CN113101131B - 欠驱动康复机器人手指关节 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种欠驱动康复机器人手指关节，包括运动导轨板、限位装置组件、近端指节驱动连杆、近中端指节联动连杆组件、中端指节联动连杆组件、中端指节驱动连杆、手指可调固定组件；外接两个电动推杆获得动力，实现近端指节和中端指节的联动弯曲和中端指节独立弯曲运动。调节限位装置上的滚花螺母的位置控制近端指节驱动连杆的极限转动角度。中端指节驱动连杆中设有菱形凹槽，手指可调固定组件中的中端指节指套可调节在菱形凹槽中的固定位置，从而可适应不同长短手指的穿戴训练。本发明结构简单可靠，适应不同手指长短穿戴，实现近端指节和中端指节独立控制运动，加速对手指关节控制恢复。

Description

欠驱动康复机器人手指关节

技术领域

本发明涉及医疗康复器械技术领域，具体涉及一种欠驱动康复机器人手指关节。

背景技术

在因外伤或手部疾病而手术的患者中，最常出现的是因后续功能锻炼缺乏而导致的手功能障碍。常规康复治疗中，患者手功能的康复需要医生对患者手部关节进行长时间的活动训练。根据既往的统计资料显示，正规康复治疗的费用，可以达到甚至超过整个疾病治疗全部费用的50％。因此研发出低成本、安全、高效的康复手指关节的机器人，不但可以减轻患者的康复成本，还能缓解医院医疗资源的紧张状况。

当前的康复机器人手指关节智能化程度不高，无法及时将训练过程中关节的姿态、力量的大小等康复效果反馈给医生，影响康复效果的评估；在康复机器人手指关节安全性方面，大多康复机器人手指关节没有对结构的运动行程进行机械限位，存在安全隐患，对于有手指僵硬等现象的手功能障碍患者，手指的康复活动范围需要按康复阶段进行制定，所以不仅要实现对结构整个运动行程的限位，还需要对各阶段运动行程的康复机器人手指关节进行机械限位；在康复机器人手指关节实用性方面，对于多数康复机器人手指关节，没有调节指套位置的装置结构，使得不能适应不同长短手指的康复训练。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述不足，提供了一种欠驱动康复机器人手指关节，能有效实现手指的弯曲、伸直训练；对手指的运动受力等信息进行反馈；结构中设有可调机械限位装置，保障患者的安全；能够适应不同手指长短的康复训练。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明的欠驱动康复机器人手指关节，包括运动导轨板、限位装置组件、近端指节驱动连杆、近中端指节联动连杆组件、中端指节联动连杆组件、中端指节驱动连杆、手指可调固定组件；所述运动导轨板为固定件，所述限位装置组件通过螺丝固定在运动导轨板的下滑槽上，所述近端指节驱动连杆与运动导轨板滑动连接，所述近端指节驱动连杆后端安装有一个电动推杆一，作为第一个动力源的输入，所述近中端指节联动连杆组件分别与近端指节驱动连杆、中端指节联动连杆组件铰接，所述中端指节驱动连杆分别与近端指节驱动连杆和中端指节联动连杆组件铰接，所述手指可调固定组件中安装有薄膜弯曲传感器和薄膜压力传感器，可反馈手指的运动状态和受力信息；手指可调固定组件中共有2个指套组件，并分别安装在近端指节驱动连杆和中端指节驱动连杆上。

作为本发明优选的技术方案，运动导轨板上设有两弧形滑槽，上滑槽中设有轴承、铰链销与近端指节驱动连杆铰接，用于限定近端指节驱动连杆的运动轨迹；下滑槽中设有限位销与近端指节驱动连杆铰接，用于限定近端指节驱动连杆的极限运动行程。

作为本发明优选的技术方案，限位装置组件包括限位销、限位导轨板、滚花螺母、限位螺栓。所述滚花螺母与限位螺栓通过螺纹连接安装在限位导轨板上，所述滚花螺母可在限位导轨板的滑槽上进行滑动和锁紧。调节滚花螺母在滑槽的位置可以限制近端指节驱动连杆的极限运动行程。

