CN111558203B - 智能握力辅助手套 - Google Patents
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Abstract
本发明提供智能握力辅助手套，包括手套和人工肌腱，连接单元、传动部分和主控单元，手套的掌心内设有导向器，手套的指尖设有指尖传感器，导向器设有三个掌心传感器和三个轴承，人工肌腱穿过固定架与导向器主体之间的间隙后与测力点相接触，然后绕过轴承后与手套指尖相连；传动部分通过丝杆和传动滑块将旋转运动转变为钢丝的直线运动；连接单元将钢丝的直线运动转变为人工肌腱的收缩和放松；掌心传感器和指尖传感器的信号输出端分别与主控单元相连接；主控单元与电动机开关相连接。本发明手套感应灵敏，可根据指尖感应器和掌心传感器感应到人手的动作，从而转动电机带动人工肌腱运动；可通过连接单元的拆卸任意更换不同型号的手套。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械领域，尤其是涉及一种智能握力辅助手套。
背景技术
智能握力辅助手套通常用于辅助增强人手在抓握运动中施加到物体的肌肉力量。适用于肌肉衰弱的老年人、关节炎重症患者、脑损伤后康复的人，及其他手部力量需要提高的患者。
申请号：200780032202.2公开了一种手指手套，用于加强包裹在所述手套中的人手的抓握运动，其中所述手套具有手掌、手套手指、轭状物、力检测传感器以及控制单元，所述手套手指在每一面上包含人工肌腱，所述人工肌腱沿着所述手套的内部延伸，所述轭状物被安装在所述手套手指的指尖上，以便围绕着被包裹的手指的指尖，人工肌腱在所述手套手指的每一面上被连接到所述轭状物，所述力检测传感器适于检测包裹在所述手套手指中的手指与接触面之间的力，所述力被施加到所述手指，用于手套手指的人工肌腱被连接到至少一个致动器，所述控制单元促使所述致动器依据由所述力检测传感器测得的力，向所述手套手指的人工肌腱上施加拉力，因而促使包裹在所述手套手指中的手指弯曲。
申请号：201510694178.5公开了一种可穿戴式助力装置，具体而言，涉及一种能为穿戴者提供辅助拉力的助拉手套，由以下部分组成：一个弹性握部；一个掌固定部；一个连接部，一端与掌固定部连接，另一端连接着缠绕带；助拉手套的缠绕带缠绕在使用人的腕部和前臂前端，分散手部所受的拉力；弹性握部勾住需要拉的物体，分散使用人手指所受的拉力。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、感应灵敏的智能握力辅助手套。
本发明的技术方案是：
智能握力辅助手套，包括手套和人工肌腱，还包括连接单元、传动部分和主控单元，手套的掌心内设有导向器，手套的指尖设有指尖传感器，
所述导向器包括导向器主体和与导向器主体相配合的导向器上盖，导向器主体为一平面，导向器主体的前端设有三个垂直于导向器主体的轴承，导向器主体的中部设有固定架，固定架的前端间隔设有三个掌心传感器，掌心传感器的测力点位于掌心传感器的前端侧面，人工肌腱穿过固定架与导向器主体之间的间隙后与测力点相接触，然后绕过轴承后与手套指尖相连；
所述传动部分包括电动机和传动部分壳体，电动机设置在传动部分壳体外部的一端，电动机轴的端部位于传动部分壳体内部且垂直设有电机齿轮，电机齿轮的两侧分别设有与电机齿轮相啮合的丝杆齿轮，两个丝杆齿轮的中心分别垂直设有与电动机轴相平行的丝杆，丝杆上设有圆形的传动滑块，传动滑块设有两个通孔，通孔的内部设有与丝杆外螺纹相配合的内螺纹，丝杆穿过通孔设置，钢丝与传动滑块的中心固定相连；
连接单元包括连接单元下壳和可拆卸的安装在连接单元下壳上的连接单元上壳，连接单元下壳的底壁上垂直均布设有两个长条形的下壳隔断，连接单元下壳侧壁与下壳隔断之间、相邻的两个下壳隔断之间分别可滑动的设有与钢丝相连接的钢丝滑块，连接单元上壳顶壁上垂直均布设有与下壳隔断相配合的上壳隔断，连接单元上壳侧壁与上壳隔断之间、相邻的两个上壳隔断之间分别可滑动的设有线滑块，线滑块与人工肌腱相连接，线滑块可拆卸的安装在钢丝滑块上；
