CN112618249B - 一种主被动手部康复训练机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种主被动手部康复训练机器人，包括：支架框；以及五个手指驱动模块，分别为固定在支架框的左侧或右侧的拇指驱动单元和并排固定在支架框上的四个四指驱动单元，其中，五个手指驱动模块均包括安装支架、第一电机、第二电机、第一主动锥齿轮、底架大锥齿轮、两个齿轮连接杆、第二传动锥齿轮、第三传动锥齿轮、第二主动锥齿轮、第四传动锥齿轮、第五传动锥齿轮、弧形架和手指固定组件，第一传动锥齿轮与第二传动锥齿轮和第三传动锥齿轮均啮合，第五传动锥齿轮与第二传动锥齿轮和第三传动锥齿轮均啮合。本发明通过启动第一电机，关闭第二电机，实现四指及拇指的屈曲/伸展运动，通过两个电机的配合使用实现单根手指的内收/外展运动。
Description
技术领域
本发明属于康复医疗器械技术领域，具体涉及一种主被动手部康复训练机器人。
背景技术
生活中，半数以上脑卒中患者遗留有肢体功能障碍，而手部功能障碍占比在80％以上。随着机器人技术在医学领域的发展，采用高端辅助器械对患者进行手部康复训练具有操作简便、性价比高、模式多样和效果好的特点，受到临床医生的高度重视和患者的青睐。手指康复机器人作为一种高端医疗器械，致力于解决传统疗法中效率低下的问题，可以帮助患者进行高强度、重复性、针对性和互动性的康复训练，促进大脑受损功能区域重建，使患者的手部运动功能得到科学有效的恢复。
现有的手指康复机器人，存在训练模式单一、佩戴困难、结构复杂、价格昂贵以及不适合家庭推广使用等问题，无法很好的满足患者的适配与训练需求，难以针对性进行康复运动训练。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种主被动手部康复训练机器人。
本发明提供了一种主被动手部康复训练机器人，具有这样的特征，包括：支架框，开口向下；以及五个手指驱动模块，分别为固定在支架框的左侧或右侧的拇指驱动单元以及并排固定在支架框上的四个四指驱动单元，其中，五个手指驱动模块均包括安装支架、通过电机支架安装在安装支架上的第一电机、通过电机支架安装在安装支架上且与第一电机并列设置的第二电机、与第一电机的输出轴同轴设置的第一主动锥齿轮、与该第一主动锥齿轮啮合的底架大锥齿轮、固定在底架大锥齿轮上且与底架大锥齿轮的转轴同向的两个相对设置的齿轮连接杆、分别安装在两个齿轮连接杆端部并相对设置的第二传动锥齿轮和第三传动锥齿轮、与第二电机的输出轴同轴设置的第二主动锥齿轮、与该第二主动锥齿轮啮合的第四传动锥齿轮、与该第四传动锥齿轮同轴设置的第五传动锥齿轮、固定安装在第二传动锥齿轮上的弧形架以及设置在弧形架上的手指固定组件，第一传动锥齿轮与第二传动锥齿轮和第三传动锥齿轮均啮合，第五传动锥齿轮与第二传动锥齿轮和第三传动锥齿轮均啮合。
在本发明提供的主被动手部康复训练机器人中，还可以具有这样的特征：其中，第二传动锥齿轮的背部具有连接凸头，弧形架通过连接凸头与第二传动锥齿轮固定连接。
在本发明提供的主被动手部康复训练机器人中，还可以具有这样的特征：其中，弧形架包括一侧与第二传动锥齿轮固定连接的U形框、连接在U形框后端的弧形连接杆以及设于弧形连接杆端部的套筒，手指固定组件包括贯穿于套筒内部的调节杆、螺旋套设在套筒后端的旋帽以及螺旋套设在套筒上且紧挨旋帽设置的锁紧旋钮，套筒内为阶梯孔，其后端具有开口，锁紧旋钮的内壁面上具有能够伸入到开口内的卡扣，调节杆的后端具有限位凸台，该限位凸台设置在套筒的大孔径的部分内，限位凸台和旋帽的后壁面之间还设置有调节弹簧，通过旋转旋帽调节调节杆前端的伸出长度以适应不同长度的手指，并通过将卡扣旋进开口内使锁紧旋钮将旋帽锁死。
