CN112274388B - 一种用于手部康复运动的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于手部康复运动的装置，涉及医疗器械领域。所述用于手部康复运动的装置包括：基座，其内部开设有第一通孔，所述第一通孔将所述基座的相对两端贯穿；柔性手套，其开口端与所述基座的一端处的所述第一通孔联通；多个形状记忆合金丝，分别沿着所述柔性手套的每个手指的长度方向设置，所述形状记忆合金丝与电源的导线连接，通过所述导线通电或断电而使所述形状记忆合金丝伸缩；以及控制器，设置在所述基座处，所述控制器与所述导线连接，所述控制器用于控制导线通电或断电。从而使柔性手套进行相应的动作，从而起到有效的驱动作用，从而实现使用方便的特点，并且相应的提升了整个系统的功重比。

Description

一种用于手部康复运动的装置

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体属于一种用于手部康复运动的装置。

背景技术

“脑卒中”又称“中风”，是一种急性脑血管疾病。据统计，脑卒中已经成为我国第一大死亡原因，具有发病率高、死亡率高和致残率高的特点。中风可能导致手功能丧失，对患者的身心健康造成极大的损害。中风对应的治疗方法有很多，如针灸、功能性电刺激、按摩和康复训练等，但上述治疗方法对大多数患者来说都是昂贵的。研究表明功能电刺激和早期康复治疗不仅可以促进中风致残患者肢体功能的恢复，促进脑部重塑，而且可以预防继发性损伤。通过若干个月的康复治疗，患者可以逐渐恢复手指的运动功能。因此，研究人员在此基础上设计并制造了各种康复机械臂。

关于康复机械手的驱动装置大概有以下几种：电动、气动、液压、智能材料驱动等。由于气动的驱动方式具有驱动速度快的优点，因此目前大多数康复机械手的驱动方式为气动，但是气动装置需要沉重的气泵等辅助装置，系统的功重比较低，不便于使用

发明内容

本发明的目的是提出一种用于手部康复运动的装置，以解决现有的康复机械手的驱动装置存在系统的功重比较低，不便于使用的问题。

本发明提供了一种用于手部康复运动的装置，包括：

基座，其内部开设有第一通孔，所述第一通孔将所述基座的相对两端贯穿；

柔性手套，其开口端与所述基座的一端处的所述第一通孔联通；

多条形状记忆合金丝，分别沿着所述柔性手套的每个手指的长度方向设置，所述形状记忆合金丝与电源的导线连接，通过所述导线通电或断电而使所述形状记忆合金丝伸缩；以及

控制器，设置在所述基座处，所述控制器与所述导线连接，所述控制器用于控制导线通电或断电。

进一步地，多条所述形状记忆合金丝为十根，每根所述形状记忆合金丝沿着所述柔性手套的一个手指的轮廓边缘布置，每个所述柔性手套的一个手指的上部表面和下部表面分别设置有一根所述形状记忆合金丝，每根所述形状记忆合金丝的两端伸入所述基座内并与所述导线连接。

进一步地，还包括：多个铝套管，所述柔性手套的每个手指固定有多个所述铝套管，所述形状记忆合金丝沿着所述铝套管的延伸方向穿过所述铝套管。

进一步地，每根所述形状记忆合金丝绕过所述柔性手套的一个手指的指尖处轮廓布置，所述柔性手套的一个手指的指尖处固定有所述铝套管。

进一步地，还包括多个风扇，每个所述手指上部表面的所述形状记忆合金丝设置在所述第一通孔内的顶部，每个所述手指下部表面的所述形状记忆合金丝设置在所述第一通孔内的底部，

