CN108969305B - 一种外骨骼手部康复训练装置 - Google Patents

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杨志豪
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Abstract

本发明公开一种外骨骼手部康复训练装置，包括底座、支板、支柱、第一铰支座、支梁、支架、大拇指外骨骼、中三指外骨骼、小拇指外骨骼、固定腕。手指外骨骼训练机构（除大拇指外）为平面连杆机构与外啮合齿轮机构构成的二自由度复合式组合机构，控制灵活，可实现单根手指特定运动和多根手指的组合式特定运动。大拇指外骨骼训练机构为三自由度串联机构，靠三个步进电机单独控制各指节运动。固定腕由永磁体吸扣控制开合，并带橡胶垫，佩戴舒适便利。

Description

一种外骨骼手部康复训练装置
技术领域
本发明涉及康复训练器械技术领域，特别涉及一种外骨骼手部康复训练装置。
背景技术
截止到目前，我国因为各类事故、偏瘫、脑瘫、小儿麻痹等原因造成手部残疾的患者大概2000万人，手部残疾表现为“鹰勾爪”、抽搐痉挛、无法正常伸展或回缩/抓取无力等。通过手术治疗矫正往往达不到理想的效果，再则于手术花费较大、术后康复不明显，很多患者放弃进行手术治疗，进入到相关康复中心进行康复矫正治疗。此外，手部受损的致残率较高，严重影响患者的生活能力。目前，患者普遍在康复中心使用专门的康复机械进行恢复训练，可是缺点是训练时间不够，进行相关康复的医生不足，且增加了病人家庭的经济负担，种种因素对于患者的康复是极其不利的。为此急需一种成本低并功能全的手部康复训练机械。如专利号为CN201610848765.X提供了《可穿戴式康复训练外骨骼机械手》，包括四指康复机构及拇指康复机构等，其优点是便携可穿戴；缺点是结构繁琐，控制可靠性与灵活性低。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种外骨骼手部康复训练装置，手指外骨骼训练机构（除大拇指外）为平面连杆机构与外啮合齿轮机构构成的二自由度复合式组合机构，控制灵活，可实现单根手指特定运动和多根手指的组合式特定运动。大拇指外骨骼训练机构为三自由度串联机构，靠三个步进电机单独控制各指节运动。固定腕由永磁体吸扣控制开合，并带橡胶垫，佩戴舒适便利。
本发明所使用的技术方案是：一种外骨骼手部康复训练装置，包括底座、支板、支柱、第一铰支座、支梁、支架、大拇指外骨骼、中三指外骨骼、小拇指外骨骼、固定腕，所述的支架有两个，固定安装在底座两侧；支梁有两个，分别固定安装在支板两侧，每个支梁另一端固定安装在两侧的支架上，用于将支板固定于支架上；所述的第一铰支座固定安装在支板右侧，其上铰接有一大拇指外骨骼；所述的支柱有四个，固定安装在支板上侧，右侧三个支柱上各自铰接有一中三指外骨骼，最左侧支柱上铰接有一小拇指外骨骼；固定腕固定安装在支板下侧，用于固定患者手腕。
所述的大拇指外骨骼包括第一步进电机、大拇指第一指节、第二步进电机、大拇指第二指节、第三步进电机、大拇指第三指节、大拇指指套、固定轴，所述的固定轴有三个，第一个固定安装在前述的第一铰支座上，第二个固定安装在大拇指第一指节末端，第三个固定安装在大拇指第二指节末端；大拇指第一指节首端铰接在第一个固定轴上，大拇指第二指节首端铰接在第二个固定轴上，大拇指第三指节首端铰接在第三个固定轴上；第一步进电机固定安装在大拇指第一指节首端，且输出轴与第一个固定轴连接；第二步进电机固定安装在大拇指第二指节首端，且输出轴与第二个固定轴连接；第三步进电机固定安装在大拇指第三指节首端，且输出轴与第三个固定轴连接；大拇指第二指节与大拇指第三指节中部各安装有一大拇指指套。
