本發(fā)明涉及手部外骨骼裝置領(lǐng)域，特別涉及一種新型便攜式手外骨骼康復(fù)裝置。

背景技術(shù)：

手是人類探索自然奧秘最重要的工具，手部運動障礙會極大的影響人們的日常生活。而手的正常運動能力對人們非常重要。但因為疾病或者是意外會導(dǎo)致人們的手的骨骼受到損傷，而一般的受損治療都需要對手指進(jìn)行長時間的制動，而長時間的制動會由于關(guān)節(jié)肌腱淤血形成纖維變性，造成手指關(guān)節(jié)及肌腱的粘連和肌肉的萎縮。另外，關(guān)節(jié)疾病，中風(fēng)等心血管疾病造成的偏癱也會導(dǎo)致手指關(guān)節(jié)肌腱纖維化和肌肉、韌帶的痙攣萎縮，從而造成手部運動功能障礙。

臨床研究和實踐表明，被動康復(fù)訓(xùn)練有助于恢復(fù)肢體運動功能障礙，恢復(fù)患者的運動功能，而在持續(xù)高強度的重復(fù)訓(xùn)練后，會使患者的手部肌肉的力量得到一定的提高，有助于手部功能的恢復(fù)。而自20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的針對偏癱中風(fēng)患者的強制性運動療法、運動想象療法、任務(wù)導(dǎo)向性訓(xùn)練等這些較傳統(tǒng)的康復(fù)治療方法雖然有著一定的優(yōu)越性，但是與之俱來的高人工消耗以及操作的復(fù)雜性依然難以規(guī)避。此外，患者在長期康復(fù)過程中會習(xí)慣依靠健康單手生活，而會避免使用患手，因此更不利于患手的機能恢復(fù)。因而，研究開發(fā)一種既能按照針對性程序?qū)际謱嵤┛祻?fù)訓(xùn)練，又可以輔助患手完成日?；竟δ艿目纱┐魇綑C械裝置，成為許多學(xué)者關(guān)注的焦點。

在人體的各個關(guān)節(jié)中，手指的關(guān)節(jié)自由度多，結(jié)構(gòu)也最為復(fù)雜，所以手部外骨骼的設(shè)計也比較困難。經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)對手部外骨骼的研究還處于起步階段，其中申請?zhí)枮?01110121085.5的發(fā)明專利公開了一種固定式手部外骨骼康復(fù)裝置。該裝置通過電機驅(qū)動絲桿螺母獲得動力，但是該裝置存在以下問題：手部外骨骼為固定式，通過基座承載驅(qū)動裝置重量，但整套系統(tǒng)的便攜性較差；外骨骼驅(qū)動裝置為電機，體積大、重量重，康復(fù)訓(xùn)練過程中給患者帶來較大負(fù)擔(dān)；每個手指關(guān)節(jié)都需要與機械連桿進(jìn)行連接，整個裝置所需的機械連桿的數(shù)量較多，使得該裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜也進(jìn)一步增加了裝置的重量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的手外骨骼康復(fù)裝置存在的體積大、重量大、便攜性較差以及整個裝置的機械連桿的數(shù)量較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題，本發(fā)明提供了一種新型便攜式手外骨骼康復(fù)裝置，所述新型便攜式手外骨骼康復(fù)裝置包括手指部、手背部、手套和控制器；

所述手指部包括四個手指機構(gòu)，分別為食指機構(gòu)、中指機構(gòu)、無名指機構(gòu)和小指機構(gòu)，四個手指機構(gòu)的機構(gòu)組成相同，每個手指機構(gòu)均包括三個指套、第一線纜、第二線纜、第一動力源、第一角度傳感器和第一齒輪，每個指套的底部均安裝有一個指節(jié)連接件；

三個指套分別為第一指套、第二指套和第三指套，第一指套與第二指套轉(zhuǎn)動連接，第二指套與第三指套轉(zhuǎn)動連接，第三指套與手背部轉(zhuǎn)動連接，第一指套上設(shè)有第一線輪，第一線輪位于第一指套與第二指套的連接處，第三指套上設(shè)有第二線輪，第二線輪位于第三指套與第二指套的連接處，第一線纜的一端固定在第一線輪上，另一端固定在第二線輪上，第二線纜的一端固定在第一線輪上，另一端固定在第二線輪上，第一線纜與第二線纜交叉，第一動力源安裝在第三指套上，第一動力源的輸出軸依次穿過第一角度傳感器和第一齒輪，第二指套的側(cè)面設(shè)有配合齒輪，配合齒輪與第一齒輪嚙合，每個手指機構(gòu)的第一角度傳感器和第一動力源以及所述手背部均與所述控制器連接。

