CN110916973A - 气动可穿戴式外骨骼手部康复器 - Google Patents

Abstract

气动可穿戴式外骨骼手部康复器，包括手背支架和分别铰接在手背支架前端部的食指运动机构、中指运动机构、无名指运动机构和小拇指运动机构，以及铰接在手背支架侧部的大拇指运动机构，所述手背支架上表面后侧分别铰接有与食指运动机构、中指运动机构、无名运动机构、小拇指运动机构及大拇指运动机构对应连接的有杆小气缸，所述有杆小气缸的两端分别连接有输入和输出压力气体的气管。本发明可实现无极调速，提供最适宜的速度，且可实现过载保护，最大程度避免产生二次伤害，同时具有多自由度，覆盖每一手指和关节，每组关节可独立运动，能够有效对患者进行康复治疗；本发明结构简单、调试使用方便，可重复使用，能够满足不同患者的康复需求。

Description

气动可穿戴式外骨骼手部康复器

技术领域

本发明涉及护理类机器人领域，尤其涉及气动可穿戴式外骨骼手部康复器。

背景技术

生活中的意外受伤会影响身体某些部位的运动功能，进行合理的康复训练就十分有必要。传统的康复训练大多是采用一对一疗法，这些训练对患者的恢复具有很重要的作用，但是人工费用高昂。依据现代循证医学和连续被动运动理论，患者穿戴外骨骼康复训练机器，就可以不用在医护人员的协助下，独自进行康复训练。这种训练方式效率高，患者穿戴外骨骼进行康复训练可以更快地恢复健康，并且费用大大降低。

受伤患者进行手部康复训练时，需要有合适的医疗装置，由于人体手部的灵活度很高，要想协助患者对每一个关节进行康复治疗就需要一种具有高自由度的康复辅助设备。患者在受伤后手部运动速度会大大降低，但随着康复治疗的进行，手部的运动速度也会慢慢恢复。仅有一种或者某几种运动速度的装置很难满足不同年龄、不同受伤等级、不同恢复程度的患者需求。

目前，市面上销售的大部分的医疗设备是电机驱动的，这些医疗设备存在一些不足亟待改善。当电机产生卡死现象时，电机易烧坏，给患者造成二次伤害；电机运行时间过长时，容易发热导致患者手部出汗，严重的会导致手部感染；康复设备的维修过程中，因维修不当产生的漏电也时有发生，漏电严重会产生不可逆的损伤。因此，设计一种能够适应不同对象、不同病情的、具有多自由度的无极调速器材也是当今康复医疗急需的。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供能够适应不同对象、不同程度病情且具有多自由度、可无极调速的气动可穿戴式外骨骼手部康复器。

本发明采用的技术方案如下：

本发明所提出的气动可穿戴式外骨骼手部康复器，所述康复器包括手背支架和分别铰接在手背支架前端部的食指运动机构、中指运动机构、无名指运动机构和小拇指运动机构，以及铰接在手背支架侧部的大拇指运动机构，所述手背支架上表面后侧分别铰接有与食指运动机构、中指运动机构、无名运动机构、小拇指运动机构及大拇指运动机构对应连接的有杆小气缸，所述有杆小气缸的两端分别连接有输入和输出压力气体的气管。

所述食指运动机构包括两两铰接的三节指套和铰接在指套上表面且后端部与有杆小气缸连接的食指伸缩组件；所述食指伸缩组件包括分别铰接在每节指套上表面根部的第一连杆、第二连杆和第三连杆，所述第一连杆和第二连杆的上端部均与第四连杆的一端铰接，且所述第四连杆的另一端与第三连杆上端部铰接，所述第三连杆和第四连杆的连接端铰接有第五连杆，所述第五连杆的另一端固连有鱼眼接头，所述鱼眼接头的另一端与V型连杆的一端铰接，所述V型连杆的另一端与有杆小气缸固连，且该V型连杆的轴心与手背支架铰接；所述鱼眼接头与第五连杆的连接端还铰接有三连杆，所述三连杆的另两端分别与指套根部和手背支架前端部铰接。

