CN110916972A - 一种外骨骼手部康复训练装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种外骨骼手部康复训练装置，包括手部支撑板，所述手部支撑板上安装有手指组件，所述手指组件包括大拇指组件、食指组件、中指组件、无名指组件和小拇指组件，每个手指组件均配置有一个气缸连杆组件；所述手指组件中能够插入手指，所述食指组件、中指组件、无名指组件与小拇指组件的结构相同；所述大拇指组件包括两个端部相互铰接的拇指套筒，两个拇指套筒之间连接有第一连杆组件，所述第一连杆组件与手部支撑板连接，所述第一连杆组件与气缸连杆组件连接，所述气缸连杆组件通过气缸驱动。
Description
技术领域
本发明属于康复训练设备技术领域，具体涉及一种外骨骼手部康复训练装置。
背景技术
脑卒中是一种慢性脑血管疾病，其病死率和致残率一直居高不下，脑卒中幸存者往往出现偏瘫等后遗症，并伴随着复杂多变的运动性和功能性损伤，及早进行康复训练可以大大减少残疾的可能性。手部运动功能康复是脑卒中患者康复训练的重要组成部分。传统的治疗中，治疗师需要手把手地对患者进行一对一的康复训练，这种方式的训练效率和强度难以保证，而且治疗师的数量还远远不能患者的需求。
发明人了解到，目前国内外已经研制出了多种手部康复训练装置。现有的手部康复训练装置体积庞大，功能单一，穿戴性和人机协调性较差，影响手部康复的效果，难以完全满足脑卒中患者手部康复的要求。
发明人认为，现有的外骨骼式手部康复训练装置一般通过电机驱动每个手指组件中相邻指套沿铰接点的相互转动，实现每个手指组件的弯曲与伸直；但是除大拇指外的其他手指均具有多个关节，需要在每个手指组件处设置一个驱动电机，造成整个康复训练装置的体积和重量骤升。
同时，现有的手部康复训练装置不能分别完成不同手指的训练，当患者仅需要锻炼五个手指中的特定手指时，无法单独进行训练。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种外骨骼手部康复训练装置，能够解决现有外骨骼式手部康复训练装置需要在每一个关节处设置电机的问题；能够单独完成每一个手指的训练。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：一种外骨骼手部康复训练装置，包括手部支撑板，所述手部支撑板上安装有手指组件，所述手指组件包括大拇指组件、食指组件、中指组件、无名指组件和小拇指组件，每个手指组件均配置有一个气缸连杆组件。
所述手指组件中能够插入手指，所述食指组件、中指组件、无名指组件与小拇指组件的结构相同。
所述大拇指组件包括两个端部相互铰接的拇指套筒，两个拇指套筒之间连接有第一连杆组件，所述第一连杆组件与手部支撑板连接，所述第一连杆组件与气缸连杆组件连接，所述气缸连杆组件通过气缸驱动。
所述食指组件包括三个端部相互铰接的食指套筒，三个食指套筒之间连接有第二连杆组件，所述第二连杆组件与手部支撑板连接，所述第二连杆组件与气缸连杆组件连接，所述气缸连杆组件通过气缸驱动。
所述第一连杆组件、第二连杆组件、气缸连杆组件的结构被设置为：气缸能够通过伸缩来驱动第一连杆组件和第二连杆组件，以实现手指组件在弯曲与伸直状态间发生变化。
进一步，所述大拇指套筒包括拇指近端套筒和拇指远端套筒，所述拇指近端套筒与拇指端套筒的端部相互铰接，所述第一连杆组件包括与一端与拇指远端套筒铰接的第一拇指连杆、一端与拇指近端套筒铰接的第二拇指连杆和第三拇指连杆，所述第二拇指连杆设置在第一拇指连杆与第三拇指连杆之间，所述第一拇指连杆的另一端与第二拇指连杆的另一端铰接，所述第一拇指连杆与第二拇指连杆铰接处铰接有第四拇指连杆的一端，所述第四拇指连杆的另一端与第三拇指连杆的另一端铰接。