所述手背部包括固定板，固定板上并排安裝有三個指套控制機構(gòu)，分別為第一指套控制機構(gòu)、第二指套控制機構(gòu)和第三指套控制機構(gòu)，第一指套控制機構(gòu)與所述食指機構(gòu)連接，第二指套控制機構(gòu)與所述中指機構(gòu)連接，第三指套控制機構(gòu)分別與所述無名指機構(gòu)和所述小指機構(gòu)連接；

第一指套控制機構(gòu)、第二指套控制機構(gòu)和第三指套控制機構(gòu)均包括滑軌支座、電機支座、小型齒條、第二動力源、第二角度傳感器和第二齒輪，滑軌支座安裝在固定板上，滑軌支座上設(shè)有微型導(dǎo)軌，電機支座安裝在微型導(dǎo)軌上且能在微型導(dǎo)軌上滑動，第二動力源安裝在電機支座上，第二動力源的輸出軸依次穿過第二角度傳感器和第二齒輪，小型齒條安裝在滑軌支座上，第二齒輪與所述小型齒條嚙合；

第一指套控制機構(gòu)和第二指套控制機構(gòu)還各包括一個連桿，第一指套控制機構(gòu)的連桿的一端安裝在電機支座上，另一端與食指機構(gòu)的第三指套連接，第二指套控制機構(gòu)的連桿的一端安裝在電機支座上，另一端與中指機構(gòu)的第三指套連接；

第三指套控制機構(gòu)還包括一個彈簧連桿，彈簧連桿安裝在所述第三指套控制機構(gòu)的電機支座上，且分別與所述無名指機構(gòu)的第三指套以及所述小指機構(gòu)的第三指套連接；

每個所述指套控制機構(gòu)的第二角度傳感器和第二動力源均與所述控制器連接。

所述彈簧連桿設(shè)有電機支座連接部和兩個連接子桿，兩個連接子桿分別為第一連接子桿和第二連接子桿，每個連接子桿上依次套有一個彈簧和一個十字通；

所述電機支座連接部與所述第三指套控制機構(gòu)的電機支座轉(zhuǎn)動連接，所述第一連接子桿上的十字通與所述無名指機構(gòu)的第三指套轉(zhuǎn)動連接，所述第二連接子桿上的十字通與所述小指機構(gòu)的第三指套轉(zhuǎn)動連接，第一連接子桿的長度大于第二連接子桿的長度。

所述手背部包括固定板，固定板上并排安裝有四個指套控制機構(gòu)，分別為第一指套控制機構(gòu)、第二指套控制機構(gòu)、第三指套控制機構(gòu)和第四指套控制機構(gòu)，每個指套控制機構(gòu)對應(yīng)一個所述手指機構(gòu)，每個指套控制機構(gòu)和與其對應(yīng)的手指機構(gòu)的第三指套轉(zhuǎn)動連接；

每個指套控制機構(gòu)的機構(gòu)組成相同，每個指套控制機構(gòu)均包括滑軌支座、電機支座、小型齒條、第二動力源、第二角度傳感器、第二齒輪和連桿，滑軌支座安裝在固定板上，滑軌支座上設(shè)有微型導(dǎo)軌，電機支座安裝在微型導(dǎo)軌上且能在微型導(dǎo)軌上滑動，第二動力源安裝在電機支座上，第二動力源的輸出軸依次穿過第二角度傳感器和第二齒輪，小型齒條安裝在滑軌支座上，第二齒輪與所述小型齒條嚙合，連桿的一端安裝在電機支座上，另一端和與其對應(yīng)的手指機構(gòu)的第三指套連接，每個指套控制機構(gòu)的第二角度傳感器和第二動力源均與所述控制器連接。

所述指節(jié)連接件為尼龍搭扣，每個所述指套的兩個側(cè)面均設(shè)有固定槽，尼龍搭扣安裝在指套側(cè)面的固定槽內(nèi)。

每個所述手指機構(gòu)的第三指套的頂部設(shè)有安裝槽，安裝槽的側(cè)面設(shè)有定位孔，所述第一動力源位于所述安裝槽內(nèi)，通過螺栓依次穿過所述定位孔和所述第一動力源對所述第一動力源進(jìn)行定位。

