CN104873359A - 一种外骨骼式手指运动功能康复机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种外骨骼式手指运动功能康复机，包括远指节连杆、中指节连杆、近指节连杆、第一蛇形弹簧和第二蛇形弹簧，还包括机架、尾杆、驱动机构和控制器；远指节连杆、中指节连杆、近指节连杆依次铰接，以与手指远指节、手指中指节以及手指近指节相适配；尾杆一端以及近指节连杆一起铰接在机架上，尾杆另一端与第二蛇形弹簧的一端铰接；第二蛇形弹簧另一端与中指节连杆铰接；第一蛇形弹簧一端与远指节连杆铰接，另一端与近指节连杆铰接；驱动机构连接尾杆，并在控制器的控制，驱动尾杆绕其与机架的铰接点转动。其优点是：能够自动帮助伤者进行屈伸锻炼，且能控制模式、力道、时间、以及角度，为需手指康复的伤者提供了极大的便利。

Description

一种外骨骼式手指运动功能康复机

技术领域

本发明涉及手指康复训练技术领域，尤其涉及一种外骨骼式手指运动功能康复机。

背景技术

人的手指受伤通常需要石膏固定，而拆除石膏后，手指在一段时间内会不灵活。使其快速康复的主要途径就是进行弯曲锻炼，但由病人自己弯曲手指反复锻炼形成机械动作非常单调。同时，罹患中风等疾病的患者不具备自主活动关节的能力，需要被动运动进行康复治疗。连续被动活动（Continuous PassiveMotion，简称CPM）设备是利用康复医学中连续被动运动的基本原理对受伤肢体进行康复治疗的机械装置，是目前为止唯一的一个机器人生物力学或生物物理化学类型的应用的例证。CPM概念的提出基于以下双重原因：

1）关节的运动需要保养好关节软骨。

2）关节的动态平衡需要保持关节周围软组织的依从性。

要完成上述功能需要采用连续被动活动使关节在全范围内活动，使软组织在受伤或术后立即受张力阻止僵直的迅速发展。尽可能快的采用连续被动活动是保持关节长期的运动灵活性的关键。

连续被动活动的有效性还在于减少关节水肿和血肿，这一结论从对兔子膝关节进行的实验中得到证实。当对膝关节被动活动到最大限度的时候，关节内的压力随之增长，整个被动连续活动过程中关节内压呈正弦波脉动。关节内压力的周期性脉动作用的“泵吸效应”可以将关节腔内的淤血和水肿排除。

自从1978年，Salter等人设计的世界上第一个CPM装置诞生以来包括踝，肘，肩，手腕，手指等人体关节的CPM机被设计出来。目前，世界上有超过57个国家的700多万患者受益于CPM技术。

根据CPM机康复的对象，可以将其划分为下肢康复CPM机，上肢康复CPM机，腰部康复CPM机和手部康复CPM机。

手是人体最复杂的器官之一，在人体的各个关节中，手部的关节自由度多，结构也最为复杂。因此，到目前为止对手部连续被动活动的机理，CPM装置和临床分析的文献资料很是缺乏。虽然针对受外伤和术后手功能康复CPM的装置的理论研究不多，但是仍有一些医疗器械公司推出了手功能康复CPM机。从目前的产品来看，手功能康复CPM机虽然可以实现腕关节和手指关节的连续被动活动，但都只能实现对单关节进行精确控制的康复运动。对多个关节同时进行康复治疗时则不能实现对多个关节的精确控制。究其原因，目前的手功能康复CPM机都是基于单自由度机构的设置，要想对人手的多个关节同时进行精确控制的康复运动则必须增加CPM装置的自由度。

发明内容

本发明实施例的目的是针对现有技术结构上的缺点，提出一种外骨骼式手指运动功能康复机，能够自动帮助伤者进行屈伸锻炼，且能控制模式、力道、时间、以及角度，满足不同病情患者的需求，为需手指康复的伤者提供了极大的便利。

为了达到上述发明目的，本发明实施例提出的一种外骨骼式手指运动功能康复机是通过以下技术方案实现的:

一种外骨骼式手指运动功能康复机，其特征在于，包括分别呈L形的远指节连杆、中指节连杆、近指节连杆、第一蛇形弹簧和第二蛇形弹簧，还包括机架、尾杆、驱动机构和控制器；

所述中指节连杆的拐角处与近指节连杆的拐角处铰接，其长杆的末端与远指节连杆的拐角处铰接，使所述远指节连杆、中指节连杆和近指节连杆的依次与手指远指节、手指中指节以及手指近指节相适配；所述中指节连杆的短杆和远指节连杆的短杆朝向同一侧，所述近指节连杆的短杆朝向另一侧；