所述三连杆中与指套根部固连的连杆另一端通过鱼眼接头单独连接一个有杆小气缸。

所述食指运动机构的一侧还设置有食指摆动组件，该食指摆动组件包括设置在手背支架前端部一侧的可旋转连接件，和连接在可旋转连接件外侧的鱼眼接头，所述鱼眼接头的另一端单独连接一个有杆小气缸，且所述三连杆的一端与所述可旋转连接件铰接。

所述中指运动机构、无名指运动机构和小拇指运动机构与食指运动机构的结构相同。

所述大拇指运动机构包括两两铰接的三节指套和铰接在指套上表面且后端部与有杆小气缸连接的大拇指伸缩组件，以及连接在指套侧部和手背支架侧部之间的大拇指摆动组件，且所述指套通过万向联轴器与手背支架侧部相连接。

所述大拇指伸缩组件包括分别铰接在每节指套上表面根部的第一连杆、第二连杆和第三连杆，所述第一连杆和第二连杆的上端部均与第四连杆的一端铰接，且所述第四连杆的另一端与第三连杆上端部铰接，所述指套通过万向联轴器与手背支架侧端部连接，且所述万向联轴器的上方转动连接有横向连杆，该横向连杆的另一端通过鱼眼接头单独连接一个有杆小气缸，且所述第四连杆与第三连杆的连接端还铰接有第五连杆，该第五连杆的另一端通过鱼眼接头连接至横向限位杆的上部，所述横向连杆与两个鱼眼接头组成复合鱼眼接头。

所述大拇指摆动组件包括转动连接在手背支架侧部的横向V型连杆，该V型连杆位于万向联轴器的上方，其轴心与手背支架侧部转动连接，所述V型连杆的一端单独连接一个有杆小气缸，其另一端通过双鱼眼接头与指套一侧连接。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1.气动可穿戴式外骨骼手部康复器由压缩气体驱动有杆小气缸，与电力驱动的设备相比本设备可以实现无极调速，根据患者的康复状况，可提供最适宜的速度；

2.气动可穿戴式外骨骼手部康复器是一套气动康复设备，患者不慎错误佩戴气动外骨骼手部康复器或者操作不当时，气动康复设备可以实现过载保护，最大程度上避免对患者产生二次伤害；

3.气动可穿戴式外骨骼手部康复器是一套多自由度康复设备，能覆盖到患者的每一手指和关节，且外骨骼手指支架是多组并联的，每一组关节能独立运动，能有效的对患者进行康复治疗；

4.经济高效，外观简洁，调试使用方便，可以重复利用，易于单体搭建和批量生产；

5.本发明结构简单，占用空间小，使用安全，适用范围较广，能满足不同年龄、不同受伤等级、不同恢复程度的患者需求。

附图说明

图1是本发明所提出的气动可穿戴式外骨骼手部康复器一个实施例的整体结构示意图；

图2是图1中大拇指运动机构的结构示意图；

图3是图2中大拇指伸缩组件的结构示意图；

图4是图2中大拇指摆动组件结构示意图；

图5是图1中食指运动机构的结构示意图；

图6是图5的对侧结构示意图；

图7是图6中食指伸缩组件的结构示意图

图8是图6中食指摆动组件的结构示意图；

图9是图1中中指运动机构的结构示意图；

图10是图1中无名指运动机构的结构示意图；

图11是图1中小拇指运动机构的结构示意图。

具体实施方式

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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。

需要说明的是，在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。

参见图1，给出了本发明所提出的气动可穿戴式外骨骼手部康复器的一个实施例的具体结构。该康复器包括手背支架1、大拇指运动机构2、食指运动机构3、中指运动机构4、无名指运动机构5、小拇指运动机构6和有杆小气缸7。所述大拇指运动机构2安装在手背支架1的侧端部，所述食指运动机构3、中指运动机构4、无名指运动机构5和小拇指运动机构6依次铰接在手背支架1的前端部。