多个所述风扇安装在所述基座，所述风扇用于分别向所述第一通孔内顶部和底部的所述形状记忆合金丝吹风。

进一步地，所述基座包括两个滑轮架和张紧带；

两个所述滑轮架分别设置在所述基座的第一通孔的两端处，

每个所述滑轮架的上下两侧分别设置有多个光轴，位于所述柔性手套上部表面的每根所述形状记忆合金丝依次缠绕过两个所述滑轮架上侧的每个所述光轴后固定在所述第一通孔另一端处的所述基座固定，位于所述柔性手套下部表面的每根所述形状记忆合金丝依次缠绕过两个所述滑轮架下侧的每个所述光轴后固定在所述第一通孔另一端处的所述基座固定；

所述张紧带固定在所述第一通孔另一端的所述基座处，所述张紧带为弹力张紧带。

进一步地，所述滑轮架包括分别竖直设置的两个夹板和一个光轴支撑板，所述夹板的顶部和底部分别并行设置有十个第一长条形通孔，所述第一长条形通孔沿着竖向设置，

所述夹板中央开设有第一椭圆形通孔，所述光轴支撑板的中央开设有第二椭圆形通孔，所述光轴支撑板的顶部和底部分别并行设置有十个第二长条形通孔，所述第二长条形通孔沿着竖向设置，每个所述第二长条形通孔的左右两侧相对设置有凹坑，相对设置的两个所述凹坑中设置有一个所述光轴，所述光轴支撑板被两个所述夹板夹在中间，所述第一长条形通孔与所述第二长条形通孔尺寸相同，所述第一长条形通孔与所述第二长条形通孔相对设置。

本发明中，通过控制器控制导线通电或断电，而使相应的柔性手套表面的形状记忆合金丝发生伸缩，从而使形状记忆合金丝带动柔性手套发生相应的弯曲或伸展，从而使套在柔性手套中的患者的手指进行相应的屈曲伸展，在最大程度上使得患者的手指的驱动方式更加接近人手本身的生理运动方式，从而不会对患者手指造成二次伤害。通过多次驱动手指的屈曲伸展，可以在一定程度上帮助手指的控制运动相关的神经的重塑，逐渐恢复手指的运动功能，使患者早日摆脱病痛的折磨。并且，由于这种使患者手指屈曲伸展的驱动方式仅仅通过控制器控制相应的导线通电或断电，便可以使相应的形状记忆合金丝伸缩，从而使柔性手套进行相应的动作，从而起到有效的驱动作用，从而实现使用方便的特点，并且相应的提升了整个系统的功重比。

附图说明

图1为本发明所述的用于手部康复运动的装置的示意性轴测图；

图2为图1中的A-A截面剖视图；

图3为图2中的Q处放大图；

图4为图1中的B向视图；

图5为所述柔性手套的单根手指屈曲或伸展形状记忆合金丝绕线方式示意图；

图6为夹板的示意性主视图；

图7为光轴支撑板的示意性主视图；

图8为图7中的P处放大图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”“后”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，而不是指示或暗示所指的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，因此不能理解为对本发明的限制。以下结合附图对本发明的基于形状记忆合金丝的桌面级手指运动康复装置的具体技术方案进行描述。

而且，附图中沿着小臂的方向为前后方向，并且手臂的手肘到手腕的方向表示前，手腕到手臂的手肘的方向表示前表示后；人手的手掌侧到手背侧的方向表示上侧，人手的手背侧到手掌侧的正向表示下侧。

参见图1至图8，本发明提供一种用于手部康复运动的装置，包括：

基座100，其内部开设有第一通孔110，所述第一通孔110将所述基座100的相对两端贯穿；

柔性手套200，其开口端与所述基座100的一端处的所述第一通孔110联通；

多条形状记忆合金丝300，分别沿着所述柔性手套200的每个手指的长度方向设置，所述形状记忆合金丝300与电源的导线410连接，通过所述导线410通电或断电而使所述形状记忆合金丝300伸缩；以及