所述的中三指外骨骼包括齿圈、自移动齿轮、第一电动推杆、第二电动推杆、第三电动推杆、中三指第三指节、中三指第二指节、中三指第一指节、中三指指套、第二铰支座、第三铰支座，所述的齿圈通过第三铰支座铰接在前述的支柱上；中三指第一指节一端铰接在第二铰支座上，另一端铰接有一中三指第二指节，中三指第二指节另一端铰接有一中三指第三指节；三个指节上各安装有一中三指指套；所述的自移动齿轮有三个，安装在齿圈上；所述的第一电动推杆一端铰接在自移动齿轮上，另一端铰接在中三指第一指节上；第二电动推杆一端铰接在自移动齿轮上，另一端铰接在中三指第二指节上；第三电动推杆一端铰接在自移动齿轮上，另一端铰接在中三指第三指节上。
所述的固定腕包括固定板、外手腕支板、外手腕橡胶垫、第五铰支座、第六铰支座、内手腕支板、内手腕橡胶垫、拉环、永磁体吸扣，所述的固定板固定安装在前述的支板上；外手腕支板固定安装在固定板一侧，其内侧固定安装有一个外手腕橡胶垫，两侧外伸耳上分别固定安装有一第五铰支座和永磁体吸扣；所述的内手腕支板通过第六铰支座铰接在第五铰支座上，其内侧固定安装有一内手腕橡胶垫，另一侧外伸耳上面固定安装有一拉环，下面开有方槽，用于吸附配合永磁体吸扣。
进一步的，所述的大拇指指套包括指套、滑杆、弹簧、挡板，所述的指套两端各固定安装有一滑杆，滑杆与前述指节两侧的内孔配合构成移动副；每个滑杆另一端固定安装有一挡板，用于限位弹簧；弹簧卡在指节与挡板之间，当手指***各指套时，指套被下拉，然后在弹簧力作用下束紧手指。
进一步的，所述的自移动齿轮包括滑块、双轴电机、齿轮、滚子、第四铰支座，所述的双轴电机固定安装在滑块上，其两侧输出轴上各固定安装有一齿轮，该齿轮与前述的齿圈外侧的齿相互啮合；两个滚子分别铰接在滑块两侧，与前述的齿圈内孔面接触，用于限位整个自移动齿轮；所述的第四铰支座固定安装在滑块底部，用于铰接电动推杆。
进一步的，所述的中三指指套与前述的大拇指指套有相同的结构。
进一步的，所述的小拇指外骨骼与前述的中三指外骨骼有相同的结构，尺寸大小比中三指外骨骼小。
由于本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下优点：（1）手指外骨骼训练机构（除大拇指外）为平面连杆机构与外啮合齿轮机构构成的二自由度复合式组合机构，控制灵活，可实现单根手指特定运动和多根手指的组合式特定运动；（2）固定腕由永磁体吸扣控制开合，并带橡胶垫，佩戴舒适便利；（3）结构简单，制造成本低。
附图说明
图1、图2、图3为本发明的整体手展平姿态结构示意图。
图4为本发明的整体手握拳姿态结构示意图。
图5为本发明的大拇指外骨骼结构示意图。
图6为本发明的大拇指指套结构示意图。
图7为本发明的中三指外骨骼结构示意图。
图8为本发明的中三指外骨骼握拳姿态结构示意图。
图9为本发明的自移动齿轮结构示意图。
图10为本发明的中三指指套结构示意图。
图11为本发明的小拇指外骨骼结构示意图。
图12为本发明的固定腕结构示意图。
附图标号：1-底座；2-支板；3-支柱；4-第一铰支座；5-支梁；6-支架；7-大拇指外骨骼；8-中三指外骨骼；9-小拇指外骨骼；10-固定腕；701-第一步进电机；702-大拇指第一指节；703-第二步进电机；704-大拇指第二指节；705-第三步进电机；706-大拇指第三指节；707-大拇指指套；708-固定轴；70701-指套；70702-滑杆；70703-弹簧；70704-挡板；801-齿圈；802-自移动齿轮；803-第一电动推杆；804-第二电动推杆；805-第三电动推杆；806-中三指第三指节；807-中三指第二指节；808-中三指第一指节；809-中三指指套；810-第二铰支座；811-第三铰支座；80201-滑块；80202-双轴电机；80203-齿轮；80204-滚子；80205-第四铰支座；1001-固定板；1002-外手腕支板；1003-外手腕橡胶垫；1004-第五铰支座；1005-第六铰支座；1006-内手腕支板；1007-内手腕橡胶垫；1008-拉环；1009-永磁体吸扣。