CN112353630B - 气动腕部外骨骼辅助部件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种气动腕部外骨骼辅助部件，包括硅胶空腔体，左侧腔体和右侧腔体分别与中间腔体的两侧连接且三个腔体之间相互隔断，左侧腔体由可充气膨胀的、呈齿状排列连接且相互连通的若干左侧气室组成，左侧腔体的齿口方向朝向左侧，中间腔体由可充气膨胀的、呈齿状排列连接且相互连通的若干中部气室组成，中间腔体的齿口方向朝上，右侧腔体由可充气膨胀的、呈齿状排列连接且相互连通的若干右侧气室组成，右侧腔体的齿口方向朝向右侧，左侧腔体、中间腔体和右侧腔体的端部分别设有进气口。本发明能够实现左、右、下三个方向的弯曲和恢复动作，提高与腕部关节实际活动的匹配度，更加符合腕部关节的运动形式，穿戴舒适简便。

Description

气动腕部外骨骼辅助部件
技术领域
本发明属于医疗康复辅助器械的技术领域，特别是涉及一种气动腕部外骨骼辅助部件。
背景技术
在工业自动化、机器人技术和医疗康复等领域，软体气动组件因其结构简单、质轻、安全性高，可结合其他部件使用等特点得到广泛应用。特别是在人体辅助设备方面，早期的辅助设备多为刚性材料，重量较大，材质较硬，同时刚性部件在完成一些动作时，与人体的关节配合度不够，使人在穿用时极易感到不适。于是，当气动驱动的柔性部件出现在人体辅助设备上面，这些柔性部件更加贴合人体，而且操作携带方便，越来越受到用户的欢迎。
现有技术中的单个气动部件往往只能实现一个动作，但是人的关节往往具有多方向的自由度。将多个气动部件放在一个关节处往往会增加操作的复杂性，降低穿戴的舒适性。而且现有气动部件在形变的时候容易拱起而无法贴合人体，如果束缚在人身上又会造成局部压力过大，对身体造成伤害。在运动、工作等活动中，常常需要手腕的灵活配合，如果用力不当极易导致手腕受伤。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种气动腕部外骨骼辅助部件，能够实现左、右、下三个方向的弯曲和恢复动作，提高与腕部关节实际活动的匹配度，更加符合腕部关节的运动形式。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种气动腕部外骨骼辅助部件，包括硅胶空腔体，所述硅胶空腔体包括左侧腔体、中间腔体和右侧腔体，所述左侧腔体和右侧腔体分别与中间腔体的两侧连接且三个腔体之间相互隔断，所述左侧腔体由可充气膨胀的、呈齿状排列连接且相互连通的若干左侧气室组成，所述左侧腔体的齿口方向朝向左侧，所述中间腔体由可充气膨胀的、呈齿状排列连接且相互连通的若干中部气室组成，所述中间腔体的齿口方向朝上，所述右侧腔体由可充气膨胀的、呈齿状排列连接且相互连通的若干右侧气室组成，所述右侧腔体的齿口方向朝向右侧，所述左侧腔体、中间腔体和右侧腔体的端部分别设有进气口。
相邻左侧气室之间右端部相互连接且连接处设有气体通道。
相邻中部气室之间底部相互连接且连接处设有气体通道。
相邻右侧气室之间左端部相互连接且连接处设有气体通道。
还包括一通三接头，所述一通三接头的三个接头分别与硅胶空腔体的左侧腔体、中间腔体和右侧腔体的进气口连接，所述三个接头上分别设有阀门。
所述一通三接头的一通接口与可调压气泵相连。
所述硅胶空腔体上与人体贴合的位置粘附有织物。
所述硅胶空腔体通过织物缝合到手套上。
有益效果
本发明的硅胶空腔体通过控制充气能够实现左、右、下三个方向的弯曲和恢复动作，能够提高与腕部关节实际活动的匹配度，更加符合腕部关节的运动形式，有利于增加腕部辅助部件的功能性。
本发明的硅胶空腔体与人体贴合的部分采用织物垫衬，并连接到手套上，利用织物和手套能够达到方便穿戴和提高穿戴舒适性的效果。
