CN114795817B - 半包裹型手指夹具及手指康复外骨骼机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生物机械工程技术领域，提供一种半包裹型手指夹具及手指康复外骨骼机器人，半包裹型手指夹具包括：第一夹板、第二夹板和调节组件，第二夹板与第一夹板转动配合，第一夹板和第二夹板形成卡接手指的卡接空间，卡接空间适于适配待卡接的手指；调节组件设于第一夹板和第二夹板之间，调节组件朝向第一夹板和/或第二夹板一侧设有压力检测件，第一夹板和/或第二夹板在转动状态下作用于压力检测件以检测待卡接的手指所受的夹压力值。通过压力检测件获取待卡接的手指的夹压力值，进而可以感知外骨骼和手指的连接力。

Description

半包裹型手指夹具及手指康复外骨骼机器人

技术领域

本发明涉及生物机械工程技术领域，尤其涉及一种半包裹型手指夹具及手指康复外骨骼机器人。

背景技术

手部运动在大脑运动区域中占据重要地位，其对脑卒中患者康复具有重要意义。目前为了解决治疗师与患者数量严重不平衡的问题，所以采用手部康复外骨骼机器人辅助脑卒中患者进行康复训练，帮助患者进行手部运动功能恢复。

脑卒中后患者可以分为：迟缓期、联合反应期、共同运动初期、共同运动器、分离运动期以及协调运动期；其中迟缓期患者手部无任何运动，需要手部康复外骨骼驱动手指关节运动，进行被动康复训练；而分离运动期患者能够完成抓握运动，但速度和准确性比健侧差，需要手部康复外骨骼具备辅助手指进行主动康复训练的能力，即手指关节正常运动时，手部康复外骨骼跟随手指进行运动，而手指关节运动异常时，手部康复外骨骼对手指运动进行干扰，辅助关节进行正常运动，因此手部康复外骨骼需要具备辅助手指进行主被动康复训练的能力。此外，脑卒中患者手部运动功能恢复是一个长期的过程，需要频繁的穿戴手部康复外骨骼，因此需要外骨骼与人体之间具有高度的亲和力，即需要易于穿戴和穿戴舒适性。

但是现有的手部康复外骨骼机器人只能进行简单的康复训练，且设备复杂，不利于穿戴，而且手指所受训练力度无法准确把握，致使手指关节的运动范围无法准确把握，进而训练康复效果不佳。

发明内容

本发明实施例提供一种半包裹型手指夹具及手指康复外骨骼机器人，用以解决现有技术中手指康复效果不佳的技术问题。

本发明实施例提供一种半包裹型手指夹具，包括：第一夹板；

第二夹板，与所述第一夹板转动配合，所述第一夹板和所述第二夹板形成卡接手指的卡接空间，所述卡接空间适于适配待卡接的手指；

调节组件，设于所述第一夹板和所述第二夹板之间，所述调节组件朝向所述第一夹板和/或所述第二夹板一侧设有压力检测件，所述第一夹板和/或所述第二夹板在转动状态下作用于所述压力检测件以检测待卡接的手指所受的夹压力值。

根据本发明一个实施例的半包裹型手指夹具，所述第一夹板朝向所述第二夹板一侧设有至少一个第一伸出部，所述第二夹板朝向所述第一夹板一侧设有至少一个第二伸出部；

所述调节组件上设有第一转轴，所述第一伸出部和所述第二伸出部与所述第一转轴转动配合。

根据本发明一个实施例的半包裹型手指夹具，所述调节组件的底部设有配合板，所述配合板的相对两侧分别设有一个所述第一转轴；

所述第一伸出部和所述第二伸出部的数量为两个，同侧的所述第一伸出部和所述第二伸出部与同侧的所述第一转轴相转动配合。

根据本发明一个实施例的半包裹型手指夹具，所述第二夹板朝向所述第一夹板一侧设有转动压板，所述转动压板与所述第二夹板转动配合，所述转动压板一侧还设有调节件，所述调节件适于调整所述转动压板朝向所述第一夹板的偏转角度并作用于所述压力检测件。

