專利名稱：加強(qiáng)手套的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種手套，該手套將被戴在人手上，并用于加強(qiáng)人手 一個(gè)或多個(gè)手指進(jìn)行的抓握運(yùn)動(dòng)。
背景技術(shù)：
具有正常機(jī)能的人感到，能夠用手抓握物體，并在手指與物體之 間以所需的恰當(dāng)?shù)牧σ运栝L(zhǎng)度的時(shí)間來保持物體，是很自然的。當(dāng) 人通過手的抓握運(yùn)動(dòng)不具有足夠的力量時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)這樣的抓握運(yùn)動(dòng)不 可能或幾乎不可能進(jìn)行。肌肉力量不足以實(shí)現(xiàn)這種抓握運(yùn)動(dòng)的情形的 例子包括肌肉衰弱的老年人以及例如腦損傷后康復(fù)的人。同樣的問題 還會(huì)影響具有某些類型慢性癥狀的人，比如風(fēng)濕病人。其它情形的例 子包括，例如，某些情形下的宇航員或體力勞動(dòng)者，在這些情形下， 增強(qiáng)人手在抓握運(yùn)動(dòng)中能夠施加到物體上的肌肉力量，對(duì)于人來說是 有利的或是必要的。
歷史上很少采用技術(shù)工具來增強(qiáng)那些無法實(shí)施上述抓握運(yùn)動(dòng)的人 的肌肉力量。近似相關(guān)情形的一個(gè)例子是當(dāng)人完全缺失一只手的情況。 在此情況下，有多種不同的呈假肢形式的機(jī)械解決方案，這些假肢能 夠以各種各樣的方式來執(zhí)行抓握運(yùn)動(dòng)。
美國(guó)專利說明書4084267提出了用于矯正療法的驅(qū)動(dòng)裝置的例 子，即用于向人的手指施加肌肉力量等效物的外部輔助工具。該說明 書涉及戴在手指上部和/或內(nèi)側(cè)上的線纜。
標(biāo)題為 "The Exoskeleton Glove for Control of Paralyzed Hands (用于控制癱瘓手部的外骨架手套)"；P. Brown， D. Jones, S.K. Singh; 1993 IEEE,笫642-647頁的文章提出了用于癱瘓手部的手套的外骨 架。該外骨架為機(jī)械構(gòu)造，并形成一種圍繞手部的承載骨架。標(biāo)題為 "An Anthropomorphic Hand Exoskeleton to Prevent Astronaut Hand Fatigue during Extravehicular Activities(用于防止宇 航員在艙外活動(dòng)期間手部疲勞的人形手部外骨架)"；B丄.Shields, J.A. Main, S.W. Peterson, A.M. Strauss; 1997 IEEE，第668-673頁的另一 篇文章也同樣描述了用于手部的機(jī)械外骨架的例子，專門用于在使用 手指工作期間在他們的肌肉很快疲勞的情況下增強(qiáng)肌肉運(yùn)動(dòng)的力量。
所引用的這兩篇文章涉及由承載單元構(gòu)成的機(jī)械骨架的例子，這 往往使骨架笨重，且不能用于上述類型的需求。
通過引用文獻(xiàn)US2006/0094989來再次參考先前技術(shù)。在該說明書 中公開了一個(gè)例子，其中通過沿手指在護(hù)套中延伸的繩索來致使手指 運(yùn)動(dòng)。對(duì)于每個(gè)手指關(guān)節(jié)，為每個(gè)手指提供一條繩索，以使手指伸展， 并沿手指內(nèi)側(cè)提供一條繩索，以使手指彎曲。該設(shè)計(jì)企圖控制各個(gè)關(guān) 節(jié)，因而對(duì)于每個(gè)關(guān)節(jié)都需要一個(gè)致動(dòng)器來使它伸展，并需要一個(gè)致 動(dòng)器來使它彎曲。因而當(dāng)很多手指被致動(dòng)時(shí)，需要許多致動(dòng)器。其目 的在于將運(yùn)動(dòng)施加到關(guān)節(jié)上，而不是將力量施加到由手指進(jìn)行的抓握 上。