控制器，设置在所述基座100处，所述控制器与所述导线410连接，所述控制器用于控制导线410通电或断电。

本发明的发明人发现，形状记忆合金丝300(本实施方式中简称为“SMA丝300”)，作为一种新型智能驱动材料，只需要使SMA丝300通断电即可实现对手指运动位移的控制，不需要额外复杂的驱动系统。而且健康人手指的屈曲伸展是由肌腱驱动的，由于SMA丝300分别沿着所述柔性手套200的每个手指的长度方向设置，对SMA丝300通断电使其伸缩可以模仿肌腱的柔性驱动方式，更加接近人手自主的屈曲和伸展，从而减少了现有的手部康复运动装置由于自身的刚性对手指造成二次伤害的可能。因此，本发明的发明人通过对SMA丝300通断电来驱动手指的屈曲伸展。

本实施方式中，通过控制器控制导线410通电或断电，而使相应的柔性手套200表面的SMA丝300发生伸缩，从而使SMA丝300带动柔性手套200发生相应的弯曲或伸展，从而使套在柔性手套200中的患者的手指进行相应的屈曲伸展，在最大程度上使得患者的手指的驱动方式更加接近人手本身的生理运动方式，从而不会对患者手指造成二次伤害。通过多次驱动手指的屈曲伸展，可以在一定程度上帮助手指的控制运动相关的神经的重塑，逐渐恢复手指的运动功能，使患者早日摆脱病痛的折磨。并且，由于这种使患者手指屈曲伸展的驱动方式仅仅通过控制器控制相应的导线410通电或断电，便可以使相应的SMA丝300伸缩，从而使柔性手套200进行相应的动作，从而起到有效的驱动作用，从而实现使用方便的特点，并且相应的提升了整个系统的功重比。

参见图1，进一步地，多条所述形状记忆合金丝300为十根，每根所述形状记忆合金丝300沿着所述柔性手套200的一个手指的轮廓边缘布置，每个所述柔性手套200的一个手指的上部表面和下部表面分别设置有一根所述形状记忆合金丝300，每根所述形状记忆合金丝300的两端伸入所述基座100内并与所述导线410连接。

参见图1，进一步地，本实施方式的装置还包括：多个铝套管310，所述柔性手套200的每个手指固定有多个所述铝套管310，所述形状记忆合金丝300沿着所述铝套管310的延伸方向穿过所述铝套管310。

参见图1，进一步地，每根所述形状记忆合金丝300绕过所述柔性手套200的一个手指的指尖处轮廓布置，所述柔性手套200的一个手指的指尖处固定有所述铝套管310。

参见图1，进一步地，本实施方式的装置还包括多个风扇120，所述柔性手套200的每个所述手指上部表面的所述形状记忆合金丝300设置在所述第一通孔110内的顶部，所述柔性手套200的每个所述手指下部表面的所述形状记忆合金丝300设置在所述第一通孔110内的底部，

多个所述风扇120安装在所述基座100，所述风扇120用于分别向所述第一通孔110内顶部和底部的所述形状记忆合金丝300吹风，加速其降温过程。

参见图1和图4，进一步地，所述基座100包括两个滑轮架130和张紧带140；

两个所述滑轮架130分别设置在所述基座100的第一通孔110的两端处，

每个所述滑轮架130的上下两侧分别设置有多个光轴131，位于所述柔性手套200上部表面的每根所述形状记忆合金丝300依次缠绕过两个所述滑轮架130上侧的每个所述光轴131后固定在所述第一通孔110另一端处的所述基座100固定，位于所述柔性手套200下部表面的每根所述形状记忆合金丝300依次缠绕过两个所述滑轮架130下侧的每个所述光轴131后固定在所述第一通孔110另一端处的所述基座100固定；