掌心传感器和指尖传感器的信号输出端分别与主控单元相连接；主控单元与电动机开关相连接。
本发明工作时电动机接收到主控单元发来的动作指令，电动机齿轮带动两侧丝杆齿轮转动，使两根丝杆同步转动，丝杆上的传动滑块随丝杆的转动来回移动；与传动滑块相连接的钢丝经连接单元与手套中的人工肌腱连接，传动滑块移动时钢丝牵引人工肌腱运动，实现人工肌腱收缩放松。
所述传动部分丝杆上设有限位装置，传动部分的限位装置可限制传动滑块的行程。
当手指端的指尖传感器受到手指压力后，将该压力信号传至主控单元，主控单元驱动电动机转动，钢丝牵引人工肌腱运动，实现人工肌腱收缩，达到增加握力的目的；
当手指端放松对指尖传感器的压力，随着手指的松开，手掌导向器中的手掌传感器随之动作，将信号传至主控单元，主控单元控制电动机反转，与传动滑块相连接的钢丝放松对人工肌腱的拉紧，此时人工肌腱可通过手指的松开而放松；传动滑块到达限位位置时，电动机停止动作。
可通过连接单元更换不同型号的手套，适用范围广。
所述掌心传感器包括长条形的传感器主体，传感器主体的前端垂直设有长条形的测力部分，测力部分的一端与传感器主体侧壁垂直相连，测力部分的另一端端壁为测力点。
长条形的传感器主体插入到固定架内部，测力点与传感器主体的侧面不在同一个平面上，对人工肌腱起到了拉紧作用，增大了测力点与人工肌腱之间的压力，使压力检测更加灵敏。
测力部分的另一端端壁为弧形壁。
弧形壁增大了测力点与人工肌腱的接触面积，进一步增强了压力检测的灵敏程度。
测力部分一侧的侧壁与传感器主体的端部相齐平，测力部分另一侧侧壁的长度大于测力部分一侧侧壁的长度。
这样将压力集中到弧形壁的一侧，在手指松开时，人工肌腱能够及时与测力点分开，使人工肌腱与测力点之间的压力为零。
测力点与轴承之间的连线和轴承与手套指尖连线之间夹角为大于120°的钝角。
轴承位置的设置，使经过测力点的人工肌腱经过一个钝角后与手套指尖相连接，这样方便掌心传感器测量测力点与人工肌腱之间的压力，还能够减小人工肌腱与轴承之间的摩擦。
所述导向器主体为脚掌形，与拇指之间相连的轴承位于导向器主体中部一侧，与中指指尖相连的轴承位于导向器主体前端一侧，与无名指之间相连的轴承位于导向器主体前端另一侧。
导向器上盖设有固定架腔和轴承腔，固定架腔与固定架相配合，轴承腔与轴承相配合。
导向器上盖设有上安装孔，所述导向器主体设有下安装孔，上安装孔与下安装孔之间螺栓连接。
上安装孔和下安装孔的设置需要避开走线，防止螺栓影响到人工肌腱的收缩与放松。
所述钢丝滑块包括长方体的钢丝滑块体和圆柱形的导向柱，导向柱垂直设置在钢丝滑块体一端的端壁中部，钢丝穿过导向柱与钢丝滑块体固定相连。
所述线滑块包括长方体的线滑块体和两个垂直设置在线滑块体上的长条凸起，两个长条凸起之间的距离等于导向柱的直径，人工肌腱与线滑块体固定相连，钢丝滑块体的下底面与线滑块体的上顶面相接触，导向柱设置于两个长条凸起之间。
线滑块体的下底面设有长方形凹槽，长方形凹槽内设有六角螺母，人工肌腱缠绕在六角螺母上，六角螺母的侧壁与长方形凹槽侧壁之间过盈配合。
通过六角螺母将人工肌腱固定在线滑块体上，连接牢固，不易松开。
所述传动部分壳体包括传动部分下壳体和传动部分上壳体，传动部分上壳体为半圆筒形侧壁，传动部分下壳体为与传动部分上壳体相配合的半圆筒形，电动机轴的端部穿过传动部分下壳体和传动部分下壳体端壁设置。
传动部分壳体的另一端端壁内侧设有两个丝杆轴承，两个丝杆的一端端部分别穿过丝杆轴承设置，两个丝杆的另一端也分别设有丝杆轴承，丝杆另一端的端部分别穿过丝杆轴承后与丝杆齿轮的中心垂直相连。