根据本发明一个实施例的半包裹型手指夹具，两个所述第二伸出部靠近所述第二夹板一侧设有第二转轴，所述转动压板一端与所述第二转轴相连接；

所述第二夹板上开设有配合孔，所述调节件插设于所述配合孔并一端抵接所述转动压板。

根据本发明一个实施例的半包裹型手指夹具，所述调节组件包括套筒和弹性件，所述套筒朝向所述第二夹板一侧开设有调节腔室，所述弹性件一端插设于所述调节腔室内，另一端朝向所述第二夹板；

所述压力传感器适于通过弹性件的形变量或者弹力获取所述待卡接的手指所受的夹压力值。

根据本发明一个实施例的半包裹型手指夹具，所述压力检测件为压力传感器，所述压力检测件位于所述调节腔室内且与所述弹性件远离所述第二夹板的一侧相连接，所述压力检测件通过所述弹性件压缩产生的弹力值获得所述待卡接的手指所受的夹压力值。

根据本发明一个实施例的半包裹型手指夹具，所述压力检测件为位移检测器，设于所述弹性件的端部，并通过所述弹性件的形变量获得所述待卡接的手指所受的夹压力值。

本发明实施例还提供一种手指康复外骨骼机器人，包括：串联弹性驱动器、掌指关节传动机构、近端关节传动机构以及上述所述的半包裹型手指夹具，所述半包裹型手指夹具与所述近端关节传动机构相连接。

根据本发明一个实施例的手指康复外骨骼机器人，还包括驱动机构，包括多个输出端，所述输出端分别与所述驱动机构分别与所述串联弹性驱动器、所述掌指关节传动机构、所述近端关节传动机构相连接。

本发明实施例提供的半包裹型手指夹具，第一夹板和第二夹板形成适配待卡接手指的卡接空间，且第一夹板和第二夹板转动配合，进而卡接空间可调，如此便于穿戴，减少对手指关节运动范围的阻碍。第一夹板和第二夹板在转动过程中会作用于压力检测件，如此第一夹板和第二夹板卡接完成后，可以通过压力检测件获取待卡接的手指的夹压力值，进而可以感知外骨骼和手指的连接力。

本发明实施例提供的手指康复外骨骼机器人，包括上述的半包裹型手指夹具，具备上述半包裹型手指夹具的全部有益效果，在此不做赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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为本发明实施例的手指康复外骨骼机器人的结构示意图；

图2为本发明实施例的半包裹型手指夹具的结构示意图；

图3为图2所示的一状态的爆炸结构示意图；

图4为图2所示的另一状态的爆炸结构示意图；

图5为压力检测件一实施例的受力简图；

图6为压力检测件另一实施例的受力简图；

附图标记：

10、第一夹板；110、第一伸出部；

20、第二夹板；210、卡接空间；220、第二伸出部；230、转动压板；240、调节件；250、第二转轴；260、配合孔；

30、调节组件；310、压力检测件；320、第一转轴；330、配合板；340、套筒；3410、调节腔室；350、弹性件；

40、串联弹性驱动器；

50、掌指关节传动机构；

60、近端关节传动机构；

70、半包裹型手指夹具；

80、驱动机构；810、输出端。

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，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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作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。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

下面结合图1至图6，本发明实施例提出保护一种半包裹型手指夹具70，包括：第一夹板10、第二夹板20和调节组件30，第二夹板20与第一夹板10转动配合，第一夹板10和第二夹板20形成卡接手指的卡接空间210，卡接空间210适于适配待卡接的手指；调节组件30设于第一夹板10和第二夹板20之间，调节组件30朝向第一夹板10和/或第二夹板20一侧设有压力检测件310，第一夹板10和/或第二夹板20在转动状态下作用于压力检测件310以检测待卡接的手指所受的夹压力值。

