CN218943791U - 气动主机及手功能康复机器人系统 - Google Patents

Abstract

一种气动主机，用于气流正负压输出控制，包括：动力管路系统和用作气流正负压输出连接端口的动力口，动力管路系统包括负压泵、正压泵、两位三通阀和五个两位两通阀，两位三通阀分别与负压泵、正压泵和两位两通阀相连接，五个两位两通阀中的各个分别连接于动力口。还提供一种手功能康复机器人系统，其包括气动主机和气动手套，气动主机经由气体管路系统与气动手套上的气动伸缩组件连接，通过气体管路系统内的气流气压来控制气动伸缩组件的动作。气动伸缩组件包括安装于手指部的可伸缩性波纹管形式的气囊，各气囊分别与气动主机的第一至第五导气管连通地连接。由此，能够由该气动主机提供不同的气流正负压控制，从而实现各种场景模式的手功能康复训练。

Description

气动主机及手功能康复机器人系统

技术领域

本实用新型涉及手指康复训练技术领域，尤其涉及一种气动主机及手功能康复机器人系统。

背景技术

现有的手部关节康复训练装置，虽然可以通过气动系统向软体手指主体输入或者卸载气体，从而带动手指实现屈曲或者伸展动作，然而往往缺乏精细的训练模式设计及相应的实现装置，难以达到更佳的预期效果。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种气动主机和手功能康复机器人系统，能够由该气动主机提供不同的气流正负压控制，从而实现各种场景模式的手功能康复训练。

根据本实用新型的一方面，提供一种气动主机，用于气流正压输出或负压输出控制，包括：动力管路系统和用作气流正压或负压输出连接端口的动力口，所述动力管路系统包括负压泵、正压泵、两位三通阀和五个两位两通阀，所述两位三通阀分别与所述负压泵、所述正压泵和所述两位两通阀相连接，所述五个两位两通阀中的各个分别连接于所述动力口。

优选地，其特征在于，所述负压泵包括两个串联连接的第一负压泵和第二负压泵。

优选地，还包括经由内置的控制电路与内置的控制单元连接的液晶屏方式的显示区和触摸按键方式的按键区。

根据本实用新型的另一方面，提供一种手功能康复机器人系统，其包括气动主机和气动手套，所述气动主机经由气体管路系统与所述气动手套上的气动伸缩组件连接，通过所述气体管路系统内的气流气压来控制所述气动伸缩组件的动作。

优选地，所述气动伸缩组件包括安装于气动手套的手指部的可伸缩性波纹管形式的气囊，各气囊分别与所述气动主机的第一至第五导气管连通地连接。

优选地，各气囊的末端经由导管集成于接头部，所述接头部或者从其经由管路延长的接头插接于所述动力口。

优选地，还包括数据手套，该数据手套具有设在背侧的手部运动数据收集单元和分别设在五个手指部的弯曲传感器，所述手部运动数据收集单元将经由所述弯曲传感器获取的五个手指部状态实时发送给所述气动主机。

优选地，所述气动手套设有用于对腕部进行收紧的魔术贴和/或用于从背侧拇指端沿虎口拉紧至掌心的魔术贴。

优选地，经由相应气体管路系统连接的所述负压泵、正压泵、两位三通阀和五个两位两通阀根据通电状态的不同而构成输出相应气体管路系统的三种状态：对应所述正压泵的充气动作的输出正压气流状态、对应所述负压泵的抽气动作的输出负压气流状态和锁定状态。

优选地，设于所述气动主机的按键区中的各个控制键与气动主机中的控制电路连接，用以进行不同模式下的康复训练，所述康复训练模式包括：被动训练、精细训练、对指训练、功能训练、牵伸训练、分指镜像。

根据本实用新型，可实现一种能以正负压控制各种训练模式的气动主机及手功能康复机器人系统，有效地提升使用体验与效果。

附图说明

图1为本申请实施例所提供的手功能康复机器人系统的结构示意图。

图2为本申请实施例所提供的气动主机的结构示意图。

图3为气动主机的动力管路系统的连接关系示意图。

图4示意地示出气动手套的背侧布置结构图。

图5示意地示出数据手套的背侧布置结构图。

图6至9示意性地示出气动手套的穿戴动作过程。

图10至13示意性地示出利用数据手套进行分指镜像训练时的动作图。

图14示出了气动主机的平面示意图。

图15示出被动模式下五指同屈状态时的主机内部气路简图。

图16示出被动模式下五指同伸状态或手张开时的主机内部气路简图。

图17示出对指训练模式下对食指时的主机内部气路简图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本实用新型的示例性实施例。下文描述的和附图示出的示例性实施例旨在教导本实用新型的原理，使本领域技术人员能够在若干不同环境中和对于若干不同应用实施和使用本实用新型。因此，本实用新型的保护范围由所附的权利要求来限定，示例性实施例并不意在、并且不应该被认为是对本实用新型保护的范围的限制性描述。