所述张紧带140固定在所述第一通孔110另一端的所述基座100处，所述张紧带140为弹力张紧带。

参见图3、图6至图8，进一步地，所述滑轮架130包括分别竖直设置的两个夹板132和一个光轴支撑板133，所述夹板132的顶部和底部分别并行设置有十个第一长条形通孔1321，所述第一长条形通孔1321沿着竖向设置，所述夹板132中央开设有第一椭圆形通孔1322，所述光轴支撑板133的中央开设有第二椭圆形通孔1331，所述光轴支撑板133的顶部和底部分别并行设置有十个第二长条形通孔1332，所述第二长条形通孔1332沿着竖向设置，每个所述第二长条形通孔1332的左右两侧相对设置有凹坑1333，相对设置的两个所述凹坑1333中设置有一个所述光轴131，所述光轴支撑板133被两个所述夹板132夹在中间，所述第一长条形通孔1321与所述第二长条形通孔1332尺寸相同，所述第一长条形通孔1321与所述第二长条形通孔1332相对设置。

本实施方式中的柔性手套200可以是采用硅胶制成的手套，或者是织物制成的手套，便于将铝套管310固定在柔性手套200外表面。

所述张紧带140为弹力张紧带，利用其弹力将患者的手臂500向柔性手套200中推送，从而保证处于柔性手套200表面的SMA丝300处于伸直状态。

参见图1至图8，另外，本实施方式中，所述基座100可以是长方体结构，基座100的两端为其长度方向的两端，基座100包括左侧面、右侧面、上底面和下底面。基座100的左右侧面均安装有导线槽420，基座100左侧面平行患者的小臂轴线的方向上下开有两个槽口，槽口用来安装加速SMA丝300冷却用的风扇120，基座100上底面安装控制盒430和导线槽420，下底面前后各有一个凸缘，地脚第一螺栓孔用来将基座100安装到桌面上。

参见图1至图8，另外，控制器包括控制盒430，控制盒430安装在基座100后部的上方，需要说明的是，本实施方式中所称的“基座100后部”是指所述基座100的一端，而“基座100前部”是指所述基座100的另一端。基座100的左右两侧是指垂直于第一通孔110的两端的两侧。

风扇120置于基座100的左侧面，用来减少SMA丝300断电后的冷却时间，提高SMA丝300的控制性能、提高康复效率。

光轴131充当定滑轮，供SMA丝300盘绕。铝套管310沿着柔性手套200手指的长度方向对称均匀分布，用于对SMA丝300进行导向。

而位于柔性手套200指尖处的铝套管310，沿着垂直于手指的长度方向设置，该铝套管310用于SMA丝300收缩应力提供力的作用点。每根SMA丝300伸出基座100后部的部分通过第一螺栓与导线410相连，导线410通过导线槽420连接到控制盒，便于对SMA丝300通断电进行控制。

参见图1至图8，另外，基座100可以固定在桌面上，每根SMA丝300的两端分别固定在基座100的第一螺栓134上，每根SMA丝300的对折部位用铝套管310固定在柔性手套200的指尖部位；手套指尖部位的铝套管310用来固定SMA丝300的折弯处，当SMA丝300通电收缩时带动对应手指各个关节运动；

通过导线410将SMA丝300和控制器相连，导线槽420固定在基座100外部，导线槽420用来收纳导线410，便于安装和维修。

参见图1至图8，另外，风扇120可以安装在基座100的左侧面上下的两个长条形状的槽口处，每个槽口处可以安装两个风扇120，在SMA丝300断电之后开启，起到加速SMA丝300冷却的作用，使其长度伸长，更快恢复到马氏体状态，便于依据需要的手指运动形式及时对不同SMA丝300进行控制。

参见图1至图8，另外，基座100为滑轮架130、控制盒430、SMA丝300张紧带140和风扇120提供支撑，且基座100的下底面有若干个地脚第一螺栓孔，用来将基座100固定到桌面的特定位置。

张紧带140的两端固定在基座100的两侧，用来固定手臂500位置，穿戴时，患者的手掌和小臂伸入基座100的柔性手套200中，患者的肘部位于滑轮架130后方，SMA丝300、张紧带140和大臂垂直，其弹力将手臂500推向装置前方，使得SMA丝300得以张紧；

参见图1至图8，另外，本实施方式还包括张紧带调节机构141，其固定在基座100两侧的挡板上，可以调节张紧带140的长度，用来使不同手臂长度的患者在使用该装置时都可以保证SMA丝300处于张紧状态，便于达到更好的驱动效果。