在本发明的一些实施例中，压力检测件310可以设于第二夹板20一侧，也可以设于第一夹板10一侧，或者也可以分别设于第一夹板10和第二夹板20侧。下述以设于第二夹板20侧为例进行说明，但不对此进行限定。

需要说明的是，第一夹板10和第二夹板20之间形成适配待卡接的手指的卡接空间210，且卡接空间210通过第一夹板10和第二夹板20转动可调，如此可以适配不同尺寸的手指。在需要对手指进行卡接时，可以按压第一夹板10和第二夹板20的同侧端部使得远离该侧的空间尺寸变大，也即卡接空间210的尺寸变大，如此将患者的手指放入卡接空间210内即可，且卡接完成后，通过压力检测件310可以同时获取手指所受的夹压力值，进而可以感知外骨骼和手指的连接力。

请参照图2至图4，在本发明的一些实施例中，第一夹板10朝向第二夹板20一侧设有至少一个第一伸出部110，第二夹板20朝向第一夹板10一侧设有至少一个第二伸出部220；调节组件30上设有第一转轴320，第一伸出部110和第二伸出部220与第一转轴320转动配合。

在其他实施例中，也可以通过一个转轴进行转动配合，在此不做限定。

需要说明的是，第一转轴320与第一夹板10和第二夹板20的连接端位于第一夹板10和第二夹板20中部上方位置，进而第一转轴320下方便对应第一夹板10和第二夹板20所围合的卡接空间210，如此设置可以使得卡接空间210尺寸更大。

在对卡接空间210的尺寸进行调整时，可以通过人手工按压第一夹板10和第二夹板20顶部，使得第一夹板10和第二夹板20顶部彼此靠近，进而扩大卡接空间210的尺寸，如此便可以将患者的手指卡接至卡接空间210内。当患者的手指卡接完成后，松开对第一夹板10和第二夹板20的按压，因为在卡接状态下第一夹板10和/或第二夹板20作用于压力检测件310，所以通过压力检测件310便可以获取卡接的手指的夹压力值。此处的上方和下方为当前图示视角的上方和下方，仅以此为例举，并非对此进行的限定。

需要说明的是，在本发明的再一些实施例中，第一伸出部110和第二伸出部220的数量均为两个，且第一夹板10上的两个第一伸出部110以及第二夹板20上的两个第二伸出部220均相对设置。调节组件30的底部设有配合板330，配合板330的相对两侧分别设有一个第一转轴320。同侧的第一伸出部110和第二伸出部220与同侧的第一转轴320相转动配合。也即，第一夹板10和第二夹板20均以调节组件30上的第一转轴320为轴心进行相对转动。

在本发明的一些实施例中，第二夹板20朝向第一夹板10一侧设有转动压板230，转动压板230与第二夹板20转动配合，转动压板230一侧还设有调节件240，调节件240适于调整转动压板230朝向第一夹板10的偏转角度并作用于压力检测件310。

需要说明的是，第一夹板10和第二夹板20所对应的卡接空间210的尺寸与患者的手指的尺寸对应，患者的手指所承受的夹压力值需要在一定的范围内。例如在夹压力值较小时，手指容易脱落而影响康复训练；在夹压力值较大时，手指超出了承受的阈值而有可能对手指产生额外的伤害。而本申请方案中，手指在穿戴完成后，可以通过转动压板230控制患者手指所受的夹压力值始终在预设的范围内。

具体地，两个第二伸出部220靠近第二夹板20一侧设有第二转轴250，转动压板230一端与第二转轴250相连接；第二夹板20上开设有配合孔260，调节件240插设于配合孔260并一端抵接转动压板230。

