CN214318519U - 基于线驱动的刚柔式外骨骼手套装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及医疗康复器械技术领域，具体地讲是基于线驱动的刚柔式外骨骼手套装置，包括：手背板、手掌板、以及与两者相连接的四个指套，四个所述指套分别用于带动食指、中指、无名指、小指进行运动；指套利用1根手背驱动线、1根手掌驱动线与手背板、手掌板连接；本实用新型采用柔性线性传动设计，利用金属材料制成的手背板、手掌板、指套，将柔性与刚性结合，提供训练所需的刚度的同时便于塑形以适应不同患者，同时由1根驱动线提供柔性屈伸力以达到各手指套在屈伸运动时互不影响，解决了现有康复辅助外骨骼手套笨重、不便于搬运、舒适度差的缺点，而且本实用新型设计了与外置的驱动机构之间可拆卸的连接，实现了自由组装配对。

Description

基于线驱动的刚柔式外骨骼手套装置

技术领域

本实用新型涉及医疗康复器械技术领域，具体地讲是基于线驱动的刚柔式外骨骼手套装置。

背景技术

手功能障碍是脑卒中、脊髓损伤、中风、大脑麻痹等疾病或者其他损伤造成的功能性障碍中的一种，这种障碍导致患者无法对手指进行精确控制，丧失了抓取能力，无法完成一些日常活动，而且手功能障碍很难恢复，需要大量的反复训练才能逐渐恢复肌力。

现有技术中通常采用外骨骼机械手辅助患者进行手部活动，但是这些机械结构大多是利用刚性杆控制的刚性机械手，穿戴复杂、结构笨重，不利于日常使用。

有专利CN109044735A公开了一种线驱动柔性外骨骼康复机械手，采用四个电机驱动四根牵引线带动指节套与指尖套运动，达到柔性控制机械手的目的，虽然与现有常用的刚性机械手相比，它对结构进行了轻量化与简化，但是四个电机、指尖套与指节套之间的刚性连接、四个用于导向牵引线的连接管都使得该机械手还是存在穿戴不方便、体积较大、日常活动灵敏性低的问题。

为此设计一种更加轻量化、穿戴方便、体积小、便于日常活动的基于线驱动的刚柔式手部外骨骼是十分有必要的。

发明内容

本实用新型与现有技术相比，设计了一种更加轻量化、穿戴方便、体积小、便于日常活动的基于线驱动的刚柔式手部外骨骼。

为了达到上述目的，本实用新型设计了基于线驱动的刚柔式外骨骼手套装置，其特征在于：包括：

手部单元，包括手背板、手掌板、以及与两者相连接的四个指套，四个所述指套分别用于带动食指、中指、无名指、小指进行运动；

其中，所述指套的指背部利用手背驱动线与所述手背板连接，所述指套的指腹部利用手掌驱动线与所述手掌板连接；

集线装置，与所述手背驱动线、所述手掌驱动线相连接，用于传递外置驱动装置的动力，带动手部单元进行运动；

所述手背驱动线与手掌驱动线的数量均为1条。

进一步的，所述指套包括近端指套和远端指套。

进一步的，所述近端指套由第一开环戒圈和第一U形连接件组成，所述第一U形连接件位于所述第一开环戒圈的上方，两者为一体式结构，所述第一U形连接件向上翘起的两端分别开设有两个通孔，供手背驱动线穿过。

进一步的，所述远端指套由第二开环戒圈、第三开环戒圈和第二U形连接件组成，所述第二U形连接件位于第二开环戒圈、第三开环戒圈的上方，将第二开环戒圈、第三开环戒圈相连，使得三者成一体式结构，所述第二U形连接件的两端分别向内翻卷形成横向通道，供手背驱动线、手掌驱动线穿过。

进一步的，所述手背板包括平板以及设置在平板前部的四个分支板，四个所述分支板的自由端均向上翘起，在该端上设有两个通线孔，供手背驱动线穿过；所述平板的中央开设有长条孔，所述长条孔的两侧位置分别开设有椭圆孔一。