而且，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不一定是按照实际的比例关系绘制的，涉及到方位描述，例如上、下、左、右、顶、底等指示的方位或位置关系，皆为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。另外，手心侧、背侧或背部、腕侧、指侧，则是相对于穿戴者的手臂、手掌或手指的位置关系而言。另外，本实用新型中的“第一”、“第二”等术语仅用于区别不同步骤、设备或模块等，既不代表任何特定技术含义，也不表示它们之间的必然逻辑顺序。

根据本实用新型的手功能康复机器人系统（亦简称“系统”或“手功能康复机器人”），如图1所示，总体上包括用作驱动控制部的气动主机10、用作穿戴训练部的气动手套11和数据手套21。气动主机经由气体管路系统与气动手套上的气动伸缩组件连接，通过气体管路系统内的气流气压来控制气动伸缩组件，从而驱动控制患侧气动手套11尤其是手指部的屈曲和伸展，还可以利用健侧数据手套21采集期望动作信息，经由气动主机驱动控制气动手套11完成相应期望动作。

图1示出的数据手套与气动主机不限于有线连接，亦可经由无线通讯。

<驱动控制部>

如图2、14所例示，气动主机10（亦简称主机）包括例如液晶屏方式的显示区1、触摸按键方式的按键区2、用作气流正压或负压输出连接端口的动力口3、充电口4、内置的动力管路系统5和电池。

显示区1和按键区2经由内置的控制电路与内置的控制单元连接。如图3所示，动力管路系统5包括真空泵形式的至少一个（在此示出为两个串联连接的）负压泵6、一个正压泵7、一个两位三通阀8和五个并联的两位两通阀9，两位三通阀8分别与负压泵6、正压泵7和两位两通阀9相连接，各两位两通阀9分别经由第一至第五导气管F1-F5而连接于动力口，该动力口可与附设于后述手套11的五个手指部的气动伸缩组件12连通。如此，可以通过这些泵、阀的配合而经由相应气体管路系统输出三种状态：输出正压气流（对应正压泵7的充气动作）、输出负压气流（对应负压泵6的抽气动作）和锁定，以对应地驱动气动伸缩组件12实现手套弯曲、伸直、锁定状态。

具体地，如下表1所示，当气动主机从动力口输出正压气流时，相应气体管路连接的手指部缓慢弯曲；当输出负压气流时，相应气体管路连接的手指部缓慢伸直；当处于输出锁定状态时，相应气体管路连接的手指部维持切换瞬间前的状态。

表1

 <气动手套>

如图4所示的供患侧手穿戴的气动手套11包括具有五个手指部的手套主体，和与各手指部对应地设在手套主体背侧的多个气动伸缩组件12，该组件包括例如可伸缩性波纹管形式的气囊13和用于固定气囊13的支架14。

各气囊13分别与气动主机10的第一至第五导气管F1-F5连通，优选地，各气囊13的末端经由导管15集成于接头部16，将接头部16或者进而经由管路延长的接头（未示出）插接于动力口3，即可分别与第一至第五导气管F1-F5连通，从而可利用气动主机10来进行驱动控制，将气囊13在气压作用下伸缩产生的驱动力传递至手指部，从而带动患者手指屈伸训练。

<数据手套>

如图5所示的供健侧手穿戴的数据手套21的手部运动数据收集单元17，用于健侧手动作信息的收集并传送给气动主机10中的控制单元（未示出），经由控制电路驱动气动手套11进行相应的训练。具体地，数据手套21的五个手指部各设有1个弯曲传感器，设在手背部的手部运动数据收集单元17可以实时检测弯曲传感器的状态。在本实施例中，当弯曲传感器伸直时的状态记为0，弯曲时的状态记为1，手部运动数据收集单元17将经由弯曲传感器获取的五个手指状态实时（本实施例中每隔100ms发送一次）发送给气动主机10，气动主机10根据传感器状态控制气体管路系统输出气流，并控制气动手套11完成对应动作。关于数据手套的详细设计，可以参见本申请人的专利文献CN112370310A。气动主机10的控制逻辑如后述。