所述第三拇指连杆与拇指近端套筒铰接处铰接有第五拇指连杆的一端，所述第五拇指连杆的另一端与手部支撑板铰接。
所述第四拇指连杆与第三拇指连杆铰接处设有第六拇指连杆，所述第六拇指连杆的一端同时与第四拇指连杆和第三拇指连杆铰接，所述第六拇指脸干的另一端与相对应的气缸连杆组件铰接。
进一步，所述食指套筒包括端部相互铰接的食指近端套筒、食指中段套筒和食指远端套筒，所述第二连杆组件包括与一端与食指远端套筒铰接的第一食指连杆、一端与食指中段套筒铰接的第二食指连杆、一端与食指近端套筒铰接的第三食指连杆、第四食指连杆，所述第三食指连杆设置在第二食指连杆与第四食指连杆之间。
所述第一食指连杆的另一端与第二食指连杆的另一端铰接，所述第一食指连杆与第二食指连杆铰接处铰接有第五食指连杆的一端，所述第五食指连杆的另一端与第三食指连杆的另一端铰接。
所述第五食指连杆与第三食指连杆铰接处铰接有第六食指连杆的一端，所述第六食指连杆的另一端与第四食指连杆的另一端铰接。
所述第四食指连杆与食指近段套筒铰接处铰接有第七食指连杆的一端，所述第七食指连杆的另一端与手部支撑板铰接。
进一步，所述气缸连杆组件包括食指气缸连杆组件，所述食指气缸连杆组件用于驱动食指组件、无名指组件和中指组件，所述食指气缸连杆组件包括第一连杆、第二连杆和第三连杆，所述第一连杆的一端与活塞杆的端部铰接，所述第二连杆的一端与手部支撑板铰接，所述第一连杆的另一端与第二连杆的另一端铰接。
所述第三连杆的一端铰接于第一连杆与第二连杆铰接处的位置，所述第三连杆的另一端铰接于第四食指连杆与第五食指连杆铰接处的位置。
进一步，所述气缸连杆组件包括拇指气缸连杆组件，所述拇指气缸连杆组件包括第四连杆，所述第四连杆的一端与手部支撑板铰接，第四连杆的另一端与第六拇指连杆的另一端铰接，所述第四连杆的中部设有滑槽，所述滑槽的延伸方向与第四连杆的延伸方向相同，所述滑槽中设有滑块，所述滑块与气缸的活塞杆铰接。
进一步，所述每个气缸连杆组件对应于一个气缸，五个气缸中活塞杆的中心轴线相互平行。
进一步，所述气缸通过固定支架设置在手部支撑板的表面，所述气缸的前部设有前端盖，后部设有后端盖。
进一步，所述气缸的进气孔与空气压缩机的出气端连通，。
进一步，所述手指组件和手部支撑板、第一连杆组件和第二连杆组件、气缸连杆组件均采用工程塑料。
本发明的有益效果：
本发明中大拇指的弯曲和伸展通过四杆连接实现。除大拇指之外的其他收支的弯曲和伸展可以由五杆机构连接实现，可以将来自气缸的驱动力依次传递到手指的每一个关节。这些杆件集中位于手的背面，避免了手指在活动中相互之间产生干涉，同时这样的设计使手部康复训练设备的体积更小，实现了小型化设计。
本发明中每根手指都有独立的动力源，通过气缸可以独立控制每个手指的弯曲和伸展，具有很高的活动自由度。可以根据患者的具体病情和不同的康复阶段制定有针对性的康复训练方案。
本发明中手指组件部分采用工程塑料制作而成，可以大幅减轻手部康复训练装置的重量，实现轻量化。同时可以采用3D打印成型的加工方法，快速成型，降低成本。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。
图1为本发明实施例中整体结构轴测图；
图2为本发明实施例中拇指组件的结构示意图；
图3为本发明实施例中食指组件的结构示意图；
图4为本发明实施例中拇指组件与手部支撑板等部件连接的示意图；
图5为本发明实施例中食指组件与手部支撑板等部件连接的示意图。
图中：1、拇指组件；2、食指组件；3、第一连杆；4、导轨；5、气缸；6、后端盖；7、固定支架；8、前端盖；9、手部支撑板；10、气缸进气孔；11、活塞杆；12、第四连杆；13、第二连杆；14、第三连杆；
1-1、第五拇指连杆；1-2、拇指近端套筒；1-3、拇指远端套筒；1-4、第一拇指连杆；1-5、第二拇指连杆；1-6、第四拇指连杆；1-7、第三拇指连杆；1-8、第六拇指连杆；