进一步的，所述手掌板为长条弧形板，所述手掌板内部开设有孔道，在所述手掌板的两侧则设有椭圆孔二。

进一步的，所述集线装置包括外壳以及设置在外壳内部的可转动的轮轴，所述外壳的后部位置开设有通线凹槽，所述外壳的一侧面开设有入线孔，所述入线孔的上方部位设置有出线孔，所述入线孔的下方部位设置有集线孔，入线孔、出线孔位于外壳内部的一端均靠近所述轮轴，所述集线孔位于外壳内部的一端则从所述轮轴的下方穿过与所述通线凹槽连通。

进一步的，所述通线凹槽与外置的驱动机构利用凹凸卡合的方式可拆卸连接。

进一步的，所述指套利用所述手背驱动线与所述手背板连接的方式为U形折叠往返缠绕。

同样的，所述指套利用所述手掌驱动线与所述手掌板连接的方式也为U形折叠往返缠绕。

进一步的，近端指套的第一开环戒圈的开环位置、远端指套的第二开环戒圈的开环位置分别套设有连接套，所述连接套上表面设有两根刚性套管；近端指套的通孔、远端指套的横向通道分别也设有刚性套管，指套与手背板、手掌板利用连接线连接时，连接线是穿过对应的刚性套管进行连接的。

本实用新型与现有技术相比，采用柔性线性传动设计，利用金属材料制成的手背板、手掌板、指套，提供训练所需的刚度的同时便于塑形以适应不同患者，同时本实用新型的手背及手掌各由1根驱动线提供柔性屈伸力以达到各手指套在屈伸运动时互不影响，并可以抓握不同外形的物体，解决了现有康复辅助外骨骼手套笨重、不便于搬运、舒适度差的缺点，而且本实用新型在集线装置上设计了通线凹槽，使本实用新型与外置的驱动机构之间可拆卸的连接，实现了不同型号的驱动机构、不同型号的外骨骼装置之间可以自由组装配对。

附图说明

图1为一具体实施例中基于线驱动的刚柔式外骨骼手套装置的结构示意图。

图2为一具体实施例中基于线驱动的刚柔式外骨骼手套装置的侧视图。

图3为一具体实施例中基于线驱动的刚柔式外骨骼手套装置中手背板的结构示意图。

图4为一具体实施例中基于线驱动的刚柔式外骨骼手套装置中手掌板的结构示意图。

图5为一具体实施例中基于线驱动的刚柔式外骨骼手套装置的中近端指套的结构示意图。

图6为一具体实施例中基于线驱动的刚柔式外骨骼手套装置的中远端指套的结构示意图。

图7为一具体实施例中基于线驱动的刚柔式外骨骼手套装置中集线装置的侧视图。

图8为一具体实施例中基于线驱动的刚柔式外骨骼手套装置中集线装置的剖视图。

图9为一具体实施例中基于线驱动的刚柔式外骨骼手套装置中集线装置的正视图。

图10为一具体实施例中基于线驱动的刚柔式外骨骼手套装置中手背驱动线与手背板的连接示意图。

图11为一具体实施例中基于线驱动的刚柔式外骨骼手套装置中手掌驱动线与手掌板的连接示意图。

具体实施方式

结合附图对本实用新型做进一步描述，但不作为对本实用新型的限定。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本实用新型中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”、“顶”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，只是为了便于叙述本实用新型各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本实用新型中任一部件或元件，不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本实用新型中的具体含义，不能理解为对本实用新型的限制。

在具体实施例中，设计了基于线驱动的刚柔式外骨骼手套装置，参见图1和图2，包括：手部单元，包括手背板1、手掌板2、以及与两者相连接的四个指套3，四个所述指套3分别用于带动食指、中指、无名指、小指进行运动；

其中，所述指套3的指背部利用手背驱动线4与所述手背板1连接，所述指套3的指腹部利用手掌驱动线5与所述手掌板2连接；

集线装置6，与所述手背驱动线4、所述手掌驱动线5相连接，用于传递外置驱动装置的动力，带动手部单元进行运动；

所述手背驱动线4与手掌驱动线5的数量均为1条。

其中，手部单元可以使用金属材料制作，在能提供训练所需刚度的同时便于塑性以适应不同患者，而且由于其可塑性与轻便性，使得舒适度较现有刚性手部康复装置有显著提高。

优选的，所述指套3包括近端指套3-1和远端指套3-2。

参见图5，近端指套3-1由第一开环戒圈3-1-1和第一U形连接件3-1-2组成，所述第一U形连接件3-1-2位于所述第一开环戒圈3-1-1的上方，两者为一体式结构，所述第一U形连接件3-1-2向上翘起的两端分别开设有两个通孔，供手背驱动线4穿过。