<气动手套的穿戴>

第一步：患者手指穿入气动手套11的手指端18（参见图6），例如，在气动主机10开机时输出负压三秒钟，以快速伸直气动手套11尤其是各个手指部，方便患者穿戴。此三秒动作不纳入训练计时。第二步：利用气动手套11的魔术贴19对腕部进行牵拉粘合收紧（参见图7）。第三步：将束紧魔术带20从背部拇指端沿虎口拉紧至掌心魔术贴，完成穿戴（参见图8）。

如此，可以通过气动主机10的主机输出状态的切换，使气动手套11的各手指部随着设于背侧的气动伸缩组件12的致动而弯曲（参见图9）、伸展等康复训练。

<驱动控制模式>

在将气动手套11接头插入气动主机10的动力口3，长按按键区2中的“开关/启停”主机键2秒经由气动主机10中的控制电路使气动主机开机，并将气动手套11穿戴于患侧手，即可进行不同模式下的康复训练。

康复训练模式包括：被动训练、精细训练、对指训练、功能训练、牵伸训练、分指镜像。为此，在按键区2中类似地设有相应的各个控制键与控制电路连接，不再赘述。

<被动训练>

被动训练是指由系统带动患者根据一定规则进行手部伸握运动，例如五个手指同伸同屈，可调节屈伸速度和屈伸力度，手指独立开关。

如图15所示为被动模式下五指同屈状态时的主机内部气路简图，箭头代表气流方向，x表示断路，通电状态见下表2。

如图16所示为被动模式下五指同伸状态时的主机内部气路简图，箭头代表气流方向，通电状态见下表2。

表2

为简化起见，表中负压泵6形式的第一负压泵61和第二负压泵62分别简称为负压泵61和负压泵62，两位两通阀9形式的第一至第五两位两通阀91至95分别简称为两通阀91至95。

通过触摸按键区2中的对应手指按键进行调节，可仅在被动模式下进行单独的手指控制。如此，在被动模式下进行手指开关调节时，默认五指全部开启，开启的手指屏幕对应字样点亮，在从五指中选择时，关闭对应手指开关，再次点击即打开。

<对指训练>

对指训练是指当五指伸开后，大拇指与其他四肢依次相对地进行对指动作，例如，五指张开-对食指-对中指-对无名指-对小指，可调节屈伸速度和屈伸力度。

手功能康复机器人可带动患侧手按照动作库X循环指令进行对指训练。在此动作库X是指：手张开（对应图16所例示）、对食指（对应图17所例示）、手张开、对中指、手张开、对无名指、手张开、对小指。对应控制逻辑见下表3。

表3

<牵伸训练>

牵伸训练是指进行手部伸展，较长时间保持伸展动作，适当放松，例如，五指张开-长时间锁定-短时间弯曲，可调节屈伸速度和屈伸力度。控制逻辑可参照上述相应调整，在此不再赘述。由此，手功能康复机器人即可带动患侧手按照动作库Y循环指令进行对指训练。在此动作库Y是指：手张开、手放松。

<精细训练>

精细训练是指按照一定规则循环进行独立手指屈伸运动，例如，五指张开-五指依次单独屈伸，可调节屈伸速度和屈伸力度，例如调整至适合自己的速度（速度调节范围：屈01-06S、伸01-06S）。控制逻辑可参照上述相应调整，在此不再赘述。由此，手功能康复机器人即可带动患侧手按照动作库Z循环指令进行精细训练。在此动作库Z是指：手张开、屈大拇指、伸大拇指、屈食指、伸食指、屈中指、伸中指、屈无名指、伸无名指、屈拇指、伸小拇指、手握紧、伸大拇指、伸食指、伸中指、伸无名指、伸小拇指、手握紧。

<功能训练>

功能训练是指按照一定规则循环进行独立手指屈伸运动，例如五指张开-二指捏-三指捏，可调节屈伸速度和屈伸力度，例如调整至适合自己的速度（速度调节范围：屈01-06S、伸01-06S）。由此，手功能康复机器人即可带动患侧手按照动作库W循环指令进行对指训练。在此动作库W是指：手张开、二指捏、手张开、三指捏、手张开、四指抓、手张开、手握紧。

