CN113520794A - 一种形状记忆合金丝驱动的桌面级手功能康复装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种形状记忆合金丝驱动的桌面级手功能康复装置，涉及医疗器械的技术领域，解决了传统液压、气动和电机驱动的康复机器人不易于患者穿戴且容易造成患者受到二次伤害的问题。包括：形状记忆合金丝、铝套管、复位弹簧、耐高温柔性手套和形状记忆合金丝通电长度调节结构，作为驱动器的形状记忆合金丝在加热后会发生相变收缩，产生收缩位移和收缩应力，从而带动手指进行屈曲运动。当断电后，形状记忆合金丝逐渐恢复原长，手指在复位弹簧的作用下做伸展运动。采用滑动变阻器的工作原理，方便调节形状记忆合金丝的通电长度。本发明固定在桌面上，使用人员只需要穿戴柔性手套即可，避免复杂的穿戴过程对患者造成二次伤害。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械的技术领域，尤其涉及一种形状记忆合金丝驱动的桌面级手功能康复装置。
背景技术
中风是一种急性脑血管疾病，是我国致残率最高的疾病，普遍存在于中老年中。随着我国老龄化进程加快，越来越多的人将受到中风的影响。中风后最明显的后遗症是肢体障碍，比如手脚僵硬，无法抓握和行走。患者很难再进行正常的日常生活。而在患病初期，如果能对患者进行合理的康复训练，患者有可能逐步恢复正常的行动。
对于手功能康复的训练包括针灸、电刺激和康复医生一对一训练。以上方式价格昂贵，很多患者负担不起，康复医生的训练需要将康复动作进行大量的重复，对康复医生也是一种负担。随着科学技术的发展，慢慢出现了医疗领域的康复机器人，为患者带了希望，也成了康复医生的得力助手。康复机器人能按照既定的程序和要求完成一系列康复训练，有良好的康复效果。
康复机器人常见的驱动方式有气动驱动、液压驱动、电机驱动和新型智能材料驱动等。液压、气动和电机驱动的康复机器人通常结构复杂，存在不易于患者穿戴且容易对患者造成二次伤害的问题。
发明内容
针对上述产生的问题，本发明的目的在于提供一种形状记忆合金丝驱动的桌面级手功能康复装置。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种形状记忆合金丝驱动的桌面级手功能康复装置，其中，包括：与患者手部相匹配的耐高温柔性手套4、形状记忆合金丝1、复位弹簧3和形状记忆合金丝通电长度调节结构，耐高温柔性手套4的每一个手指套朝向手心的一侧连接有至少一根所述形状记忆合金丝1，耐高温柔性手套4的每一个手指套背离手心的一侧连接有至少一个复位弹簧3，每一根形状记忆合金丝1的中部和耐高温柔性手套4的每一个手指套的指尖处连接，每一根形状记忆合金丝1的两端均与所述形状记忆合金丝通电长度调节结构连接，所述形状记忆合金丝通电长度调节结构包括：设于所述耐高温柔性手套4一侧的机架5、固定在所述机架5上的控制器11、塑料滑块10、光轴12和金属块13，所述机架5和桌面连接，若干所述光轴12安装在所述机架5内，每一根所述形状记忆合金丝1的两端均穿入所述机架5内并进行固定，每一根所述光轴12与一根所述形状记忆合金丝1位于所述机架5内的一部分平行设置，每一个所述金属块13与一根所述光轴12可操作地滑动连接，每一个所述金属块13与一根所述形状记忆合金丝1位于所述机架5内的一部分可操作地滑动连接，每一根所述光轴12均与所述控制器11连接，与同一根所述形状记忆合金丝1滑动连接的两个所述金属块13均与一个所述塑料滑块10连接。
上述的形状记忆合金丝驱动的桌面级手功能康复装置，其中，所述机架5包括：立板和槽板，所述立板设于所述耐高温柔性手套4的一侧，立板的下端和所述桌面通过若干定位螺栓6连接，立板的上端和与所述立板垂直的所述槽板连接，所述耐高温柔性手套4设于所述槽板和所述桌面之间。
上述的形状记忆合金丝驱动的桌面级手功能康复装置，其中，槽板的上表面开设有矩形槽，若干所述金属块13和若干所述光轴12均安装在所述矩形槽内。