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12所示的一种外骨骼手部康复训练装置，包括底座1、支板2、支柱3、第一铰支座4、支梁5、支架6、大拇指外骨骼7、中三指外骨骼8、小拇指外骨骼9、固定腕10，所述的支架6有两个，固定安装在底座1两侧；支梁5有两个，分别固定安装在支板2两侧，每个支梁5另一端固定安装在两侧的支架6上，用于将支板2固定于支架6上；所述的第一铰支座4固定安装在支板2右侧，其上铰接有一大拇指外骨骼7；所述的支柱3有四个，固定安装在支板2上侧，右侧三个支柱3上各自铰接有一中三指外骨骼8，最左侧支柱3上铰接有一小拇指外骨骼9；固定腕10固定安装在支板2下侧，用于固定患者手腕。
大拇指外骨骼7包括第一步进电机701、大拇指第一指节702、第二步进电机703、大拇指第二指节704、第三步进电机705、大拇指第三指节706、大拇指指套707、固定轴708，所述的固定轴708有三个，第一个固定安装在前述的第一铰支座4上，第二个固定安装在大拇指第一指节702末端，第三个固定安装在大拇指第二指节704末端；大拇指第一指节702首端铰接在第一个固定轴708上，大拇指第二指节704首端铰接在第二个固定轴708上，大拇指第三指节706首端铰接在第三个固定轴708上；第一步进电机701固定安装在大拇指第一指节702首端，且输出轴与第一个固定轴708连接；第二步进电机703固定安装在大拇指第二指节704首端，且输出轴与第二个固定轴708连接；第三步进电机705固定安装在大拇指第三指节706首端，且输出轴与第三个固定轴708连接；大拇指第二指节704与大拇指第三指节706中部各安装有一大拇指指套707。
中三指外骨骼8包括齿圈801、自移动齿轮802、第一电动推杆803、第二电动推杆804、第三电动推杆805、中三指第三指节806、中三指第二指节807、中三指第一指节808、中三指指套809、第二铰支座810、第三铰支座811，所述的齿圈801通过第三铰支座811铰接在前述的支柱3上；中三指第一指节808一端铰接在第二铰支座810上，另一端铰接有一中三指第二指节807，中三指第二指节807另一端铰接有一中三指第三指节806；三个指节上各安装有一中三指指套809；所述的自移动齿轮802有三个，安装在齿圈801上；所述的第一电动推杆803一端铰接在自移动齿轮802上，另一端铰接在中三指第一指节808上；第二电动推杆804一端铰接在自移动齿轮802上，另一端铰接在中三指第二指节807上；第三电动推杆805一端铰接在自移动齿轮802上，另一端铰接在中三指第三指节806上。
固定腕10包括固定板1001、外手腕支板1002、外手腕橡胶垫1003、第五铰支座1004、第六铰支座1005、内手腕支板1006、内手腕橡胶垫1007、拉环1008、永磁体吸扣1009，所述的固定板1001固定安装在前述的支板2上；外手腕支板1002固定安装在固定板1001一侧，其内侧固定安装有一个外手腕橡胶垫1003，两侧外伸耳上分别固定安装有一第五铰支座1004和永磁体吸扣1009；所述的内手腕支板1006通过第六铰支座1005铰接在第五铰支座1004上，其内侧固定安装有一内手腕橡胶垫1007，另一侧外伸耳上面固定安装有一拉环1008，下面开有方槽，用于吸附配合永磁体吸扣1009。