在本发明提供的主被动手部康复训练机器人中，还可以具有这样的特征：其中，调节杆的前端销接有手指连杆，该手指连杆的前端销接有指套。
在本发明提供的主被动手部康复训练机器人中，还可以具有这样的特征：其中，指套具有上指套以及与下指套，上指套与手指连杆铰接，下指套的前端与上指套的前端铰接，上指套和下指套的后端通过一根松紧带绑在一起。
在本发明提供的主被动手部康复训练机器人中，还可以具有这样的特征：其中，上指套和下指套的内壁面上均具有压力传感器。
在本发明提供的主被动手部康复训练机器人中，还可以具有这样的特征：其中，上指套或者下指套上还具有用于卡设松紧带的防掉挡片。
在本发明提供的主被动手部康复训练机器人中，还可以具有这样的特征：其中，支架框的左侧和右侧均具有拇指安装卡槽，且支架框的左侧和右侧还固定安装有快拆模块，快拆模块设置在拇指安装卡槽的后侧，拇指驱动单元的安装支架的底面卡设在拇指安装卡槽内，且拇指驱动单元的安装支架的底面后端设置有卡接板。
在本发明提供的主被动手部康复训练机器人中，还可以具有这样的特征：其中，快拆模块包括固定在支架框左侧或者右侧的相对设置的上安装座和下安装座以及用于对卡接板进行限位的插板，插板包括按压板、设置在按压板上表面上的卡接限位板以及设置在按压板下表面上的导向块，按压板与下安装座之间设置有压缩弹簧，卡接限位板从上安装座的通孔内穿出，导向块从下安装座的通孔内穿出。
在本发明提供的主被动手部康复训练机器人中，还可以具有这样的特征：其中，第一电机的输出轴上安装有第一编码器，第二电机的输出轴上安装有第二编码器。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的主被动手部康复训练机器人，因为拇指驱动模块和四指驱动模块的结构相同，所以节约了制造和安装成本；因为五个手指驱动模块均通过启动第一电机，关闭第二电机，使动力依次经第二主动锥齿轮、第四传动锥齿轮、第二主动锥齿轮和第二传动锥齿轮驱动弧形架进行俯仰运动，从而实现拇指及其余四指的屈曲和伸展运动，并且五个手指驱动模块均能够利用差速机构同时启动第一电机和第二电机，通过第一电机和第二电机的的配合使用，使得第四传动锥齿轮和第一传动锥齿轮的转速保持一致，弧形架随第二传动锥齿轮仅绕底架大锥齿轮的中心轴线旋转，从而实现单根手指的内收和外展运动，即五指的张开和闭合运动，所以能够完成手部的康复训练。
因此，本发明的主被动手部康复训练机器人，结构简单、体积小、成本较低、佩戴方便，解决了传统疗法中效率低下的问题，可以帮助患者进行高强度、重复性、针对性和互动性的康复训练，还能够直接放置在桌面上进行手部的康复训练，实现家用化的推广使用，满足患者的适配与训练需求，具有很好的市场前景。
附图说明
图1是本发明的实施例中主被动手部康复训练机器人的整体结构示意图；
图2是本发明实施例中主被动手部康复训练机器人的手指驱动模块的立体示意图；
图3是本发明实施例中主被动手部康复训练机器人的手指驱动模块的内部结构示意图；
图4是本发明实施例中主被动手部康复训练机器人的手指驱动模块的部分结构示意图；
图5是本发明实施例中主被动手部康复训练机器人的手指固定组件的结构示意图；
图6是本发明实施例中主被动手部康复训练机器人的锁紧旋钮的结构示意图；
图7是本发明实施例中主被动手部康复训练机器人的弧形架的结构示意图；
