CN113350115A - 手指外骨骼和手套外骨骼 - Google Patents
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Abstract
本公开的实施例公开了手指外骨骼和手套外骨骼。该手指外骨骼的一具体实施方式包括：指骨外骨骼，为与手指的指骨对应的穿戴部分；万向调节结构，与指骨外骨骼远离指尖一侧连接，用于控制指骨外骨骼沿预设方向旋转，其中，万向调节结构包括关节轴承。该实施方式公开的手指外骨骼通过其中的万向调节结构中的关节轴承可以实现万向自由度的旋转，增加了手指外骨骼的自由度。
Description
技术领域
本公开的实施例涉及机器人技术领域，具体涉及手指外骨骼和手套外骨骼。
背景技术
近年来，运动功能障碍疾病(例如，中风等)的发病率近些年居高不下，特别是手指这种灵活的关节受到运动障碍的影响更为严重。
现代医学和临床表现证明，科学有效的运动疗法是一种行之有效的治疗运动功能障碍的方法。然而由于运动疗法技术要求较高，需要专业医护人员一对一的单独进行长时间的治疗，这需要大量的专业医护人员长时间的劳动，这无疑不能满足日益增多的运动障碍患者康复训练的要求。
相关技术中，采用手套外骨骼治疗手指运动功能障碍，这可以在满足运动障碍患者康复训练的需求的同时降低医护人员的工作量。但是现有的手套外骨骼中，手指外骨骼自由度较少，缺乏实现手指张开、合并等方向的自由度，无法实现手指张开、合并等方向移动。
发明内容
本公开的实施例提出了手指外骨骼和手套外骨骼。
第一方面，本公开的实施例提供了一种手指外骨骼，该手指外骨骼包括：指骨外骨骼，为与手指的指骨对应的穿戴部分；万向调节结构，与指骨外骨骼远离指尖一侧连接，用于控制指骨外骨骼沿预设方向旋转，其中，万向调节结构包括关节轴承。
在一些实施例中，万向调节结构还包括子母螺丝，其中，子母螺丝包括子钉和母钉，母钉设置在关节轴承的内圈孔内；子钉与母钉连接，以固定关节轴承的内圈。
在一些实施例中，万向调节结构还包括厚度大于预设阈值的垫圈；垫圈与关节轴承相对设置，以使子钉穿过垫圈与母钉连接。
在一些实施例中，指骨外骨骼包括支座，其中，支座设有容纳关节轴承的空腔；关节轴承的外圈嵌入支座的空腔，以使指骨外骨骼的支座和关节轴承的外圈连接。
在一些实施例中，关节轴承的外圈与支座的空腔过盈配合。
第二方面，本公开的实施例提供了一种手套外骨骼，该手套外骨骼包括上述任一实施例中的手指外骨骼，其中，手套外骨骼还包括：主框架板，为与手掌对应的穿戴部分；手指外骨骼通过万向调节结构与主框架板连接。
在一些实施例中，万向调节结构还包括子母螺丝，其中，子母螺丝包括子钉和母钉，母钉设置在关节轴承的内圈孔内；主框架板中设有螺柱过孔，其中，螺柱过孔沿预设方向的孔径尺寸大于子钉的直径尺寸；其中，子钉穿过螺柱过孔与母钉连接，以将关节轴承固定在主框架板。
在一些实施例中，手套外骨骼还包括：位置信息采集结构，位于手指外骨骼靠近主框架板的一侧，位置信息采集结构用于采集对应的手指外骨骼的位置信息。
在一些实施例中，手套外骨骼还包括：主控板，与各手指外骨骼中的位置信息采集结构电连接，用于对各位置信息采集结构采集到的位置信息进行处理，生成用于控制手指外骨骼移动的控制信号。
本公开的实施例提供的手指外骨骼和手套外骨骼，包括指骨外骨骼和万向调节结构，万向调节结构通过其中的关节轴承可以控制指骨外骨骼沿预设方向移动。本实施例公开的方案中万向调节结构中的关节轴承使得手指外骨骼可以实现万向自由度的旋转，即手指外骨骼不仅可以具有手指屈伸等自由度，还可以具有手指张开、合并等自由度。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本公开的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1A示出了根据本公开的手指外骨骼的一个实施例的结构示意图；
图1B示出了根据本公开的手指外骨骼中的关节轴承的结构示意图；
图1C示出了根据图1A中的手指外骨骼的局部结构的剖视图；
图2A示出了根据本公开的手套外骨骼的一个实施例的结构示意图；
图2B示出了根据图2A中的手套外骨骼的局部结构的剖视图；