张紧带调节机构141可以是第二螺栓，而张紧带140的一端可以开设长条形通孔，该长条形通孔沿着张紧带140的长度方向延伸，而第二螺栓插入该长条形通孔中并螺纹连接于基座100的外表面，通过旋拧第二螺栓的大头端，并使该大头端贴靠在基座100的外壳上，从而将张紧带140夹在第二螺栓大头端与基座100的外壳之间，实现对张紧带140的固定，而在需要对张紧带140进行调节的时候，将第二螺栓松开，从而利用张紧带140的长条形通孔，改变第二螺栓相对张紧带140的位置，从而实现对张紧带140的调节。

参见图1至图8，另外，所述控制器包括控制盒430和导线槽420，控制盒430固定在基座100的上方靠近滑轮架130的位置，控制盒430用来收集所有的导线410，对SMA丝300的通断电进行控制，导线410用第一螺栓134固定在滑轮架130上，同时，SMA丝300也与对应的第一螺栓134固定，进而将控制器与SMA丝300相连，导线槽420设置在基座100的后部，并且导线槽420从控制器的两端伸出后布置在基座100的左右两侧，导线槽420经过基座100的棱边之后竖直向下延伸到基座100的底座上，导线槽420在基座100后部棱边的位置开口，便于与SMA丝300相连的导线410的进入。

参见图1至图8，另外，本实施方式中，每根所述SMA丝300一端固定在滑轮架130的第一螺栓134上，SMA丝300另一端绕过基座100内部的滑轮组上的光轴131八次后，再伸出基座100，SMA丝300通过铝套管310沿着手指的方向导向布置，SMA丝300折弯处用铝套管310固定在柔性手套200指尖部位，随后再次进入基座100，再绕过基座100内部的滑轮组上的光轴131八次之后伸出基座100，SMA丝300另一端也固定在滑轮架130的第一螺栓134处；柔性手套200的每根手指手掌和手背方向各有一根SMA丝300，每根SMA丝300的安装方式如上所述。

这里的SMA丝300逐个绕过两个滑轮架130的相邻的光轴131，从而使SMA丝300位于两个滑轮架130之间呈蛇形布置。

每根SMA丝300的一端固定在滑轮架130的第一螺栓处，每根SMA丝300的另一端绕过基座100内部的滑轮组上的光轴131若干次，然后SMA丝300伸出基座100，用铝套管310沿着手指的方向导向，SMA丝300折弯处用铝套管310固定在柔性手套200指尖部位，随后再次进入基座100，再绕过基座100内部的多个光轴131组成的滑轮组上若干次之后伸出基座100，另一端也固定在滑轮架130上的第一螺栓上。SMA丝300通过多个光轴131形成的滑轮组上来回缠绕，有效地减小了SMA丝300所占用的空间，减小了本实施方式的装置的体积。

SMA丝300通过铝套管310与柔性手套200相连，模拟了人手生理结构中的肌腱驱动的驱动方式，其结构的柔性使其能够在驱动过程中保证手指运动的舒适性。

本实施方式的装置使用过程中，最初手指处于僵直的状态，为了使手指屈曲，先给手掌侧的SMA丝300通电，也就是柔性手套200的下部表面，SMA丝300在电流的热效应下相变收缩，拉动手指各个关节转动，手指屈曲；当需要手指做伸展运动时，手掌部分的SMA丝300断电，同时下方的两个风扇120启动，加速手掌侧SMA丝300温度的降低，然后对手背侧对应的SMA丝300通电，使其收缩带动手指的伸展，实现对手指屈曲伸展的控制。下一个康复过程(先屈曲后伸展)开始前，基座100上方的风扇120开启加速手背侧SMA丝300的冷却。康复训练如此循环多次，直至康复过程结束。