所述第一線輪和所述第二線輪的形狀均為圓形或者第一線輪和所述第二線輪均為漸變半徑線輪。

當(dāng)所述第一線輪和所述第二線輪的形狀均為圓形時，所述第一線輪的半徑與所述第二線輪的半徑之比為為i，1≤i≤2.2。

所述第一動力源和所述第二動力源均為微型電機。

所述固定板接近所述手指部的一端設(shè)有四個掌指關(guān)節(jié)槽。

本發(fā)明中的新型便攜式手外骨骼康復(fù)裝置，通過同時控制第一動力源和第二動力源，并且在第一線輪和第二線輪的線耦合運動的配合下，使患者的手部能夠?qū)崿F(xiàn)多自由度的運動，使其得到有效的鍛煉，該裝置省去了大部分的機械連桿，有效的減輕了裝置的重量和體積，當(dāng)該裝置只有三個指套控制機構(gòu)時，還減少了動力源的數(shù)量，進(jìn)一步簡化了裝置的結(jié)構(gòu)、減輕了裝置的重量且節(jié)約了成本；本發(fā)明中的裝置可以根據(jù)患者的實際需要來合理的設(shè)置第一線輪和第二線輪的半徑，使該裝置達(dá)到不同的鍛煉效果；本發(fā)明中的裝置的大部分零部件可以通過3D打印技術(shù)加工而成，使其與患者的匹配性更好，以達(dá)到最佳的康復(fù)效果。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的一種新型便攜式手外骨骼康復(fù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明提供的第一指套的結(jié)構(gòu)示意圖圖；

圖3是本發(fā)明提供的第三指套的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明提供的食指機構(gòu)與第一指套控制機構(gòu)的連接結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明提供的第二指套的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明提供的食指機構(gòu)或中指機構(gòu)為彎曲狀態(tài)時的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本發(fā)明提供的彈簧連桿的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是本發(fā)明提供的第一指套和第二指套的彎曲過程示意圖；

圖9是本發(fā)明提供的傳動比為2的手指機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10是本發(fā)明提供的變傳動比的手指機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11是本發(fā)明提供的食指機構(gòu)與第一指套控制機構(gòu)的連接結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，

1食指機構(gòu)；2中指機構(gòu)；3無名指機構(gòu)；4小指機構(gòu)；5第一指套；6第二指套；7第三指套；8第一線纜；9第二線纜；10第一動力源；11第一角度傳感器；12第一齒輪；13指節(jié)連接件；14第一線輪；15第二線輪；16配合齒輪；17固定板；18第一指套控制機構(gòu)；19第二指套控制機構(gòu)；20第三指套控制機構(gòu)；21滑軌支座；22電機支座；23小型齒條；24第二動力源；25第二角度傳感器；26第二齒輪；27連桿；28微型導(dǎo)軌；29彈簧連桿；30電機支座連接部；31第一連接子桿；32第二連接子桿；33彈簧；34固定槽；35安裝槽；36定位孔；37掌指關(guān)節(jié)槽；38十字通。

具體實施方式

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的手外骨骼康復(fù)裝置存在的體積大、重量大、便攜性較差以及整個裝置的機械連桿的數(shù)量較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題，如圖1所示，本發(fā)明提供了一種新型便攜式手外骨骼康復(fù)裝置，該新型便攜式手外骨骼康復(fù)裝置包括手指部、手背部、手套和控制器；

手指部包括四個手指機構(gòu)，分別為食指機構(gòu)1、中指機構(gòu)2、無名指機構(gòu)3和小指機構(gòu)4，四個手指機構(gòu)的機構(gòu)組成相同，每個手指機構(gòu)均包括三個指套、三個指套分別為第一指套5、第二指套6和第三指套7，一根第一線纜8、一根第二線纜9、一個第一動力源10、一個第一角度傳感器11和一個第一齒輪12，每個指套的底部均安裝有一個指節(jié)連接件13；

第一指套5與第二指套6轉(zhuǎn)動連接，第二指套6與第三指套7轉(zhuǎn)動連接，第三指套7與手背部轉(zhuǎn)動連接，如圖2和圖1所示，第一指套5上設(shè)有第一線輪14，第一線輪14位于第一指套5與第二指套6的連接處，如圖3和圖1所示，第三指套7上設(shè)有第二線輪15，第二線輪15位于第三指套7與第二指套6的連接處，第一線纜8的一端固定在第一線輪14上，另一端固定在第二線輪15上，第二線纜9的一端固定在第一線輪14上，另一端固定在第二線輪15上，第一線纜8與第二線纜9交叉，第一動力源10安裝在第三指套7上，如圖4和圖1所示，第一動力源10的輸出軸依次穿過第一角度傳感器11和第一齒輪12，如圖5、圖4和圖1所示，第二指套6的側(cè)面設(shè)有配合齒輪16，配合齒輪16與第一齒輪12嚙合，每個手指機構(gòu)的第一角度傳感器11和第一動力源10以及手背部均與控制器連接。

如圖1所示，手背部包括固定板17，固定板17上并排安裝有三個指套控制機構(gòu)，分別為第一指套控制機構(gòu)18、第二指套控制機構(gòu)19和第三指套控制機構(gòu)20，第一指套控制機構(gòu)18與食指機構(gòu)1連接，第二指套控制機構(gòu)19與中指機構(gòu)2連接，第三指套控制機構(gòu)20分別與無名指機構(gòu)3和小指機構(gòu)4連接；

