CN112656641A - 一种脑卒中患者穿戴式外肢体手指 - Google Patents

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本发明提供了一种脑卒中患者穿戴式外肢体手指，所述基座的底面设置所述绑扎模块，所述基座上端面一侧设置电机模块，基座上端面另一侧设置手指模块，该手指模块在牵拉模块被电机模块拉紧时向基座外侧弯曲，该手指模块在牵拉模块放松时向基座内侧复位。本发明中，所有指节件的弯曲实现了很好的包络，能够稳定的抓握物体，电机模块具有反馈转动角度和阻尼数据的功能，而指节件上设置有力控传感器，电机模块、力控传感器和控制模块的相互配合，实现了很好的反馈控制，能够避免因弯曲过度而抓坏物体。

Description

一种脑卒中患者穿戴式外肢体手指
技术领域
本发明属于康复上肢外肢体结构技术领域，尤其是涉及一种脑卒中患者穿戴式外肢体手指。
背景技术
在康复领域中，传统的机器人辅助疗法包括假肢和外骨骼，在长期使用时会对软组织和关节产生压缩力等一些负面影响；外肢体作为一种新兴的生机电一体化机器人，其不同于外骨骼和假肢，可以在不取代自然肢体前提下，通过增加可穿戴式机械手臂或手指来提高人类能力或辅助患者康复。
在患者康复过程中，外肢体手指被应用于帮助脑卒中患者抓握以及上肢康复训练。在抓取阶段，患者佩戴外肢体手指，并通过肌电或者脑电作为触发信号引发外肢体手指弯曲，由此外肢体手指辅助患者完成抓握。现有技术中，外肢体手指刚度过大，不能较好的完全包络物体，会因抓握不牢固导致物体掉落，而且由于物体大小、形状不同，也会导致抓取的稳定性较差。为了避免脑卒中患者在康复训练中出现外肢体手指抓取兼容性差的问题，研制一种新型的模块化柔性外肢体手指显得十分必要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供由多个关节件连接的多个指节件构成的手指模块以及由电机模块驱动的牵拉模块，通过二者的相互配合，实现良好包络的一种脑卒中患者穿戴式外肢体手指。
本发明采取的技术方案是：
一种脑卒中患者穿戴式外肢体手指，其特征在于：包括手指模块、电机模块、牵拉模块、绑扎模块和基座，所述基座的底面设置所述绑扎模块，所述基座上端面一侧设置电机模块，基座上端面另一侧设置手指模块，该手指模块在牵拉模块被电机模块拉紧时向基座外侧弯曲，该手指模块在牵拉模块放松时向基座内侧复位。
再有，所述手指模块包括指节件、关节件和弹性件，所述基座上端面另一侧设置安装座，该安装座上通过多个关节件间隔的设置多个指节件，相邻的两个指节件之间设置一个弹性件，所有指节件内穿设所述牵拉模块，该牵拉模块的前端设置在最前端的指节件上，该牵拉模块的后端与电机模块的输出端连接，电机模块的控制端与控制模块连接。
再有，所述牵拉模块为腱绳，多个腱绳穿设在所有指节件所设的牵引孔内，多个腱绳的前端与最前端的指节件连接，多个腱绳的后端缠绕在电机模块的输出端所设的滑轮上。
再有，所述指节件前端面和后端面为由上至下的倾斜面，在指节件前端面和后端面上均设置有关节件安装槽，安装槽下方的指节件由前至后设置多个所述牵引孔，在指节件上端面由前至后设置有用于安装弹性件的两个牵引座。
再有，所述指节件的底面设置有力控传感器，该力控传感器的输出端与控制模块连接。
再有，所述关节件能够弯曲且其前端和后端分别设置有与关节件安装槽相配合的凸起。
再有，所述弹性件为弹性绳，相邻的两个指节件上端面相互靠近的两个牵引座内穿设弹性绳。
再有，所述电机模块的朝向安装座的输出端设置所述滑轮，安装座内设置有与腱绳数量相同的开孔，所有腱绳的后端穿过通孔后缠绕在所述滑轮上。
本发明的优点和积极效果是：
本发明中，手指模块包括指节件、关节件和弹性件，电机模块通过滑轮的转动来驱动腱绳，通过拉紧腱绳使所有指节件向基座外侧弯曲或通过放松腱绳使所有指节件在弹性件的作用下向基座内侧复位，所有指节件的弯曲实现了很好的包络，能够稳定的抓握物体，电机模块具有反馈转动角度和阻尼数据的功能，而指节件上设置有力控传感器，电机模块、力控传感器和控制模块的相互配合，实现了很好的反馈控制，能够避免因弯曲过度而抓坏物体。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的右视图；
图3是图1的使用状态示意图；
图4是图1的指节件的立体放大图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。