本发明具有的优点和积极效果是：由于采用上述技术方案，手套感应灵敏，可以根据指尖感应器和掌心传感器感应到人手的动作，从而转动电机带动人工肌腱运动；可以通过连接单元的拆卸任意更换不同型号的手套，应用范围广；通过两个丝杆和传动滑块，将电动机的旋转运动转变为直线运动，提供一个水平且均匀的拉力，传动力矩大，所用的电动机功率小，节约能源。
附图说明
图1是本发明的智能握力辅助手套结构示意图
图2是本发明的智能握力辅助手套导向器结构示意图
图3是本发明智能握力辅助手套导向器爆炸图
图4是本发明智能握力辅助手套掌心传感器结构示意图
图5是本发明智能握力辅助手套连接单元结构示意图
图6是本发明智能握力辅助手套连接单元下壳结构示意图
图7是本发明智能握力辅助手套连接单元线滑块和钢丝滑块结构示意图
图8是本发明智能握力辅助手套连接单元线滑块和钢丝滑块背面结构示意图
图9是是本发明智能握力辅助手套传动部分结构示意图
图中：
1、手套 2、导向器 3、指尖传感器4、人工肌腱
5、连接单元 6、钢丝 7、传动部分 8、主控单元
21、轴承 22、固定架 23、掌心传感器24、轴承腔
25、导向器上盖 26、固定架腔 27、上安装孔28、下安装孔
29、导向器主体 231、测力点 232、传感器主体233、测力部分
51、连接单元上壳52、连接单元下壳53、下壳隔断54、钢丝滑块
55、线滑块 541、导向柱 542、钢丝滑块体551、线滑块体
552、长条凸起 553、长方形凹槽554、六角螺母71、电动机
72、传动部分上壳体73、传动部分下壳体74、电机齿轮75、丝杆齿轮
76、丝杆77、传动滑块78、通孔79、丝杆轴承
具体实施方式
如图1所示，本发明智能握力辅助手套，包括手套1和人工肌腱4，还包括连接单元5、传动部分7和主控单元8，手套1的掌心内设有导向器2，手套1的指尖设有指尖传感器3，
如图2、图3所示，导向器2包括导向器主体29和与导向器主体29相配合的导向器上盖25，导向器主体29为一平面，导向器主体29的前端设有三个垂直于导向器主体29的轴承21，导向器主体29的中部设有固定架22，固定架22的前端间隔设有三个掌心传感器23，掌心传感器23的测力点231位于掌心传感器23的前端侧面，人工肌腱4穿过固定架22与导向器主体29之间的间隙后与测力点231相接触，然后绕过轴承21后与手套1指尖相连；
如图9所示，传动部分包括电动机71和传动部分壳体，电动机71设置在传动部分壳体外部的一端，电动机71轴的端部位于传动部分壳体内部且垂直设有电机齿轮74，电机齿轮74的两侧分别设有与电机齿轮74相啮合的丝杆齿轮75，两个丝杆齿轮75的中心分别垂直设有与电动机71轴相平行的丝杆76，丝杆76上设有圆形的传动滑块77，传动滑块77设有两个通孔78，通孔78的内部设有与丝杆76外螺纹相配合的内螺纹，丝杆76穿过通孔78设置，钢丝6与传动滑块77的中心固定相连；
如图5、图6所示，连接单元包括连接单元下壳52和可拆卸的安装在连接单元下壳52上的连接单元上壳51，连接单元下壳52的底壁上垂直均布设有两个长条形的下壳隔断35，连接单元下壳52侧壁与下壳隔断53之间、相邻的两个下壳隔断53之间分别可滑动的设有与钢丝6相连接的钢丝滑块54，连接单元上壳51顶壁上垂直均布设有与下壳隔断53相配合的上壳隔断，连接单元上壳51侧壁与上壳隔断之间、相邻的两个上壳隔断之间分别可滑动的设有线滑块55，线滑块55与人工肌腱4相连接，线滑块55可拆卸的安装在钢丝滑块54上；
掌心传感器23和指尖传感器3的信号输出端分别与主控单元8相连接；主控单元8与电动机71开关相连接。
如图4所示，掌心传感器23包括长条形的传感器主体232，传感器主体232的前端垂直设有长条形的测力部分233，测力部分233的一端与传感器主体232侧壁垂直相连，测力部分233的另一端端壁为测力点231。