上述的形状记忆合金丝驱动的桌面级手功能康复装置，其中，矩形槽靠近若干所述手指套的侧壁上开设有若干第一通孔，每一根所述形状记忆合金丝1的一端穿入一个所述第一通孔并通过一个鸡眼钉15与所述槽板连接。
上述的形状记忆合金丝驱动的桌面级手功能康复装置，其中，矩形槽远离若干所述手指套的侧壁上开设有若干第二通孔，每一个所述第二通孔与一个固定螺栓7相匹配，每一根所述形状记忆合金丝1的一端与所述矩形槽通过一个所述固定螺栓7连接。
上述的形状记忆合金丝驱动的桌面级手功能康复装置，其中，所述形状记忆合金丝通电长度调节结构还包括：顶板9，所述顶板9盖设于所述矩形槽的槽口处，所述顶板9上开设有若干条形孔，每一个所述条形孔内滑动连接有一个所述塑料滑块10。
上述的形状记忆合金丝驱动的桌面级手功能康复装置，其中，还包括：若干与所述耐高温柔性手套4连接的铝套管2，铝套管2的内径和形状记忆合金丝1的外径相匹配，耐高温柔性手套4的每一个手指套和一根形状记忆合金丝1通过若干所述铝套管2连接。
上述的形状记忆合金丝驱动的桌面级手功能康复装置，其中，所述形状记忆合金丝通电长度调节结构还包括：若干导线14，每一根所述光轴12均与所述控制器11通过一根所述导线14连接。
上述的形状记忆合金丝驱动的桌面级手功能康复装置，其中，所述顶板9上设有电线管道8，若干所述导线14均安装在所述电线管道8内。
上述的形状记忆合金丝驱动的桌面级手功能康复装置，其中，每一个所述金属块13的中部设有一个用于与所述光轴12滑动连接的第三通孔，每一个所述金属块13的下端设有一个用于与所述形状记忆合金丝1滑动连接的第四通孔。
本发明由于采用了上述技术，使之与现有技术相比具有的积极效果是：
(1)本发明在结构上用模拟肌腱驱动方式的形状记忆合金丝驱动替代了气动及液压等相对复杂的系统，大大简化了整体结构，原理上利用形状记忆合金丝的形状记忆特性作为系统的动力源和位移执行装置，不同患者可以通过形状记忆合金丝通电长度调节结构使手指可以达到理想的屈曲角度；
(2)本发明中，形状记忆合金丝从患者的手指指尖处延伸至手指根部，再与形状记忆合金丝通电长度调节结构连接，保证足够的收缩应力带动患者完成完整的手功能康复训练动作，采用耐高温柔性手套，便于患者进行穿戴，耐高温柔性手套选用耐高温的柔性材料，可以顺应手指运动，同时，形状记忆合金丝在通电训练过程中会出现发热现象，耐高温材料可以保护患者的手部不被烫伤，避免患者受到二次伤害。
(3)本发明中，避免患者受到二次伤害，康复机器人的机架主要通过定位螺栓固定在桌面上，机架横截形状为L型，手臂从侧面可以方便进入，形状记忆合金丝末端通过固定螺栓与机架的配合进行固定。
附图说明
图1是本发明的一种形状记忆合金丝驱动的桌面级手功能康复装置的结构示意图。
图2是本发明的一种形状记忆合金丝驱动的桌面级手功能康复装置的形状记忆合金丝通电长度调节结构剖面的结构示意图。
图3是本发明的一种形状记忆合金丝驱动的桌面级手功能康复装置的形状记忆合金丝通电长度调节结构的结构示意图。
附图中：1、形状记忆合金丝；2、铝套管；3、复位弹簧；4、耐高温柔性手套；5、机架；6、定位螺栓；7、固定螺栓；8、电线管道；9、顶板；10、塑料滑块；11、控制器；12、光轴；13、金属块；14、导线；15、鸡眼钉。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
请参照图1至图3所示，示出了一种形状记忆合金丝驱动的桌面级手功能康复装置，其中，包括：与患者手部相匹配的耐高温柔性手套4、形状记忆合金丝1、复位弹簧3和形状记忆合金丝通电长度调节结构，耐高温柔性手套4的每一个手指套朝向手心的一侧连接有至少一根形状记忆合金丝1，耐高温柔性手套4的每一个手指套背离手心的一侧连接有至少一个复位弹簧3，每一根形状记忆合金丝1的中部和耐高温柔性手套4的每一个手指套的指尖处连接，每一根形状记忆合金丝1的两端均与形状记忆合金丝通电长度调节结构连接，形状记忆合金丝通电长度调节结构包括：设于耐高温柔性手套4一侧的机架5、固定在机架5上的控制器11、塑料滑块10、光轴12和金属块13，机架5和桌面连接，若干光轴12安装在机架5内，每一根形状记忆合金丝1的两端均穿入机架5内并进行固定，每一根光轴12与一根形状记忆合金丝1位于机架5内的一部分平行设置，每一个金属块13与一根光轴12可操作地滑动连接，每一个金属块13与一根形状记忆合金丝1位于机架5内的一部分可操作地滑动连接，每一根光轴12均与控制器11通过导线14连接，与同一根形状记忆合金丝1滑动连接的两个金属块13均与一个塑料滑块10连接。
