CN212547602U

CN212547602U - 一种利用气动人工肌肉的牵引式手指康复训练装置

Info

Publication number: CN212547602U
Application number: CN202021347585.1U
Authority: CN
Inventors: 杨智宇; 张业明; 李树平; 韩光伟; 魏锋; 张舒琛; 和双洋
Original assignee: Henan University of Technology
Current assignee: Henan University of Technology
Priority date: 2020-07-10
Filing date: 2020-07-10
Publication date: 2021-02-19
Anticipated expiration: 2030-07-10

Abstract

本实用新型公开了一种利用气动人工肌肉的牵引式手指康复训练装置，该装置主要包括手掌支撑底架，气动人工肌肉、摆动运动单元、双层环形指套、上部气动人工肌肉支撑架部分。将患者的五指伸入双层环形指套中，利用气源作用于气动人工肌肉和摆动缸，对气动人工肌肉充放气拉动牵引绳上下运动，从而带动手指做屈伸运动；对摆动缸充放气带动上部气动人工肌肉支撑架左右运动，从而带动手指做展合运动，同时通过激光位移传感器和力传感器检测手指运动的实时状态进行反馈，从而使患者手指能更安全地进行康复训练。本装置柔顺性好，安全性高，使用简便灵活，成本低廉。

Description

一种利用气动人工肌肉的牵引式手指康复训练装置

技术领域

本实用新型涉及气动人工肌肉康复训练技术领域，具体为一种利用气动人工肌肉的牵引式手指康复训练装置。

背景技术

手在人体在日常生活中使用频率最多，同时也很容易受伤。其中手外伤、大脑卒中等疾病伤害是造成人手运动功能缺失的主要方面。

对于当前的许多手指康复设备，采用刚性机械结构和电机驱动的方式。刚性结构安全性低，在训练过程很可能会对患者手指造成二次伤害；电机驱动对伺服电机和控制器的要求较高，从而会增加成本。同时不能针对患者的单个手指或指关节进行康复训练，灵活性比较差。

发明内容

针对上述所存在的问题，本实用新型提出了一种利用气动人工肌肉的牵引式手指康复训练装置。

本实用新型所述的一种利用气动人工肌肉的牵引式手指康复训练装置，能够根据患者手指实际状态，通过调节上部气动人工肌肉支撑架部分（4）上所有的槽孔中可调节螺钉的位置，调整各上部手指支架之间的夹角和前后位置，能灵活的适应单个手指训练或者多个手指训练，提高了该装置的适应能力和患者的舒适度，使患者手指康复训练动作更加精确，达到更好的康复效果。

该手指康复训练装置包括手掌支撑底架（1）、u型滑槽（3）及其支架（2）、上部气动人工肌肉支撑架部分（4）、摆动运动单元（6）、双层环形指套（8）、手掌支撑板（9）和气动人工肌肉（5、10）及气动元件部分。

其中，所述的手掌支撑底架（1）的底面向前后各延伸一段距离，前端底板部分用于固定第六、第七、第八、第九和第十组气动人工肌肉（10），其中第六组气动人工肌肉有2个气动人工肌肉，第七、第八、第九、第十组气动人工肌肉各有3个气动人工肌肉。

这五组中各气动人工肌肉的另一端通过下牵引绳（7-2）铰接于双层环形指套（8）；后端延伸部分的底板用于平衡手掌支架的作用力，使其能平稳放置，并将气动元件装在后端底板处。

所述的上部气动人工肌肉支撑架部分（4）用于手指屈伸和展合的，包括上部拇指支撑架（4-1）、上部食指支撑架（4-2）、上部中指支撑架（4-3）、上部无名指支撑架（4-4）和上部小指支撑架（4-5）;上部五指支撑架的一端分别与u型滑槽（3）铰接，另一端分别以人手正常状态下的指间角度和间隔通过槽孔三（4-1-3）和槽孔七（4-2-3）固定在摆动运动单元的载物圆台（6-9）上。