图2C示出了根据图2B中的手套外骨骼在手部的穿戴示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。
图1A示出了根据本公开的手指外骨骼的一个实施例的结构示意图。在本实施例中，手指外骨骼100可以包括指骨外骨骼101和万向调节结构102，如图1A所示。可以理解的是，本实施例公开的手指外骨骼100可以构成手套外骨骼，手套外骨骼可以为手部的可穿戴装置。
在本实施例中，上述指骨外骨骼101可以为与手指的指骨对应的穿戴部分，且上述指骨外骨骼可以与万向调节结构102相连接，如图1A所示。具体地，万向调节结构102可以与指骨外骨骼101远离指尖一侧连接。其中，手指的指骨可以为手指中指尖到近节指骨部分。
需要说明的是，现有技术中手指外骨骼往往仅具有在第一平面(例如，铅垂面)等中运动的自由度，例如，手指屈伸的自由度。这里，第一平面可以为与手掌垂直的平面。可以理解的是，用户在穿戴包含手指外骨骼的手套进行手指运动时，上述第一平面可以为以手掌为基准所确定的平面。例如，手掌水平放置时，上述第一平面可以为铅垂面，现有技术中的手指外骨骼可以具备沿铅垂方向屈伸的自由度，但是不具备万向旋转的自由度，无法执行手指的张开、合并等动作。
在本实施例中，上述万向调节结构102可以包括关节轴承。在手指外骨骼100中，万向调节结构102中的关节轴承可以控制指骨外骨骼沿预设方向的移动。这里的预设方向可以为手指运动的任意方向，从而使得手指外骨骼100可以具有万向旋转的自由度，例如，可以具有手指的张开、合并方向的自由度。本实施例中对于手指外骨骼100中的万向调节结构的具体结构没有唯一的限定，只要满足通过万向调节结构中的关节轴承实现控制指骨外骨骼101的万向旋转即可。
这里，上述关节轴承也可称为鱼眼关节轴承或鱼眼轴承，可以为一种球面滑动轴承，其结构可以如图1B所示，主要由一个有外球面的内圈和一个有内球面的外圈组成。其中，关节轴承的外圈可以与对应的指骨外骨骼连接，在将关节轴承的内圈固定之后，外圈可以带动对应的指骨外骨骼沿任意方向转动。具体地，在上述手指外骨骼100中，万向调节结构102中的关节轴承的外圈可以与指骨外骨骼101连接，关节轴承的内圈固定在指定位置，例如主框架板，从而使得关节轴承可以控制指骨外骨骼的万向旋转。
在本实施例的一些可选的实现方式中，上述万向调节结构102中关节轴承1021在其中的位置可以如图1C所示。图1C示出了图1A中的手指外骨骼的局部结构的剖视图。需要说明的是，上述万向调节结构102除了包括关节轴承1021之外，还可以包括子母螺丝。该子母螺丝可以包括子钉1022和母钉1023，如图1C所示，主要用于锁死关节轴承1021的内圈。需要说明的是，子母螺丝的母钉1023可以设置在关节轴承1021的内圈的孔内，如图1C所示。因此，将子母螺丝的子钉1022和母钉1023连接时，可以将关节轴承1021的内圈固定在指定位置，例如主框架板，如图1C所示。
在本实施例的一些可选的实现方式中，上述指骨外骨骼101还可以包括支座1011，如图1C所示，且该支座1011设有可以容纳关节轴承1021的空腔。在手指外骨骼中，与近节指骨对应的可穿戴部分可以连接到上述支座1011。上述关节轴承1021的外圈可以嵌入支座1011的空腔，因此，支座1011和关节轴承1021的外圈可以连接，即实现了指骨外骨骼101与万向调节结构102的连接，如图1C所示。可以理解的是，指骨外骨骼101还可以通过其他的方式与万向调节结构102连接，这里没有唯一的限定。例如，采用外接零件的方式将指骨外骨骼102与万向调节结构102连接。
在本实施例的一些可选的实现方式中，上述关节轴承1021的外圈与支座1011的空腔可以过盈配合，如图1C所示，从而可以使得关节轴承1021可以与支座1011紧密连接，提高了手指外骨骼100的稳定性。
