CN114177003A - 一种新型刚柔耦合型外骨骼手康复机构及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗器械领域，具体来说是一种新型刚柔耦合型外骨骼手康复机构及其工作方法，本新型刚柔耦合型外骨骼手康复机构包括：手指外骨骼单元，包括至少四个手指活动机构，四个手指活动机构的根部分别通过相应约束连接器与驱动单元相连；其中所述驱动单元通过相应柔性组件带动手指活动机构活动；以及所述约束连接器适于使四个手指活动机构横向自由张开。本发明通过约束连接器能够使手指活动机构横向自由张开，并且通过柔性组件的配合，克服了完全的刚性机构往往结构复杂，易对患者的手部造成二次损伤；而完全的柔性机构往往无法精准地实现力的传递的问题，实现了患者更加安全，更加精准的康复训练。

Description

一种新型刚柔耦合型外骨骼手康复机构及其工作方法

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体来说是一种用于脑卒中所导致的各类手功能障碍的康复训练器械。

背景技术

目前，我国的脑卒中发病率呈不断上升的趋势，其中40-70岁居民初次脑卒中的标准发病率平均每年增长8.3％，每年中国的患病人数约为600-800万。

由脑卒中所导致的各类手功能障碍主要包括手部的运动、协调、感觉、灵活性的下降。手部康复训练可以有效的推进脑卒中后手功能的恢复，并显著促进大脑的再学习能力以避免手部的永久性残疾，最终实现神经的重塑。

目前主流的手康复机构以完全的柔性或者刚性结构为主，然而完全的刚性机构往往结构复杂，易对患者的手部造成二次损伤；而完全的柔性机构往往无法精准地实现力的传递。所以，本发明将柔线、弹簧等柔性元件与连杆、刚性约束轨道等刚性元件加以耦合，以实现更加安全，更加精准的康复训练。

发明内容

本发明提供了一种新型刚柔耦合型外骨骼手康复机构及其工作方法。

第一方面，本发明提供了一种刚柔耦合型外骨骼手康复机构，包括：手指外骨骼单元，包括至少四个手指活动机构，四个手指活动机构的根部分别通过相应约束连接器与驱动单元相连；其中所述驱动单元通过相应柔性组件带动手指活动机构活动；以及所述约束连接器适于使四个手指活动机构横向自由张开。

第二方面，一种刚柔耦合型外骨骼手康复机构的工作方法，包括：通过相应约束连接器分别与四个手指活动机构的根部相连，且适于使四个手指活动机构横向自由张开；以及通过相应柔性组件带动手指活动机构活动。

本发明的有益效果是，新型刚柔耦合型外骨骼手康复机构及其工作方法通过约束连接器能够使手指活动机构横向自由张开，并且通过柔性组件的配合，克服了完全的刚性机构往往结构复杂，易对患者的手部造成二次损伤；而完全的柔性机构往往无法精准地实现力的传递的问题，实现了患者更加安全，更加精准的康复训练。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的刚柔耦合型外骨骼手康复机构的结构示图；

图2是手指活动机构及驱动单元的结构示意图；

图3是手指活动机构及驱动单元呈伸状态的剖面视图；

图4是手指活动机构及驱动单元呈抓状态的剖面视图。

其中

手指外骨骼单元1、手指活动机构100，手指近端卡扣110，手指中端卡扣 120，手指远端卡扣130，手指近端固定约束轨道机构140，近端弧形导轨架141，近端弧形导杆142，近端弧形导杆的凸起部142a，近端弧形导杆的尾部142b，阻尼弹簧143；

约束连接器150；

连杆机构160，第一连杆161，第二连杆162，第三连杆163；

手指中段固定约束轨道机构170，中段弧形导杆171，轨道弹簧172；

驱动单元2，手指外骨骼用安装架200，安装孔201，第一柔线驱动器202，第二柔线驱动器203，第一柔线204，第二柔线205，换向轮206。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明的刚柔耦合型外骨骼手康复机构的结构示图。

如图1所示，在本实施例中提供了一种刚柔耦合型外骨骼手康复机构，包括：手指外骨骼单元1，包括至少四个手指活动机构100，四个手指活动机构100 的根部分别通过相应约束连接器150与驱动单元2相连；其中所述驱动单元2 通过相应柔性组件带动手指活动机构100活动；以及所述约束连接器150适于使四个手指活动机构100横向自由张开如图1中箭头F1方向所示。