如圖1、圖4和圖6所示，第一指套控制機構(gòu)18、第二指套控制機構(gòu)19和第三指套控制機構(gòu)20均包括滑軌支座21、電機支座22、小型齒條23、第二動力源24、第二角度傳感器25和第二齒輪26；

滑軌支座21安裝在固定板17上，具體地，可以通過螺栓將滑軌支座21安裝在固定板17上，滑軌支座21上設(shè)有微型導(dǎo)軌28，如圖6所示，電機支座22安裝在微型導(dǎo)軌28上且能在微型導(dǎo)軌28上滑動，在本發(fā)明中，如圖1所示，可以在滑軌支座21上設(shè)置兩條微型導(dǎo)軌28，如此可以使得電機支座22更穩(wěn)定的在微型導(dǎo)軌28上滑動，可以在電機支座22上設(shè)置導(dǎo)軌安裝孔，每條微型導(dǎo)軌28的兩端均安裝在滑軌支座21的導(dǎo)軌安裝孔內(nèi)，第二動力源24安裝在電機支座22上，如圖1所示，第二動力源24的輸出軸依次穿過第二角度傳感器25和第二齒輪26，如圖1和圖7所示，小型齒條23安裝在滑軌支座21上，具體地，可以在滑軌支座21上設(shè)置齒條安裝槽，通過粘結(jié)的方式將小型齒條23粘結(jié)在滑軌支座21的齒條安裝槽內(nèi)，第二齒輪26與小型齒條23嚙合；

如圖1所示，第一指套控制機構(gòu)18和第二指套控制機構(gòu)19還各包括一個連桿27，連桿27的一端安裝在電機支座22上，另一端和與其對應(yīng)的手指機構(gòu)的第三指套7連接，即第一指套控制機構(gòu)18的連桿27的一端安裝在第一指套控制機構(gòu)18的電機支座22上，另一端與食指機構(gòu)1的第三指套7連接，第二指套控制機構(gòu)19的連桿27的一端安裝在第二指套控制機構(gòu)19的電機支座22上，另一端與中指機構(gòu)2的第三指套7連接；

如圖1所示，第三指套控制機構(gòu)20還包括一個彈簧連桿29，彈簧連桿29安裝在第三指套控制機構(gòu)20的電機支座22上，且分別與無名指機構(gòu)3的第三指套7以及小指機構(gòu)4的第三指套7連接；具體地，如圖1和圖7所示，彈簧連桿29設(shè)有電機支座連接部30和兩個連接子桿，兩個連接子桿分別為第一連接子桿31和第二連接子桿32，每個連接子桿上依次套有一個彈簧33和一個十字通38；

電機支座連接部30與第三指套控制機構(gòu)20的電機支座22轉(zhuǎn)動連接，第一連接子桿31上的十字通38與無名指機構(gòu)3的第三指套7轉(zhuǎn)動連接，第二連接子桿32上的十字通38與小指機構(gòu)4的第三指套7轉(zhuǎn)動連接，第一連接子桿31的長度大于第二連接子桿32的長度。

每個指套控制機構(gòu)的第二角度傳感器25和第二動力源24均與控制器連接。

在本發(fā)明中，控制器為可以為arduino微控制器，控制器未在圖中示出；第一動力源10和第二動力源24可以為微型電機，微型電機可以是型號為GA12YN20-380的減速電機，減速比為1:380，減速電機的轉(zhuǎn)速為34r/min，第一角度傳感器11和第二角度傳感器25可以是型號為SV01A103AEA01R00的旋轉(zhuǎn)角度傳感器，也可以根據(jù)實際情況選擇其他型號的電機和角度傳感器；手套可以為在市場上買到的無指手套或者定制的無指手套，可以將手背部的固定板17與手套的手背處固定在一起；指節(jié)連接件13可以為尼龍搭扣，并且在每個指套的兩個側(cè)面均設(shè)置固定槽34，可以將尼龍搭扣穿過指套上的固定槽34并且通過縫合的方式與指套連接在一起，當(dāng)需要使用本發(fā)明中的裝置進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練時，可以將手套帶上，此時該裝置的手背部位于患者的手背之上，并將尼龍搭扣的尼龍鉤帶和尼龍絨帶撕開，將該裝置的第一指套5卡在人手的遠(yuǎn)端指節(jié)上，第二指套6卡在人手的中端指節(jié)上，第三指套7卡在人手的近端指節(jié)上，并將每個指套底部的尼龍搭扣的尼龍鉤帶和尼龍絨帶重新粘結(jié)在一起，如此便可以將本發(fā)明中的新型便攜式手外骨骼康復(fù)裝置與人手固定在一起。