进一步，在一种较佳实施例中，机架5包括：立板和槽板，立板设于耐高温柔性手套4的一侧，立板的下端和桌面通过若干定位螺栓6连接，立板的上端和与立板垂直的槽板连接，耐高温柔性手套4设于槽板和桌面之间。
进一步，在一种较佳实施例中，槽板的上表面开设有矩形槽，若干金属块13和若干光轴12均安装在矩形槽内。
进一步，在一种较佳实施例中，矩形槽靠近若干手指套的侧壁上开设有若干第一通孔，每一根形状记忆合金丝1的一端穿入一个第一通孔并通过一个鸡眼钉15与槽板连接。
进一步，在一种较佳实施例中，矩形槽远离若干手指套的侧壁上开设有若干第二通孔，每一个第二通孔与一个固定螺栓7相匹配，每一根形状记忆合金丝1的一端与矩形槽通过一个固定螺栓7连接。
进一步，在一种较佳实施例中，形状记忆合金丝通电长度调节结构还包括：顶板9，顶板9盖设于矩形槽的槽口处，顶板9上开设有若干条形孔，每一个条形孔内滑动连接有一个塑料滑块10。
进一步，在一种较佳实施例中，还包括：若干与耐高温柔性手套4连接的铝套管2，铝套管2的内径和形状记忆合金丝1的外径相匹配，耐高温柔性手套4的每一个手指套和一根形状记忆合金丝1通过若干铝套管2连接。
进一步，在一种较佳实施例中，形状记忆合金丝通电长度调节结构还包括：若干导线14，每一根光轴12均与控制器11通过一根导线14连接。
进一步，在一种较佳实施例中，顶板9上设有电线管道8，若干导线14均安装在电线管道8内。
进一步，在一种较佳实施例中，每一个金属块13的中部设有一个用于与光轴12滑动连接的第三通孔，每一个金属块13的下端设有一个用于与形状记忆合金丝1滑动连接的第四通孔。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围。
本发明在上述基础上还具有如下实施方式：
本发明的进一步实施例中，形状记忆合金丝1从患者的手指指尖处延伸至手指根部，再与形状记忆合金丝通电长度调节结构连接，保证足够的收缩应力带动患者完成完整的手功能康复训练动作。
本发明的进一步实施例中，耐高温柔性手套4的每个手指套都连接有形状记忆合金丝1和复位弹簧3。
本发明的进一步实施例中，若干复位弹簧3均安装在患者手部的回转关节处，保证回复力带动耐高温柔性手套4的每个手指套归位。
本发明的进一步实施例中，采用耐高温柔性手套4，便于患者进行穿戴，耐高温柔性手套4选用耐高温的柔性材料，可以顺应手指运动，同时，形状记忆合金丝1在通电训练过程中会出现发热现象，耐高温材料可以保护患者的手部不被烫伤。
本发明的进一步实施例中，选用铝套管2，材质为铝合金，电阻率低，防腐性及抗氧化性能高。
本发明的进一步实施例中，耐高温柔性手套4选用电阻率高的材料，防止耐高温柔性手套4导电对患者造成伤害。
本发明的进一步实施例中，机架5、塑料滑块10和顶板9均选用不导电的高电阻率材料。
本发明的进一步实施例中，顶板9和机架5采用胶合连接。
本发明的进一步实施例中，顶板9和机架5采用螺钉可拆卸连接。
本发明的进一步实施例中，顶板9和机架5采用过盈配合连接或者间隙配合连接。
本发明的进一步实施例中，一个塑料滑块10和两个金属块13连接，两个金属块13分别与一根形状记忆合金丝1的两端在机架5内部滑动连接，与同一个塑料滑块11连接的两个金属块13将一根形状记忆合金丝1的两端连接形成通路。
本发明的进一步实施例中，形状记忆合金人工肌肉作为智能驱动器，因其体积小、功重比高、具有自感知特性等优点，被广泛应用于仿生机器人和康复机器人领域。