上部拇指支撑架（4-1）上开有槽孔一（4-1-1）、槽孔二（4-1-2）、槽孔三（4-1-3、）和槽孔四（4-1-4），其中，第一组气动人工肌肉包括2个气动人工肌肉（5），分别固定于拇指指尖上方和近指关节上方的槽孔二（4-1-2）。

上部食指支撑架（4-2）、上部中指支撑架（4-3）、上部无名指支撑架（4-4）和上部小指支撑架（4-5）上都开有槽孔五（4-2-1）、槽孔六（4-2-2）、槽孔七（4-2-3）和槽孔八（4-2-4），这四个支撑架上的槽孔六（4-2-2）分别固定第二、第三、第四和第五组气动人工肌肉，每组分别含有3个气动人工肌肉（5），分别固定于各手指近指关节、远指关节和指尖上方对应的位置;第一、第二、第三、第四和第五组气动人工肌肉中各气动人工肌肉（5）的另一端与上牵引绳（7-1）铰接，上牵引绳（7-1）的另一端穿过导向轮（8-1）铰接于双层环形指套（8）；槽孔四（4-1-4）、槽孔八（4-2-4）固定激光位移传感器和力传感器，用于实时监测患者手指的运动状态。

所述的一种利用气动人工肌肉的牵引式手指康复训练装置，采用一种u型滑槽（3），用于患者手指进行展合训练，在患者手指康复训练过程中起到支撑和保护的作用，避免患者手指经受二次伤害。

所述的一种利用气动人工肌肉的牵引式手指康复训练装置，其特征在于：所述的上部五组气动人工肌肉支撑架部分（4）上的槽孔一（4-1-1）、槽孔二（4-1-2）、槽孔三（4-1-3、）槽孔五（4-2-1）、槽孔六（4-2-2）和槽孔七（4-2-3），为了便于调节螺钉的位置，根据患者手指实际状态，调整各上部手指支架之间的夹角和前后位置，以便于适应不同手指的长度，增加舒适度，使患者手指康复训练动作更加精确，达到更好的康复效果。

所述的一种利用气动人工肌肉的牵引式手指康复训练装置，其特征在于：所述的手掌支撑板（9），其末端采用贴合手腕的圆弧型结构设计，以便于增加人体手部的舒适度。

所述的双层环形指套（8）有一导向轮（8-1），该导向轮在手指牵引上下运动过程中使绳子受力更加柔和，防止绳子受力过猛拉伤关节，避免了患者在康复训练过程中受到二次伤害。同时指套采用柔性材料，以增加患者手指的舒适度。

本实用新型将患者的五指伸入双层环形指套中，利用气源作用于气动人工肌肉和摆动缸，对气动人工肌肉充放气拉动牵引绳上下运动，从而带动手指做屈伸运动；对摆动缸充放气带动上部气动人工肌肉支撑架左右运动，从而带动手指做展合运动，同时通过激光位移传感器和力传感器检测手指运动的实时状态进行反馈，从而使患者手指能更安全地进行康复训练。

本实用新型采用气动控制技术并利用了柔性度很高的气动人工肌肉牵引绳，很大程度上增加了该装置的柔性，安全系数较刚性结构有明显的提高，对于患者手指康复更加有益。

附图说明

图1是本实用新型手指训练康复装置的结构图；

图2是本实用新型手指训练康复装置的俯视图；

图3是本实用新型双层环形指套的局部结构图和气动人工肌肉的气动回路图；

图4是本实用新型摆动缸的局部结构及其气动回路图；

图5是本实用新型上部拇指支撑架的局部结构图；

图6是本实用新型上部四指支撑架的局部结构图。

其中：图1标号名称：1-手掌支撑底架2-u型滑槽支架3-u型滑槽4-上部气动人工肌肉支撑架部分5/10-气动人工肌肉6-摆动运动单元7-1-上牵引绳7-2-下牵引绳8-双层环形指套9-手掌支撑板；