请参照图5至图6，在需要对患者手指进行穿戴时，可以按压第一夹板10和第二夹板20顶部位置使得卡接空间210尺寸变大，进而便于穿戴。需要说明的是，初始的卡接空间210的尺寸要略小于手指的周向尺寸，如此在患者手指穿戴完成后第一夹板10和第二夹板20在弹性件350的弹力作用下具有一定的夹持力，可以避免手指从卡接空间210脱落。在穿戴完成后，可以通过调整调节件240进一步调节手指所受到的夹压力值。例如，当患者手指受到的夹持力大于阈值状态下，可以控制调节件240朝向远离第一夹板10的方向移动，以减小患者手指所受到的夹压力值。而当患者手指受到的夹持力小于阈值状态下，可以控制调节件240朝向第一夹板10的方向移动，以增加患者手指所受到的夹压力值。由此患者手指所受到的夹压力值与压力检测件310所检测的夹压力值成正比，由此在患者穿戴完成后便可以通过调整调节件240与转动压板230的抵接状态，进一步调整弹性件350的压缩状态，由此完成对患者手指夹压力值的控制。

在本发明的一些实施例中，调节组件30包括套筒340和弹性件350，套筒340朝向第二夹板20一侧开设有调节腔室3410，弹性件350一端插设于调节腔室3410内，另一端朝向第二夹板20；压力传感器适于通过弹性件350的形变量或者弹力获取待卡接的手指所受的夹压力值。

因为弹性件350的一端朝向第二夹板20，进而第二夹板20朝向第一夹板10转动时，第二夹板20会施力于弹性件350，使得弹性件350发生形变，如此通过检测弹性件350发生形变的尺寸或者弹性件350受力值便可以获取手指所承受的夹压力值的大小。

具体可参照图5，在本发明的一些实施例中，压力检测件310为压力传感器，压力检测件310位于调节腔室3410内且与弹性件350远离第二夹板20的一侧相连接，压力检测件310通过弹性件350压缩产生的弹力值获得待卡接的手指所受的夹压力值。

例如初始状态下，弹性件350的一端与第二夹板20抵接但不受力，此时的卡接空间210的尺寸最小，当需要对患者的手指进行卡接时，按压第一夹板10和第二夹板20顶部使得卡接空间210的尺寸变大，以穿戴患者的手指。当穿戴完成后，对调节件240进行控制，使得患者手指所受的夹压力值处于预设范围内。

请参照图6，在本发明的再一些实施例中，压力检测件310为位移检测器，此处以光电传感器为例进行说明，压力检测件310设于弹性件350的端部，并通过弹性件350的形变量获得待卡接的手指所受的夹压力值。也即，在弹性件350另一侧设置挡块，通过光电传感器发射光线并根据返回的光线时长得到弹性件350的位移。需要说明的是，对弹性件350位移及压力值的检测方式属于本领域技术人员所熟知的常规技术手段，在此不做过多赘述。通过检测压缩后的弹性件350的长度，并与初始长度进行取差值，便可以获取弹性件350的形变量，通过形变量得到弹性件350所承受的压力值，如此计算得出手指所承受的夹压力值。

在本发明实施例中，还提出保护一种手指康复外骨骼机器人，包括串联弹性驱动器40、掌指关节传动机构50、近端关节传动机构60以及上述的半包裹型手指夹具70，半包裹型手指夹具70与近端关节传动机构60相连接。

进一步地，还包括驱动机构80，包括多个输出端810，输出端810分别与驱动机构80分别与串联弹性驱动器40、掌指关节传动机构50、近端关节传动机构60相连接。该手指康复外骨骼机器人能够感知外骨骼和指骨之间的交互力，辅助人手指进行主动康复训练，且易于穿戴，减小对关节运动范围的阻碍。

需要说明的是，驱动机构80的输出端810为三个，且分别连接串联弹性驱动器40、掌指关节传动机构50。

对于串联弹性驱动器40，能够感知外骨骼与手指之间的交互力矩，实现主动康复训练。

对于掌指关节传动机构50，能够驱动掌指关节实现内收、外展和屈曲、伸展运动。

对于近端关节传动机构60，能够实现近端指间关节的屈曲、伸展运动。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种半包裹型手指夹具，其特征在于，包括：

