可穿戴外骨骼手功能康復(fù)訓(xùn)練器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種可穿戴外骨骼手功能康復(fù)訓(xùn)練器，拇指板上裝有四指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和四指減速機(jī)構(gòu)，拇指板上裝有拇指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和拇指減速機(jī)構(gòu)，四指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)四指減速機(jī)構(gòu)連接連桿機(jī)構(gòu)，連桿機(jī)構(gòu)連接弧形滑槽機(jī)構(gòu)及自適應(yīng)手指調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，通過(guò)四指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)弧形滑槽機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)掌關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)和近端指關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)；拇指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)拇指減速機(jī)構(gòu)連接拇指驅(qū)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)連接拇指弧形滑槽機(jī)構(gòu)，拇指弧形滑槽機(jī)構(gòu)前端連接拇指用非彈性綁帶，通過(guò)拇指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)拇指弧形滑槽機(jī)構(gòu)，促使拇指關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。本實(shí)用新型利用兩個(gè)微型電機(jī)實(shí)現(xiàn)拇指的單獨(dú)訓(xùn)、四指的聯(lián)動(dòng)訓(xùn)練和抓握訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)輕便結(jié)構(gòu)下拇指掌指關(guān)節(jié)、四指掌指關(guān)節(jié)和近端指間關(guān)節(jié)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。
【專利說(shuō)明】可穿戴外骨骼手功能康復(fù)訓(xùn)練器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種手功能康復(fù)訓(xùn)練裝置，尤其是一處應(yīng)用于腦卒中病人手部康復(fù)訓(xùn)練的便攜式設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]在中國(guó)，腦卒中標(biāo)化患病率約為1.82%，40歲以上罹患腦卒中的人數(shù)高達(dá)1036萬(wàn)人，其中85%患者有上肢功能缺陷，在康復(fù)治療中，手以其關(guān)節(jié)數(shù)量多、動(dòng)作精細(xì)程度高的因素，導(dǎo)致了手功能康復(fù)治療最為困難。
[0003]國(guó)內(nèi)外已經(jīng)得到臨床應(yīng)用的外骨骼式手功能康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人基本都是走中大型設(shè)備的路線，比如技術(shù)比較成熟的三個(gè)產(chǎn)品意大利IDR0GENET公司的Gloreha機(jī)器人、德國(guó)FESTO的ExoHand機(jī)器人和香港理工大學(xué)的EMG驅(qū)動(dòng)機(jī)械手機(jī)器人。現(xiàn)有產(chǎn)品明顯增大了患者視野范圍內(nèi)的設(shè)備體積，會(huì)不同程度的增加病人的心理壓力。
[0004]與此同時(shí)，只有大型醫(yī)院或康復(fù)中心才會(huì)購(gòu)買這類價(jià)格較高的中大型設(shè)備，這樣的設(shè)備特性就限制病人必須在規(guī)定時(shí)間地點(diǎn)做間斷性的幾組康復(fù)訓(xùn)練動(dòng)作，訓(xùn)練量達(dá)不到病人最佳康復(fù)需求。在小型醫(yī)院，病人必須依靠專業(yè)理療師才能進(jìn)行手部的定時(shí)定點(diǎn)康復(fù)訓(xùn)練。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種可穿戴外骨骼手功能康復(fù)訓(xùn)練器，該裝置所占空間小，重量輕，具有高傳動(dòng)比，高轉(zhuǎn)矩輸出，可以允許有多種控制方式的手功能訓(xùn)練器。它允許病人在不同階段，可以在不依靠專業(yè)醫(yī)師或者在戶外的情況下，自主進(jìn)行訓(xùn)練。