2-1、第七食指连杆；2-2、食指近端套筒；2-3、食指中段套筒；2-4、食指远端套筒；2-5、第一食指连杆；2-6、第二食指连杆；2-7、第五食指连杆；2-8、第三食指连杆；2-9、第六食指连杆；2-10、第四食指连杆。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供优选的的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本发明的一种典型实施方式中，如图1-5所示，一种外骨骼手部康复训练装置，包括手部支撑板9，所述手部支撑板9上安装有手指组件，所述手指组件包括大拇指组件1、食指组件2、中指组件、无名指组件和小拇指组件1，每个手指组件均配置有一个气缸连杆组件。
所述手指组件中能够插入手指，所述食指组件2、中指组件、无名指组件与小拇指组件1的结构相同。
所述大拇指组件1包括两个端部相互铰接的拇指套筒，两个拇指套筒之间连接有第一连杆3组件，所述第一连杆3组件与手部支撑板9连接，所述第一连杆3组件与气缸连杆组件连接，所述气缸连杆组件通过气缸5驱动。
所述食指组件2包括三个端部相互铰接的食指套筒，三个食指套筒之间连接有第二连杆13组件，所述第二连杆13组件与手部支撑板9连接，所述第二连杆13组件与气缸连杆组件连接，所述气缸连杆组件通过气缸5驱动。
所述第一连杆3组件、第二连杆13组件、气缸连杆组件的结构被设置为：气缸能够通过伸缩来驱动第一连杆3组件和第二连杆13组件，以实现手指组件在弯曲与伸直状态间发生变化。
具体的，所述大拇指套筒包括拇指近端套筒1-2和拇指远端套筒1-3，所述拇指近端套筒1-2与拇指端套筒的端部相互铰接，所述第一连杆3组件包括与一端与拇指远端套筒1-3铰接的第一拇指连杆1-4、一端与拇指近端套筒1-2铰接的第二拇指连杆1-5和第三拇指连杆1-7，所述第二拇指连杆1-5设置在第一拇指连杆1-4与第三拇指连杆1-7之间，所述第一拇指连杆1-4的另一端与第二拇指连杆1-5的另一端铰接，所述第一拇指连杆1-4与第二拇指连杆1-5铰接处铰接有第四拇指连杆1-6的一端，所述第四拇指连杆1-6的另一端与第三拇指连杆1-7的另一端铰接；
所述第三拇指连杆1-7与拇指近端套筒1-2铰接处铰接有第五拇指连杆1-1的一端，所述第五拇指连杆1-1的另一端与手部支撑板9铰接；
所述第四拇指连杆1-6与第三拇指连杆1-7铰接处设有第六拇指连杆1-8，所述第六拇指连杆1-8的一端同时与第四拇指连杆1-6和第三拇指连杆1-7铰接，所述第六拇指脸干的另一端与相对应的气缸连杆组件铰接。
具体的，所述食指套筒包括端部相互铰接的食指近端套筒2-2、食指中段套筒2-3和食指远端套筒2-4，所述第二连杆13组件包括与一端与食指远端套筒2-4铰接的第一食指连杆2-5、一端与食指中段套筒2-3铰接的第二食指连杆2-6、一端与食指近端套筒2-2铰接的第三食指连杆2-8、第四食指连杆2-10，所述第三食指连杆2-8设置在第二食指连杆2-6与第四食指连杆2-10之间。
所述第一食指连杆2-5的另一端与第二食指连杆2-6的另一端铰接，所述第一食指连杆2-5与第二食指连杆2-6铰接处铰接有第五食指连杆2-7的一端，所述第五食指连杆2-7的另一端与第三食指连杆2-8的另一端铰接。
所述第五食指连杆2-7与第三食指连杆2-8铰接处铰接有第六食指连杆2-9的一端，所述第六食指连杆2-9的另一端与第四食指连杆2-10的另一端铰接。
所述第四食指连杆2-10与食指近段套筒铰接处铰接有第七食指连杆2-1的一端，所述第七食指连杆2-1的另一端与手部支撑板9铰接。
需要指出的是，本方案中连杆的铰接点处于拇指套筒或者食指套筒的中部，通过连杆的运动驱动相邻两个套筒之间的转动，能够实现每一个关节处的锻炼。