大拇指指套707包括指套70701、滑杆70702、弹簧70703、挡板70704，所述的指套70701两端各固定安装有一滑杆70702，滑杆70702与前述指节两侧的内孔配合构成移动副；每个滑杆70702另一端固定安装有一挡板70704，用于限位弹簧70703；弹簧70703卡在指节与挡板70704之间，当手指***各指套70701时，指套70701被下拉，然后在弹簧力作用下束紧手指。
自移动齿轮802包括滑块80201、双轴电机80202、齿轮80203、滚子80204、第四铰支座80205，所述的双轴电机80202固定安装在滑块80201上，其两侧输出轴上各固定安装有一齿轮80203，该齿轮80203与前述的齿圈801外侧的齿相互啮合；两个滚子80204分别铰接在滑块80201两侧，与前述的齿圈801内孔面接触，用于限位整个自移动齿轮802；所述的第四铰支座80205固定安装在滑块80201底部，用于铰接电动推杆。
中三指指套809与前述的大拇指指套707有相同的结构。小拇指外骨骼9与前述的中三指外骨骼8有相同的结构，尺寸大小比中三指外骨骼8小。
本发明工作原理：本发明的大拇指外骨骼训练机构，即大拇指外骨骼7，为三自由度串联机构，靠三个步进电机单独控制各指节运动。手指外骨骼训练机构（除大拇指外），即中三指外骨骼8与小拇指外骨骼9，为平面连杆机构与外啮合齿轮机构构成的二自由度复合式组合机构，两个自由度具体为：首先，自移动齿轮802一侧由齿轮80203与齿圈801啮合，另一侧由滚子80204与齿圈801内孔配合，从而将整个自移动齿轮802卡在齿圈801上，当双轴电机80202带动齿轮80203转动时，由于齿轮80203和齿圈801相互啮合的原因，自移动齿轮802会沿着齿圈801的圆周运动，这是第一个自由度；其次，一端铰接在移动齿轮802上，另一端铰接在各指节上的电动推杆，推杆的移动为该机构的第二个自由度。两个自由度相互配合，可使特定指节达到特定的位置和姿态。
对于固定腕10，关闭状态时，内手腕支板1006依靠永磁体吸扣1009吸附固定在外手腕支板1002上，使用时，只需拉动固定于内手腕支板1006上的拉环1008即可开启与闭合。

Claims (5)

1.一种外骨骼手部康复训练装置，包括底座（1）、支板（2）、支柱（3）、第一铰支座（4）、支梁（5）、支架（6）、大拇指外骨骼（7）、中三指外骨骼（8）、小拇指外骨骼（9）、固定腕（10），其特征在于：所述的支架（6）有两个，固定安装在底座（1）两侧；支梁（5）有两个，分别固定安装在支板（2）两侧，每个支梁（5）另一端固定安装在两侧的支架（6）上，用于将支板（2）固定于支架（6）上；所述的第一铰支座（4）固定安装在支板（2）右侧，其上铰接有一大拇指外骨骼（7）；所述的支柱（3）有四个，固定安装在支板（2）上侧，右侧三个支柱（3）上各自铰接有一中三指外骨骼（8），最左侧支柱（3）上铰接有一小拇指外骨骼（9）；固定腕（10）固定安装在支板（2）下侧，用于固定患者手腕；
所述的大拇指外骨骼（7）包括第一步进电机（701）、大拇指第一指节（702）、第二步进电机（703）、大拇指第二指节（704）、第三步进电机（705）、大拇指第三指节（706）、大拇指指套（707）、固定轴（708），所述的固定轴（708）有三个，第一个固定安装在前述的第一铰支座（4）上，第二个固定安装在大拇指第一指节（702）末端，第三个固定安装在大拇指第二指节（704）末端；大拇指第一指节（702）首端铰接在第一个固定轴（708）上，大拇指第二指节（704）首端铰接在第二个固定轴（708）上，大拇指第三指节（706）首端铰接在第三个固定轴（708）上；第一步进电机（701）固定安装在大拇指第一指节（702）首端，且输出轴与第一个固定轴（708）连接；第二步进电机（703）固定安装在大拇指第二指节（704）首端，且输出轴与第二个固定轴（708）连接；第三步进电机（705）固定安装在大拇指第三指节（706）首端，且输出轴与第三个固定轴（708）连接；大拇指第二指节（704）与大拇指第三指节（706）中部各安装有一大拇指指套（707）；