作为本发明优选的技术方案，近中端指节联动连杆组件包括近中端指节连杆一、近中端指节连杆二，所述近中端指节连杆一和近中端指节连杆二铰接，所述近中端指节连杆二中端安装有电动推杆二，作为第二个动力源的输入，驱动中端指节的独立运动。

作为本发明优选的技术方案，中端指节联动连杆组件包括中端指节三角板、中端指节弧形板、中端指节连杆一、中端指节连杆二，所述中端指节三角板分别与中端指节弧形板、中端指节连杆一铰接，所述中端指节连杆一与中端指节连杆二铰接，所述中端指节联动连杆组件与中端指节驱动连杆、近中端指节联动连杆组件、近端指节驱动连杆构成欠驱动连杆系统，并形成闭式运动链。

作为本发明优选的技术方案，手指可调固定组件包括近端指节指套、中端指节指套，所述近端指节指套与近端指节驱动连杆铰接，所述中端指节指套与中端指节驱动连杆固定连接，所述中端指节指套可调节在中端指节驱动连杆菱形凹槽中的固定位置，从而可适应不同长短手指的穿戴训练。

作为本发明优选的技术方案，中端指节指套包括中端指节指套右、中端指节指套左、医用硅胶套，所述中端指节指套右与中端指节指套左铰接，所述中端指节指套右和中端指节指套左中安装有圆形磁石，拆卸装配便捷；运动时，手指会撑住结构，并且有磁石的吸力，固定指套。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1.本发明对手指进行主被动康复训练，且结构简单，驱动数少，轻量灵巧，工作可靠；

2.本发明训练模式多样化，可以实现近端指节和中端指节的联动弯曲伸直，也可实现中端指节的独立弯曲伸直；

3.设有弯曲传感器和压力传感器，可实时的监测手指的运动受力状态，智能化的给予医生和患者康复训练的信息反馈；

4.在运动导轨板上设有限位装置组件，保障刚性机械结构的安全性，同时可调节不同运动行程的极限位置，进一步提高了康复过程的安全性；

5.本发明根据不同手指的长短调节中端指节指套的位置，适应不同的手指长短，具有更广泛的实用性。

附图说明

图1是本发明的欠驱动康复机器人手指关节的立体视图。

图2是本发明的欠驱动康复机器人手指关节的主视图。

图3是本发明的欠驱动康复机器人手指关节的俯视图。

图4是本发明的欠驱动康复机器人手指关节的运动示意图。

图5是本发明的中端指节指套主视图。

附图说明：1-运动导轨板，2-限位装置组件，3-近端指节驱动连杆，4-近中端指节联动连杆组件，5-中端指节联动连杆组件，6-中端指节驱动连杆，7-手指可调固定组件，8-限位销，9-限位导轨板，10-滚花螺母，11-限位螺栓，12-近中端指节连杆一，13-近中端指节连杆二，14-中端指节三角板，15-中端指节弧形板，16-中端指节连杆一，17-中端指节连杆二，18-中端指节指套，19-近端指节指套，20-中端指节指套右，21-中端指节指套左，22-医用硅胶套。

具体实施方式

本发明的优选实施例结合附图说明如下：

实施例一:

参见图1-图4，一种欠驱动康复机器人手指关节，包括运动导轨板1、限位装置组件2、近端指节驱动连杆3、近中端指节联动连杆组件4、中端指节联动连杆组件5、中端指节驱动连杆6、手指可调固定组件7；所述运动导轨板1为固定件，所述限位装置组件2通过螺丝固定在运动导轨板1的下滑槽上，所述近端指节驱动连杆3与运动导轨板1滑动连接，所述近端指节驱动连杆3后端安装有一个电动推杆一，作为第一个动力源的输入，所述近中端指节联动连杆组件4分别与近端指节驱动连杆3、中端指节联动连杆组件5铰接，所述中端指节驱动连杆6分别与近端指节驱动连杆3和中端指节联动连杆组件5铰接，所述手指可调固定组件7中安装有薄膜弯曲传感器和薄膜压力传感器，手指可调固定组件7共有2个，并分别安装在近端指节驱动连杆3和中端指节驱动连杆6上。