图8是本发明实施例中主被动手部康复训练机器人的支架框的结构示意图；
图9是本发明实施例中主被动手部康复训练机器人的快拆模块的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。
实施例：
图1是本发明的实施例中主被动手部康复训练机器人的整体结构示意图。
如图1所示，本实施例的一种主被动手部康复训练机器人100，包括支架框以及手指驱动模块。
支架框1的开口向下，支架框1上具有两条用来固定手掌的手掌固定带233，分别贯穿安装在所述支架框1的前后两端。
支架框1的上表面具有用来安装四指驱动模块22的四指安装卡槽232，四指驱动模块22紧贴四指安装卡槽232安装，且四指驱动模块22的安装支架201的底面与支架框1的上表面通过螺栓固定连接。
五个手指驱动模块2分别结构相同的一个拇指驱动模块21和四个四指驱动模块22，拇指驱动模块21固定在支架框1的左侧或者右侧，四个四指驱动模块22并排固定在支架框1的上表面，且拇指驱动模块21与四指驱动模块22的安装方向夹角为70°～90°。
图2是本发明实施例中主被动手部康复训练机器人的手指驱动模块的立体示意图，图3是本发明实施例中主被动手部康复训练机器人的手指驱动模块的内部结构示意图，图4是本发明实施例中主被动手部康复训练机器人的手指驱动模块的部分结构示意图。
如图2-图4所示，五个手指驱动模块2均包括：安装支架201、通过电机支架安装在安装支架201上的第一电机202、通过电机支架安装在安装支架201且与第一电机202并列设置的第二电机203、与第一电机202的输出轴同轴设置的第一主动锥齿轮204、与第一主动锥齿轮204啮合的底架大锥齿轮205、与底架大锥齿轮205同轴设置的第一传动锥齿轮206、固定在底架大锥齿轮205上且与底架大锥齿轮205的转轴同向的两相对设置的齿轮连接杆207、分别安装在两个齿轮连接杆207端部的第二传动锥齿轮208和第三传动锥齿轮209、与第二电机203的输出轴同轴设置的第二主动锥齿轮210、与第二主动锥齿轮210啮合的第四传动锥齿轮211、与第四传动锥齿轮211同轴设置的第五传动锥齿轮212、固定安装在第二传动锥齿轮208上的弧形架213以及设置在弧形架213上的手指固定组件。
本实施例中，第二传动锥齿轮208和第三传动锥齿轮209相对设置，第一传动锥齿轮206与第二传动锥齿轮208和第三传动锥齿轮209均啮合，第五传动锥齿轮212与第二传动锥齿轮208和第三传动锥齿轮209均啮合。
本实施例中，第一电机202的输出轴上安装有第一编码器230，第二电机203的输出轴上安装有第二编码器231，第一编码器230和第二编码器231分别用来测量第一电机202和第二电机203的转速。
图5是本发明实施例中主被动手部康复训练机器人的手指固定组件的结构示意图，图6是本发明实施例中主被动手部康复训练机器人的锁紧旋钮的结构示意图，图7是本发明实施例中主被动手部康复训练机器人的弧形架的结构示意图。
如图4-图7所示，弧形架213包括U形框2131、连接在U形框2131后端的弧形连接杆2132以及弧形连接杆2132端部的套筒2133；第二传动锥齿轮208的背部具有连接凸头2081，U形框2131的一侧通过连接凸头2081与第二传动锥齿轮208固定连接，U形框2131的另一侧通过轴承安装在第三传动锥齿轮209的转轴上。
如图5-图7所示，手指固定组件包括贯穿于套筒2133内的调节杆214、螺旋套设在套筒2133后端的旋帽215以及螺旋套设在套筒2133上且紧挨旋帽215设置的锁紧旋钮216。