[0006]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種可穿戴外骨骼手功能康復(fù)訓(xùn)練器，包括外殼、拇指板、手掌板，拇指板上安裝有四指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和四指減速機(jī)構(gòu)，拇指板上安裝有拇指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和拇指減速機(jī)構(gòu)，所述四指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)四指減速機(jī)構(gòu)連接連桿機(jī)構(gòu)，連桿機(jī)構(gòu)連接弧形滑槽機(jī)構(gòu)，弧形滑槽機(jī)構(gòu)連接自適應(yīng)手指調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，通過(guò)四指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)弧形滑槽機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)掌關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)和近端指關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)；所述拇指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)拇指減速機(jī)構(gòu)連接拇指驅(qū)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)連接拇指弧形滑槽機(jī)構(gòu)，拇指弧形滑槽機(jī)構(gòu)前端連接拇指用非彈性綁帶，通過(guò)拇指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)拇指弧形滑槽機(jī)構(gòu)，促使拇指關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。
[0007]四指減速機(jī)構(gòu)由行星減速機(jī)構(gòu)和直齒輪減速機(jī)構(gòu)組成，傳動(dòng)比為1000，其中行星減速比10，直齒輪減速機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比100，輸入轉(zhuǎn)矩5mNM，輸出轉(zhuǎn)矩為5000mNM。
[0008]拇指板與手掌板之間通過(guò)鉸鏈連接，通過(guò)鉸鏈微調(diào)拇指板與手掌板之間的角度，滿足不同情況的病人的需要。
[0009]自適應(yīng)手指調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)具有一彈性綁帶經(jīng)過(guò)位于手掌板上的綁帶孔和位于拇指板上的綁帶孔對(duì)手掌部分進(jìn)行固定的固定手掌部分、由彈性綁帶和非彈性綁帶對(duì)手指進(jìn)行固定的固定手指部分。
[0010]拇指減速機(jī)構(gòu)設(shè)有固定孔，外殼上設(shè)有第一固定孔和第二固定孔，第一固定孔、第二固定孔、固定孔分別與拇指板上的三個(gè)直槽口通過(guò)螺紋連接，通過(guò)調(diào)節(jié)外殼和減速機(jī)構(gòu)上固定孔與拇指板上三個(gè)直槽口之間的連接位置實(shí)現(xiàn)拇指位置的微調(diào)。
[0011]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0012]四指驅(qū)動(dòng)固定于手掌板上，通過(guò)減速機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、弧形滑槽機(jī)構(gòu)和自適應(yīng)手指調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，完成四指掌關(guān)節(jié)和近端指關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。即單個(gè)電機(jī)實(shí)現(xiàn)雙自由度的運(yùn)動(dòng)。
[0013]減速機(jī)構(gòu)部分，采用行星減速和直齒輪減速，傳動(dòng)比達(dá)到1000，其中行星減速傳動(dòng)比為10，直齒輪部分減速比為100。高傳動(dòng)比高轉(zhuǎn)矩輸出，可以滿足病人訓(xùn)練的需要。
[0014]自適應(yīng)手指調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，包括手掌固定部分和手指固定部分。手指固定部分又分為彈性固定和非彈性固定部分，彈性部分用于固定手指根部，非彈性部分用于固定靠指尖部分，防止肌張力過(guò)大，以致于達(dá)不到訓(xùn)練的效果。
[0015]根據(jù)病人的差異，拇指板和手掌板之間的角度可根據(jù)需要通過(guò)鉸鏈的固定進(jìn)行調(diào)節(jié)。根據(jù)病人康復(fù)的不同時(shí)期和不同病人的差異，可分別通過(guò)語(yǔ)音控制，軟癱期病人通過(guò)健側(cè)肌電控制患側(cè)手的運(yùn)動(dòng)，恢復(fù)期病人通過(guò)患側(cè)肌電控制患側(cè)手的運(yùn)動(dòng)。
[0016]本實(shí)用新型解決了腦卒中病人手部康復(fù)難和只能依賴專業(yè)醫(yī)師才能進(jìn)行手部訓(xùn)練的問(wèn)題，打破了現(xiàn)有大中型康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人定時(shí)定點(diǎn)訓(xùn)練的現(xiàn)狀，且應(yīng)用肌電觸發(fā)及語(yǔ)音混合控制實(shí)現(xiàn)被動(dòng)與主動(dòng)訓(xùn)練模式。本實(shí)用新型利用兩個(gè)微型電機(jī)實(shí)現(xiàn)拇指的單獨(dú)訓(xùn)、四指的聯(lián)動(dòng)訓(xùn)練和抓握訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)輕便結(jié)構(gòu)下拇指掌指關(guān)節(jié)、四指掌指關(guān)節(jié)和近端指間關(guān)節(jié)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)立體示意圖；
[0018]圖2是本實(shí)用新型的內(nèi)部整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3是四指雙自由度運(yùn)動(dòng)示意圖；
[0020]圖4是減速機(jī)構(gòu)部分結(jié)構(gòu)圖；