在本發(fā)明中，第一指套5與第一線輪14為一體成型，第三指套7與第二線輪15為一體成型，第二指套6與配合齒輪16為一體成型，其中，每個手指機構(gòu)包括的第一指套5、第二指套6和第三指套7可以通過3D打印的工藝制作而成，如此可以根據(jù)每個患者的手型制作出與其手部匹配度較高的康復(fù)訓(xùn)練裝置，以達(dá)到最好的康復(fù)效果。

在本發(fā)明中，如圖3所示，可以在每個手指機構(gòu)的第三指套7的頂部設(shè)置安裝槽35，安裝槽35的側(cè)面設(shè)有定位孔36，通過螺栓依次穿過定位孔36和第一動力源10用以將第一動力源10定位在安裝槽35內(nèi)。

在本發(fā)明中，第一指套5與第二指套6之間可以通過鉚釘連接形成轉(zhuǎn)動副，第二指套6和第三指套7之間可以通過鉚釘連接形成轉(zhuǎn)動副，以此來使第一指套5能夠圍繞第二指套6進(jìn)行轉(zhuǎn)動，第二指套6能夠圍繞第三指套7進(jìn)行轉(zhuǎn)動。

在本發(fā)明中，當(dāng)患者穿戴好本發(fā)明的新型便攜式手外骨骼康復(fù)裝置后，第一線輪14的軸心與人手的DIP關(guān)節(jié)(Distal Interphalangeal Point，遠(yuǎn)側(cè)指間關(guān)節(jié))的旋轉(zhuǎn)軸心重合，第二線輪15的軸心與人手的PIP關(guān)節(jié)(Proximal Interphalangeal Point，近側(cè)指間關(guān)節(jié))的旋轉(zhuǎn)軸心重合，圖1為本發(fā)明中的裝置的四個手指機構(gòu)為伸直狀態(tài)的示意圖，圖6為本發(fā)明中的食指機構(gòu)1或中指機構(gòu)2為彎曲過程的狀態(tài)示意圖，其中，每個手指機構(gòu)的第一指套5和第二指套6旋轉(zhuǎn)彎曲的原理相同，在此以食指機構(gòu)1為例進(jìn)行說明，可參照圖4、圖6和圖8，第二指套6圍繞第三指套7旋轉(zhuǎn)以及第一指套5圍繞第二指套6旋轉(zhuǎn)的原理如下：

如圖11所示，第一動力源10的輸出軸帶動第一齒輪12進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，由于第一齒輪12與第二指套6上的配合齒輪16嚙合，因此通過齒輪傳動，會帶動配合齒輪16進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，參見圖4，若圖4中的第一齒輪12順時針旋轉(zhuǎn)，則會使配合齒輪16按照圖4中實線箭頭的方向旋轉(zhuǎn)，由于配合齒輪16與第二指套6為一體的結(jié)構(gòu)，因此會使第二指套6和第一指套5相對于第三指套7均旋轉(zhuǎn)一定的角度，如圖8所示，此時第一指套5和第二指套6從伸直狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閺澢鸂顟B(tài)，即圖8中的M狀態(tài)轉(zhuǎn)換成N狀態(tài)，此時可以使患者的中端指節(jié)和遠(yuǎn)端指節(jié)彎曲一定的角度；當(dāng)?shù)谝恢柑?相對于第三指套7進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時，由于第一線輪14、第二線輪15、第一線纜8和第二線纜9的線耦合運動，會使第一指套5相對于第二指套6旋轉(zhuǎn)一定的角度，參見圖8，①和②為第二線輪15上的兩個固定點，③和④為第一線輪14上的兩個固定點，第一線纜8和第二線纜9可以為鋼絲軟繩，第一線纜8的兩端分別固定在固定點②和固定點③上，第二線纜9的兩端分別固定在固定點①和固定點④上，第一線纜8和第二線纜9交叉，當(dāng)?shù)谝恢柑?相對于第三指套7進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時，第一線輪14圍繞第二線輪15進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，如圖8所示，但由于第一線纜8和第二線纜9的兩端均固定，因此，第一線纜8在第一線輪14上進(jìn)行纏繞，同時第二線纜9在第二線輪15上進(jìn)行纏繞，因此可以使第一指套5相對第二指套6旋轉(zhuǎn)一定的角度，即可以使患者的遠(yuǎn)端指節(jié)圍繞DIP關(guān)節(jié)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，第一動力源10繼續(xù)驅(qū)動第一齒輪12旋轉(zhuǎn)，第一指套5和第二指套6從N狀態(tài)轉(zhuǎn)換為L狀態(tài)，其中，第一指套5和第二指套6從N狀態(tài)轉(zhuǎn)換為L狀態(tài)的過程與原理與第一指套5和第二指套6從M狀態(tài)轉(zhuǎn)換為N狀態(tài)的過程與原理相同，也是通過線耦合運動實現(xiàn)的，在此不再重復(fù)敘述。參見圖8，當(dāng)?shù)谝恢柑?和第二指套6從圖中的L狀態(tài)轉(zhuǎn)換為M狀態(tài)時，也是通過第一線輪14、第二線輪15、第一線纜8和第二線纜9的線耦合運動來實現(xiàn)的，在該過程中，第一線纜8在第二線輪15上進(jìn)行纏繞，同時第二線纜9在第一線輪14上進(jìn)行纏繞。

