一種穿戴式手部外骨骼康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及康復(fù)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種穿戴式手部外骨骼康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]醫(yī)學(xué)理論與實(shí)踐證明，對(duì)于意外傷害、手術(shù)后遺癥、心腦血管疾病或神經(jīng)系統(tǒng)疾病等引起的手部運(yùn)動(dòng)功能損傷的患者，一定強(qiáng)度的科學(xué)的康復(fù)訓(xùn)練治療對(duì)于最大限度的恢復(fù)手部運(yùn)動(dòng)功能有著非常重要的意義。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于患者手部運(yùn)動(dòng)功能受損的改善和康復(fù)治療方法主要是通過(guò)修復(fù)或重塑受損神經(jīng)，加強(qiáng)肌肉肌腱的強(qiáng)度鍛煉，完成運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)來(lái)重建或改善患者手部的運(yùn)動(dòng)功能，防止患者肌肉的廢用性發(fā)生，促進(jìn)腦神經(jīng)代償。傳統(tǒng)的康復(fù)治療中，治療師手把手的對(duì)患者進(jìn)行一對(duì)一式康復(fù)療法，這種方法不僅勞動(dòng)量大、費(fèi)用昂貴，而且訓(xùn)練效率和強(qiáng)度難以保證，缺乏評(píng)價(jià)訓(xùn)練參數(shù)和康復(fù)效果關(guān)系的客觀數(shù)據(jù)，難以對(duì)訓(xùn)練參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化以獲得最佳治療方案。為了解決以上弊端，將機(jī)器人應(yīng)用與康復(fù)領(lǐng)域的輔助康復(fù)療法相結(jié)合的手部功能康復(fù)機(jī)器人技術(shù)的研究及運(yùn)用應(yīng)運(yùn)而生。
[0003]外骨骼是一種能夠提供對(duì)生物柔軟內(nèi)部器官進(jìn)行構(gòu)型，建筑和保護(hù)的堅(jiān)硬的外部結(jié)構(gòu)。一般是把蝦、蟹、昆蟲(chóng)等節(jié)肢動(dòng)物體表堅(jiān)韌的幾丁質(zhì)的骨骼稱為外骨骼，它有保護(hù)和支持作用。
[0004]手部外骨骼康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人正是從生物外骨骼得到思路的一種對(duì)人體手部機(jī)能進(jìn)行強(qiáng)化的方式，是根據(jù)人體工程學(xué)的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，相當(dāng)于患者的手部外骨骼，患者將其穿戴在手部來(lái)輔助患指的康復(fù)訓(xùn)練，通過(guò)建立患者數(shù)據(jù)庫(kù)以及設(shè)備配套的傳感器可以對(duì)患者康復(fù)情況進(jìn)行客觀量化有針對(duì)性的訓(xùn)練，使患者康復(fù)效果最大化。但現(xiàn)有的外骨骼康復(fù)訓(xùn)練裝置不僅體積較大，不具有便攜性，而且并非每個(gè)重要手指關(guān)節(jié)都在運(yùn)動(dòng)，大部分手部康復(fù)訓(xùn)練裝置都忽略了這一點(diǎn)。因此，本發(fā)明意在解決上述問(wèn)題而設(shè)立。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的局限性，解決手部運(yùn)動(dòng)功能受損的患者的手部康復(fù)問(wèn)題，提供了一種穿戴式手部外骨骼康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人。