本实施例中，套筒2133内为阶梯孔，其后端具有开口21331，锁紧旋钮216的内壁面上具有能够伸入到开口21331内的卡扣2161，调节杆214的后端具有限位凸台，限位凸台设置在套筒2133的大孔径的部分内，限位凸台和旋帽215的后壁面之间还设置有调节弹簧217，通过旋转旋帽215调节调节杆214前端的伸出长度以适应不同长度的手指，并通过将卡扣2161旋进开口21331内使锁紧旋钮216将旋帽215锁死。
如图5所示，调节杆214的前端销接有手指连杆218，手指连杆218的前端销接有指套。
本实施例中，指套具有上指套219和下指套220，上指套219与手指连杆218铰接，下指套220的前端与上指套219的前端铰接，上指套219和下指套220的后端通过一根松紧带221绑在一起。
本实施例中，上指套219和下指套220的内壁面上均具有压力传感器234，且上指套219或者下指套220上还具有用来卡设松紧带221的防掉挡片222。
图8是本发明实施例中主被动手部康复训练机器人的支架框的结构示意图，图9是本发明实施例中主被动手部康复训练机器人的快拆模块的结构示意图。
如图8和图9所示，为了能够同时适应左手和右手的康复训练，支架框1的左侧和右侧均具有拇指安装卡槽223，拇指驱动模块21的安装支架201的底面卡设在拇指安装卡槽223内，且拇指驱动模块21的安装支架201的底面后端设置有卡接板2011。
本实施例中，支架框1的左侧和右侧还固定安装有快拆模块，快拆模块设置在拇指安装卡槽223的后侧，快拆模块包括固定在支架框1左侧或者右侧的相对设置的上安装座224和下安装座225、用来对卡接板2011进行限位的插板，插板包括按压板226、设置在按压板226上表面上的卡接限位板227和设置在按压板226下表面上的导向块228，按压板226与下安装座225之间设置有压缩弹簧229。
本实施例中，卡接限位板227从上安装座224的通孔内穿出，导向块228从下安装座225的通孔内穿出。
本实施例的主被动手部康复训练机器人的工作原理：
本实施例的主被动手部康复训练机器人100中，患者进行康复训练时，五指分别伸入上指套219和下指套220所形成的空间内，在调节弹簧217的作用下，调节杆214的长度自动调节以适应不同长度的手指，通过旋转锁紧旋钮216的卡扣2161进入套筒2133的开口21331内使锁紧旋钮216将旋帽215锁死，然后再通过松紧带221将手指固定在指套内，完成患者手部的穿戴工作。
接着，若患者需要对手指进行屈曲和伸展运动，则启动第二电机203，关闭第一电机202，动力依次经第二主动锥齿轮210、第四传动锥齿轮211、第二主动锥齿轮212和第二传动锥齿轮208驱动弧形架213进行俯仰运动，以实现四指及拇指的屈曲/伸展运动。另外，若患者需要对手指进行内收和外展运动，即实现五指的张开和闭合运动，利用差速机构的协调作用，同时启动第一电机202和第二电机203，通过第一电机202和第二电机203的配合使用，使第四传动锥齿轮211和第一传动锥齿轮206的转速保持一致，弧形架213随第二传动锥齿轮208仅绕底架大锥齿轮205的中心轴线旋转。
此外，将拇指驱动模块21的安装支架201的底面安装在拇指安装卡槽223内，通过快拆模块的卡接限位板227顶住安装支架201上的卡接板2011，在需要将拇指驱动模块21拆下时，只需按下按压板226，使卡接限位板227向下脱开卡接板2011，这样就可以方便快速地更换拇指驱动模块21的安装位置，以分别适应左手和右手的康复训练。