在本实施例的一些可选的实现方式中，上述万向调节结构102还可以包括厚度大于预设阈值的垫圈1024，如图1C所示，此种垫圈由于厚大较大也可以称为垫柱。上述垫圈1024可以与关节轴承1021相对设置，如图1C所示，从而使得子钉1022可以穿过该垫圈1024与母钉1023连接。上述垫圈1024可以将关节轴承1021的内圈与主框架板之间垫起一定的高度，关节轴承1021的内圈和外圈相对运动时，垫圈1024的存在可以避免与外圈连接的支座1011与主框架板相互碰撞，进一步提高了手指外骨骼100的实用性。该实现方式给出了万向调节结构102的具体结构，万向调节结构102中的关节轴承1021内圈被子母螺丝锁死到指定位置，例如主框架板，指骨外骨骼101随对应的关节轴承1021的外圈的转动可以随意转动，从而使得手指外骨骼可以具备万向旋转自由度，即手指外骨骼100不仅可以具有手指屈伸等自由度，还可以具有手指张开、合并等自由度。
本公开的上述实施例中的手指外骨骼，包括指骨外骨骼101和万向调节结构102，万向调节结构102通过其中的关节轴承1021可以控制指骨外骨骼102沿预设方向移动。本实施例公开的方案中万向调节结构102中的关节轴承1021使得手指外骨骼100可以实现万向自由度的旋转，即手指外骨骼100不仅可以具有手指屈伸等自由度，还可以具有手指张开、合并等自由度。
接下来请参考如2A，图2A示出了根据本公开的手套外骨骼的一个实施例的结构示意图。在本实施例中，上述手套外骨骼200可以包括主框架板201至少一个手指外骨骼，比如可以包括五个手指外骨骼202、203、204、205、206，如图2A所示。当然也可以根据实际需要设置手指外骨骼的数目。这里以手套外骨骼200包括五个手指外骨骼为例，如图2A所示，该手套外骨骼200中的五个手指外骨骼202、203、204、205、206可以分别包括五个万向调节结构2021、2031、2041、2051、2061，各方向转换结构在手套外骨骼可以位于如图2A中的虚线圈内。
在本实施例中，上述主框架板201可以为与手掌对应的穿戴部分，如图2A所示，该主框架板201的形状与手掌的形状相适应，例如，主框架板201可以为如图2A所示的、投影为矩形的板状结构。当然，上述主框架板201还可以为如投影为梯形的板状结构等其他形状结构，这里没有唯一的限定。上述五个手指外骨骼202、203、204、205和206可以分别为与五个手指对应的穿戴部分。具体地，上述五个手指外骨骼可以包括拇指外骨骼202、食指外骨骼203、中指外骨骼204、无名指外骨骼205和小指外骨骼206。可以理解的是，上述拇指外骨骼202可以为与大拇指对应的穿戴部分，食指外骨骼203可以为与食指对应的穿戴部分，中指外骨骼204可以为与中指对应的穿戴部分，无名指外骨骼205可以为与无名指对应的穿戴部分，小指外骨骼206可以为与小指对应的穿戴部分。
需要说明的是，上述各手指外骨骼通常需要连接到主框架板201上，从而可以实现手套外骨骼200的可穿戴功能。现有技术中，各手指外骨骼往往直接固定连接到主框架板上。因此，各手指外骨骼通常仅具有在第一平面(例如，铅垂面)等中运动的自由度，例如，手指屈伸的自由度。这里，第一平面可以为与主框架板的第一表面平行的表面。可以理解的是，用户在穿戴包含上述手套外骨骼200，主框架板可以与手掌相对设置，上述第一表面可以为主框架板中与手掌相对的表面。例如，手掌水平放置时，上述第一平面可以为铅垂面，现有技术中的手套外骨骼可以具备沿铅垂方向屈伸的自由度，但是不具备万向旋转的自由度，无法实现手指的张开、合并等动作。
在本实施例中，各手指外骨骼可以通过其中的万向调节结构连接到主框架板201，如图2A所示。具体地，拇指外骨骼202通过拇指外骨骼202中的万向调节结构2021连接到主框架板201，食指外骨骼203通过食指外骨骼203中的万向调节结构2031连接到主框架板201，中指外骨骼204通过中指外骨骼204中的万向调节结构2041连接到主框架板201，无名指外骨骼205通过无名指外骨骼105中的万向调节结构2051连接到主框架板201，小指外骨骼206通过小指外骨骼206中的万向调节结构2061连接到主框架板201，如图2A所示。需要说明的是，各万向调节结构中可以包括关节轴承，从而使得各万向调节结构可以控制其所在的手指外骨骼具有万向旋转的自由度，例如，关节轴承使得万向调节结构可以控制其所在的手指外骨骼具有沿手指张开、合并的方向的自由度。