参见图2，所述大拇指运动机构2包括一端通过万向联轴器21连接在手背支架1侧部的三节指套22，所述三节指套22两两铰接，且所述三节指套22的上表面铰接有控制指套22伸缩的大拇指伸缩组件23，所述大拇指伸缩组件23的后端部连接一个有杆小气缸7，且所述指套22的侧部和手背支架1的侧端部之间还连接有大拇指摆动组件24。

参见图3，所述大拇指伸缩组件23包括通过铰链25分别铰接在每节指套22上表面根部的第一连杆231、第二连杆232和第三连杆233，所述第一连杆231和第二连杆232的上端部均与第四连杆234的一端铰接，所述第四连杆234的另一端与第三连杆233的上端部铰接，所述指套22通过万向联轴器21与手背支架1侧端部连接，所述万向联轴器21通过固定件11与手背支架1的侧端部连接，且所述固定件11上方通过限位柱12转动连接有横向连杆236，该横向连杆236的另一端通过鱼眼接头237单独连接一个有杆小气缸7，且所述第四连杆234与第三连杆233的连接端还铰接有第五连杆235，该第五连杆235的另一端通过鱼眼接头238连接至横向连杆236的上部，所述横向连杆236与鱼眼接头237和鱼眼接头238组成复合鱼眼接头，在有杆小气缸7的驱动下，第一至第五连杆可带动指套22实现伸缩功能。

参见图4，所述大拇指摆动组件24包括V型连杆241，该V型连杆241的轴心与设置在手背支架1侧端部且位于固定件11左上方的固定件13横向转动连接，该V型连杆241位于万向联轴器21的上方，所述V型连杆241的后端部单独连接一个有杆小气缸7，其前端部通过双鱼眼接头242与指套22的一侧连接，所述双鱼眼接头242是由两个相对的鱼眼接头连接而成，在有杆小气缸7的驱动下，V型连杆241可将有杆小气缸7的直线运动转化成绕其轴心的转动，从而带动指套22进行摆动。

参见图5和图6，所述食指运动机构3包括两两铰接的三节指套31和铰接在指套31上表面的食指伸缩组件32，该食指伸缩组件32的后端部与有杆小气缸7连接；参见图7，所述食指伸缩组件32包括通过铰链34分别铰接在每节指套31上表面根部的第一连杆321、第二连杆322和第三连杆323，所述第一连杆321和第二连杆322的上端部均与第四连杆324的一端铰接，且所述第四连杆324的另一端与第三连杆323上端部铰接，所述第三连杆323和第四连杆324的连接端铰接有第五连杆325，所述第五连杆325的另一端固连有鱼眼接头326，所述鱼眼接头326的另一端与V型连杆327的一端铰接，所述V型连杆的另一端与有杆小气缸7固连，且所述V型连杆327的轴心与手背支架1上表面前侧安装的固定件14铰接，该V型连杆327可实现大幅度伸缩；所述鱼眼接头326与第五连杆325的连接端还铰接有三连杆328，所述三连杆328的另两端分别与指套31的根部和手背支架1的前端部一侧铰接。

所述三连杆328中与指套31根部铰接的连杆的另一端通过鱼眼接头329单独连接一个有杆小气缸7，在该有杆小气缸7的推拉下，可实现小幅度伸缩，两个有杆小气缸7分别带动第一至第五连杆以及三连杆从而实现指套31的伸缩功能。

所述食指运动机构3的一侧还设置有食指摆动组件33，如图8所示，所述食指摆动组件33包括设置在手背支架1前端部一侧的可旋转连接件331，和连接在可旋转连接件331外侧的鱼眼接头332，所述鱼眼接头332的另一端单独连接一个有杆小气缸7，且所述三连杆328的一端通过与可旋转连接件331铰接，进而与手背支架1连接。