附图说明
图1为硅胶空腔体向右弯曲，向左弯曲和向下弯曲的实际过程展示。
图2为硅胶空腔体的剖面示意图。
图3为单排气室形变后的剖面示意图。
图4为单个气室的形变机理示意图。
图5为一通三接头的结构示意图。
图6为硅胶空腔体成型模具的底壳部分示意图。
图7为硅胶空腔体成型模具的插销部分示意图。
图8为本发明穿戴在手上的展示图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
如图2和5所示的一种气动腕部外骨骼辅助部件，包括硅胶空腔体和一通三接头。
如图2所示，硅胶空腔体包括左侧腔体、中间腔体和右侧腔体，左侧腔体和右侧腔体分别与中间腔体的两侧连接且三个腔体之间相互隔断。左侧腔体由可充气膨胀的、呈齿状排列连接且相互连通的若干左侧气室组成，左侧腔体的齿口方向朝向左侧，相邻左侧气室之间右端部相互连接且连接处设有气体通道。中间腔体由可充气膨胀的、呈齿状排列连接且相互连通的若干中部气室组成，中间腔体的齿口方向朝上，相邻中部气室之间底部相互连接且连接处设有气体通道。右侧腔体由可充气膨胀的、呈齿状排列连接且相互连通的若干右侧气室组成，右侧腔体的齿口方向朝向右侧，相邻右侧气室之间左端部相互连接且连接处设有气体通道。左侧腔体、中间腔体和右侧腔体的端部分别设有进气口。
如图5所示，一通三接头的三个接头分别与硅胶空腔体的左侧腔体、中间腔体和右侧腔体的进气口连接，三个接头上分别设有阀门。一通三接头的一通接口与可调压气泵相连，气泵采用内部12V锂电池供电，气压调节范围为-60～60kPa，尺寸为200*120*75mm，质量为600g，方便携带。
硅胶空腔体上与人体贴合的位置粘附有织物。织物与硅胶空腔体之间的粘合材料和硅胶空腔体使用的材料相同，将未固化的硅胶均匀涂覆在织物表面，然后将硅胶空腔体的底面放在织物表面，用重物压在硅胶空腔体上面使织物与硅胶空腔体粘合紧密。织物为90％涤纶+10％氨纶针织面料，四面弹性，布面光滑，舒适亲肤，厚度薄，易于缝纫。硅胶空腔体通过织物缝合到棉布手套上，作为外骨骼的可穿戴部分，柔软贴手有弹性，穿戴非常舒适和方便。
硅胶空腔体采用图7和图8组成的模具进行成型，实例中使用的硅胶的型号为Dragon skin 10/20/30三种硅胶，其邵尔A型硬度分别为10A、20A和30A，模量为22～86psi，拉伸强度为475～550psi，固化时间为5～16h。
具体实施例1
图7为模具的底壳，能够成型硅胶空腔体的主体结构，并能够成型左侧腔体和右侧腔体的齿口结构。所设计的底壳上端A和下端B的两个面未封闭，在浇铸硅胶液体前，用透明胶带封住两端，待硅胶固化之后可以轻易撕开胶带，既没有使硅胶泄露，又极大地方便了脱模。底壳上对应硅胶空腔体的左侧腔体和右侧腔体的齿口之间分别设有插槽C。
图8为插销，是中间腔体形成齿状结构的关键，插销的两个插头D分别插在对应底壳的插槽C里面，这样插销的挡板E就能起到相邻中部气室之间的隔断作用，每个气室之间都有一个挡板，使中部腔体的每个气室的上部都相互独立，底部连接，形成了齿状结构。模型固化之后，插销可以轻易拔出，不阻碍脱模。所设计的模具空隙为1.5mm，对应得到的硅胶空腔体的壁厚为1.5mm。所设计的模具长为80mm，宽为40mm，高为12mm，对应的硅胶空腔体的长宽高分别为80mm、40mm和12mm。
如图2硅胶空腔体的剖面示意图，硅胶空腔体分为左侧腔体、中间腔体和右侧腔体，三个腔体相互之间不连通，左部与中部共用一面硅胶壁，右部与中部共用一面硅胶壁。各腔体的每个气室的一端相互分开，另一端的连接处有气体通道，在增加内部气压时气室可以产生弯曲形变。