长条形的传感器232主体插入到固定架22内部，测力点231与传感器主体232的侧面不在同一个平面上，对人工肌腱4起到了拉紧作用，增大了测力点231与人工肌腱4之间的压力，使压力检测更加灵敏。
测力部分233的另一端端壁为弧形壁。弧形壁增大了测力点231与人工肌腱4的接触面积，进一步增强了压力检测的灵敏程度。
测力部分233一侧的侧壁与传感器主体232的端部相齐平，测力部分233另一侧侧壁的长度大于测力部分233一侧侧壁的长度。
这样将压力集中到弧形壁的一侧，在手指松开时，人工肌腱4能够及时与测力点231分开，使人工肌腱4与测力点231之间的压力为零。
测力点231与轴承21之间的连线和轴承21与手套1指尖连线之间夹角为大于120°的钝角。
轴承21位置的设置，使经过测力点231的人工肌腱4经过一个钝角后与手套1指尖相连接，这样方便掌心传感器23测量测力点231与人工肌腱4之间的压力，还能够减小人工肌腱4与轴承21之间的摩擦。
进一步的，导向器主体29为脚掌形，与拇指之间相连的轴承21位于导向器主体29中部一侧，与中指指尖相连的轴承21位于导向器主体29前端一侧，与无名指之间相连的轴承21位于导向器主体29前端另一侧。
导向器上盖25设有固定架腔26和轴承腔24，固定架腔26与固定架22相配合，轴承腔24与轴承21相配合。
在导向器上盖25设有上安装孔27，导向器主体29设有下安装孔28，上安装孔27与下安装孔28之间螺栓连接。
上安装孔27和下安装孔28的设置需要避开走线，防止螺栓影响到人工肌腱4的收缩与放松。
如图7、图8所示，钢丝滑块54包括长方体的钢丝滑块体542和圆柱形的导向柱541，导向柱541垂直设置在钢丝滑块体542一端的端壁中部，钢丝6穿过导向柱541与钢丝滑块体542固定相连。
线滑块55包括长方体的线滑块体551和两个垂直设置在线滑块体551上的长条凸起552，两个长条凸起552之间的距离等于导向柱541的直径，人工肌腱4与线滑块体551固定相连，钢丝滑块体542的下底面与线滑块体551的上顶面相接触，导向柱541设置于两个长条凸起552之间。
如图8所示，在线滑块体551的下底面设有长方形凹槽553，长方形凹槽553内设有六角螺母554，人工肌腱4缠绕在六角螺母554上，六角螺母554的侧壁与长方形凹槽553侧壁之间过盈配合。
通过六角螺母将人工肌腱4固定在线滑块体551上，连接牢固，不易松开。
进一步的，传动部分壳体包括传动部分下壳体73和传动部分上壳体72，传动部分上壳体72为半圆筒形，传动部分下壳体73为与传动部分上壳体72相配合的半圆筒形，电动机71轴的端部穿过传动部分下壳体73和传动部分下壳体72端壁设置。
传动部分壳体的另一端端壁内侧设有两个丝杆轴承79，两个丝杆76的一端端部分别穿过丝杆轴承79设置，两个丝杆76的另一端也分别设有丝杆轴承79，丝杆76另一端的端部分别穿过丝杆轴承79后与丝杆齿轮75的中心垂直相连。
本实例的工作过程：本发明工作时电动机71接收到主控单元8发来的动作指令，电机齿轮74带动两侧丝杆齿轮75转动，使两根丝杆76同步转动，丝杆76上的传动滑块77随丝杆76的转动来回移动；与传动滑块77相连接的钢丝6经连接单元5与手套1中的人工肌腱4连接，传动滑块77移动时钢丝6牵引人工肌腱4运动，实现人工肌腱4收缩放松。
在传动部分7丝杆76上可设有限位装置，传动部分7的限位装置可限制传动滑块77的行程。
当手指端的指尖传感器3受到手指压力后，将该压力信号传至主控单元8，主控单元8驱动电动机71转动，钢丝6牵引人工肌腱4运动，实现人工肌腱4收缩，达到增加握力的目的；
当手指端放松对指尖传感器3的压力，随着手指的松开，手掌导向器2中的手掌传感器23随之动作，将信号传至主控单元8，主控单元8控制电动机71反转，与传动滑块77相连接的钢丝6放松对人工肌腱4的拉紧，此时人工肌腱4可通过手指的松开而放松；传动滑块到达限位位置时，电动机71停止动作。