本发明的进一步实施例中，通过外部机器辅助患者手指进行屈曲伸展，有助于帮助患者的手逐渐恢复正常的活动功能，并且康复机器人相对于传统的康复医师治疗有着显著的优势，比如价格便宜、使用地点不受限制和康复效果好等。并且随着技术的发展，康复机器人也将逐步取代康复医师。
本发明的进一步实施例中，包括形状记忆合金丝1、铝套管2、复位弹簧3、耐高温柔性手套4、机架5、定位螺栓6、固定螺栓7、电线管道8、顶板9、塑料滑块10、光轴12、金属块13、导线14和鸡眼钉15，依据说明书附图所示。
本发明的进一步实施例中，根据滑动变阻器原理设计的形状记忆合金丝通电长度调节结构由形状记忆合金丝1、光轴12、金属块13、塑料滑块10、顶板9和机架5组成，其中一个塑料滑块10和两个金属块13通过粘结剂粘合，金属块13上有两个圆孔，下部的圆孔用于穿入形状记忆合金丝1，上部的圆孔用于穿入光轴12，光轴12嵌入机架5中。
本发明的进一步实施例中，顶板9上开有五个条形孔，塑料滑块10在条形孔中滑动，导线14与光轴12相连，电流通过导线14进入光轴12再导入金属块13最后到达形状记忆合金丝1，形状记忆合金丝1通电后受热收缩，从而带动手指进行屈曲。
本发明的进一步实施例中，为了避免穿戴给患者带来二次伤害，康复机器人的机架5主要通过定位螺栓6固定在桌面上，机架5横截形状为L型，手臂从侧面可以方便进入，形状记忆合金丝1末端通过固定螺栓7与机架5的配合进行固定。
本发明的进一步实施例中，结构上用模拟肌腱驱动方式的形状记忆合金驱动替代了气动及液压等相对复杂的系统，大大简化了整体结构。
本发明的进一步实施例中，原理上利用形状记忆合金丝1的形状记忆特性作为系统的动力源和位移执行装置，不同患者可以通过形状记忆合金丝通电长度调节结构使手指可以达到理想的屈曲角度。
本发明的进一步实施例中，依据图1所示，机架5通过定位螺栓6固定在桌面上，光轴12、形状记忆合金丝1、金属块13、顶板9和塑料滑块10组成形状记忆合金丝通电长度调节结构，依据图2所示。该结构借鉴滑动变阻器的工作原理设计，在通电过程中可以通过滑动塑料滑块10对形状记忆合金丝1输出应变进行调节，能帮助患者找到适合自己康复效果的训练状态。
本发明的进一步实施例中，形状记忆合金丝1的末端通过固定螺栓7和机架5进行固定配合，导线14与光轴12连接，十根导线集中到导线管道8中，连接到控制器11中，控制器11可以调节电压与通断电。
本发明的进一步实施例中，机架5上开有10个圆孔，用来嵌入鸡眼钉15，依据图3所述。鸡眼钉15不仅可以避免形状记忆合金丝1与机架5直接接触，还能减少形状记忆合金丝1与机架5之间的摩擦。机架5引出的形状记忆合金丝1穿过耐高温柔性手套4上的铝套管2轨道，在指尖末端折返。
本发明的进一步实施例中，当通电后，电流沿着导线14进入光轴12再流入金属块13，最后进入形状记忆合金丝1，最终形状记忆合金丝1相变收缩带动手指进行屈曲。
本发明的进一步实施例中，在康复过程中，患者可以根据自身情况，对每根手指对应的塑料滑块10进行调整，以达到适合自身情况的康复条件。
本发明的进一步实施例中，通电同时，手背指尖关节处固定的复位弹簧3发生变形，当断电后，形状记忆合金丝1恢复原长，复位弹簧3收缩带动手指进行伸展动作，如此循环，可以达到康复训练的功能及效果。
本发明的进一步实施例中，作为驱动器的形状记忆合金丝1在加热后会发生相变收缩，产生收缩位移和收缩应力，从而带动手指进行屈曲运动。
本发明的进一步实施例中，当断电后，形状记忆合金丝1逐渐恢复原长，手指在复位弹簧3的作用下做伸展运动。
本发明的进一步实施例中，借鉴滑动变阻器的工作原理设计的形状记忆合金丝通电长度调节结构方便随时调节形状记忆合金丝1的通电长度，适合不同手指长度和中风程度的患者使用。