一种脑卒中患者穿戴式外肢体手指，如图1-4所示，本发明的创新在于：包括手指模块、电机模块12、牵拉模块7、绑扎模块16和基座13，基座的底面由前至后设置两个绑扎模块，基座上端面一侧(图1中右侧)设置电机模块，基座上端面另一侧(图1中左侧)设置手指模块，该手指模块在牵拉模块被电机模块拉紧时向基座外侧(图1中左侧)弯曲，该手指模块在牵拉模块放松时向基座内侧(图1中右侧)复位。
基座使用ABS材料3D打印而成，如图1、2所示，基座中部为向上方的凹陷，该凹陷两侧15的基座一体向下方弧形延伸，由此形成了一个适应人体小臂表面形状的人体工程弧形接触面。基座两侧均设置有长槽14，长槽内设置前后两个绑扎模块，绑扎模块使用弹性的腕带，每个腕带穿过长槽的两侧端部一体连接并形成上弹性部18，当人体小臂22穿过腕带时能更好的固定在上弹性部和腕带之间，而且靠近人体手部的腕带相对较小，这样两个不同大小的腕带能更好的包覆在人体小臂上。
手指模块包括指节件4、关节件3和弹性件5，基座上端面另一侧设置安装座11，该安装座上通过多个关节件间隔的设置多个指节件，具体结构图1所示：安装座连接第一个关节件的后端，该关节件的前端连接第一个指节件后端，该第一个指节件的前端连接第二个关节件的后端，该第二个关节件的前端连接第二个指节件的后端，依次类推，按照上述连接方式，指节件使用六个，关节件使用六个。相邻的两个指节件之间设置一个弹性件，所有指节件内穿设所述牵拉模块，该牵拉模块的前端设置在最前端的指节件上，该牵拉模块的后端与电机模块的输出端连接，电机模块的控制端与控制模块连接。
牵拉模块为多个腱绳，图1、2、3中使用三个腱绳，三个腱绳穿设在所有指节件所设的牵引孔24内，三个腱绳的前端与最前端的指节件连接，三个腱绳的后端缠绕在电机模块的输出端所设的滑轮17上。
指节件的结构如图4所示，其前端面23和后端面9为由上至下的逐渐向指节件内侧延伸的倾斜面，在指节件前端面和后端面上均设置有关节件安装槽1，安装槽下方的指节件由前至后设置三个牵引孔，在指节件上端面由前至后设置有用于安装弹性件的两个牵引座6。相邻的指节件之间设置有间隙8，与倾斜面配合时，能够使所有指节件顺畅的向基座外侧弯曲。
指节件使用ABS材料，其宽度、长度和厚度可以根据实际情况来设置。关节件使用TPU材料，关节件的前端和后端分别设置有与关节件安装槽相配合的凸起2，图1中的凸起整体为圆柱形，该圆柱形的凸起与关节件安装槽之间为过盈配合。关节件能够柔性弯曲，具有高伸长率、一定的韧性和耐疲劳的特点，允许重复运动和冲击，同时不会对患者造成伤害，保证安全。
在指节件的底面25设置有力控传感器，该力控传感器的输出端与控制模块连接。
弹性件如图2所示的使用弹性绳，相邻的两个指节件上相互靠近的两个牵引座内的通孔10内穿设弹性绳。如图1所示，靠后的指节件上端面靠前的牵引座和靠前的指节件上端面靠后的牵引座之间设置弹性绳。该弹性绳在腱绳牵拉指节件项基座外侧弯曲时储能，在腱绳放松时释放弹性能并使指节件向基座内侧复位。
电机模块的朝向安装座的输出端(输出轴端部)设置滑轮，安装座内设置有与腱绳数量相同的开孔，所有腱绳的后端穿过通孔后缠绕在所述滑轮上。滑轮使用ABS材料，尺寸根据电机模块输出端尺寸来设置。
本发明的工作过程是：
1.患者将小臂套在腕带内，并调整好方向。
2.现有的肌电或脑电接收设备感知患者的意愿，由此通过控制模块向电机模块输出控制信号。
3.如图3所示，电机模块驱动滑轮转动，使腱绳缠绕在滑轮上，腱绳的拉紧使所有的指节件项基座外侧弯曲，并与患者的手指20和手掌21相互配合，将物体19抓握，
4.抓握的过程中，电机模块不断的输出转动角度数据以及阻尼数据，同时指节件底面设置的力控传感器也不断的输出数据，上述三个数据输送到控制模块内，由其判断抓握力，当抓握力超过控制模块内设阀值时，电机模块停转并锁止，所有指节件保持包络状态，防止过度抓取破坏物体，避免了电机模块的过载。
5.腱绳的牵拉使弹性件随着指节件的弯曲而变形或拉伸，弹性件存储弹性能，当电机模块翻转并使滑轮反转时，所有指节件在所有弹性件的作用下向基座内侧复位。
本发明中，手指模块包括指节件、关节件和弹性件，电机模块通过滑轮的转动来驱动腱绳，通过拉紧腱绳使所有指节件向基座外侧弯曲或通过放松腱绳使所有指节件在弹性件的作用下向基座内侧复位。所有部件重量较轻，整体重量小于120克，避免患者过于疲劳。