最后，若患者需要进行主动康复训练，则在人手指有一定的力量时，通过在上指套219和下指套220的内壁面上安装有的压力传感器234判断手指想要的运动方向，从而控制手指驱动模块2的运动方向，进而完成患者手指的主动康复训练。
实施例的作用与效果
根据本实施例所涉及的主被动手部康复训练机器人，因为拇指驱动模块和四指驱动模块的结构相同，所以节约了制造和安装成本；因为五个手指驱动模块均通过启动第一电机，关闭第二电机，使动力依次经第二主动锥齿轮、第四传动锥齿轮、第二主动锥齿轮和第二传动锥齿轮驱动弧形架进行俯仰运动，从而实现拇指及其余四指的屈曲和伸展运动，并且五个手指驱动模块均能够利用差速机构同时启动第一电机和第二电机，通过第一电机和第二电机的的配合使用，使得第四传动锥齿轮和第一传动锥齿轮的转速保持一致，弧形架随第二传动锥齿轮仅绕底架大锥齿轮的中心轴线旋转，从而实现单根手指的内收和外展运动，即五指的张开和闭合运动，所以能够完成手部的康复训练。
进一步地，根据本实施例所涉及的主被动手部康复训练机器人，因为第二传动锥齿轮的背部具有连接凸头，所以能够将弧形架与第二传动锥齿轮固定连接在一起。
进一步地，根据本实施例所涉及的主被动手部康复训练机器人，因为手指组件具有调节杆、旋帽和锁紧旋钮，且调节杆的后端设有限位凸台，该限位凸台和旋帽的后壁面之间还设置有调节弹簧，所以能够通过旋转旋帽、调节调节杆前端的伸出长度以适应不同长度的手指。
进一步地，根据本实施例所涉及的主被动手部康复训练机器人，因为上指套和所述下指套的内壁面上均具有压力传感器，所以能够通过压力传感器判断手指想要的运动方向，进而控制手指驱动模块的运动方向。
进一步地，根据本实施例所涉及的主被动手部康复训练机器人，因为上指套或者所述下指套上具有防掉挡片，所以能够用于卡设松紧带，进而防止松紧带掉落。
进一步地，根据本实施例所涉及的主被动手部康复训练机器人，因为支架框的左侧和右侧均具有拇指安装卡槽，所以能够将拇指驱动模块的安装支架的底面卡设在拇指安装卡槽内，进而安装在支架框上。
进一步地，根据本实施例所涉及的主被动手部康复训练机器人，因为快拆模块的卡接限位板顶住了安装支架上的卡接板，在按压板被按下后，卡接限位板向下脱开卡接板，从而将拇指驱动模块拆下，所以能够快速更换拇指驱动模块的安装位置，以分别适应左手和右手的康复训练。
进一步地，根据本实施例所涉及的主被动手部康复训练机器人，因为第一电机输出轴上安装有第一编码器，第二电机的输出轴上安装有第二编码器，所以能够分别用来测量第一电机和第二电机的转速。
因此，本实施例的主被动手部康复训练机器人，结构简单、体积小、成本较低、佩戴方便，解决了传统疗法中效率低下的问题，可以帮助患者进行高强度、重复性、针对性和互动性的康复训练，还能够直接放置在桌面上进行手部的康复训练，实现家用化的推广使用，满足患者的适配与训练需求，能够针对性地进行康复运动训练，具有很好的市场前景。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种主被动手部康复训练机器人，其特征在于，包括：
支架框，开口向下；以及
五个手指驱动模块，分别为固定在所述支架框的左侧或右侧的拇指驱动模块以及并排固定在所述支架框上的四个四指驱动模块，