因此在本發(fā)明中，僅通過一個第一動力源10進(jìn)行驅(qū)動，再通過線耦合運動的方式可即可以使第二指套6圍繞第三指套7旋轉(zhuǎn)一定的角度以及使第一指套5圍繞第二指套6旋轉(zhuǎn)一定的角度，無需在每個手指關(guān)節(jié)處均設(shè)置機械連桿，省去了大量的機械連桿的數(shù)量，大大簡化的裝置的結(jié)構(gòu)以及減輕了重量。

在本發(fā)明中，第一線輪14和第二線輪15的形狀可以為圓形，第一線輪14的半徑可以和第二線輪15的半徑可以相同，即圖1和圖8中所示的結(jié)構(gòu)，此時，第一指套5圍繞第二指套6旋轉(zhuǎn)的角速度與第二指套6圍繞第三指套7旋轉(zhuǎn)的角速度相同，即線耦合的傳動比為1；當(dāng)?shù)谝痪€輪14的半徑和第二線輪15的半徑不同時，第一指套5圍繞第二指套6旋轉(zhuǎn)的角速度與第二指套6圍繞第三指套7旋轉(zhuǎn)的角速度不同，例如如圖9所示，若第一線輪14的半徑為第二線輪15的半徑的兩倍，此時，第一指套5圍繞第二指套6旋轉(zhuǎn)的角速度是第二指套6圍繞第三指套7旋轉(zhuǎn)的角速度的1/2，即線耦合的傳動比為2；當(dāng)?shù)谝痪€輪14和第二線輪15的形狀均為圓形時，線耦合的傳動比為定傳動比。在本發(fā)明中，第一線輪14的半徑與第二線輪15的半徑之比為i，1≤i≤2.2，優(yōu)選地，i＝1.83。在本發(fā)明中，線耦合的傳動比也可以為變傳動比，即將第一線輪14和第二線輪15設(shè)計為漸變半徑線輪，如圖10所示，線輪的半徑不是定值。當(dāng)?shù)谝痪€輪14和第二線輪15為漸變半徑時，第一指套5圍繞第二指套6旋轉(zhuǎn)的角速度相對第二指套6圍繞第三指套7旋轉(zhuǎn)的角速度是持續(xù)變化的。因為人手在一個自然伸展或彎曲的運動序列中，DIP關(guān)節(jié)對PIP關(guān)節(jié)的相對角速度是持續(xù)改變的，所以將第一線輪14和第二線輪15設(shè)計為漸變半徑線輪能夠讓人手指達(dá)到一個更加自然的運動序列，更有利于康復(fù)效果。不過也可根據(jù)患者的實際情況或?qū)嶋H制造時的考慮，合理的設(shè)計第一線輪14和第二線輪15的形狀。

在本發(fā)明中，第一指套控制機構(gòu)18控制食指機構(gòu)1的第三指套7圍繞手背部進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的原理與第二指套控制機構(gòu)19控制中指機構(gòu)2的第三指套7圍繞手背部進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的原理相同，以第一指套控制機構(gòu)18為例進(jìn)行說明，參見圖4、圖6和圖1，第二動力源24的輸出軸帶動第二齒輪26進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，第二齒輪26在小型齒條23上進(jìn)行水平運動，使得電機支座22在微型導(dǎo)軌28上滑動，患者的食指的近端指節(jié)和食指機構(gòu)1的第三指套7通過指節(jié)連接件13固定，可視為一個整體連桿，該整體連桿與第一指套控制機構(gòu)18構(gòu)成一個曲柄滑塊機構(gòu)，當(dāng)電機支座22在微型導(dǎo)軌28上滑動時，且第三指套7與患者的近端指節(jié)固定在一起，因此會使第三指套7圍繞手背部進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，即第三指套7帶動患者的近端指節(jié)圍繞MCP關(guān)節(jié)(Metacarpophalangeal Point，掌指關(guān)節(jié))進(jìn)行彎曲；