具体的，所述气缸连杆组件包括食指气缸连杆组件，所述食指气缸连杆组件用于驱动食指组件2、无名指组件和中指组件，所述食指气缸连杆组件包括第一连杆3、第二连杆13和第三连杆14，所述第一连杆3的一端与活塞杆11的端部铰接，所述第二连杆13的一端与手部支撑板9铰接，所述第一连杆3的另一端与第二连杆13的另一端铰接。
所述第三连杆14的一端铰接于第一连杆3与第二连杆13铰接处的位置，所述第三连杆14的另一端铰接于第四食指连杆2-10与第五食指连杆2-7铰接处的位置。所述第一连杆3与气缸活塞杆11铰接处的位置设置在导轨4中。
具体的，所述气缸连杆组件包括拇指气缸连杆组件，所述拇指气缸连杆组件包括第四连杆12，所述第四连杆12的一端与手部支撑板9铰接，第四连杆12的另一端与第六拇指连杆1-8的另一端铰接，所述第四连杆12的中部设有滑槽，所述滑槽的延伸方向与第四连杆12的延伸方向相同，所述滑槽中设有滑块，所述滑块与气缸的活塞杆11铰接。
具体的，所述每个气缸连杆组件对应于一个气缸，五个气缸中活塞杆11的中心轴线相互平行。所述气缸通过固定支架7设置在手部支撑板9的表面，所述气缸的前部设有前端盖8，后部设有后端盖6。所述气缸的进气孔10与空气压缩机的出气端连通，。
具体的，所述手指组件和手部支撑板9、第一连杆3组件和第二连杆13组件、气缸连杆组件均采用工程塑料。在另外一些实施方式中，为了减轻装置的重量，可以采用其他材质。
本申请将手部支撑板与气缸固定连接，便于实现气缸与手臂的固定，为气缸的伸缩及食指套筒、拇指套筒及连杆等部件的运动提供支撑。
工作原理：该设备是一种可穿戴式手部康复训练转置，使用时需要康复治疗师给患者穿戴在患者手部。根据患者的病情和康复阶段，设定针对性的康复方案。通过控制气缸进气和出气的速度和体积来控制气缸的伸缩。进而控制每一个手指的弯曲和伸展，辅助患者进行手部运动，达到刺激患者运动神经的作用。在设备工作过程中，采用多组周期性运动，执行完一组康复动作后会停止工作，并让患者休息一段时间。在设备工作过程中，如果遇到错误动作或者使患者感到不适，患者或康复治疗师可以随时停止设备的运行，以确保患者的使用安全。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (9)
1.一种外骨骼手部康复训练装置，其特征在于，包括手部支撑板，所述手部支撑板上安装有手指组件，所述手指组件包括大拇指组件、食指组件、中指组件、无名指组件和小拇指组件，每个手指组件均配置有一个气缸连杆组件；
所述手指组件中能够插入手指，所述食指组件、中指组件、无名指组件与小拇指组件的结构相同；
所述大拇指组件包括两个端部相互铰接的拇指套筒，两个拇指套筒之间连接有第一连杆组件，所述第一连杆组件与手部支撑板连接，所述第一连杆组件与气缸连杆组件连接，所述气缸连杆组件通过气缸驱动；
所述食指组件包括三个端部相互铰接的食指套筒，三个食指套筒之间连接有第二连杆组件，所述第二连杆组件与手部支撑板连接，所述第二连杆组件与气缸连杆组件连接，所述气缸连杆组件通过气缸驱动；
所述第一连杆组件、第二连杆组件、气缸连杆组件的结构被设置为：气缸能够通过伸缩来驱动第一连杆组件和第二连杆组件，以实现手指组件在弯曲与伸直状态间发生变化。
2.根据权利要求1所述的外骨骼手部康复训练装置，其特征在于，所述大拇指套筒包括拇指近端套筒和拇指远端套筒，所述拇指近端套筒与拇指端套筒的端部相互铰接，所述第一连杆组件包括与一端与拇指远端套筒铰接的第一拇指连杆、一端与拇指近端套筒铰接的第二拇指连杆和第三拇指连杆，所述第二拇指连杆设置在第一拇指连杆与第三拇指连杆之间，所述第一拇指连杆的另一端与第二拇指连杆的另一端铰接，所述第一拇指连杆与第二拇指连杆铰接处铰接有第四拇指连杆的一端，所述第四拇指连杆的另一端与第三拇指连杆的另一端铰接；