参见图6，远端指套3-2由第二开环戒圈3-2-1、第三开环戒圈3-2-2和第二U形连接件3-2-3组成，所述第二U形连接件3-2-3位于第二开环戒圈3-2-1、第三开环戒圈3-2-2的上方，将第二开环戒圈3-2-1、第三开环戒圈3-2-2相连，使得三者成一体式结构，所述第二U形连接件3-2-3向上翘起的两端分别向内翻卷形成横向通道，供手背驱动线4、手掌驱动线5穿过。

参见图3，优选的，所述手背板1包括平板1-1以及设置在平板1-1前部的四个分支板1-2，四个所述分支板1-2的自由端均向上翘起，在该端上设有两个通线孔，供手背驱动线4穿过；所述平板1-1的中央开设有长条孔1-3，所述长条孔1-3的两侧位置分别开设有椭圆孔一1-4。

参见图4，优选的，所述手掌板2为长条弧形板，所述手掌板2内部开设有孔道2-1，在所述手掌板2的两侧则设有椭圆孔二2-2。

参见图7～9，优选的，集线装置6包括外壳6-1以及设置在外壳6-1内部的可转动的轮轴6-2，所述外壳6-1的后部位置开设有通线凹槽6-3，所述外壳6-1的一侧面开设有入线孔6-4，所述入线孔6-4的上方部位设置有出线孔6-5，所述入线孔6-4的下方部位设置有集线孔6-6，入线孔6-4、出线孔6-5位于外壳6-1内部的一端均靠近所述轮轴6-2，所述集线孔6-6位于外壳6-1内部的一端则从所述轮轴6-2的下方穿过与所述通线凹槽6-3连通。

参见图9，所述通线凹槽6-3与外置的驱动机构利用凹凸卡合的方式可拆卸连接，图中卡合在通线凹槽6-3中的结构即为外置的驱动机构的驱动头结构。

本实用新型采用了1根手背驱动线和1根手掌驱动线来驱动4根手指的屈伸运动，因此驱动线的布局与串连是很重要的。

指套3利用所述手背驱动线4、手掌驱动线5分别与所述手背板1、所述手掌板2连接的方式均为U形折叠往返缠绕。

而且在近端指套3-1的第一开环戒圈3-1-1的开环位置、远端指套3-2的第二开环戒圈3-2-1的开环位置分别套设有连接套3-3，所述连接套3-3上表面设有两根刚性套管3-4；近端指套3-1的通孔、远端指套3-2的横向通道分别也设有刚性套管3-4，驱动线从刚性套管内穿过，当手指背伸角度过大时，近端指套3-1第一U形连接件3-1-2上的刚性套管3-4的两端会分别与远端指套的后端、背侧板的前端相接触，通过物理抵触限位使得指套各个关节的背伸角度不大于180°。