在本实施例中，如图2A所示，由于零件之间的相互遮挡，手套外骨骼200无法显示出每个万向调节结构在该手套外骨骼200中的位置和与对应的手指外骨骼以及主框架板201之间的连接关系。因此，可以在手套外骨骼200中选取食指外骨骼203通过其中的万向调节结构2031与主框架板201连接的部分作为示例，如图2B所示，来对各万向调节结构与指骨外骨骼和主框架板201的连接进行阐述。其中，图2B示出了根据图2A中的手套外骨骼的局部结构的剖视图，该图2B示出了食指外骨骼中的指骨外骨骼2032通过对应的万向调节结构2031与主框架板201的连接关系。上述食指外骨骼中的指骨外骨骼2031可以通过与其对应的万向调节结构2031连接到主框架板201，其中，该食指外骨骼中的万向调节结构2031如图2B中的虚线圈所示。可以理解的是，仅包含食指外骨骼203的手套外骨骼也可以作为手部的穿戴设备，如图2C所示，此设备可以用于辅助食指的运动，图2C示出了图2B中的手套外骨骼在手部的穿戴示意图。
需要说明的是，在手套外骨骼200中，还可以包括拇指外骨骼202、中指外骨骼204、无名指外骨骼205和小指外骨骼206。各手指外骨骼与对应的万向调节结构和主框架板201的连接方式与上述食指外骨骼中指骨外骨骼2032通过对应的万向调节结构2031和主框架板201的连接方式相同或相似，这里不再赘述。
在本实施例的一些可选的实现方式中，上述手套外骨骼200中的万向调节结构还可以包括子母螺丝，该子母螺丝可以包括子钉和母钉，且母钉可以设置在关节轴承的内圈孔内，且子母螺丝的结构与连接方式等与上述实施例相同。这里以手套外骨骼200中的食指外骨骼203为例，该食指外骨骼203中的万向调节结构2031可以包括子钉20311和母钉20312，且母钉20312可以设置在关节轴承20313的内圈孔内，如图2B所示。需要说明的是，上述主框架板201上可以设置螺柱过孔2011，此时，子钉20311可以穿过主框架板201中的螺柱过孔2011与母钉20312连接，如图2B所示，从而可以实现万向调节结构2031将对应的指骨外骨骼连接到主框架板201。可以理解的是，在本实施例中，还可以采用其他的方式来实现万向调节结构将对应的指骨外骨骼连接到主框架板201，这里没有唯一的限定。例如，在主框架板201上外接零件，而后在外接零件上设置螺柱过孔，子钉20311可以穿过外接零件中的螺柱过孔2011与母钉20312连接，也可以实现万向调节结构将对应的指骨外骨骼连接到主框架板201。
在本实施例的一些可选的实现方式中，上述主框架板201中的螺柱过孔2011沿预设方向的孔径尺寸可以大于子钉20311的直径尺寸。上述子钉20311可以穿过该螺柱过孔2011与母钉20312连接，进一步地，子钉20311在螺柱过孔2011内还可以沿预设方向移动，从而可以改变手指外骨骼和主框架板201的相对位置。可以理解的是，若某一手指外骨骼与主框架板201的相对位置改变，且与该手指外骨骼相邻的手指外骨骼与主框架板201的相对位置不变，则可以实现该手指外骨骼和相邻手指外骨骼之间的距离可变，从而可以扩大手套外骨骼200的适用人群。
在本实施例的一些可选的实现方式中，上述手套外骨骼200可以还可以包括与手指外骨骼对应的位置信息采集结构。例如，手套外骨骼可以包括五个位置信息采集结构，如图2A所示，各位置信息采集结构可以位于手指外骨骼靠近主框架板201的一侧。各位置信息采集结构可以用于采集对应的手指外骨骼的位置信息。这里，以与小指外骨骼206对应的位置信息采集结构207为例，如图2A所示，该位置信息采集结构207可以位于小指外骨骼206靠近主框架板201的一侧，用于采集小指外骨骼206的位置信息。需要说明的是，对于除小指外骨骼之外的其他手指外骨骼结构对应的位置信息采集结构的位置和功能等与上述位置信息采集结构207的位置和功能等相同或相似，这里不再赘述。可以理解的是，上述各位置信息采集结构还可以设置在手套外骨骼200的其他位置处，这里没有唯一的限定。