[0021]圖5是自適應(yīng)手指調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)示意圖；
[0022]圖6是拇指板和手掌板角度調(diào)節(jié)不意圖；
[0023]圖7是姆指位置調(diào)節(jié)不意圖；
[0024]圖8是是肌電控制的功能方框圖；
[0025]圖9是語(yǔ)音控制的功能方框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0027]如圖1，2所示，一種可穿戴外骨骼手功能康復(fù)訓(xùn)練器，包括外殼1、拇指板3、手掌板4、四指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)6、拇指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)2、四指減速機(jī)構(gòu)5、拇指減速機(jī)構(gòu)10、連桿機(jī)構(gòu)7、弧形滑槽機(jī)構(gòu)8、自適應(yīng)手指調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)9。其中，外殼I與拇指板3和手掌板4之間用螺紋連接，四指減速機(jī)構(gòu)5與拇指板3、拇指減速機(jī)構(gòu)10和手掌板3之間用螺紋連接，連桿機(jī)構(gòu)7的桿件之間用圓柱銷連接。四指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)6通過(guò)四指減速機(jī)構(gòu)5連接連桿機(jī)構(gòu)7，連桿機(jī)構(gòu)7連接弧形滑槽機(jī)構(gòu)8，弧形滑槽機(jī)構(gòu)8連接自適應(yīng)手指調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)9，通過(guò)四指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)6驅(qū)動(dòng)弧形滑槽機(jī)構(gòu)8，實(shí)現(xiàn)掌關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)和近端指關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)；拇指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)2通過(guò)拇指減速機(jī)構(gòu)10連接拇指驅(qū)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)連接拇指弧形滑槽機(jī)構(gòu)，拇指弧形滑槽機(jī)構(gòu)前端連接拇指用非彈性綁帶9-4，通過(guò)拇指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)2驅(qū)動(dòng)拇指弧形滑槽機(jī)構(gòu)，促使拇指關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。多用圓或圓弧的圓融式外觀設(shè)計(jì)，拇指采用鵝卵石狀的設(shè)計(jì)，能夠減弱病人的心理負(fù)擔(dān)。
[0028]如圖2所示，四指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)6經(jīng)四指減速機(jī)構(gòu)5，最終驅(qū)動(dòng)滑槽機(jī)構(gòu)8運(yùn)動(dòng)。
[0029]如圖3所示，通過(guò)單個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)6，實(shí)現(xiàn)了掌關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)和近端指關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。
[0030]如圖4所示，減速機(jī)構(gòu)5，電機(jī)輸出軸與錐齒輪5-1通過(guò)緊固螺釘連接，經(jīng)過(guò)齒輪軸5-3上的錐齒輪5-2達(dá)到換向作用，齒輪軸5-3分別經(jīng)過(guò)階梯齒輪軸5-4進(jìn)行一級(jí)減速，再經(jīng)過(guò)階梯齒輪軸5-5進(jìn)行二級(jí)減速，進(jìn)一步經(jīng)過(guò)扇形齒輪5-6進(jìn)行三級(jí)減速。電機(jī)行星減速再經(jīng)過(guò)減速機(jī)構(gòu)5后，減速比最終達(dá)到1000。
[0031]如圖5所示，自適應(yīng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由固定手掌部分和固定手指部分兩部分構(gòu)成。進(jìn)一步，彈性綁帶經(jīng)過(guò)第一綁帶孔9-1和第二綁帶孔9-5對(duì)手掌部分進(jìn)行固定。固定手指部分由彈性綁帶9-2和非彈性綁帶9-3進(jìn)行固定。拇指用非彈性綁帶9-4進(jìn)行固定。
[0032]根據(jù)人手的差異，拇指板3和手掌板4之間的角度需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。如圖6所示，第一固定板3-1和第二固定板3-2之間通過(guò)合頁(yè)結(jié)構(gòu)連接，子母合頁(yè)之間通過(guò)螺栓連接，第一固定板3-1和手掌板4之間，第二固定板3-2和拇指板3之間都通過(guò)螺紋連接進(jìn)行固定。這樣，既能保證拇指板3和手掌板4之間角度的調(diào)節(jié)，又能進(jìn)行固定。
[0033]根據(jù)人手的差異，還需要對(duì)拇指的位置進(jìn)行微調(diào)。如圖7所示，拇指位置的調(diào)節(jié)通過(guò)外殼I上的第一固定孔1-1和第二固定孔1-2、拇指減速機(jī)構(gòu)10上固定孔10-1，分別與拇指板3上三個(gè)直槽口通過(guò)螺紋連接，同時(shí)能夠進(jìn)行結(jié)構(gòu)微調(diào)。