本实施方式的装置采用类似肌腱驱动的SMA丝300驱动方式，替代了气动，液压等相对复杂的驱动系统，大大简化了整体结构。利用具有形状记忆效应的SMA丝300作为系统的动力源和位移执行装置。利用基座100中的光轴131作为定滑轮减小SMA丝所占用的空间，使手指可以达到理想的屈曲角度的同时保证装置的体积较小。

当使用本实施方式的装置时，手臂500从基座100内部的柔性手套200袖口端进入，SMA丝300张紧带140使大臂和手肘向前支撑起手套上的SMA丝300，保证在康复过程中SMA丝300始终保持绷紧的状态，防止由于SMA丝300松弛而影响驱动效果；SMA丝300的两端都固定在基座100上的第一螺栓上，通过导线410连接到控制盒430中，对SMA丝300的通断电进行控制，驱动手指实现不同的姿态。

虽然本发明公开披露如上，但本发明公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种用于手部康复运动的装置，其特征在于，包括:

基座，其内部开设有第一通孔，所述第一通孔将所述基座的相对两端贯穿;

柔性手套，其开口端与所述基座的一端处的所述第一通孔联通;

多条形状记忆合金丝，分别沿着所述柔性手套的每个手指的长度方向设置，所述形状记忆合金丝与电源的导线连接，通过所述导线通电或断电而使所述形状记忆合金丝伸缩;以及

控制器，设置在所述基座处，所述控制器与所述导线连接，所述控制器用于控制导线通电或断电；

还包括多个风扇，所述柔性手套的每个所述手指上部表面的所述形状记忆合金丝设置在所述第一通孔内的顶部，所述柔性手套的每个所述手指下部表面的所述形状记忆合金丝设置在所述第一通孔内的底部，多个所述风扇安装在所述基座，所述风扇用于分别向所述第一通孔内顶部和底部的所述形状记忆合金丝吹风;

所述基座包括两个滑轮架和张紧带;

两个所述滑轮架分别设置在所述基座的第一通孔的两端处，每个所述滑轮架的上下两侧分别设置有多个光轴，位于所述柔性手套上部表面的每根所述形状记忆合金丝依次缠绕过两个所述滑轮架上侧的每个所述光轴后固定在所述第一通孔另一端处的所述基座上，位于所述柔性手套下部表面的每根所述形状记忆合金丝依次缠绕过两个所述滑轮架下侧的每个所述光轴后固定在所述第一通孔另一端处的所述基座上;所述张紧带固定在所述第一通孔另一端的所述基座处，所述张紧带为弹力张紧带;

所述滑轮架包括分别竖直设置的两个夹板和一个光轴支撑板，所述夹板的顶部和底部分别并行设置有十个第一长条形通孔，所述第一长条形通孔沿着竖向设置， 所述夹板中央开设有第一椭圆形通孔，所述光轴支撑板的中央开设有第二椭圆形通孔，所述光轴支撑板的顶部和底部分别并行设置有十个第二长条形通孔，所述第二长条形通孔沿着竖向设置，每个所述第二长条形通孔的左右两侧相对设置有凹坑，相对设置的两个所述凹坑中设置有一个所述光轴，所述光轴支撑板被两个所述夹板夹在中间，所述第一长条形通孔与所述第二长条形通孔尺寸相同，所述第一长条形通孔与所述第二长条形通孔相对设置。

2.根据权利要求1所述的用于手部康复运动的装置，其特征在于，

多条所述形状记忆合金丝为十根，每根所述形状记忆合金丝沿着所述柔性手套的一个手指的轮廓边缘布置，每个所述柔性手套的一个手指的上部表面和下部表面分别设置有一根所述形状记忆合金丝，每根所述形状记忆合金丝的两端伸入所述基座内并与所述导线连接。

3.根据权利要求2所述的用于手部康复运动的装置，其特征在于，还包括:多个铝套管,所述柔性手套的每个手指固定有多个所述铝套管，所述形状记忆合金丝沿着所述铝套管的延伸方向穿过所述铝套管。