[0006]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種穿戴式手部外骨骼康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人，包括固定于手背及手腕上的手部固定裝置，所述手部固定裝置上分別連接有拇指康復(fù)系統(tǒng)和四指康復(fù)系統(tǒng)，所述拇指康復(fù)系統(tǒng)包括拇指中部電機(jī)、拇指直線電機(jī)、和與拇指中部電機(jī)、拇指直線電機(jī)相連的拇指機(jī)構(gòu);所述四指康復(fù)系統(tǒng)包括四指直線電機(jī)、和與四指直線電機(jī)相連的食指、中指、無(wú)名指和小指機(jī)構(gòu);所述拇指機(jī)構(gòu)以及食指、中指、無(wú)名指和小指機(jī)構(gòu)分別與手指各關(guān)節(jié)相連，相連端設(shè)有壓力傳感器，通過(guò)拇指中部電機(jī)、拇指直線電機(jī)和四指直線電機(jī)帶動(dòng)拇指康復(fù)系統(tǒng)與四指康復(fù)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)手指做外骨骼康復(fù)訓(xùn)練。
[0008]對(duì)于上述技術(shù)方案，發(fā)明人還有進(jìn)一步的優(yōu)化實(shí)施方案:
[0009]作為優(yōu)化，所述食指、中指、無(wú)名指和小指機(jī)構(gòu)包括四個(gè)并列設(shè)在手部固定裝置后部、并通過(guò)四指直線電機(jī)底座支撐四指直線電機(jī)連接的四指固定機(jī)構(gòu)和曲柄機(jī)構(gòu)，四指固定機(jī)構(gòu)通過(guò)球鉸與四指直線電機(jī)的輸出軸相連，曲柄機(jī)構(gòu)通過(guò)螺釘貫穿手部固定裝置前部調(diào)節(jié)孔與其相連。
[0010]進(jìn)一步地，所述四指固定機(jī)構(gòu)包括連接在四指直線電機(jī)的輸出軸上的PIP關(guān)節(jié)外骨骼，所述PIP關(guān)節(jié)外骨骼包括直線臂和PIP弧形臂;所述曲柄機(jī)構(gòu)包括手部固定裝置前部的MP關(guān)節(jié)外骨骼，所述MP關(guān)節(jié)外骨骼包括MP弧形臂與伸縮臂；
[0011]進(jìn)一步地，所述MP弧形臂與PIP關(guān)節(jié)外骨骼直線臂通過(guò)1#圓柱銷連接，所述MP關(guān)節(jié)外骨骼伸縮臂與PIP弧形臂通過(guò)2#圓柱銷連接。
[0012]進(jìn)一步地，所述MP關(guān)節(jié)外骨骼的伸縮臂包括連接在MP弧形臂上的連接桿，連接桿螺紋連接絲桿，絲桿通過(guò)圓柱銷連接能夠折疊的連架桿，連架桿連接有與PIP弧形臂相套接的推桿;推桿上連接有DIP關(guān)節(jié)外骨骼。
[0013]進(jìn)一步地，所述MP弧形臂和PIP弧形臂設(shè)有雙弧形軌道槽，雙弧形軌道槽中分別設(shè)有限位銷;設(shè)在PIP關(guān)節(jié)外骨骼直線臂上的1#圓柱銷，和設(shè)在推桿上的2#圓柱銷與軌道槽內(nèi)的軸承相接，軸承能夠沿關(guān)節(jié)外骨骼的軌道槽內(nèi)滾動(dòng)。
[0014]進(jìn)一步地，所述PIP弧形臂內(nèi)弧根部與DIP關(guān)節(jié)外骨骼端部分別通過(guò)魔術(shù)貼與手指各關(guān)節(jié)相連，在PIP弧形臂內(nèi)弧根部與DIP關(guān)節(jié)外骨骼端部分別設(shè)有第一壓力傳感器和第二壓力傳感器。
[0015]作為優(yōu)化，所述拇指康復(fù)系統(tǒng)包括設(shè)在手部固定裝置側(cè)部、并通過(guò)三個(gè)拇指直線電機(jī)底座支撐拇指直線電機(jī)連接的拇指固定機(jī)構(gòu);所述拇指固定機(jī)構(gòu)包括拇指中部電機(jī)連接的拇指IP關(guān)節(jié)外骨骼，和通過(guò)軸承連接在手部固定裝置上的拇指MP關(guān)節(jié)外骨骼。
[0016]進(jìn)一步地，所述拇指IP關(guān)節(jié)外骨骼為直線臂，拇指MP關(guān)節(jié)外骨骼為雙弧形臂，雙弧形臂分別設(shè)有雙弧形軌道槽，雙弧形軌道槽中分別設(shè)有限位銷;所述拇指IP關(guān)節(jié)外骨骼與拇指MP關(guān)節(jié)外骨骼雙弧形臂通過(guò)3#圓柱銷連接，拇指MP關(guān)節(jié)外骨骼的一端與手部固定裝置通過(guò)圓錐滾子軸承與圓柱銷連接，拇指MP關(guān)節(jié)外骨骼的另一端與拇指IP關(guān)節(jié)外骨骼之間通過(guò)3#圓柱銷與軸承連接，軸承能夠沿MP關(guān)節(jié)外骨骼的軌道槽內(nèi)滾動(dòng)。
[0017]進(jìn)一步地，在所述拇指MP關(guān)節(jié)外骨骼與手部固定裝置連接處設(shè)有角度傳感器，所述拇指IP關(guān)節(jié)外骨骼端部通過(guò)魔術(shù)貼與拇指相連，拇指IP關(guān)節(jié)外骨骼與手指連接處設(shè)有拇指壓力傳感器。