在具体实施例中，为了说明串连方法，将指套、刚性套管、分支板等部件分别进行了标号，具体参见图10、图11。

参见图10，优选的，手背驱动线4串连指套3与手背板1的具体的方法为：所述手背驱动线4的一端固定在所述集线装置6的所述集线孔6-6中，用于连接驱动机构；所述手背驱动线4的另一端依次穿过手背板1第一分支板的第一通线孔301、食指近端指套第一通孔的刚性套管302、食指近端指套第三通孔的刚性套管303、食指远端指套第一横向通道的刚性套管304，然后所述手背驱动线4折回，此处形成第一个U形弯折，依次穿过食指近端指套第四通孔的刚性套管305、食指近端指套第二通孔的刚性套管306、手背板1第一分支板的第二通线孔307，从而将食指的指套与手背板的第一分支板连接起来，之后所述手背驱动线4折返，此处完成第二个U形弯折，依次穿过手背板1第二分支板的第一通线孔308、中指近端指套第一通孔的刚性套管309、中指近端指套第三通孔的刚性套管310、中指远端指套第一横向通道的刚性套管311，然后所述手背驱动线4再次折回，此处则是完成第三个U形弯折，依次穿过中指近端指套第四通孔的刚性套管312、中指近端指套第二通孔的刚性套管313、手背板1第二分支板的第二通线孔314，之后所述手背驱动线4由所述入线孔6-4进入集线装置6与所述轮轴6-2环绕连接后再经由出线孔6-5送出集线装置6，所述手背驱动线4送出所述集线装置6后，依次穿过手背板1第三分支板的第一通线孔315、无名指近端指套第一通孔的刚性套管316、无名指近端指套第三通孔的刚性套管317、无名指远端指套第一横向通道的刚性套管318，然后所述手背驱动线4折回，此处完成第四个U形弯折，依次穿过无名指近端指套第四通孔的刚性套管319、无名指近端指套第二通孔的刚性套管320、手背板1第三分支板的二通线孔321，之后所述手背驱动线4折返，此处完成第五个U形弯折，依次穿过手背板1第四分支板的第一通线孔322、小指近端指套第一通孔的刚性套管323、小指近端指套第三通孔的刚性套管324、小指远端指套第一横向通道的刚性套管325，然后所述手背驱动线4再次折回，此处是第六处U形弯折，依次穿过小指近端指套第四通孔的刚性套管326、小指近端指套第二通孔的刚性套管327、手背板1第四分支板的第二通线孔328，之后将所述手背驱动线4送入所述集线孔6-6中。

当一根手指背伸至最大限度时，由于钢丝可以继续收紧，故其他手指会继续背伸运动直至均达到背伸最大值。

参见图11，优选的，手掌驱动线5串连指套3与手掌板2的具体的方法为：所述手掌驱动线5的一端固定在所述集线装置6的集线孔6-6中，所述手掌驱动线5的另一端依次穿过掌侧板的第一孔道401、食指近端指套连接套上第一孔的刚性套管402、食指远端指套连接套上第一孔的刚性套管403、食指远端指套第二横向通道的刚性套管404，之后所述手掌驱动线5折回，此处完成第一次U形弯折，后所述手掌驱动线5穿入食指远端指套连接套上第二孔的刚性套管406、食指近端指套连接套上第二孔的刚性套管407、手掌板2第二孔道408，穿入一U型钢丝管道完成第二次U形弯折，之后依次穿过手掌板第三孔道409、中指近端指套连接套上第一孔的刚性套管410、中指远端指套连接套上第一孔的刚性套管411、中指远端指套的第二横向通道412，之后U形折回，此处为第三次u形弯折，后穿过中指远端指套连接套上第二孔的刚性套管414、中指近端指套连接套上第二孔的刚性套管415、手掌板第四孔道416，之后进入集线装置6经由其中的轮轴6-2后穿入手掌板第五孔道417，之后依次穿入无名指近端指套连接套上第一孔的刚性套管418、无名指远端指套连接套上第一孔的刚性套管419、无名指远端指套第二横向通道420，之后折返，此处为第四次U形弯折，依次穿过无名指远端指套连接套上第二孔的刚性套管422、无名指近端指套连接套上第二孔的刚性套管423、手掌板第六孔道424，然后穿入另一U型钢丝管道进行U形折弯，并依次穿入手掌板第七孔道425、小指近端指套连接套上第一孔的刚性套管425、小指远端指套连接套上第一孔的刚性套管427、小指远端指套第二横向通道428，之后折回，穿过小指远端指套连接套上第二孔的刚性套管430、小指近端指套连接套上第二孔的刚性套管431、手掌板第八孔道432，最后将手掌驱动线5穿入集线装置6，固定于集线孔6-6内。

当一根手指屈曲至最大限度时，由于手掌驱动线5可以继续收紧，故其他手指会继续屈曲活动直至均达到屈曲最大值。

手掌驱动线5、手背驱动线4的一端均固定在集线装置的集线孔中，另一端按照上述所述的绕线方法进行绕线，之后再次穿入集线孔，从而形成手套的动力传输环路。

在具体实施例中使用电机作为驱动机构，将电机的驱动头与通线凹槽相连，从而形成完整的传动系统，带动手掌驱动线5、手背驱动线4牵引指套运动，从而达成辅助穿戴者运动的目的。

Claims (10)