[0034]如圖8所示，肌電信號(hào)(EMG)經(jīng)過(guò)處理后進(jìn)行特征提取來(lái)控制動(dòng)作類型，經(jīng)過(guò)相關(guān)參數(shù)計(jì)算后來(lái)控制動(dòng)作速度，最終達(dá)到執(zhí)行動(dòng)作的目的。對(duì)于患者來(lái)說(shuō)，軟癱期患側(cè)肌電信號(hào)比較微弱，可以通過(guò)健側(cè)肌電信號(hào)控制患側(cè)手指運(yùn)動(dòng)。恢復(fù)期可以直接用患側(cè)肌電控制患側(cè)運(yùn)動(dòng)。
[0035]如圖9所示，對(duì)于嚴(yán)重癱瘓者，如果兩側(cè)肢肌電信號(hào)都比較弱，可采用語(yǔ)音控制:語(yǔ)音輸入經(jīng)過(guò)預(yù)處理，在完成語(yǔ)音訓(xùn)練后，可輸入命令，進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別后，可直接出發(fā)命令，完成動(dòng)作的執(zhí)打。
【權(quán)利要求】
1.一種可穿戴外骨骼手功能康復(fù)訓(xùn)練器，包括外殼(I)、拇指板(3)、手掌板(4)、拇指板⑶上安裝有四指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(6)和四指減速機(jī)構(gòu)(5)，拇指板(3)上安裝有拇指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(2)和拇指減速機(jī)構(gòu)(10)，其特征在于:所述四指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(6)通過(guò)四指減速機(jī)構(gòu)(5)連接連桿機(jī)構(gòu)(7)，連桿機(jī)構(gòu)(7)連接弧形滑槽機(jī)構(gòu)(8)，弧形滑槽機(jī)構(gòu)(8)連接自適應(yīng)手指調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(9)，通過(guò)四指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(6)驅(qū)動(dòng)弧形滑槽機(jī)構(gòu)(8)，實(shí)現(xiàn)掌關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)和近端指關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)；所述拇指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(2)通過(guò)拇指減速機(jī)構(gòu)(10)連接拇指驅(qū)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)連接拇指弧形滑槽機(jī)構(gòu)(11)，拇指弧形滑槽機(jī)構(gòu)(11)前端連接拇指用非彈性綁帶(9-4)，通過(guò)拇指驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(2)驅(qū)動(dòng)拇指弧形滑槽機(jī)構(gòu)，促使拇指關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可穿戴外骨骼手功能康復(fù)訓(xùn)練器，其特征在于:所述四指減速機(jī)構(gòu)(5)由行星減速機(jī)構(gòu)和直齒輪減速機(jī)構(gòu)組成，傳動(dòng)比為1000，其中行星減速比10，直齒輪減速機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比100，輸入轉(zhuǎn)矩5mNM，輸出轉(zhuǎn)矩為5000mNM。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可穿戴外骨骼手功能康復(fù)訓(xùn)練器，其特征在于:所述拇指板(3)與手掌板(4)之間通過(guò)鉸鏈連接，通過(guò)鉸鏈微調(diào)拇指板(3)與手掌板(4)之間的角度，滿足不同情況的病人的需要。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可穿戴外骨骼手功能康復(fù)訓(xùn)練器，其特征在于:所述自適應(yīng)手指調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(9)具有一彈性綁帶經(jīng)過(guò)位于手掌板(4)上的綁帶孔和位于拇指板(3)上的綁帶孔對(duì)手掌部分進(jìn)行固定的固定手掌部分、由彈性綁帶(9-2)和非彈性綁帶(9-3)對(duì)手指進(jìn)行固定的固定手指部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可穿戴外骨骼手功能康復(fù)訓(xùn)練器，其特征在于:所述拇指減速機(jī)構(gòu)(10)設(shè)有固定孔(10-1)，外殼⑴上設(shè)有第一固定孔(1-1)和第二固定孔(1-2)，第一固定孔(1-1)、第二固定孔(1-2)、固定孔(10-1)分別與拇指板(3)上的三個(gè)直槽口通過(guò)螺紋連接，通過(guò)調(diào)節(jié)外殼(I)和減速機(jī)構(gòu)(10)上固定孔與拇指板(3)上三個(gè)直槽口之間的連接位置實(shí)現(xiàn)拇指位置的微調(diào)。
【文檔編號(hào)】A61H1/02GK204147236SQ201420594996
【公開(kāi)日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2014年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月15日
【發(fā)明者】王振平, 喻洪流, 王露露, 何榮榮 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)