可通过连接单元4更换不同型号的手套，适用范围广。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (6)
1.智能握力辅助手套，包括手套和人工肌腱，其特征在于：还包括连接单元、传动部分和主控单元，手套的掌心内设有导向器，手套的指尖设有指尖传感器，
所述导向器包括导向器主体和与导向器主体相配合的导向器上盖，导向器主体为一平面，导向器主体的前端设有三个垂直于导向器主体的轴承，导向器主体的中部设有固定架，固定架的前端间隔设有三个掌心传感器，掌心传感器的测力点位于掌心传感器的前端侧面，人工肌腱穿过固定架与导向器主体之间的间隙后与测力点相接触，然后绕过轴承后与手套指尖相连；
所述传动部分包括电动机和传动部分壳体，电动机设置在传动部分壳体外部的一端，电动机轴的端部位于传动部分壳体内部且垂直设有电机齿轮，电机齿轮的两侧分别设有与电机齿轮相啮合的丝杆齿轮，两个丝杆齿轮的中心分别垂直设有与电动机轴相平行的丝杆，丝杆上设有圆形的传动滑块，传动滑块设有两个通孔，通孔的内部设有与丝杆外螺纹相配合的内螺纹，丝杆穿过通孔设置，钢丝与传动滑块的中心固定相连；
连接单元包括连接单元下壳和可拆卸的安装在连接单元下壳上的连接单元上壳，连接单元下壳的底壁上垂直均布设有两个长条形的下壳隔断，连接单元下壳侧壁与下壳隔断之间、相邻的两个下壳隔断之间分别可滑动的设有与钢丝相连接的钢丝滑块，连接单元上壳顶壁上垂直均布设有与下壳隔断相配合的上壳隔断，连接单元上壳侧壁与上壳隔断之间、相邻的两个上壳隔断之间分别可滑动的设有线滑块，线滑块与人工肌腱相连接，线滑块可拆卸的安装在钢丝滑块上；
掌心传感器和指尖传感器的信号输出端分别与主控单元相连接；主控单元与电动机开关相连接，所述掌心传感器包括长条形的传感器主体，传感器主体的前端垂直设有长条形的测力部分，测力部分的一端与传感器主体侧壁垂直相连，测力部分的另一端端壁为测力点，测力部分的另一端端壁为弧形壁，测力部分一侧的侧壁与传感器主体的端部相齐平，测力部分另一侧侧壁的长度大于测力部分一侧侧壁的长度，测力点与轴承之间的连线和轴承与手套指尖连线之间夹角为大于120°的钝角，所述导向器主体为脚掌形，与拇指之间相连的轴承位于导向器主体中部一侧，与中指指尖相连的轴承位于导向器主体前端一侧，与无名指之间相连的轴承位于导向器主体前端另一侧。
2.根据权利要求1所述的智能握力辅助手套，其特征在于：所述钢丝滑块包括长方体的钢丝滑块体和圆柱形的导向柱，导向柱垂直设置在钢丝滑块体一端的端壁中部，钢丝穿过导向柱与钢丝滑块体固定相连。
3.根据权利要求2所述的智能握力辅助手套，其特征在于：所述线滑块包括长方体的线滑块体和两个垂直设置在线滑块体上的长条凸起，两个长条凸起之间的距离等于导向柱的直径，人工肌腱与线滑块体固定相连，钢丝滑块体的下底面与线滑块体的上顶面相接触，导向柱设置于两个长条凸起之间。
4.根据权利要求3所述的智能握力辅助手套，其特征在于：线滑块体的下底面设有长方形凹槽，长方形凹槽内设有六角螺母，人工肌腱缠绕在六角螺母上，六角螺母的侧壁与长方形凹槽侧壁之间过盈配合。
5.根据权利要求4所述的智能握力辅助手套，其特征在于：所述传动部分壳体包括传动装置下壳体和传动装置上壳体，传动装置上壳体为半圆筒形，传动装置下壳体的为与传动装置上壳体相配合的半圆筒形，电动机轴的端部穿过传动装置下壳体和传动装置下壳体端壁设置。
6.根据权利要求5所述的智能握力辅助手套，其特征在于：传动部分壳体的另一端端壁内侧设有两个丝杆轴承，两个丝杆的一端端部分别穿过丝杆轴承设置，两个丝杆的另一端也分别设有丝杆轴承，丝杆另一端的端部分别穿过丝杆轴承后与丝杆齿轮的中心垂直相连。
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