图2标号名称：3-u型滑槽4-1-上部拇指支撑架4-2-上部食指支撑架4-3-上部中指支撑架4-4-上部无名指支撑架4-5-上部小指支撑架；

图3标号名称：1-手掌支撑底架4-上部气动人工肌肉支撑架部分5/10-气动人工肌肉5/10-1-气泵5/10-2-空气过滤器5/10-3-空气干燥/润滑器5/10-4-减压阀5/10-5-二位三通电磁阀5/10-6-压力表8-双层环形指套8-1-导向轮；

图4标号名称：4-上部气动人工肌肉支撑架部分6-1-气泵6-2-空气过滤器6-3-空气干燥/润滑器6-4-减压阀6-5-压力表6-6-三位五通电磁阀6-7-支撑板6-8-摆动缸6-9-载物圆台；

图5标号名称：4-1-1-槽孔一4-1-2-槽孔二4-1-3-槽孔三4-1-4-槽孔四；

图6标号名称：4-2-1-槽孔五4-2-2-槽孔六4-2-3-槽孔七4-2-4-槽孔八。

具体实施方式

本实用新型提供一种利用气动人工肌肉的牵引式手指康复训练装置及方法，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本实用新型进一步详细说明。

本实用新型提供一种利用气动人工肌肉的牵引式手指康复训练装置，如图1所示，包括：手掌支撑底架（1）、u型滑槽（3）及其支架（2）、上部气动人工肌肉支撑架部分（4）、摆动运动单元（6）、牵引绳（7）双层环形指套（8）、手掌支撑板（9）和气动人工肌肉（5、10）及气动元件部分。

其中，所述的手掌支撑底架（1）的底面向前后各延伸一段距离，前端底板部分用于固定第六、第七、第八、第九和第十组气动人工肌肉（10），其中第六组气动人工肌肉有2个气动人工肌肉，第七、第八、第九、第十组气动人工肌肉各有3个气动人工肌肉。这五组中各气动人工肌肉的另一端通过下牵引绳（7-2）铰接于双层环形指套（8）。后端延伸部分的底板用于平衡手掌支架的作用力，使其能平稳放置，并将气动元件装在后端底板处。

如图2所示，所述的上部气动人工肌肉支撑架部分（4）用于手指屈伸和展合的，包括上部拇指支撑架（4-1）、上部食指支撑架（4-2）、上部中指支撑架（4-3）、上部无名指支撑架（4-4）和上部小指支撑架（4-5）。上部五指支撑架的一端分别与u型滑槽（3）铰接，另一端分别以人手正常状态下的指间角度和间隔通过槽孔三（4-1-3）和槽孔七（4-2-3）固定在摆动运动单元（6）的载物圆台（6-9）上。

进一步的，所述的上部五组气动人工肌肉支撑架部分（4）上所有的槽孔，根据患者手指实际状态，调整各上部手指支架之间的夹角和前后位置，以便于适应不同手指的长度，增加舒适度，使患者手指康复训练动作更加精确，达到更好的康复效果；所述的摆动运动单元（6）包括：气泵（6-1）、空气过滤器（6-2）、空气干燥/润滑器（6-3）、减压阀（6-4）、压力表（6-5）、三位五通电磁阀（6-6）、支撑板（6-7）、摆动缸（6-8）和载物圆台（6-9）。其中所述的五个支架上固定的摆动缸（6-8）的气动线路图均如图4所示。