[0018]進(jìn)一步地，所述拇指中部電機(jī)的動(dòng)力輸出端與拇指IP關(guān)節(jié)外骨骼通過(guò)球鉸相連，拇指直線電機(jī)通過(guò)螺釘貫穿拇指直線電機(jī)底座與手部固定裝置上的調(diào)節(jié)孔相連，達(dá)到適應(yīng)不同手指外展/內(nèi)收角度的目的。
[0019]采用上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)中的方案相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0020]1、通過(guò)直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)球鉸連接獲得動(dòng)力，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。
[0021]2、本發(fā)明一種穿戴式手部外骨骼康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人根據(jù)人體手部結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，無(wú)論在手部固定裝置還是在四指運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)處都設(shè)計(jì)了尺寸調(diào)節(jié)裝置以滿足不同患者的穿戴需求和運(yùn)動(dòng)范圍。
[0022]3、在外骨骼運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中采用傳感器技術(shù)，實(shí)時(shí)客觀的反饋外骨骼系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)信息，建立患者數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)患者康復(fù)情況進(jìn)行客觀量化有針對(duì)性的訓(xùn)練，使患者康復(fù)效果最大化。
[0023]4、提供了更多的自由度，可以完成更多更精巧更復(fù)雜的手部康復(fù)訓(xùn)練動(dòng)作，除了實(shí)現(xiàn)拇指、食指、中指、無(wú)名指和小指的共同屈伸和各手指面向任務(wù)的單獨(dú)運(yùn)動(dòng)外，在拇指處增加一個(gè)外展和內(nèi)收的自由度，在對(duì)患者拇指進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練的同時(shí)，有助于患者手部更好更全面地康復(fù)治療。
[0024]5、本發(fā)明體積小、智能化、易穿戴和便攜性好。
【附圖說(shuō)明】
[0025]此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定，在附圖中:
[0026]圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2為本發(fā)明的食指或中指或無(wú)名指或小指的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3為本發(fā)明的拇指的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖中，1、手部固定裝置;2、四指直線電機(jī);3、拇指直線電機(jī);4、拇指;5、食指;6、中指;7、無(wú)名指;8、小指;9、MP關(guān)節(jié)外骨骼；10、PIP關(guān)節(jié)外骨骼；11、MP弧形臂；12、連接桿；13、絲桿;14、連架桿；15、PIP弧形臂；16、第二壓力傳感器；17、第一壓力傳感器;18、推桿;19、I #圓柱銷;20、2#圓柱銷;21、中部電機(jī)底座;22、拇指直線電機(jī)底座;23、拇指中部電機(jī);24、拇指連接件；25、拇指MP關(guān)節(jié)外骨骼;26、拇指IP關(guān)節(jié)外骨骼;27、拇指壓力傳感器;28、拇指限位銷;29、3#圓柱銷;30、球鉸;31、角度傳感器;32、圓錐滾子軸承;33、調(diào)節(jié)孔;34、直線電機(jī)底座;35、DIP關(guān)節(jié)外骨骼。