本发明的进一步实施例中，该装置固定在桌面上，使用人员只需要穿戴柔性手套即可，可以避免复杂的穿戴过程对患者造成二次伤害。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种形状记忆合金丝驱动的桌面级手功能康复装置，其特征在于，包括：与患者手部相匹配的耐高温柔性手套(4)、形状记忆合金丝(1)、复位弹簧(3)和形状记忆合金丝通电长度调节结构；耐高温柔性手套(4)的每一个手指套朝向手心的一侧连接有至少一根所述形状记忆合金丝(1)，耐高温柔性手套(4)的每一个手指套背离手心的一侧连接有至少一个复位弹簧(3)，每一根形状记忆合金丝(1)的中部和耐高温柔性手套(4)的每一个手指套的指尖处连接，每一根形状记忆合金丝(1)的两端均与所述形状记忆合金丝通电长度调节结构连接；所述形状记忆合金丝通电长度调节结构包括：设于所述耐高温柔性手套(4)一侧的机架(5)、固定在所述机架(5)上的控制器(11)、塑料滑块(10)、光轴(12)和金属块(13)；所述机架(5)和桌面连接，若干所述光轴(12)安装在所述机架(5)内，每一根所述形状记忆合金丝(1)的两端均穿入所述机架(5)内并进行固定，每一根所述光轴(12)与一根所述形状记忆合金丝(1)位于所述机架(5)内的一部分平行设置，每一个所述金属块(13)与一根所述光轴(12)可操作地滑动连接，每一个所述金属块(13)与一根所述形状记忆合金丝(1)位于所述机架(5)内的一部分可操作地滑动连接，每一根所述光轴(12)均与所述控制器(11)通过导线(14)连接，与同一根所述形状记忆合金丝(1)滑动连接的两个所述金属块(13)均与一个所述塑料滑块(10)连接。
2.根据权利要求1所述的形状记忆合金丝驱动的桌面级手功能康复装置，其特征在于，所述机架(5)包括：立板和槽板，所述立板设于所述耐高温柔性手套(4)的一侧，立板的下端和所述桌面通过若干定位螺栓(6)连接，立板的上端和与所述立板垂直的所述槽板连接，所述耐高温柔性手套(4)设于所述槽板和所述桌面之间。
3.根据权利要求2所述的形状记忆合金丝驱动的桌面级手功能康复装置，其特征在于，槽板的上表面开设有矩形槽，若干所述金属块(13)和若干所述光轴(12)均安装在所述矩形槽内。
4.根据权利要求3所述的形状记忆合金丝驱动的桌面级手功能康复装置，其特征在于，矩形槽靠近若干所述手指套的侧壁上开设有若干第一通孔，每一根所述形状记忆合金丝(1)的一端穿入一个所述第一通孔并通过一个鸡眼钉(15)与所述槽板连接。
5.根据权利要求3所述的形状记忆合金丝驱动的桌面级手功能康复装置，其特征在于，矩形槽远离若干所述手指套的侧壁上开设有若干第二通孔，每一个所述第二通孔与一个固定螺栓(7)相匹配，每一根所述形状记忆合金丝(1)的一端与所述矩形槽通过一个所述固定螺栓(7)连接。
6.根据权利要求3所述的形状记忆合金丝驱动的桌面级手功能康复装置，其特征在于，所述形状记忆合金丝通电长度调节结构还包括：顶板(9)，所述顶板(9)盖设于所述矩形槽的槽口处，所述顶板(9)上开设有若干条形孔，每一个所述条形孔内滑动连接有一个所述塑料滑块(10)。
7.根据权利要求1所述的形状记忆合金丝驱动的桌面级手功能康复装置，其特征在于，还包括：若干与所述耐高温柔性手套(4)连接的铝套管(2)，铝套管(2)的内径和形状记忆合金丝(1)的外径相匹配，耐高温柔性手套(4)的每一个手指套和一根形状记忆合金丝(1)通过若干所述铝套管(2)连接。
8.根据权利要求6所述的形状记忆合金丝驱动的桌面级手功能康复装置，其特征在于，所述形状记忆合金丝通电长度调节结构还包括：若干导线(14)，每一根所述光轴(12)均与所述控制器(11)通过一根所述导线(14)连接。
9.根据权利要求8所述的形状记忆合金丝驱动的桌面级手功能康复装置，其特征在于，所述顶板(9)上设有电线管道(8)，若干所述导线(14)均安装在所述电线管道(8)内。
10.根据权利要求1所述的形状记忆合金丝驱动的桌面级手功能康复装置，其特征在于，每一个所述金属块(13)的中部设有一个用于与所述光轴(12)滑动连接的第三通孔，每一个所述金属块(13)的下端设有一个用于与所述形状记忆合金丝(1)滑动连接的第四通孔。
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