更进一步的，如图5所示，上部拇指支撑架（4-1）上开有槽孔一（4-1-1）、槽孔二（4-1-2）、槽孔三（4-1-3、）和槽孔四（4-1-4），其中，第一组气动人工肌肉包括2个气动人工肌肉（5），分别固定于拇指指尖上方和近指关节上方的槽孔二（4-1-2）。上部食指支撑架（4-2）、上部中指支撑架（4-3）、上部无名指支撑架（4-4）和上部小指支撑架（4-5）上都开有槽孔五（4-2-1）、槽孔六（4-2-2）、槽孔七（4-2-3）和槽孔八（4-2-4），这四个支撑架上的槽孔六（4-2-2），这四个支撑架上的槽孔六（4-2-2）分别固定第二、第三、第四和第五组气动人工肌肉，每组分别含有3个气动人工肌肉（5），分别固定于各手指近指关节、远指关节和指尖上方对应的位置。第一、第二、第三、第四和第五组气动人工肌肉中各气动人工肌肉（5）的另一端与上牵引绳（7-1）铰接，上牵引绳（7-1）的另一端穿过导向轮（8-1）铰接于双层环形指套（8）。槽孔四（4-1-4）、槽孔八（4-2-4）固定激光位移传感器和力传感器，用于实时监测患者手指的运动状态。

上述的双层环形指套部分（8）有一导向轮（8-1），该导向轮（8-1）在手指牵引上下运动过程中使绳子受力更加柔和，防止绳子受力过猛拉伤关节，避免了患者在康复训练过程中受到二次伤害。同时指套采用柔性材料，以增加患者手指的舒适度。

以上所述所有的气动人工肌肉（5/10）均按图3中所示的气动回路连接，其气动元件包括气泵（5/10-1）、空气过滤器（5/10-2）、空气干燥/润滑器（5/10-3）、减压阀（5/10-4）二位三通电磁阀（5/10-5）和压力表（5/10-6），其中采用两个二位三通阀串联的形式，以控制气动人工肌肉稳定充/放气。

本实用新型还提供了一种利用气动人工肌肉的牵引式手指康复训练装置的康复训练控制方法，其包括上下屈伸运动和左右展合运动。进一步的，上下运动的方法分为单手指上下屈伸运动和多手指同步上下屈伸运动。

（1）多手指上下屈伸运动：

第一步：同时启动十组气泵（5-1、10-1），其中第一和第六组气动人工肌肉、第二和第七组气动人工肌肉、第三和第八组气动人工肌肉、第四和第九组气动人工肌肉、第五和第十组气动人工肌肉两两对应，通过电流控制各二位三通电磁阀向各组气动人工肌肉（5、10）中充/放气体，使上下牵引绳（7）达到预紧状态。

第二步：患者将手掌放到手掌支撑板（9）上，再将五指伸入对应的双层环形指套（8）中。

第三步：通过电流控制各二位三通电磁阀（5-5）继续向第一、二、三、四和五气动人工肌肉组中的气动人工肌肉（5）同步放气，同时控制各二位三通电磁阀（10-5）使与之对应的各气动人工肌肉组中的气动人工肌肉（10）同步向外充气，此时手指被绳牵引着在导向轮的保护作用下向下运动，即五指做弯曲运动。

第四步：通过电流控制各二位三通电磁阀（5-5）使第一、二、三、四和五组气动人工肌肉中的各气动人工肌肉（5）同步充气，同时控制各二位三通电磁阀（10-5）使与之对应的各组气动人工肌肉中（10）同步向里放气，此时五指被绳牵引着在导向轮的保护作用下向上运动，即五指恢复初始位置状态。

第五步：当手指反复训练周期结束后，从各指套中抽出手指，然后断开电流，关闭各作用于二位三通电磁阀的气泵。

（2）单手指上下屈伸运动：

第一步：只打开所要康复训练的手指对应的气泵，通过电流控制该二位三通电磁阀向该组气动人工肌肉中的各气动人工肌肉（5）和与之对应的气动人工肌肉（10）中充/放气体，使上下牵引绳达到预紧状态。

第二步：患者将手掌放到手掌支撑板（9）上，再将需要做康复训练的手指伸入对应的双层环形指套（8）中。

第三步：通过电流控制该二位三通电磁阀（5-5）继续对第一步中的气动人工肌肉组中的各气动人工肌肉（5）放气，同时控制二位三通电磁阀（10-5）使与之对应的气动人工肌肉（10）充气，此时患者所要训练的指定手指被绳牵引着在导向轮的保护作用下向下运动，即单指做弯曲运动。