本实施例欠驱动康复机器人手指关节能有效实现手指的弯曲、伸直训练；对手指的运动受力等信息进行反馈；结构中设有可调机械限位装置，保障患者的安全；能够适应不同手指长短的康复训练。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：

在本实施例中，所述运动导轨板1上设有两弧形滑槽，上滑槽中设有轴承、铰链销而与近端指节驱动连杆3铰接，下滑槽中设有限位销8而与近端指节驱动连杆3铰接。

在本实施例中，所述限位装置组件2包括限位销8、限位导轨板9、滚花螺母10和限位螺栓11，所述滚花螺母10与限位螺栓11通过螺纹连接安装在限位导轨板9上，所述滚花螺母10在限位导轨板9的滑槽上进行滑动和锁紧；调节滚花螺母10在滑槽的位置可限制近端指节驱动连杆3的极限运动行程。

在本实施例中，所述近中端指节联动连杆组件4包括近中端指节连杆一12、近中端指节连杆二13，所述近中端指节连杆一12和近中端指节连杆二13铰接，所述近中端指节连杆一12中端安装有电动推杆二，作为第二个动力源的输入。

在本实施例中，所述中端指节联动连杆组件5包括中端指节三角板14、中端指节弧形板15、中端指节连杆一16和中端指节连杆二17，所述中端指节三角板14分别与中端指节弧形板15、中端指节连杆一16铰接，所述中端指节连杆一16与中端指节连杆二17铰接；所述中端指节联动连杆组件5与中端指节驱动连杆6、近中端指节联动连杆组件4、近端指节驱动连杆3构成欠驱动连杆系统，并形成闭式运动链。

在本实施例中，所述手指可调固定组件7包括近端指节指套19和中端指节指套18，所述近端指节指套19与近端指节驱动连杆3铰接，所述中端指节指套18与中端指节驱动连杆6固定连接，所述中端指节指套18可调节在中端指节驱动连杆6菱形凹槽中的固定位置。

在本实施例中，所述中端指节指套18包括中端指节指套右20、中端指节指套左21和医用硅胶套22，所述中端指节指套右20与中端指节指套左21铰接，所述中端指节指套左21和中端指节指套右20中安装有圆形磁石。

本实施例欠驱动康复机器人手指关节的训练模式多样化，可以实现近端指节和中端指节的联动弯曲伸直，也可实现中端指节的独立弯曲伸直；设有弯曲传感器和压力传感器，可实时的监测手指的运动受力状态，智能化的给予医生和患者康复训练的信息反馈；在运动导轨板上设有限位装置组件，保障刚性机械结构的安全性，同时可调节不同运动行程的极限位置，进一步提高了康复过程的安全性。

实施例三：

在本实例中，参见图1-图3，本实施例欠驱动康复机器人手指关节，在进行近端指节和中端指节联动康复训练时，将手指固定在手指可调固定组件7中的医用硅胶套22中，电动推杆一驱动近端指节驱动连杆3向前弯曲运动的同时电动推杆二驱动近中端指节联动连杆组件4中的近中端指节连杆一12向前弯曲运动并带动近中端指节连杆二13运动，近中端指节连杆二13带动中端指节联动连杆组件5运动，中端指节联动连杆组件5与中端指节驱动连杆6铰接，通过联动效应驱动中端指节驱动连杆6向前弯曲运动；所述中端指节联动连杆组件5包括中端指节三角板14、中端指节弧形板15、中端指节连杆一16、中端指节连杆二17，所述中端指节三角板14分别与中端指节弧形板15和中端指节连杆一16铰接，所述中端指节连杆一16和中端指节连杆二17铰接，所述中端指节联动连杆组件5与中端指节驱动连杆6、近中端指节联动连杆组件4、近端指节驱动连杆3构成欠驱动连杆系统，并形成闭式运动链。本实施例能根据不同手指的长短调节中端指节指套的位置，适应不同的手指长短，具有更广泛的实用性。本实施例对手指进行主被动康复训练，且结构简单，驱动数少，轻量灵巧，工作可靠。