图2是手指活动机构100及驱动单元2的结构示意图。

如图2所示，具体的，在本实施例中，所述手指活动机构100包括：手指近端卡扣110、手指中端卡扣120和手指远端卡扣；其中所述手指近端卡扣110 通过手指近端固定约束轨道机构140与约束连接器150的下端相连；所述手指近端卡扣110与手指中端卡扣120之间通过手指中段固定约束轨道机构170相连；以及所述手指中端卡扣120与手指远端卡扣之间通过手指远段固定约束轨道相连；所述驱动单元2驱动手指近端固定约束轨道机构140通过连杆机构160 带动手指中段固定约束轨道机构170动作，使手指近端卡扣110、手指中端卡扣 120和手指远端卡扣呈伸或抓状态。手指近端卡扣110、手指中端卡扣120和手指远端卡扣可以套设在手指的三个指节上，通过驱动单元2能够主动的控制手指执行伸或抓动作，以及通过约束连接器150实现手指横向张开，使患者能够多自由度的进行手指恢复锻炼，如图1中箭头F1方向所示。

又见图2，在本实施例中，所述驱动单元2包括：手指外骨骼用安装架200，所述安装架上设置有至少四个约束连接器150用安装孔201；所述约束连接器 150穿设在安装孔201内以带动手指活动机构100横向转动。

在本实施例中，如图2至图4所示，所述手指近端固定约束轨道机构140 包括近端弧形导轨架141和近端弧形导杆142；其中所述近端弧形导轨架141内设置有近端弧形导杆142用安装槽；所述近端弧形导杆142沿安装槽作伸缩运动，以及柔性组件中的阻尼弹簧143设置在安装槽内，所述阻尼弹簧143的一端抵于槽底，另一端抵于近端弧形导杆142的凸起部142a；在驱动单元2牵引凸起部142a以使近端弧形导杆142伸出近端弧形导轨架141，推动近端弧形导杆142的前端所铰接的手指近端卡扣110呈弯曲状；此时连杆机构160带动手指中段固定约束轨道机构170动作，使手指中端卡扣120和手指远端卡扣呈弯曲状，即呈现抓状态，如图3中箭头F3所示。其中阻尼弹簧143起到了缓冲的作用，能够对手指的施力进行缓冲和阻尼，提高患者手指锻炼强度，并且与驱动单元2配合，在推动手指近端卡扣110、手指中端卡扣120和手指远端卡扣带动手指执行伸或抓作用，起到很好的锻炼效果。

在本实施例中，如图2至图4所示，所述连杆机构160包括第一连杆161、第二连杆162和第三连杆163；所述手指中段固定约束轨道机构170的中段弧形导杆171的一端与第一连杆161的一端铰接，所述第一连杆161的另一端与第二连杆162的一端铰接，所述第二连杆162的另一端与第三连杆163的一端铰接，所述第三连杆163的另一端与近端弧形导轨架141的上部铰接；其中所述第二连杆162的中部与手指中段固定约束轨道机构170的上端铰接；在连杆机构160带动中段弧形导杆171动作时，第一连杆161推动中段弧形导杆171带动手指中端卡扣120呈弯曲状，柔性组件中轨道弹簧172设置在手指中段固定约束轨道机构170中以推动手指远端卡扣呈弯曲状，即手指近端卡扣110、手指中端卡扣120和手指远端卡扣呈抓状态。其中连杆机构160属于刚性元件的一部分，实现了与柔性组件的偶尔。并且第二连杆162和第三连杆163上均设置有铰接孔，通过铰接孔配合螺栓可以有效改变连杆长度进而调节运动的模式。并且轨道弹簧172也起到了提供阻尼平缓运动的作用。

在本实施例中，所述柔性组件中还包括第一柔线204、第二柔线205；以及所述驱动单元2包括第一柔线204驱动器202、第二柔线205驱动器203；其中第一柔线204驱动器202驱动的第一柔线204通过换向轮206牵引近端弧形导杆142的凸起部142a，第一柔线204的牵引方向如图3中F2所示，，以使手指近端卡扣110、手指中端卡扣120和手指远端卡扣呈抓状态，最后抓的状态见图4所示。第二柔线205驱动器203驱动的第二柔线205用于牵引近端弧形导杆142的尾部142b，以使手指近端卡扣110、手指中端卡扣120和手指远端卡扣呈伸状态。图4中对第二柔线205的牵引可以使近端弧形导杆142克服阻尼弹簧143向后缩入近端弧形导轨架141内，此时患者的手指在伸缩过程中均收到了抗阻训练。