如圖1所示，本發(fā)明中的第三指套控制機構(gòu)20可以同時控制無名指機構(gòu)3的第三指套8以及小指機構(gòu)4的第三指套8進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，第三指套控制機構(gòu)20和第一指套控制結(jié)構(gòu)18以及第二指套控制機構(gòu)19的差別在于第三指套控制機構(gòu)20采用的是彈簧連桿29，第三指套控制機構(gòu)20的第二動力源25的輸出軸帶動第二齒輪26進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，第二齒輪26在小型齒條23上進(jìn)行水平運動，使得電機支座22在微型導(dǎo)軌28上滑動，由于患者的無名指的近端指節(jié)和無名指機構(gòu)3的第三指套7固定在一起，無名指機構(gòu)3的第三指套7通過第一連接子桿31與電機支座22連接，患者的小指的近端指節(jié)和小指機構(gòu)4的第三指套7固定在一起，小指機構(gòu)4的第三指套7通過第二連桿27與電機支座22連接，因此，無名指的近端指節(jié)、無名指機構(gòu)3的第三指套7以及第三指套控制機構(gòu)20構(gòu)成一個曲柄滑塊機構(gòu)，同理，小指的近端指節(jié)、小指機構(gòu)4的第三指套7以及第三指套控制機構(gòu)20也構(gòu)成一個曲柄滑塊機構(gòu)，當(dāng)?shù)谌柑卓刂茩C構(gòu)20的電機支座22在微型導(dǎo)軌28上滑動時，會使無名指機構(gòu)3的第三指套7和小指機構(gòu)4的第三指套7同時圍繞手背部進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，即患者的無名指的近端指節(jié)以及小指的近端指節(jié)均會圍繞MCP關(guān)節(jié)彎曲，可以通過合理的設(shè)計電機支座22在滑軌支座21上的行程以及曲柄滑塊機構(gòu)的全程壓力角使第三指套7能夠圍繞手背部旋轉(zhuǎn)90°，在本發(fā)明中，電機支座22的行程H可以在23.5mm～30mm的范圍內(nèi)，曲柄滑塊機構(gòu)的全程壓力角大于45°。

由于食指和中指為人們生活中主要使用的兩根手指，即主要的受力手指，因此，在本發(fā)明中，為食指機構(gòu)1單獨設(shè)置一個第一指套控制機構(gòu)18以及為中指機構(gòu)2單獨設(shè)置一個第二指套控制機構(gòu)19，為無名指機構(gòu)3和小指機構(gòu)4設(shè)置一個第三指套控制機構(gòu)20，通過為第三指套控制機構(gòu)20設(shè)置彈簧連桿29，且該彈簧連桿29包括兩個連接子桿，一個連接子桿連接無名指機構(gòu)3，另一個連接子桿連接小指機構(gòu)4，因此通過一個第二動力源24即可以驅(qū)動兩個手指機構(gòu)進(jìn)行彎曲，一方面，減少了第二動力源24的數(shù)量，節(jié)約了成本，另一方面，減輕了手背部的重量，使得本發(fā)明中的裝置更加輕便，提高了該裝置的便攜性；在本發(fā)明中，兩個連接子桿上還均套有彈簧33以此來保證其中某一個根手指受到阻礙時另一根手指的第三指套8仍然可以彎曲，例如，若小指由于受到阻礙作用而無法彎曲，而此時，第三指套控制機構(gòu)20的電機支座22繼續(xù)在滑軌支座21上滑動，所以此時位于第二連接子桿32上的彈簧33可以被壓縮，而使得無名指機構(gòu)3的第三指套7可以圍繞手背部進(jìn)行彎曲，使得整個過程更加接近人手的運動規(guī)律。

本發(fā)明中的手背部并不局限于上述的描述，根據(jù)患者的實際需求，無名指機構(gòu)3和小指機構(gòu)4也可以各采用一個指套控制機構(gòu)進(jìn)行驅(qū)動，此時手背部共有四個指套控制機構(gòu)，分別為第一指套控制機構(gòu)、第二指套控制機構(gòu)、第三指套控制機構(gòu)和第四指套控制機構(gòu)，每個指套控制機構(gòu)對應(yīng)一個手指機構(gòu)，每個指套控制機構(gòu)和與其對應(yīng)的手指機構(gòu)的第三指套7轉(zhuǎn)動連接；

每個指套控制機構(gòu)的機構(gòu)組成相同，每個指套控制機構(gòu)均包括滑軌支座21、電機支座22、小型齒條23、第二動力源24、第二角度傳感器25、第二齒輪26和連桿27，滑軌支座21安裝在固定板17上，滑軌支座21上設(shè)有微型導(dǎo)軌28，電機支座22安裝在微型導(dǎo)軌28上且能在微型導(dǎo)軌28上滑動，第二動力源24安裝在電機支座22上，第二動力源24的輸出軸依次穿過第二角度傳感器25和第二齒輪26，小型齒條23安裝在滑軌支座21上，第二齒輪26與小型齒條23嚙合，連桿27的一端安裝在電機支座22上，另一端和與其對應(yīng)的手指機構(gòu)的第三指套7連接，每個指套控制機構(gòu)的第二角度傳感器25和第二動力源24均與控制器連接。