所述尾杆的一端以及近指节连杆长杆的末端一起铰接在所述机架上，所述尾杆另一端与第二蛇形弹簧的第一端铰接；所述第二蛇形弹簧的第二端与中指节连杆的短杆末端铰接；所述第一蛇形弹簧的第一端与远指节连杆的短杆末端铰接，第二端与近指节连杆的短杆末端铰接；

所述驱动机构连接尾杆，并在控制器的控制，驱动所述尾杆绕其与机架的铰接点转动。

所述驱动机构包括电机、曲柄和驱动杆，所述曲柄一端与所述驱动杆端部铰接，另一端固定在所述电机输出端上，所述驱动杆另一端铰接在所述尾杆上。

所述驱动杆、尾杆和第二蛇形弹簧共同铰接于同一销轴上。

所述电机为低转速大扭矩电机。

所述远指节连杆、中指节连杆和近指节连杆上分别设有和手指远指节、手指中指节以及手指近指节相适配的指节套。

所述机架上还设有液晶显示屏和输入机构，所述控制器连接所述液晶显示屏和输入机构。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：能够自动帮助伤者进行屈伸锻炼，且能控制模式、力道、时间、以及角度，满足不同病情患者的需求，为需手指康复的伤者提供了极大的便利。

附图说明

通过下面结合附图对其示例性实施例进行的描述，本发明上述特征和优点将会变得更加清楚和容易理解。

图1为本发明实施例整体结构原理示意图；

图2为本发明实施例机械结构部分原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

参见图1-2所示，本实施例中提供一种外骨骼式手指运动功能康复机，主要由输入及显示、机械传动和控制***三部分组成。

在控制***，主要包括控制器1、传感器2和开关5。本实施例中采用慧烁单片机为控制器1，将获取到的信息保存后选择进行输送。传感器2的数量为两个，采用位置传感器，其中一个用于控制第一个关节即模仿手与手指连接的关节的偏转角度，另一个用于控制关节的初始位置。开关数量为两个，一个控制电源3,另一个控制电机4。

输入和显示部分主要包括显示屏6和按键7，分别连接控制器1。显示屏7用于显示机械传动部分的开关及转动的各项参数，便于使用者清晰直观地了解当前所处模式的机构转动信息，也让使用者能够更方便地调节至自己想使用的模式。按键7则是输入用户指令，如选择运行模式、运行时长等，使用者可以在此区域控制机构的开关及转动的模式变化，使此机构调节到自己想使用的模式，以适应自己病情的需要。

机械传动部分，包括不可动的机架8，机架8可以以安装在使用者手掌的方式来固定，也可以直接设置在固定设施（如桌子、地面等）上的方式固定。

除此之外，还包括分别远指节连杆9、中指节连杆10、近指节连杆11、第一蛇形弹簧12、第二蛇形弹簧13、尾杆14和驱动机构；其中：

远指节连杆9、中指节连杆10、近指节连杆11、第一蛇形弹簧12、第二蛇形弹簧13均呈L形，具有一个长杆和一个短杆，而长杆和短杆的交界处在本实施例中统称为拐角。

中指节连杆10的拐角与近指节连杆11的的拐角处铰接，中指节连杆10的长杆的末端与远指节连杆9的拐角处铰接。远指节连杆9、中指节连杆10、近指节连杆11的长杆长度依次与手指远指节、手指中指节以及手指近指节的长度相适配。同时，中指节连杆10的短杆和远指节连杆9的短杆朝向同一侧，而近指节连杆11的短杆与中指节连杆10的短杆相背，朝向另一侧。

尾杆14的一端以及近指节连杆11长杆的末端共同铰接在机架8上，并可分别绕机架8上的铰接点转动。尾杆14的另一端与第二蛇形弹簧13的第一端铰接。第二蛇形弹簧13的第二端与中指节连杆10的短杆末端铰接。第一蛇形弹簧12的第一端与远指节连杆9的短杆末端铰接，第一蛇形弹簧12的第二端与近指节连杆9的短杆末端铰接。

由此，当尾杆14绕其与机架8的铰接点转动时，第一蛇形弹簧12和第二蛇形弹簧13带动近指节连杆11偏转，同时中指节连杆10在近指节连杆11的基础上再次偏转，远指节连杆9在中指节连杆10的基础上再次偏转，最终产生一个逐级偏转的手指。