上述第一柔线204驱动器202、第二柔线205驱动器203可以但不限于采用舵机实现。

上述第一柔线204驱动器202、第二柔线205驱动器203轮流交替运动，可以连接控制元件以执行相应正反转指令，以带动第一柔线204或第二柔线205 动作，实现抓或伸动作。

因此，本新型刚柔耦合型外骨骼手康复机构通过柔性组件的配合，克服了完全的刚性机构往往结构复杂，易对患者的手部造成二次损伤；而完全的柔性机构往往无法精准地实现力的传递的问题，实现了患者更加安全，更加精准的康复训练；并且可以结合约束连接器150能够使患者手指在伸抓过程中能够横向自由张开，丰富了锻炼种类。

本实施例还提供了一种刚柔耦合型外骨骼手康复机构的工作方法，包括：

通过相应约束连接器150分别与四个手指活动机构100的根部相连，且适于使四个手指活动机构100横向自由张开；以及通过相应柔性组件带动手指活动机构100活动。

在本实施例中关于刚柔耦合型外骨骼手康复机构的具体描述可以参见上述内容，本实施例部分不再赘述。

本发明在使用时，用户将手指卡扣穿戴在手指上，确保手指近端卡扣110 固定在手指近端指节上，手指中端卡扣120固定在手指中端指节上，手指远端卡扣固定在手指远端直接上；将驱动单元2经由魔术贴固定在手背上，然后启动控制元件即可进行使用。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种刚柔耦合型外骨骼手康复机构，其特征在于，包括：

手指外骨骼单元，包括至少四个手指活动机构，四个手指活动机构的根部分别通过相应约束连接器与驱动单元相连；其中

所述驱动单元通过相应柔性组件带动手指活动机构活动；以及

所述约束连接器适于使四个手指活动机构横向自由张开。

2.根据权利要求1所述的刚柔耦合型外骨骼手康复机构，其特征在于，

所述手指活动机构包括：手指近端卡扣、手指中端卡扣和手指远端卡扣；其中

所述手指近端卡扣通过手指近端固定约束轨道机构与约束连接器的下端相连；

所述手指近端卡扣与手指中端卡扣之间通过手指中段固定约束轨道机构相连；以及

所述手指中端卡扣与手指远端卡扣之间通过手指远段固定约束轨道相连；

所述驱动单元驱动手指近端固定约束轨道机构通过连杆机构带动手指中段固定约束轨道机构动作，使手指近端卡扣、手指中端卡扣和手指远端卡扣呈伸或抓状态。

3.根据权利要求2所述的刚柔耦合型外骨骼手康复机构，其特征在于，

所述驱动单元包括：手指外骨骼用安装架，所述安装架上设置有至少四个约束连接器用安装孔；

所述约束连接器穿设在安装孔内以带动手指活动机构横向转动。

4.根据权利要求2所述的刚柔耦合型外骨骼手康复机构，其特征在于，

所述手指近端固定约束轨道机构包括近端弧形导轨架和近端弧形导杆；其中

所述近端弧形导轨架内设置有近端弧形导杆用安装槽；

所述近端弧形导杆沿安装槽作伸缩运动，以及柔性组件中的阻尼弹簧设置在安装槽内，所述阻尼弹簧的一端抵于槽底，另一端抵于近端弧形导杆的凸起部；

在驱动单元牵引凸起部以使近端弧形导杆伸出近端弧形导轨架，推动近端弧形导杆的前端所铰接的手指近端卡扣呈弯曲状；

此时连杆机构带动手指中段固定约束轨道机构动作，使手指中端卡扣和手指远端卡扣呈弯曲状，即呈现抓状态。

5.根据权利要求4所述的刚柔耦合型外骨骼手康复机构，其特征在于，

所述连杆机构包括第一、第二和第三连杆；

所述手指中段固定约束轨道机构的中段弧形导杆的一端与第一连杆的一端铰接，所述第一连杆的另一端与第二连杆的一端铰接，所述第二连杆的另一端与第三连杆的一端铰接，所述第三连杆的另一端与近端弧形导轨架的上部铰接；其中