实施例四：

在本实施例中，参见图1-图4，康复机器人手指关节在进行中端指节独立康复训练时，手指固定在手指可调固定组件7的医用硅胶套22中，将限位装置组件2中的滚花螺母10调节至限位导轨板9中滑槽的最下方与限位销8相接，防止近端指节驱动连杆3出现意外运动，电动推杆二驱动近中端指节联动连杆组件4运动，从而带动中端指节联动连杆组件5，通过联动效应带动中端指节驱动连杆6向前弯曲运动。

在本实施例中，参见图1-图4，上述运动导轨板1上设有两弧形滑槽，上滑槽中设有轴承和铰链销与近端指节驱动连杆3铰接，用于限定近端指节驱动连杆3的运动轨迹；下滑槽中设有限位销8与近端指节驱动连杆3铰接，用于限定近端指节驱动连杆3的极限运动行程。

在本实施例中，参见图1-图4，手指可调固定组件7包括近端指节指套19、中端指节指套18，所述近端指节指套19与近端指节驱动连杆3铰接，中端指节指套18与中端指节驱动连杆6相接。

在本实施例中，参见图1-图4，本欠驱动康复机器人手指关节具有机械限位装置，限位装置组件2固定在运动导轨板1的下滑槽上，限位装置组件2包括限位销8、限位导轨板9、滚花螺母10和限位螺栓11，滚花螺母10、限位螺栓11通过螺纹连接安装在限位导轨板9上，滚花螺母10可在限位导轨板9的滑槽上进行滑动和锁紧。调节滚花螺母10在滑槽的位置可以限制近端指节驱动连杆3的极限运动行程；对于不同阶段的手指康复过程，手指被动训练时弯曲的角度范围不同，通过调节电动推杆的行程可控制手指的弯曲角度，但是由于采用的零件为刚性器件，对使用患者具有一定的潜在性风险，所以除了可通过程序调节电动推杆的行程外，还可以调节限位装置组件2中的滚花螺母10的位置，限制近端指节驱动连杆3的极限转动角度；当电动推杆失控时，与电动推杆铰接的近端指节驱动连杆3将会在与之固定的限位销8与滚花螺母10的作用下停止运动。

在本实施例中，参见图1-图4，中端指节驱动连杆6中设有菱形凹槽，手指可调固定组件7中的中端指节指套19可调节在菱形凹槽中的固定位置，从而可适应不同长短手指的穿戴训练。采用菱形凹槽的结构可以使得调节位置间距变短，可调行更好。

在本实施例中，参见图1-图4，如图5所示，中端指节指套18包括中端指节指套右20、中端指节指套左21、医用硅胶套22，中端指节指套右20与中端指节指套左21铰接，中端指节指套右20和中端指节指套左21中安装有圆形磁石；运动时，手指会撑住结构，并且有磁石的吸力，固定左右指套，同时在对中端指节指套19进行位置调节时，拆卸装配更加便捷。

