指指骨两侧和指尖绕过，以食指为例，黑色圆圈部分为关节处，阴影部分为指骨处，绳索于指骨处从手套内层走线到手套外层，或从外层到内层，在绳索拉伸时，对手指的各个关节都能施加主动力，从而实现手指各关节的弯曲。
配套使用的拉线手套仅需具备手指下侧的单侧拉线即可，反方向的回弹力由本发明康复柔性外骨骼手套提供。描述中的电动拉线手套其特征在于配合使用的单侧拉线手套内部如图5所示：以食指为例，手套内部对应每个指节缝制用于打孔走线的指节套-131、132、133、134，每个指节套贴近指腹处设有走线孔，用于拉线-121穿过，当电机拉动拉线-121时，如图5所示的用于示范的食指就会向内弯曲，五根拉线同时拉动使得五根手指收缩完成抓握运动。
实施例的柔性康复外骨骼手套与手接触面积较小，仅有手掌与指尖与人手接触，五指运动独立互不干涉，可完成各种训练任务，在发挥自身功能的情况下使佩戴更舒适，透气效果良好，减少发生皮肤磨损溃烂感染等情况。
实施例充分考虑人因工程的运用，手掌固定托套采用契合人手部轮廓的形状设计，通过绑带固定，穿戴时可填充一层泡棉增加舒适度。使用者的指尖通过指套固定，指套采用可调节松紧的魔术贴或皮具。对于手掌无法打开的病患可更换强度更大的铰链以提供更大的牵张拉力，达到更好的拉伸、固定效果。对于手指肌力较小的病患做主动训练的场景下，可更换弯曲强度更小的柔性铰链，提供适量的弹性阻尼，以达到更好的训练效果。
实施例的柔性康复外骨骼手套应对不同手尺寸的病患有良好表现，每个部件都可单独拆卸更换，铰链的连接长度也可根据病患手指长度调整，通过柔性铰链提供的长度和曲线在抓握时拟合人手的弯曲轮廓，不会造成干涉手部运动，压迫皮肤等情况。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种柔性康复外骨骼手套，其特征在于，包括一个可套在手掌上的手掌固定托套、绑带和五组铰链手指；
所述绑带包括短绑带和长绑带；
所述铰链手指包括指尖套、所述短绑带、柔性铰链、连接块和摆动块；
所述柔性铰链包括短铰链、近端铰链和远端铰链；
所述连接块包括近端连接块、中间连接块和远端连接块；
所述手掌固定托套在五指朝向方向设有凹槽，所述摆动块的一端插入所述凹槽内并通过螺钉螺母与所述手掌固定托套相连，所述摆动块的另一端与所述短铰链相连，所述短铰链通过所述近端连接块与所述近端铰链相连，所述近端铰链通过所述中间连接块与所述远端铰链相连，所述远端铰链的另一端与所述远端连接块相连，所述指尖套通过所述短绑带与所述远端连接块相连；
所述摆动块、所述近端连接块、所述中间连接块和所述远端连接块都设有开槽用于连接所述柔性铰链，所述摆动块的所述开槽设在上部，所述近端连接块的所述开槽设在下部和前部，所述中间连接块的所述开槽前后贯通，所述远端连接块的所述开槽设在后部，所述柔性铰链插入所述开槽内并通过螺钉上紧固定、调整长度，所述远端连接块的前部设有用于连接所述短绑带的方形孔；
所述手掌固定托套通过螺钉螺母连接可摆动的五组所述摆动块，由所述摆动块提供的自由度使得手指在水平方向上可以进行摆动，实现分指运动，所述摆动块可通过螺母上紧而固定于特定位置，不上紧时的所述摆动块可自由摆动，在使用者穿戴上后，所述摆动块可随手指的摆动而摆动，完成带有阻尼的分指抓握训练；
所述短铰链与手掌平面呈90°，使得手指部分的所述外骨骼手套抬高空间，防止接触到手指表面，所述短铰链的弯曲阻尼大于所述近端铰链和所述远端铰链的弯曲阻尼；
基于抓握时近节指骨与手掌呈现约90°，所述近端铰链为圆弧形，贴合关节变化曲线并提供弯曲强度，通过与所述短铰链的共同作用，角度达到拟合手掌背与近端指节的变换轮廓。
2.如权利要求1所述的柔性康复外骨骼手套，其特征在于，所述手掌固定托套采用契合人手部轮廓的形状设计，穿戴时填充一层泡棉增加舒适度，所述手掌固定托套后端两侧开有连接所述长绑带的孔；
基于抓握时远端指骨与手掌能达到约180°的角度，所述远端铰链呈S型，拟合近端指节关节与远端指节的变换轮廓并提供弯曲强度。
3.如权利要求1所述的柔性康复外骨骼手套，其特征在于，所述柔性铰链通过调节长度以适应不同使用者的手部尺寸，通过更换不同刚度的铰链来提供不同的弯曲阻尼以适应不同康复阶段的患者人群。
4.如权利要求1所述的柔性康复外骨骼手套，其特征在于，通过所述长绑带固定使用者的手掌部分，通过所述指尖套固定指尖部分，所述指尖套采用可调节松紧的魔术贴或皮具。
5.如权利要求1-4任一所述的柔性康复外骨骼手套，其特征在于，每个部件都可单独拆卸更换，所述柔性铰链的连接长度可根据病患手指长度调整，五组所述铰链手指独立互不干涉，可完成各种训练任务。
6.如权利要求5所述的柔性康复外骨骼手套，其特征在于，与人手配合使用的方式有两种：
在主动训练的模式下，使用所述长绑带缠绕住使用者的手掌部分达到固定手掌的目的，使用所述指尖套缠绕住患者的指尖达到固定指尖的目的；
在被动康复训练和生活辅助的模式下，使用者首先佩戴电动拉线手套，使用所述长绑带缠绕住佩戴了所述电动拉线手套的使用者的手掌部分达到固定手掌的目的，使用所述指尖套缠绕住佩戴了电动拉线手套的使用者的指尖达到固定指尖的目的。
7.如权利要求6所述的柔性康复外骨骼手套，其特征在于，配套使用的所述电动拉线手套仅需具备手指下侧的单侧拉线即可，反方向的回弹力由所述外骨骼手套提供。
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