第四步：通过电流控制二位三通电磁阀（5-5）使被选手指所在的气动人工肌肉组中的各气动人工肌肉（5）充气，同时控制二位三通电磁阀（10-5）使与之对应的气动人工肌肉组中的各气动人工肌肉（10）放气，此时单手指被绳牵引着在导向轮的保护作用下向上运动，即单指恢复初始位置状态。

第五步：当被选手指的反复训练周期结束后，从指套中抽出该手指，然后断开电流，关闭作用于二位三通电磁阀的气泵。

（3）左右运动的方法为：

在上下运动的基础上，通过启动各个控制摆动缸（6-8）的气泵（6-1），控制各三位五通电磁比例阀向各摆动缸中充放气，使各摆动气缸带动载物圆台（6-9）沿周向摆动一定的角度，从而分别带动上部拇指支撑架（4-1）、上部食指支撑架（4-2）、上部中指支撑架（4-3）、上部无名指支撑架（4-4）和上部小指支撑架（4-5）做左右方向的展合运动。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施实例并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种利用气动人工肌肉的牵引式手指康复训练装置，其特征在于：包括手掌支撑底架（1）、u型滑槽（3）、u型滑槽支架（2）、上部气动人工肌肉支撑架部分（4）、摆动运动单元（6）、双层环形指套（8）、手掌支撑板（9）和气动人工肌肉（5、10）及气动元件部分；其中，所述的手掌支撑底架（1）的底面向前后各延伸一段距离，前端底板部分用于固定第六、第七、第八、第九和第十组气动人工肌肉（10），其中第六组气动人工肌肉有2个气动人工肌肉，第七、第八、第九、第十组气动人工肌肉各有3个气动人工肌肉;这五组中各气动人工肌肉的另一端通过下牵引绳（7-2）铰接于双层环形指套（8）；后端延伸部分的底板用于平衡手掌支架的作用力，使其能平稳放置，并将气动元件装在后端底板处；所述的上部气动人工肌肉支撑架部分（4）用于手指屈伸和展合的，包括上部拇指支撑架（4-1）、上部食指支撑架（4-2）、上部中指支撑架（4-3）、上部无名指支撑架（4-4）和上部小指支撑架（4-5）;上部五指支撑架的一端分别与u型滑槽（3）铰接，另一端分别以人手正常状态下的指间角度和间隔通过槽孔三（4-1-3）和槽孔七（4-2-3）固定在摆动运动单元的载物圆台（6-9）上;上部拇指支撑架（4-1）上开有槽孔一（4-1-1）、槽孔二（4-1-2）、槽孔三（4-1-3、）和槽孔四（4-1-4），其中，第一组气动人工肌肉包括2个气动人工肌肉（5），分别固定于拇指指尖上方和近指关节上方的槽孔二（4-1-2）；上部食指支撑架（4-2）、上部中指支撑架（4-3）、上部无名指支撑架（4-4）和上部小指支撑架（4-5）上都开有槽孔五（4-2-1）、槽孔六（4-2-2）、槽孔七（4-2-3）和槽孔八（4-2-4），这四个支撑架上的槽孔六（4-2-2）分别固定第二、第三、第四和第五组气动人工肌肉，每组分别含有3个气动人工肌肉（5），分别固定于各手指近指关节、远指关节和指尖上方对应的位置;第一、第二、第三、第四和第五组气动人工肌肉中各气动人工肌肉（5）的另一端与上牵引绳（7-1）铰接，上牵引绳（7-1）的另一端穿过导向轮（8-1）铰接于双层环形指套（8）；槽孔四（4-1-4）、槽孔八（4-2-4）固定激光位移传感器和力传感器，用于实时监测患者手指的运动状态。

2.根据权利要求1所述的一种利用气动人工肌肉的牵引式手指康复训练装置，其特征在于：所述的手掌支撑板（9），其末端采用贴合手腕的圆弧型结构设计。