<分指镜像>

分指镜像是指将健侧手的动作同步给患者手，进行同步运动。支持到具体手指，例如以镜像手套发送的指令实时切换手指状态。在此可设置成不可调节速度。

具体地，健侧手握拳，健侧手则同步带动患侧手进行抓握（参见图10，省略示出手套），当健侧手伸直则同步带动患侧手伸直（参见图11），实现健侧手带动患侧手，双手协同训练。训练中需要主动意识专注于两只手的协同运动，有助于提神训练效果。当熟练掌握后，可以尝试在健侧手的抓握带领下，患侧手抓握小型物品（参见图12、图13），增加自主意识和手部触觉刺激。

<辅助功能>

上述的休息保护是指当设备连续运行一定时长则进入休息保护模式，一定时间后自动退出。例如，连续运行累计到40分钟时触发休息保护模式，该模式下通过程序控制而无法训练，开始进入倒计时；倒计时结束，自动退出休息保护模式。

在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

尽管已经参考各种具体实施例描述了本实用新型，但是应当理解，可以在所描述的实用新型构思的精神和范围内做出变形。因此，意图是本实用新型不限于所描述的实施例，而是将具有由所附权利要求的语言所定义的全部范围。

Claims (10)

1.一种气动主机，用于气流正压输出或负压输出控制，包括：动力管路系统（5）和用作气流正压或负压输出连接端口的动力口（3），所述动力管路系统（5）包括负压泵（6）、正压泵（7）、两位三通阀（8）和五个两位两通阀（9），所述两位三通阀（8）分别与所述负压泵（6）、所述正压泵（7）和所述两位两通阀（9）相连接，所述五个两位两通阀（9）中的各个分别连接于所述动力口。

2.根据权利要求1所述的气动主机，其特征在于，所述负压泵（6）包括两个串联连接的第一负压泵（61）和第二负压泵（62）。

3.根据权利要求1或2所述的气动主机，其特征在于，还包括经由内置的控制电路与内置的控制单元连接的液晶屏方式的显示区（1）和触摸按键方式的按键区（2）。

4.一种手功能康复机器人系统，其特征在于，包括权利要求1至3中任一项所述的气动主机（10）和气动手套（11），所述气动主机经由气体管路系统与所述气动手套（11）上的气动伸缩组件连接，通过所述气体管路系统内的气流气压来控制所述气动伸缩组件的动作。

5.根据权利要求4所述的手功能康复机器人系统，其特征在于，所述气动伸缩组件包括安装于所述气动手套的手指部的可伸缩性波纹管形式的气囊，各气囊（13）分别与所述气动主机（10）的第一至第五导气管连通地连接。

6.根据权利要求5所述的手功能康复机器人系统，其特征在于，各气囊（13）的末端经由导管（15）集成于接头部（16），所述接头部（16）或者从其经由管路延长的接头插接于所述动力口（3）。

7.根据权利要求4～6中任一项所述的手功能康复机器人系统，其特征在于，还包括数据手套（21），该数据手套（21）具有设在背侧的手部运动数据收集单元（17）和分别设在五个手指部的弯曲传感器，所述手部运动数据收集单元（17）将经由所述弯曲传感器获取的五个手指部状态实时发送给所述气动主机（10）。

8.根据权利要求4～6中任一项所述的手功能康复机器人系统，其特征在于，所述气动手套（11）设有用于对腕部进行收紧的魔术贴（19）和/或用于从背侧拇指端沿虎口拉紧至掌心的魔术贴。

9.根据权利要求4～6中任一项所述的手功能康复机器人系统，其特征在于，经由相应气体管路系统连接的所述负压泵（6）、所述正压泵（7）、所述两位三通阀（8）和五个两位两通阀（9）根据通电状态的不同而构成输出相应气体管路系统的三种状态：对应所述正压泵（7）的充气动作的输出正压气流状态、对应所述负压泵（6）的抽气动作的输出负压气流状态和锁定状态。

10.根据权利要求4～6中任一项所述的手功能康复机器人系统，其特征在于，设于所述气动主机的按键区（2）中的各个控制键与所述气动主机（10）中的控制电路连接，用以进行不同模式下的康复训练，所述康复训练模式包括：被动训练、精细训练、对指训练、功能训练、牵伸训练、分指镜像。

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