而采用蛇形弹簧的目的是，普通刚性连杆不具备适应性，容易造成二次伤害。而蛇形弹簧具有良好的减震性和承受变动载荷。

在本实施例中，驱动机构包括电机4、曲柄和驱动杆15，曲柄一端与驱动杆15端部铰接，另一端固定在电机4输出端上，而驱动杆15另一端与尾杆14以及第二蛇形弹簧13共同铰接于同一销轴上。电机4采用低转速大扭矩电机，在电机4的驱动下，曲轴带动驱动杆15摆动，从而使尾杆14绕其与机架8的铰接点转动。

在使用时，传感器2产生的信号到达控制器1进行输入信息的获取，然后获取的信息储存在输入缓冲区域内，由控制器1处理好后再将数字信号输出，数字信号到达电机4后，电机4根据信号旋转不同的角度，控制远指节连杆9、中指节连杆10和近指节连杆11的偏转角度，进而使整个机构模仿手指不同方式的运动，从而达到预期的手指康复的目的。

为便于使用，远指节连杆9、中指节连杆10和近指节连杆11上分别设有和手指远指节、手指中指节以及手指近指节相适配的指节套。

本实施例中，利用平行四边形机构传动实现了多个关节的传动，一个电机虚拟了一个手指关节的抓握动作，利用并联机构实现了手指的三个转动自由度，从而有效完成手指姿态的模拟。平行四边形机构中的连杆采用蛇形弹簧，增加机构柔性，可以适应不同的手指，同时避免因强制运动导致的二次伤害。此机构结构简单，结构件少，机械刚度更好，累计误差小，最大偏转角为60*3=180度。使伤者的被动运动康复疗法变得简单，实现了手指康复机构的简易化和自动化，还能自主调节模式、力道、时间、以及角度，满足不同病情的需要。

以上通过实施例对于本发明的发明意图和实施方式进行详细说明，但是本发明所属领域的一般技术人员可以理解，本发明以上实施例仅为本发明的优选实施例之一，为篇幅限制，这里不能逐一列举所有实施方式，任何可以体现本发明权利要求技术方案的实施，都在本发明的保护范围内。

需要注意的是，以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，在上述实施例的指导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种外骨骼式手指运动功能康复机，其特征在于，包括分别呈L形的远指节连杆、中指节连杆、近指节连杆、第一蛇形弹簧和第二蛇形弹簧，还包括机架、尾杆、驱动机构和控制器；

所述中指节连杆的拐角处与近指节连杆的拐角处铰接，其长杆的末端与远指节连杆的拐角处铰接，使所述远指节连杆、中指节连杆和近指节连杆的依次与手指远指节、手指中指节以及手指近指节相适配；所述中指节连杆的短杆和远指节连杆的短杆朝向同一侧，所述近指节连杆的短杆朝向另一侧；

所述尾杆的一端以及近指节连杆长杆的末端一起铰接在所述机架上，所述尾杆另一端与第二蛇形弹簧的第一端铰接；所述第二蛇形弹簧的第二端与中指节连杆的短杆末端铰接；所述第一蛇形弹簧的第一端与远指节连杆的短杆末端铰接，第二端与近指节连杆的短杆末端铰接；

所述驱动机构连接尾杆，并在控制器的控制，驱动所述尾杆绕其与机架的铰接点转动。

2.根据权利要求1所述的一种外骨骼式手指运动功能康复机，其特征在于：所述驱动机构包括电机、曲柄和驱动杆，所述曲柄一端与所述驱动杆端部铰接，另一端固定在所述电机输出端上，所述驱动杆另一端铰接在所述尾杆上。

3.根据权利要求2所述的一种外骨骼式手指运动功能康复机，其特征在于：所述驱动杆、尾杆和第二蛇形弹簧共同铰接于同一销轴上。

4.根据权利要求1所述的一种外骨骼式手指运动功能康复机，其特征在于：所述电机为低转速大扭矩电机。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种外骨骼式手指运动功能康复机，其特征在于：所述远指节连杆、中指节连杆和近指节连杆上分别设有和手指远指节、手指中指节以及手指近指节相适配的指节套。

6.根据权利要求5所述的一种外骨骼式手指运动功能康复机，其特征在于：所述机架上还设有液晶显示屏和输入机构，所述控制器连接所述液晶显示屏和输入机构。