在本实施例的一些可选的实现方式中，上述手套外骨骼200还可以包括主控板208，如图2A所示，上述各位置信息采集结构(例如，位置信息采集结构207)可以与主控板208电连接。因此，上述主控板208可以从各位置信息采集结构获取对应的手指外骨骼的位置信息。而后，主控板208可以对所获取的位置信息进行处理分析，从而可以生成用于控制各手指外骨骼移动的控制信号。可选的，上述主控板208可以通过螺丝2081固定在主框架板201上，如图2A所示。可以理解的是，上述主控板208还可以设置在手套外骨骼200的其他位置处，这里没有唯一的限定。
本申请的上述实施例提供的手套外骨骼200，包括至少一个手指外骨骼和主框架板，且各手指外骨骼可以连接到主框架板，从而使得各手指外骨骼通过其中的万向调节结构可以具备万向旋转自由度，即手套外骨骼200不仅可以具有手指屈伸等自由度，还可以具有手指张开、合并等自由度，提高了手套外骨骼的实用性。
以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开的实施例中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开的实施例中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (9)
1.一种手指外骨骼，包括：
指骨外骨骼，为与手指的指骨对应的穿戴部分；
万向调节结构，与所述指骨外骨骼远离指尖一侧连接，用于控制所述指骨外骨骼沿预设方向移动，其中，所述万向调节结构包括关节轴承。
2.根据权利要求1所述的手指外骨骼，其中，所述万向调节结构还包括子母螺丝，其中，所述子母螺丝包括子钉和母钉，所述母钉设置在所述关节轴承的内圈孔内；
所述子钉与所述母钉连接，以固定所述关节轴承的内圈。
3.根据权利要求2所述的手指外骨骼，其中，所述万向调节结构还包括厚度大于预设阈值的垫圈；
所述垫圈与所述关节轴承相对设置，以使所述子钉穿过所述垫圈与所述母钉连接。
4.根据权利要求1所述的手指外骨骼，其中，所述指骨外骨骼包括支座，其中，所述支座设有容纳所述关节轴承的空腔；
所述关节轴承的外圈嵌入所述支座的空腔，以使所述指骨外骨骼的支座和所述关节轴承的外圈连接。
5.根据权利要求4所述的手指外骨骼，其中，所述关节轴承的外圈与所述支座的空腔过盈配合。
6.一种手套外骨骼，包括如权利要求1-5之一所述的手指外骨骼，其中，所述手套外骨骼还包括：主框架板，为与手掌对应的穿戴部分；
所述手指外骨骼通过万向调节结构与所述主框架板连接。
7.根据权利要求6所述的手套外骨骼，其中，所述万向调节结构还包括子母螺丝，其中，所述子母螺丝包括子钉和母钉，所述母钉设置在所述关节轴承的内圈孔内；
所述主框架板中设有螺柱过孔，其中，所述螺柱过孔沿预设方向的孔径尺寸大于所述子钉的直径尺寸；
其中，所述子钉穿过所述螺柱过孔与所述母钉连接，以将所述关节轴承固定在所述主框架板。
8.根据权利要求6所述的手套外骨骼，其中，所述手套外骨骼还包括：
位置信息采集结构，位于所述手指外骨骼靠近所述主框架板的一侧，所述位置信息采集结构用于采集对应的所述手指外骨骼的位置信息。
9.根据权利要求7所述的手套外骨骼，其中，所述手套外骨骼还包括：
主控板，与各所述手指外骨骼中的位置信息采集结构电连接，用于对各位置信息采集结构采集到的位置信息进行处理，生成用于控制所述手指外骨骼移动的控制信号。
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| CN202010136048.0A CN113350115A (zh) | 2020-03-02 | 2020-03-02 | 手指外骨骼和手套外骨骼 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114177003A (zh) * | 2021-12-22 | 2022-03-15 | 河海大学常州校区 | 一种新型刚柔耦合型外骨骼手康复机构及其工作方法 |
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2020
- 2020-03-02 CN CN202010136048.0A patent/CN113350115A/zh active Pending
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