如图3为单排气室形变后的剖面示意图，每个气室充气后在横向发生体积膨胀，由于一端是分开的，一端是连接的，导致整体会发生弯曲形变。
如图4为单个气室的形变示意图，当ΔP＝P-P0＞0时(P为气囊内部气压，P0为外部大气压)，单个气室就会受到内部气压作用发生膨胀变形。
如图5为一通三接头的示意图，下面一端连接可调压气泵，上面三个端口分别连接硅胶空腔体的三个腔体端部的进气口，在上面三个端口的近气泵处装有三个阀门，用于控制通道的连通与闭合。
将成型后的硅胶空腔体与织物粘合，织物长为90mm，宽为50mm，织物表面涂覆一层未固化的Dragon Skin 10型号硅胶，然后放到裁切好的织物中央，使用重物压在硅胶空腔体上面，待硅胶完全固化之后，织物与硅胶空腔体紧紧粘合，硅胶空腔体之外空余一部分织物。
将织物的空余部分与棉布手套的手背部的一面缝合到一起，形成一种与织物结合的气动腕部外骨骼辅助部件，可以穿戴在患者的腕部和手背部。
具体实施例2
模具设计如实施例1，不同的是将Dragon Skin 20型号硅胶混合均匀后注入模具中，室温5～8个小时后完全固化。
织物尺寸与织物和硅胶空腔体的组装方式如实施例1，不同的是织物表面涂覆的是未固化的Dragon Skin 20型号硅胶。
与棉布手套的组装方式如实施例1。
具体实施例3
模具设计如实施例1，不同的是将Dragon Skin 30型号硅胶混合均匀后注入模具中，室温10～16个小时后完全固化。
织物尺寸与织物和硅胶空腔体的组装方式如实施例1，不同的是织物表面涂覆的是未固化的Dragon Skin 30型号硅胶。
与棉布手套组装方式如实施例1。
通过将三个齿状硅胶腔体设计到一个气动部件上，使一个部件可以实现左、右、下三个方向的弯曲并恢复动作，如图1所示，从而使外骨骼提供的助力和形变与腕部关节的动作形式更为符合，而且采用柔软、有弹性、透气好的织物和棉布手套。故本申请的技术方案一方面使外骨骼的辅助更加满足腕关节动作的需要，另一方面可以改变设计尺寸以满足用户各方面的需求，使外骨骼舒适性和与人体的融合性更好。

Claims (5)

1.一种气动腕部外骨骼辅助部件，包括硅胶空腔体，其特征在于：所述硅胶空腔体包括左侧腔体、中间腔体和右侧腔体，所述左侧腔体和右侧腔体分别与中间腔体的两侧连接且三个腔体之间相互隔断，所述左侧腔体由可充气膨胀的、呈齿状排列连接且相互连通的若干左侧气室组成，所述左侧腔体的齿口方向朝向左侧，所述中间腔体由可充气膨胀的、呈齿状排列连接且相互连通的若干中部气室组成，所述中间腔体的齿口方向朝上，所述右侧腔体由可充气膨胀的、呈齿状排列连接且相互连通的若干右侧气室组成，所述右侧腔体的齿口方向朝向右侧，所述左侧腔体、中间腔体和右侧腔体的端部分别设有进气口，相邻左侧气室之间右端部相互连接且连接处设有气体通道，相邻中部气室之间底部相互连接且连接处设有气体通道，相邻右侧气室之间左端部相互连接且连接处设有气体通道，各腔体的每个气室的一端相互分开，另一端的连接处有气体通道。
2.根据权利要求1所述的一种气动腕部外骨骼辅助部件，其特征在于：还包括一通三接头，所述一通三接头的三个接头分别与硅胶空腔体的左侧腔体、中间腔体和右侧腔体的进气口连接，所述三个接头上分别设有阀门。
3.根据权利要求2所述的一种气动腕部外骨骼辅助部件，其特征在于：所述一通三接头的一通接口与可调压气泵相连。
4.根据权利要求1所述的一种气动腕部外骨骼辅助部件，其特征在于：所述硅胶空腔体上与人体贴合的位置粘附有织物。
5.根据权利要求4所述的一种气动腕部外骨骼辅助部件，其特征在于：所述硅胶空腔体通过织物缝合到手套上。
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