Claims (10)

1.一种脑卒中患者穿戴式外肢体手指，其特征在于：包括手指模块、电机模块、牵拉模块、绑扎模块和基座，所述基座的底面设置所述绑扎模块，所述基座上端面一侧设置电机模块，基座上端面另一侧设置手指模块，该手指模块在牵拉模块被电机模块拉紧时向基座外侧弯曲，该手指模块在牵拉模块放松时向基座内侧复位。
2.根据权利要求1所述的一种脑卒中患者穿戴式外肢体手指，其特征在于：所述手指模块包括指节件、关节件和弹性件，所述基座上端面另一侧设置安装座，该安装座上通过多个关节件间隔的设置多个指节件，相邻的两个指节件之间设置一个弹性件，所有指节件内穿设所述牵拉模块，该牵拉模块的前端设置在最前端的指节件上，该牵拉模块的后端与电机模块的输出端连接，电机模块的控制端与控制模块连接。
3.根据权利要求2所述的一种脑卒中患者穿戴式外肢体手指，其特征在于：所述牵拉模块为腱绳，多个腱绳穿设在所有指节件所设的牵引孔内，多个腱绳的前端与最前端的指节件连接，多个腱绳的后端缠绕在电机模块的输出端所设的滑轮上。
4.根据权利要求3所述的一种脑卒中患者穿戴式外肢体手指，其特征在于：所述指节件前端面和后端面为由上至下的倾斜面，在指节件前端面和后端面上均设置有关节件安装槽，安装槽下方的指节件由前至后设置多个所述牵引孔，在指节件上端面由前至后设置有用于安装弹性件的两个牵引座。
5.根据权利要求4所述的一种脑卒中患者穿戴式外肢体手指，其特征在于：所述指节件的底面设置有力控传感器，该力控传感器的输出端与控制模块连接。
6.根据权利要求4或5所述的一种脑卒中患者穿戴式外肢体手指，其特征在于：所述关节件能够弯曲且其前端和后端分别设置有与关节件安装槽相配合的凸起。
7.根据权利要求4或5所述的一种脑卒中患者穿戴式外肢体手指，其特征在于，所述弹性件为弹性绳，相邻的两个指节件上端面相互靠近的两个牵引座内穿设弹性绳。
8.根据权利要求3或4或5所述的一种脑卒中患者穿戴式外肢体手指，其特征在于：所述电机模块的朝向安装座的输出端设置所述滑轮，安装座内设置有与腱绳数量相同的开孔，所有腱绳的后端穿过通孔后缠绕在所述滑轮上。
9.根据权利要求6所述的一种脑卒中患者穿戴式外肢体手指，其特征在于：所述电机模块的朝向安装座的输出端设置所述滑轮，安装座内设置有与腱绳数量相同的开孔，所有腱绳的后端穿过通孔后缠绕在所述滑轮上。
10.根据权利要求7所述的一种脑卒中患者穿戴式外肢体手指，其特征在于：所述电机模块的朝向安装座的输出端设置所述滑轮，安装座内设置有与腱绳数量相同的开孔，所有腱绳的后端穿过通孔后缠绕在所述滑轮上。
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