所述的中三指外骨骼（8）包括齿圈（801）、自移动齿轮（802）、第一电动推杆（803）、第二电动推杆（804）、第三电动推杆（805）、中三指第三指节（806）、中三指第二指节（807）、中三指第一指节（808）、中三指指套（809）、第二铰支座（810）、第三铰支座（811），所述的齿圈（801）通过第三铰支座（811）铰接在前述的支柱（3）上；中三指第一指节（808）一端铰接在第二铰支座（810）上，另一端铰接有一中三指第二指节（807），中三指第二指节（807）另一端铰接有一中三指第三指节（806）；三个指节上各安装有一中三指指套（809）；所述的自移动齿轮（802）有三个，安装在齿圈（801）上；所述的第一电动推杆（803）一端铰接在自移动齿轮（802）上，另一端铰接在中三指第一指节（808）上；第二电动推杆（804）一端铰接在自移动齿轮（802）上，另一端铰接在中三指第二指节（807）上；第三电动推杆（805）一端铰接在自移动齿轮（802）上，另一端铰接在中三指第三指节（806）上；
所述的固定腕（10）包括固定板（1001）、外手腕支板（1002）、外手腕橡胶垫（1003）、第五铰支座（1004）、第六铰支座（1005）、内手腕支板（1006）、内手腕橡胶垫（1007）、拉环（1008）、永磁体吸扣（1009），所述的固定板（1001）固定安装在前述的支板（2）上；外手腕支板（1002）固定安装在固定板（1001）一侧，其内侧固定安装有一个外手腕橡胶垫（1003），两侧外伸耳上分别固定安装有一第五铰支座（1004）和永磁体吸扣（1009）；所述的内手腕支板（1006）通过第六铰支座（1005）铰接在第五铰支座（1004）上，其内侧固定安装有一内手腕橡胶垫（1007），另一侧外伸耳上面固定安装有一拉环（1008），下面开有方槽，用于吸附配合永磁体吸扣（1009）。
2.如权利要求1所述的一种外骨骼手部康复训练装置，其特征在于：所述的大拇指指套（707）包括指套（70701）、滑杆（70702）、弹簧（70703）、挡板（70704），所述大拇指外骨骼（7）的指套（70701）两端各固定安装有一滑杆（70702），滑杆（70702）与大拇指的指节两侧的内孔配合构成移动副；每个滑杆（70702）另一端固定安装有一挡板（70704），用于限位弹簧（70703）；弹簧（70703）卡在指节与挡板（70704）之间，当手指***各指套（70701）时，指套（70701）被下拉，然后在弹簧力作用下束紧手指。
3.如权利要求1所述的一种外骨骼手部康复训练装置，其特征在于：所述的自移动齿轮（802）包括滑块（80201）、双轴电机（80202）、齿轮（80203）、滚子（80204）、第四铰支座（80205），所述的双轴电机（80202）固定安装在滑块（80201）上，其两侧输出轴上各固定安装有一齿轮（80203），该齿轮（80203）与前述的齿圈（801）外侧的齿相互啮合；两个滚子（80204）分别铰接在滑块（80201）两侧，与前述的齿圈（801）内孔面接触，用于限位整个自移动齿轮（802）；所述的第四铰支座（80205）固定安装在滑块（80201）底部，用于铰接电动推杆。
4.如权利要求1所述的一种外骨骼手部康复训练装置，其特征在于：所述的中三指指套（809）与前述的大拇指指套（707）有相同的结构。
5.如权利要求1所述的一种外骨骼手部康复训练装置，其特征在于：所述的小拇指外骨骼（9）与前述的中三指外骨骼（8）有相同的结构，尺寸大小比中三指外骨骼（8）小。
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