如圖1所示，在本發(fā)明中，可以在固定板17接近手指部的一端設(shè)有四個掌指關(guān)節(jié)槽37，即四個MCP關(guān)節(jié)槽，使得患者在穿戴好本發(fā)明中的裝置后，患者的四個MCP關(guān)節(jié)可以露出，如此可以使得患者的四根手指的近端指節(jié)在彎曲的過程中不會與固定板17產(chǎn)生干涉，使患者在使用該裝置的過程中更加舒適。

本發(fā)明中的裝置的零部件的材質(zhì)可以根據(jù)實際情況選擇塑料或者輕質(zhì)金屬。

在本發(fā)明中，每個手指機構(gòu)還包括一個第一角度傳感器11，該第一角度傳感器11安裝在第一動力源10的輸出軸上，如此，當(dāng)?shù)谝粍恿υ?0的輸出軸旋轉(zhuǎn)時，第一角度傳感器11可以對第一動力源10的輸出軸的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行實時監(jiān)測，并將監(jiān)測到角度實時反饋給控制器，控制器根據(jù)第一動力源10的輸出軸的旋轉(zhuǎn)角度、以及配合齒輪16與第一齒輪12的傳動比可以得出第二指套6相對于第三指套8的旋轉(zhuǎn)角度，即得出手部的中端指節(jié)相對于PIP關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角度；根據(jù)第二指套6相對于第三指套8的旋轉(zhuǎn)角度、以及第一線輪14與第二線輪15的半徑之比即線耦合的傳動比可以得到第一指套5相對于第二指套6的旋轉(zhuǎn)角度，即得出手部的遠(yuǎn)端指節(jié)相對于DIP關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角度；

本發(fā)明中的每個指套控制機構(gòu)還包括一個第二角度傳感器25，該第二角度傳感器25安裝在第二動力源24的輸出軸上，如此，當(dāng)?shù)诙恿υ?4的輸出軸旋轉(zhuǎn)時，第二角度傳感器25可以對第二動力源24的輸出軸的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行實時監(jiān)測，并將監(jiān)測到的角度實時反饋給控制器，控制器根據(jù)第二動力源24的輸出軸的旋轉(zhuǎn)角度、第二齒輪26的模數(shù)和半徑能夠得到電機支座22在微型導(dǎo)軌28上的水平位移，由于指套控制機構(gòu)與固定了人手的近端指節(jié)的第三指套7構(gòu)成的是曲柄滑塊機構(gòu)，因此根據(jù)電機支座22在微型導(dǎo)軌28上的水平位移以及曲柄滑塊機構(gòu)的運動學(xué)理論進(jìn)行分析計算，可以得出第三指套7相對于手背部的旋轉(zhuǎn)角度，即得出手部的近端指節(jié)相對于MCP關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角度。

在本發(fā)明中，控制器可以控制第一動力源10和第二動力源24開始工作和停止工作，具體地，第一動力源10和第二動力源24為微型電機時，控制器可以控制微型電機的輸出軸正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)，以使該裝置的手指機構(gòu)實現(xiàn)彎曲和伸直的動作，其中，可以為手指機構(gòu)的每個指套可以旋轉(zhuǎn)的角度設(shè)定一個預(yù)設(shè)值，當(dāng)指套的旋轉(zhuǎn)角度達(dá)到該預(yù)設(shè)值時，可以通過控制器控制微型電機的輸出軸停止轉(zhuǎn)動或者向相反的方向轉(zhuǎn)動。

本發(fā)明中的新型便攜式手外骨骼康復(fù)裝置，通過同時控制第一動力源10和第二動力源24，并且在第一線輪14和第二線輪15的線耦合運動的配合下，使患者的手部能夠?qū)崿F(xiàn)多自由度的運動，使其得到有效的鍛煉，該裝置省去了大部分的機械連桿，有效的減輕了裝置的重量和體積，當(dāng)該裝置只有三個指套控制機構(gòu)時，還減少了動力源的數(shù)量，進(jìn)一步簡化了裝置的結(jié)構(gòu)、減輕了裝置的重量且節(jié)約了成本；本發(fā)明中的裝置可以根據(jù)患者的實際需要來合理的設(shè)置第一線輪14和第二線輪15的半徑，使該裝置達(dá)到不同的鍛煉效果；本發(fā)明中的裝置的大部分零部件可以通過3D打印技術(shù)加工而成，使其與患者的匹配性更好，以達(dá)到最佳的康復(fù)效果。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。