参见图9，所述中指运动机构4包括两两铰接的三节指套41和铰接在指套41上表面的中指伸缩组件42，该中指伸缩组件42的后端部与有杆小气缸7连接；所述中指伸缩组件42包括通过铰链43分别铰接在每节指套41上表面根部的第一连杆421、第二连杆422和第三连杆423，所述第一连杆421和第二连杆422的上端部均与第四连杆424的一端铰接，且所述第四连杆424的另一端与第三连杆423上端部铰接，所述第三连杆423和第四连杆424的连接端铰接有第五连杆425，所述第五连杆425的另一端固连有鱼眼接头426，所述鱼眼接头426的另一端与V型连杆427的一端铰接，所述V型连杆427的另一端与有杆小气缸7固连，且所述V型连杆427的轴心与手背支架1上表面前侧安装的固定件14铰接；所述鱼眼接头426与第五连杆425的连接端还铰接有三连杆428，所述三连杆428的另两端分别与指套41的根部和手背支架1前端部安装的固定件16铰接。

参见图10，所述无名指运动机构5包括两两铰接的三节指套51和铰接在指套51上表面的无名指伸缩组件52，该无名指伸缩组件52的后端部与有杆小气缸7连接；所述无名指伸缩组件52包括通过铰链53分别铰接在每节指套51上表面根部的第一连杆521、第二连杆522和第三连杆523，所述第一连杆521和第二连杆522的上端部均与第四连杆524的一端铰接，且所述第四连杆524的另一端与第三连杆523上端部铰接，所述第三连杆523和第四连杆524的连接端铰接有第五连杆525，所述第五连杆525的另一端固连有鱼眼接头526，所述鱼眼接头526的另一端与V型连杆527的一端铰接，所述V型连杆527的另一端与有杆小气缸7固连，且所述V型连杆527的轴心与手背支架1上表面前侧安装的固定件14铰接；所述鱼眼接头526与第五连杆525的连接端还铰接有三连杆528，所述三连杆528的另两端分别与指套51的根部和手背支架1前端部安装的固定件16铰接。

参见图11，所述小拇指运动机构6包括两两铰接的三节指套61和铰接在指套61上表面的小拇指伸缩组件62，该小拇指伸缩组件62的后端部与有杆小气缸7连接；所述小拇指伸缩组件62包括通过铰链63分别铰接在每节指套61上表面根部的第一连杆621、第二连杆622和第三连杆623，所述第一连杆621和第二连杆622的上端部均与第四连杆624的一端铰接，且所述第四连杆624的另一端与第三连杆623上端部铰接，所述第三连杆623和第四连杆624的连接端铰接有第五连杆625，所述第五连杆625的另一端固连有鱼眼接头626，所述鱼眼接头626的另一端与V型连杆627的一端铰接，所述V型连杆627的另一端与有杆小气缸7固连，且所述V型连杆627的轴心与手背支架1上表面前侧安装的固定件14铰接；所述鱼眼接头626与第五连杆625的连接端还铰接有三连杆628，所述三连杆628的另两端分别与指套61的根部和手背支架1前端部安装的固定件16铰接。

所述每个有杆小气缸7的后端部均与安装在手背支架1表面后侧的固定件15铰接，且其前后两端均连接有压力气体的输入气管71和输出气管72，用于吸入和释放压力，从而完成康复器的各种运动。

所述中指运动机构4、无名指运动机构5和小拇指运动机构6三者的的结构相同，区别在于指套和连杆的尺寸不同，分别与各手指相对应，本发明中，考虑到食指和大拇指的灵活程度与其他三指不同，因此在食指运动机构3和大拇指运动机构2中分别设置有摆动组件；各手指运动机构在伸缩组件和摆动组件的作用下可使康复器的运动贴近手指外骨骼的真实运动轨迹，具有多自由度，覆盖每个手指的每个关节，且手指运动机构是多组并联的，每一组关节能独立运动，能有效的对患者进行康复治疗，同时本发明由压缩气体驱动有杆小气缸7，与电力驱动设备相比可实现无极调速，根据患者的康复状况，可提供最适宜的速度。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.气动可穿戴式外骨骼手部康复器，其特征在于：所述康复器包括手背支架和分别铰接在手背支架前端部的食指运动机构、中指运动机构、无名指运动机构和小拇指运动机构，以及铰接在手背支架侧部的大拇指运动机构，所述手背支架上表面后侧分别铰接有与食指运动机构、中指运动机构、无名运动机构、小拇指运动机构及大拇指运动机构对应连接的有杆小气缸，所述有杆小气缸的两端分别连接有输入和输出压力气体的气管。