在本实施例中，参见图1-图4，手指可调固定组件7中装有薄膜弯曲传感器和薄膜压力传感器，可反馈手指的运动状态和受力信息。

综上所述，上述实施例欠驱动康复机器人手指关节，外接两个电动推杆获得动力，实现近端指节和中端指节的联动弯曲和中端指节的独立弯曲运动。调节限位装置上的滚花螺母的位置可以控制近端指节驱动连杆的极限转动角度。中端指节驱动连杆中设有菱形凹槽，手指可调固定组件中的中端指节指套可调节在菱形凹槽中的固定位置，从而可适应不同长短手指的穿戴训练。能够解决现有的康复机器人手指关节不能独立驱动中端指节弯曲运动；没有机械限位；不能适应不同人手手指长短康复训练等问题。上述实施例欠驱动康复机器人手指关节结构简单可靠，适应不同手指长短，能够加速对手指关节的控制恢复。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种欠驱动康复机器人手指关节，包括运动导轨板（1）、限位装置组件（2）、近端指节驱动连杆（3）、近中端指节联动连杆组件（4）、中端指节联动连杆组件（5）、中端指节驱动连杆（6）、手指可调固定组件（7），其特征在于：所述运动导轨板（1）为固定件，所述限位装置组件（2）通过螺丝固定在运动导轨板（1）的下滑槽上，所述近端指节驱动连杆（3）与运动导轨板（1）滑动连接，所述近端指节驱动连杆（3）后端安装有一个电动推杆一，作为第一个动力源的输入，所述近中端指节联动连杆组件（4）分别与近端指节驱动连杆（3）、中端指节联动连杆组件（5）铰接，所述中端指节驱动连杆（6）分别与近端指节驱动连杆（3）和中端指节联动连杆组件（5）铰接，所述手指可调固定组件（7）中安装有薄膜弯曲传感器和薄膜压力传感器，手指可调固定组件（7）中共有2个指套组件，并分别安装在近端指节驱动连杆（3）和中端指节驱动连杆（6）上；

所述限位装置组件（2）包括限位销（8）、限位导轨板（9）、滚花螺母（10）和限位螺栓（11），所述滚花螺母（10）与限位螺栓（11）通过螺纹连接安装在限位导轨板（9）上，所述滚花螺母（10）在限位导轨板（9）的滑槽上进行滑动和锁紧；调节滚花螺母（10）在滑槽的位置可限制近端指节驱动连杆（3）的极限运动行程；

所述近中端指节联动连杆组件（4）包括近中端指节连杆一（12）、近中端指节连杆二（13），所述近中端指节连杆一（12）和近中端指节连杆二（13）铰接，所述近中端指节连杆一（12）中端安装有电动推杆二，作为第二个动力源的输入；

所述中端指节联动连杆组件（5）包括中端指节三角板（14）、中端指节弧形板（15）、中端指节连杆一（16）和中端指节连杆二（17），所述中端指节三角板（14）分别与中端指节弧形板（15）、中端指节连杆一（16）铰接，所述中端指节连杆一（16）与中端指节连杆二（17）铰接；所述中端指节联动连杆组件（5）与中端指节驱动连杆（6）、近中端指节联动连杆组件（4）、近端指节驱动连杆（3）构成欠驱动连杆系统，并形成闭式运动链。

2.根据权利要求1中所述的欠驱动康复机器人手指关节，其特征在于：所述运动导轨板（1）上设有两弧形滑槽，上滑槽中设有轴承、铰链销而与近端指节驱动连杆（3）铰接，下滑槽中设有限位销（8）而与近端指节驱动连杆（3）铰接。

3.根据权利要求1中所述的欠驱动康复机器人手指关节，其特征在于：所述手指可调固定组件（7）包括近端指节指套（19）和中端指节指套（18），所述近端指节指套（19）与近端指节驱动连杆（3）铰接，所述中端指节指套（18）与中端指节驱动连杆（6）固定连接，所述中端指节指套（18）可调节在中端指节驱动连杆（6）菱形凹槽中的固定位置。

4.根据权利要求3中所述的欠驱动康复机器人手指关节，其特征在于：所述中端指节指套（18）包括中端指节指套右（20）、中端指节指套左（21）、医用硅胶套（22），所述中端指节指套右（20）与中端指节指套左（21）铰接，所述中端指节指套左（21）和中端指节指套右（20）中安装有圆形磁石。

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