第一夹板(10)；

第二夹板(20)，与所述第一夹板(10)转动配合，所述第一夹板(10)和所述第二夹板(20)形成卡接手指的卡接空间(210)，所述卡接空间(210)适于适配待卡接的手指；

调节组件(30)，设于所述第一夹板(10)和所述第二夹板(20)之间，所述调节组件(30)朝向所述第一夹板(10)和/或所述第二夹板(20)一侧设有压力检测件(310)，所述第一夹板(10)和/或所述第二夹板(20)在转动状态下作用于所述压力检测件(310)以检测待卡接的手指所受的夹压力值；

所述第二夹板(20)朝向所述第一夹板(10)一侧设有至少一个第二伸出部(220)；两个所述第二伸出部(220)靠近所述第二夹板(20)一侧设有第二转轴(250)；所述第二夹板(20)朝向所述第一夹板(10)一侧设有转动压板(230)，所述转动压板(230)一端与所述第二转轴(250)相连接；

所述第二夹板(20)上开设有配合孔(260)，所述转动压板(230)一侧还设有调节件(240)，所述调节件(240)插设于所述配合孔(260)并一端抵接所述转动压板(230)。

2.根据权利要求1所述的半包裹型手指夹具，其特征在于，所述第一夹板(10)朝向所述第二夹板(20)一侧设有至少一个第一伸出部(110)；

所述调节组件(30)上设有第一转轴(320)，所述第一伸出部(110)和所述第二伸出部(220)与所述第一转轴(320)转动配合。

3.根据权利要求2所述的半包裹型手指夹具，其特征在于，所述调节组件(30)的底部设有配合板(330)，所述配合板(330)的相对两侧分别设有一个所述第一转轴(320)；

所述第一伸出部(110)和所述第二伸出部(220)的数量为两个，同侧的所述第一伸出部(110)和所述第二伸出部(220)与同侧的所述第一转轴(320)相转动配合。

4.根据权利要求3所述的半包裹型手指夹具，其特征在于，所述转动压板(230)与所述第二夹板(20)转动配合，所述调节件(240)适于调整所述转动压板(230)朝向所述第一夹板(10)的偏转角度并作用于所述压力检测件(310)。

5.根据权利要求1所述的半包裹型手指夹具，其特征在于，所述调节组件(30)包括套筒(340)和弹性件(350)，所述套筒(340)朝向所述第二夹板(20)一侧开设有调节腔室(3410)，所述弹性件(350)一端插设于所述调节腔室(3410)内，另一端朝向所述第二夹板(20)；

所述压力检测件(310)适于通过弹性件(350)的形变量或者弹力获取所述待卡接的手指所受的夹压力值。

6.根据权利要求5所述的半包裹型手指夹具，其特征在于，所述压力检测件(310)为压力传感器，所述压力检测件(310)位于所述调节腔室(3410)内且与所述弹性件(350)远离所述第二夹板(20)的一侧相连接，所述压力检测件(310)通过所述弹性件(350)压缩产生的弹力值获得所述待卡接的手指所受的夹压力值。

7.根据权利要求5所述的半包裹型手指夹具，其特征在于，所述压力检测件(310)为位移检测器，设于所述弹性件(350)的端部，并通过所述弹性件(350)的形变量获得所述待卡接的手指所受的夹压力值。

8.一种手指康复外骨骼机器人，其特征在于，包括：

串联弹性驱动器(40)、掌指关节传动机构(50)、近端关节传动机构(60)以及权利要求1-7任一项所述的半包裹型手指夹具(70)，所述半包裹型手指夹具(70)与所述近端关节传动机构(60)相连接。

9.根据权利要求8所述的手指康复外骨骼机器人，其特征在于，还包括驱动机构(80)，包括多个输出端(810)，所述输出端(810)分别与所述驱动机构(80)分别与所述串联弹性驱动器(40)、所述掌指关节传动机构(50)相连接。

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