2.根据权利要求1所述的气动可穿戴式外骨骼手部康复器，其特征在于：所述食指运动机构包括两两铰接的三节指套和铰接在指套上表面且后端部与有杆小气缸连接的食指伸缩组件；所述食指伸缩组件包括分别铰接在每节指套上表面根部的第一连杆、第二连杆和第三连杆，所述第一连杆和第二连杆的上端部均与第四连杆的一端铰接，且所述第四连杆的另一端与第三连杆上端部铰接，所述第三连杆和第四连杆的连接端铰接有第五连杆，所述第五连杆的另一端固连有鱼眼接头，所述鱼眼接头的另一端与V型连杆的一端铰接，所述V型连杆的另一端与有杆小气缸固连，且该V型连杆的轴心与手背支架铰接；所述鱼眼接头与第五连杆的连接端还铰接有三连杆，所述三连杆的另两端分别与指套根部和手背支架前端部铰接。

3.根据权利要求2所述的气动可穿戴式外骨骼手部康复器，其特征在于：所述三连杆中与指套根部固连的连杆另一端通过鱼眼接头单独连接一个有杆小气缸。

4.根据权利要求2或3所述的气动可穿戴式外骨骼手部康复器，其特征在于：所述食指运动机构的一侧还设置有食指摆动组件，该食指摆动组件包括设置在手背支架前端部一侧的可旋转连接件，和连接在可旋转连接件外侧的鱼眼接头，所述鱼眼接头的另一端单独连接一个有杆小气缸，且所述三连杆的一端与所述可旋转连接件铰接。

5.根据权利要求2所述的气动可穿戴式外骨骼手部康复器，其特征在于：所述所述中指运动机构、无名指运动机构和小拇指运动机构与食指运动机构的结构相同。

6.根据权利要求1所述的气动可穿戴式外骨骼手部康复器，其特征在于：所述大拇指运动机构包括两两铰接的三节指套和铰接在指套上表面且后端部与有杆小气缸连接的大拇指伸缩组件，以及连接在指套侧部和手背支架侧部之间的大拇指摆动组件，且所述指套通过万向联轴器与手背支架侧部相连接。

7.根据权利要求6所述的气动可穿戴式外骨骼手部康复器，其特征在于：所述大拇指伸缩组件包括分别铰接在每节指套上表面根部的第一连杆、第二连杆和第三连杆，所述第一连杆和第二连杆的上端部均与第四连杆的一端铰接，且所述第四连杆的另一端与第三连杆上端部铰接，所述指套通过万向联轴器与手背支架侧端部连接，且所述万向联轴器的上方转动连接有横向连杆，该横向连杆的另一端通过鱼眼接头单独连接一个有杆小气缸，且所述第四连杆与第三连杆的连接端还铰接有第五连杆，该第五连杆的另一端通过鱼眼接头连接至横向限位杆的上部，所述横向连杆与两个鱼眼接头组成复合鱼眼接头。

8.根据权利要求6所述的气动可穿戴式外骨骼手部康复器，其特征在于：所述大拇指摆动组件包括转动连接在手背支架侧部的横向V型连杆，该V型连杆位于万向联轴器的上方，其轴心与手背支架侧部转动连接，所述V型连杆的一端单独连接一个有杆小气缸，其另一端通过双鱼眼接头与指套一侧连接。

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