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0031]由圖1所示，本實(shí)施例描述了一種穿戴式手部外骨骼康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，它包括固定手背及手腕上的手部固定裝置1、拇指康復(fù)系統(tǒng)和四指康復(fù)系統(tǒng)，手部固定裝置I外表面用于固定外骨骼康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人，內(nèi)表面為弧形面以貼合人手背部結(jié)構(gòu)，通過(guò)魔術(shù)貼固定在手部。所述拇指康復(fù)系統(tǒng)包括拇指4機(jī)構(gòu)、動(dòng)力源(拇指中部電機(jī)23、拇指直線電機(jī)3)和與動(dòng)力源相連的手部固定裝置I;四指康復(fù)系統(tǒng)包括食指5、中指6、無(wú)名指7和小指8機(jī)構(gòu)以及固定在手部固定裝置I上分別與四指相連的動(dòng)力源(四指直線電機(jī)2)。拇指4機(jī)構(gòu)以及食指5、中指6、無(wú)名指7和小指8機(jī)構(gòu)分別與手指各關(guān)節(jié)相連，相連端設(shè)有壓力傳感器，通過(guò)拇指中部電機(jī)23、拇指直線電機(jī)3和四指直線電機(jī)2帶動(dòng)拇指康復(fù)系統(tǒng)與四指康復(fù)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)手指做外骨骼康復(fù)訓(xùn)練。
[0032]如圖2所示，食指5、中指6、無(wú)名指7和小指8的動(dòng)力源分別包括四指直線電機(jī)2、直線電機(jī)底座34，為四指屈伸分別提供動(dòng)力的四指直線電機(jī)2的動(dòng)力輸出端分別與四指機(jī)構(gòu)通過(guò)球鉸相連，四指直線電機(jī)2通過(guò)電機(jī)底座33固定于手部固定裝置I上，四指直線電機(jī)2可繞直線電機(jī)底座34上的孔旋轉(zhuǎn)。
[0033]四指固定機(jī)構(gòu)包括MP關(guān)節(jié)外骨骼9、連接桿12、絲桿13、連架桿14、推桿18、DIP關(guān)節(jié)外骨骼35和PIP關(guān)節(jié)外骨骼10。四指固定機(jī)構(gòu)包括四個(gè)并列設(shè)在手部固定裝置I后部、并通過(guò)四指直線電機(jī)底座34支撐四指直線電機(jī)2連接的四指固定機(jī)構(gòu)和曲柄機(jī)構(gòu)，四指固定機(jī)構(gòu)通過(guò)球鉸與四指直線電機(jī)2的輸出軸相連，曲柄機(jī)構(gòu)通過(guò)螺釘貫穿手部固定裝置I前部調(diào)節(jié)孔與其相連。其中，四指固定機(jī)構(gòu)包括連接在四指直線電機(jī)2的輸出軸上的PIP關(guān)節(jié)外骨骼10，PIP關(guān)節(jié)外骨骼10包括直線臂和PIP弧形臂15;曲柄機(jī)構(gòu)包括手部固定裝置I前部的MP關(guān)節(jié)外骨骼9，MP關(guān)節(jié)外骨骼9包括MP弧形臂11與伸縮臂;MP弧形臂11與PIP關(guān)節(jié)外骨骼10直線臂通過(guò)1#圓柱銷19連接，MP關(guān)節(jié)外骨骼9伸縮臂與PIP弧形臂15通過(guò)2#圓柱銷20連接。MP關(guān)節(jié)外骨骼9的伸縮臂包括連接在MP弧形臂11上的連接桿12，連接桿12螺紋連接絲桿13，絲桿13通過(guò)圓柱銷連接能夠折疊的連架桿14，連架桿14連接有與PIP弧形臂15相套接的推桿18;推桿18上連接有DIP關(guān)節(jié)外骨骼35 JP弧形臂11和PIP弧形臂15設(shè)有雙弧形軌道槽，雙弧形軌道槽中分別設(shè)有限位銷;設(shè)在PIP關(guān)節(jié)外骨骼10直線臂上的1#圓柱銷19，和設(shè)在DIP關(guān)節(jié)外骨骼35上的2#圓柱銷20與軌道槽內(nèi)的軸承相接。PIP弧形臂15內(nèi)弧根部與DIP關(guān)節(jié)外骨骼35端部分別通過(guò)魔術(shù)貼與手指各關(guān)節(jié)相連，在PIP弧形臂15內(nèi)弧根部與DIP關(guān)節(jié)外骨骼35端部分別設(shè)有第一壓力傳感器17和第二壓力傳感器16。
[0034]MP關(guān)節(jié)外骨骼9與手部固定裝置I之間通過(guò)螺釘連接，PIP關(guān)節(jié)外骨骼10與MP關(guān)節(jié)外骨骼9之間通過(guò)1#圓柱銷19與