其中，五个所述手指驱动模块均包括安装支架、通过电机支架安装在所述安装支架上的第一电机、通过电机支架安装在所述安装支架上且与所述第一电机并列设置的第二电机、与所述第一电机的输出轴同轴设置的第一主动锥齿轮、与该第一主动锥齿轮啮合的底架大锥齿轮、与所述底架大锥齿轮同轴设置的第一传动锥齿轮、固定在所述底架大锥齿轮上且与所述底架大锥齿轮的转轴同向的两个相对设置的齿轮连接杆、分别安装在两个所述齿轮连接杆端部并相对设置的第二传动锥齿轮和第三传动锥齿轮、与所述第二电机的输出轴同轴设置的第二主动锥齿轮、与该第二主动锥齿轮啮合的第四传动锥齿轮、与该第四传动锥齿轮同轴设置的第五传动锥齿轮、固定安装在所述第二传动锥齿轮上的弧形架以及设置在所述弧形架上的手指固定组件，
所述第一传动锥齿轮与所述第二传动锥齿轮和所述第三传动锥齿轮均啮合，
所述第五传动锥齿轮与所述第二传动锥齿轮和所述第三传动锥齿轮均啮合。
2.根据权利要求1所述的主被动手部康复训练机器人，其特征在于：
其中，所述第二传动锥齿轮的背部具有连接凸头，
所述弧形架通过所述连接凸头与所述第二传动锥齿轮固定连接。
3.根据权利要求1所述的主被动手部康复训练机器人，其特征在于：
其中，所述弧形架包括一侧与所述第二传动锥齿轮固定连接的U形框、连接在所述U形框后端的弧形连接杆以及设于所述弧形连接杆端部的套筒，
所述手指固定组件包括贯穿于所述套筒内部的调节杆、螺旋套设在所述套筒后端的旋帽以及螺旋套设在所述套筒上且紧挨所述旋帽设置的锁紧旋钮，
所述套筒内为阶梯孔，其后端具有开口，
所述锁紧旋钮的内壁面上具有能够伸入到所述开口内的卡扣，
所述调节杆的后端具有限位凸台，该限位凸台设置在所述套筒的大孔径的部分内，
所述限位凸台和所述旋帽的后壁面之间还设置有调节弹簧，通过旋转旋帽调节所述调节杆前端的伸出长度以适应不同长度的手指，并通过将卡扣旋进所述开口内使所述锁紧旋钮将旋帽锁死。
4.根据权利要求3所述的主被动手部康复训练机器人，其特征在于：
其中，所述调节杆的前端销接有手指连杆，该手指连杆的前端销接有指套。
5.根据权利要求4所述的主被动手部康复训练机器人，其特征在于：
其中，所述指套具有上指套以及与下指套，
所述上指套与所述手指连杆铰接，所述下指套的前端与所述上指套的前端铰接，
所述上指套和所述下指套的后端通过一根松紧带绑在一起。
6.根据权利要求5所述的主被动手部康复训练机器人，其特征在于：
其中，所述上指套和所述下指套的内壁面上均具有压力传感器。
7.根据权利要求5所述的主被动手部康复训练机器人，其特征在于：
其中，所述上指套或者所述下指套上还具有用于卡设所述松紧带的防掉挡片。
8.根据权利要求1所述的主被动手部康复训练机器人，其特征在于：
其中，所述支架框的左侧和右侧均具有拇指安装卡槽，且所述支架框的左侧和右侧还固定安装有快拆模块，
所述快拆模块设置在所述拇指安装卡槽的后侧，
所述拇指驱动模块的安装支架的底面卡设在所述拇指安装卡槽内，且所述拇指驱动单元的安装支架的底面后端设置有卡接板。
9.根据权利要求8所述的主被动手部康复训练机器人，其特征在于：
其中，所述快拆模块包括固定在所述支架框左侧或者右侧的相对设置的上安装座和下安装座以及用于对所述卡接板进行限位的插板，
所述插板包括按压板、设置在所述按压板上表面上的卡接限位板以及设置在所述按压板下表面上的导向块，
所述按压板与所述下安装座之间设置有压缩弹簧，
所述卡接限位板从所述上安装座的通孔内穿出，所述导向块从所述下安装座的通孔内穿出。
10.根据权利要求1所述的主被动手部康复训练机器人，其特征在于：
其中，所述第一电机的所述输出轴上安装有第一编码器，
所述第二电机的所述输出轴上安装有第二编码器。
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