所述第二连杆的中部与手指中段固定约束轨道机构的上端铰接；

在连杆机构带动中段弧形导杆动作时，第一连杆推动中段弧形导杆带动手指中端卡扣呈弯曲状，柔性组件中轨道弹簧设置在手指中段固定约束轨道机构中以推动手指远端卡扣呈弯曲状，即手指近端卡扣、手指中端卡扣和手指远端卡扣呈抓状态。

6.根据权利要求4所述的刚柔耦合型外骨骼手康复机构，其特征在于，

所述柔性组件中还包括第一、第二柔线；以及

所述驱动单元包括第一、第二柔线驱动器；其中

第一柔线驱动器驱动的第一柔线通过换向轮牵引近端弧形导杆的凸起部，以使手指近端卡扣、手指中端卡扣和手指远端卡扣呈抓状态；

第二柔线驱动器驱动的第二柔线用于牵引近端弧形导杆的尾部，以使手指近端卡扣、手指中端卡扣和手指远端卡扣呈伸状态。

7.一种刚柔耦合型外骨骼手康复机构的工作方法，其特征在于，包括：

通过相应约束连接器分别与四个手指活动机构的根部相连，且适于使四个手指活动机构横向自由张开；以及

通过相应柔性组件带动手指活动机构活动。

8.根据权利要求7所述的工作方法，其特征在于，

所述手指活动机构包括：手指近端卡扣、手指中端卡扣和手指远端卡扣；其中

所述手指近端卡扣通过手指近端固定约束轨道机构与约束连接器的下端相连；

所述手指近端卡扣与手指中端卡扣之间通过手指中段固定约束轨道机构相连；以及

所述手指中端卡扣与手指远端卡扣之间通过手指远段固定约束轨道相连；

所述驱动单元驱动手指近端固定约束轨道机构通过连杆机构带动手指中段固定约束轨道机构动作，使手指近端卡扣、手指中端卡扣和手指远端卡扣呈伸或抓状态。

9.根据权利要求8所述的工作方法，其特征在于，

所述手指近端固定约束轨道机构包括近端弧形导轨架和近端弧形导杆；其中

所述近端弧形导轨架内设置有近端弧形导杆用安装槽；

所述近端弧形导杆沿安装槽作伸缩运动，以及柔性组件中的阻尼弹簧设置在安装槽内，所述阻尼弹簧的一端抵于槽底，另一端抵于近端弧形导杆的凸起部；

在驱动单元牵引凸起部以使近端弧形导杆伸出近端弧形导轨架，推动近端弧形导杆的前端所铰接的手指近端卡扣呈弯曲状；

此时连杆机构带动手指中段固定约束轨道机构动作，使手指中端卡扣和手指远端卡扣呈弯曲状，即呈现抓状态。

10.根据要求9所述的工作方法，其特征在于，

所述连杆机构包括第一、第二和第三连杆；

所述手指中段固定约束轨道机构的中段弧形导杆的一端与第一连杆的一端铰接，所述第一连杆的另一端与第二连杆的一端铰接，所述第二连杆的另一端与第三连杆的一端铰接，所述第三连杆的另一端与近端弧形导轨架的上部铰接；其中

所述第二连杆的中部与手指中段固定约束轨道机构的上端铰接；

在连杆机构带动中段弧形导杆动作时，第一连杆推动中段弧形导杆带动手指中端卡扣呈弯曲状，柔性组件中轨道弹簧设置在手指中段固定约束轨道机构中以推动手指远端卡扣呈弯曲状，即手指近端卡扣、手指中端卡扣和手指远端卡扣呈抓状态；以及

所述柔性组件中还包括第一、第二柔线；以及

所述驱动单元包括第一、第二柔线驱动器；其中

第一柔线驱动器驱动的第一柔线通过换向轮牵引近端弧形导杆的凸起部，以使手指近端卡扣、手指中端卡扣和手指远端卡扣呈抓状态；

第二柔线驱动器驱动的第二柔线用于牵引近端弧形导杆的尾部，以使手指近端卡扣、手指中端卡扣和手指远端卡扣呈伸状态。

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