1.基于线驱动的刚柔式外骨骼手套装置，其特征在于：包括：

手部单元，包括手背板(1)、手掌板(2)、以及与两者相连接的四个指套(3)，四个所述指套(3)分别用于带动食指、中指、无名指、小指进行运动；

其中，所述指套(3)的指背部利用手背驱动线(4)与所述手背板(1)连接，所述指套(3)的指腹部利用手掌驱动线(5)与所述手掌板(2)连接；

集线装置(6)，与所述手背驱动线(4)、所述手掌驱动线(5)相连接，用于传递外置驱动装置的动力，带动手部单元进行运动；

所述手背驱动线(4)与手掌驱动线(5)的数量均为1条。

2.根据权利要求1所述的基于线驱动的刚柔式外骨骼手套装置，其特征在于：所述指套(3)包括近端指套(3-1)和远端指套(3-2)。

3.根据权利要求2所述的基于线驱动的刚柔式外骨骼手套装置，其特征在于：所述近端指套(3-1)由第一开环戒圈(3-1-1)和第一U形连接件(3-1-2)组成，所述第一U形连接件(3-1-2)位于所述第一开环戒圈(3-1-1)的上方，两者为一体式结构，所述第一U形连接件(3-1-2)向上翘起的两端分别开设有两个通孔，供手背驱动线(4)穿过。

4.根据权利要求2所述的基于线驱动的刚柔式外骨骼手套装置，其特征在于：所述远端指套(3-2)由第二开环戒圈(3-2-1)、第三开环戒圈(3-2-2)和第二U形连接件(3-2-3)组成，所述第二U形连接件(3-2-3)位于第二开环戒圈(3-2-1)、第三开环戒圈(3-2-2)的上方，将第二开环戒圈(3-2-1)、第三开环戒圈(3-2-2)相连，使得三者成一体式结构，所述第二U形连接件(3-2-3)的两端分别向内翻卷形成横向通道，供手背驱动线(4)、手掌驱动线(5)穿过。

5.根据权利要求1所述的基于线驱动的刚柔式外骨骼手套装置，其特征在于：所述手背板(1)包括平板(1-1)以及设置在平板(1-1)前部的四个分支板(1-2)，四个所述分支板(1-2)的自由端均向上翘起，在该端上设有两个通线孔，供手背驱动线(4)穿过；所述平板(1-1)的中央开设有长条孔(1-3)，所述长条孔(1-3)的两侧位置分别开设有椭圆孔一(1-4)。

6.根据权利要求1所述的基于线驱动的刚柔式外骨骼手套装置，其特征在于：所述手掌板(2)为长条弧形板，所述手掌板(2)内部开设有孔道(2-1)，在所述手掌板(2)的两侧则设有椭圆孔二(2-2)。

7.根据权利要求1所述的基于线驱动的刚柔式外骨骼手套装置，其特征在于：所述集线装置(6)包括外壳(6-1)以及设置在外壳(6-1)内部的可转动的轮轴(6-2)，所述外壳(6-1)的后部位置开设有通线凹槽(6-3)，所述外壳(6-1)的一侧面开设有入线孔(6-4)，所述入线孔(6-4)的上方部位设置有出线孔(6-5)，所述入线孔(6-4)的下方部位设置有集线孔(6-6)，入线孔(6-4)、出线孔(6-5)位于外壳(6-1)内部的一端均靠近所述轮轴(6-2)，所述集线孔(6-6)位于外壳(6-1)内部的一端则从所述轮轴(6-2)的下方穿过与所述通线凹槽(6-3)连通。

8.根据权利要求7所述的基于线驱动的刚柔式外骨骼手套装置，其特征在于：所述通线凹槽(6-3)与外置的驱动机构利用凹凸卡合的方式可拆卸连接。

9.根据权利要求1所述的基于线驱动的刚柔式外骨骼手套装置，其特征在于：所述指套(3)利用所述手背驱动线(4)、所述手掌驱动线(5)分别与所述手背板(1)、所述手掌板(2)连接的方式均为U形折叠往返缠绕。

10.根据权利要求3或4所述的基于线驱动的刚柔式外骨骼手套装置，其特征在于：近端指套(3-1)的第一开环戒圈(3-1-1)的开环位置、远端指套(3-2)的第二开环戒圈(3-2-1)的开环位置分别套设有连接套(3-3)，所述连接套(3-3)上表面设有两根刚性套管(3-4)；近端指套(3-1)的通孔、远端指套(3-2)的横向通道分别也设有刚性套管(3-4)。

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