所述第三拇指连杆与拇指近端套筒铰接处铰接有第五拇指连杆的一端，所述第五拇指连杆的另一端与手部支撑板铰接；
所述第四拇指连杆与第三拇指连杆铰接处设有第六拇指连杆，所述第六拇指连杆的一端同时与第四拇指连杆和第三拇指连杆铰接，所述第六拇指脸干的另一端与相对应的气缸连杆组件铰接。
3.根据权利要求1所述的外骨骼手部康复训练装置，其特征在于，所述食指套筒包括端部相互铰接的食指近端套筒、食指中段套筒和食指远端套筒，所述第二连杆组件包括与一端与食指远端套筒铰接的第一食指连杆、一端与食指中段套筒铰接的第二食指连杆、一端与食指近端套筒铰接的第三食指连杆、第四食指连杆，所述第三食指连杆设置在第二食指连杆与第四食指连杆之间；
所述第一食指连杆的另一端与第二食指连杆的另一端铰接，所述第一食指连杆与第二食指连杆铰接处铰接有第五食指连杆的一端，所述第五食指连杆的另一端与第三食指连杆的另一端铰接；
所述第五食指连杆与第三食指连杆铰接处铰接有第六食指连杆的一端，所述第六食指连杆的另一端与第四食指连杆的另一端铰接；
所述第四食指连杆与食指近段套筒铰接处铰接有第七食指连杆的一端，所述第七食指连杆的另一端与手部支撑板铰接。
4.根据权利要求3所述的外骨骼手部康复训练装置，其特征在于，所述气缸连杆组件包括食指气缸连杆组件，所述食指气缸连杆组件用于驱动食指组件、无名指组件和中指组件，所述食指气缸连杆组件包括第一连杆、第二连杆和第三连杆，所述第一连杆的一端与活塞杆的端部铰接，所述第二连杆的一端与手部支撑板铰接，所述第一连杆的另一端与第二连杆的另一端铰接；
所述第三连杆的一端铰接于第一连杆与第二连杆铰接处的位置，所述第三连杆的另一端铰接于第四食指连杆与第五食指连杆铰接处的位置。
5.根据权利要求2所述的外骨骼手部康复训练装置，其特征在于，所述气缸连杆组件包括拇指气缸连杆组件，所述拇指气缸连杆组件包括第四连杆，所述第四连杆的一端与手部支撑板铰接，第四连杆的另一端与第六拇指连杆的另一端铰接，所述第四连杆的中部设有滑槽，所述滑槽的延伸方向与第四连杆的延伸方向相同，所述滑槽中设有滑块，所述滑块与气缸的活塞杆铰接。
6.根据权利要求1所述的外骨骼手部康复训练装置，其特征在于，所述每个气缸连杆组件对应于一个气缸，五个气缸中活塞杆的中心轴线相互平行。
7.根据权利要求1所述的外骨骼手部康复训练装置，其特征在于，所述气缸通过固定支架设置在手部支撑板的表面，所述气缸的前部设有前端盖，后部设有后端盖。
8.根据权利要求1所述的外骨骼手部康复训练装置，其特征在于，所述气缸的进气孔与空气压缩机的出气端连通。
9.根据权利要求1所述的外骨骼手部康复训练装置，其特征在于，所述手指组件和手部支撑板、第一连杆组件和第二连杆组件、气缸连杆组件均采用工程塑料。
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| CN201911201667.7A CN110916972A (zh) | 2019-11-29 | 2019-11-29 | 一种外骨骼手部康复训练装置 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112587373A (zh) * | 2021-01-06 | 2021-04-02 | 合肥工业大学 | 一种基于气动串联弹性驱动器的可穿戴式康复器械手套 |
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-
2019
- 2019-11-29 CN CN201911201667.7A patent/CN110916972A/zh active Pending
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