參照另 一文獻(xiàn)NL 7014761 ，其中提出了用于人手或假肢指節(jié)致動(dòng) 的方法。當(dāng)利用彈簧來打開手時(shí)，僅促動(dòng)手指的閉合。每個(gè)手指通過 在手指內(nèi)側(cè)延伸的一條繩索來致動(dòng)。因而僅需一個(gè)致動(dòng)器來將扭矩施 加到手指的所有三個(gè)關(guān)節(jié)上。當(dāng)關(guān)節(jié)的數(shù)量大于致動(dòng)器的數(shù)量時(shí)，這 樣的裝置布局被稱為欠致動(dòng)。NL7014761中提出的設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)是，如 果該設(shè)計(jì)施加在人手上，手指關(guān)節(jié)與繩索之間的距離差不多固定為手 指內(nèi)側(cè)處皮膚到關(guān)節(jié)的距離。為了使欠致動(dòng)良好地進(jìn)行，繩索與關(guān)節(jié) 之間的垂直距離應(yīng)隨著與指尖距離的增加而增加。例如，如果手指要 僅在指尖處施加力，則所述垂直距離應(yīng)線性增加，而如果該力要在整 個(gè)手指長(zhǎng)度上均勻分布，則該垂直距離應(yīng)恰如增加與指尖的距離。
本發(fā)明的目的在于提出解決當(dāng)前技術(shù)缺點(diǎn)的方案。

發(fā)明內(nèi)容
6根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提出一種具有根據(jù)所附權(quán)利要求1特點(diǎn)的裝置。
本發(fā)明的更多實(shí)施例被示出在從屬權(quán)利要求中。
本發(fā)明的所述方面涉及配備有手指的手套，下文中稱為手指手套,該手套在本發(fā)明的一個(gè)方面中形成系統(tǒng)的一部分，用于加強(qiáng)肌肉力量，該力量是利用戴有該加強(qiáng)手套的人的手指在抓握運(yùn)動(dòng)中發(fā)起的。該手套利用戴有該手套的手指來平衡推力，所述推力是由人工肌腱中的力沿著手指產(chǎn)生的，所述人工肌腱適于實(shí)現(xiàn)所需的加強(qiáng)作用。
手指手套在其內(nèi)部或在中間層中配備有繩索，該繩索由合適的材料制成，用于充當(dāng)所述人工肌腱，"肌腱"的表達(dá)在下文中用于表示這些繩索。


圖1在朝向手掌觀察時(shí)的平面圖中示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的手指手套，手掌被包裹在手套中，但為清晰起見，省去了所述手套的所有組成材料。
圖2示出了與圖l相同但從手的側(cè)面觀察時(shí)的手套。
圖3是配備有手套的手部的透視圖，該手套用于加強(qiáng)抓握運(yùn)動(dòng)，
其中省去了真實(shí)的手套材料，并示意性地示出了致動(dòng)器，該致動(dòng)器根
據(jù)來自所示傳感器的信號(hào)來致動(dòng)。
圖4示意性地示出了用于手套的致動(dòng)器的反饋環(huán)回路，該手套用
于加強(qiáng)由任意手指進(jìn)行的抓握運(yùn)動(dòng)。
具體實(shí)施例方式
以下參照附圖來描述本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例。
圖1中非常簡(jiǎn)單地示出了根據(jù)本發(fā)明的加強(qiáng)手套，其中手指手套被戴在人手上，但省去了固定有機(jī)械部件的實(shí)際手套，以使圖形自身更具有說明性。從而，實(shí)際的手套及其設(shè)計(jì)并未在圖中示出，這是因?yàn)槭种甘痔椎脑O(shè)計(jì)當(dāng)然能以無數(shù)方式變化。例如，可使用已經(jīng)存在的
7手套，比如運(yùn)動(dòng)手套、高爾夫手套或任何類型的解剖手套，但一種特殊的手套優(yōu)選地被專門用于適合手指手套使用者或患者的特別需求。
如前所述，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，手指手套是在此稱為加強(qiáng)
手套的系統(tǒng)的部件。該加強(qiáng)手套不僅包括手指手套，而且還包括
- 用于每個(gè)可有幫助的手套手指的力檢測(cè)傳感器，
- 用于向人工肌腱施加拉力的致動(dòng)器，以使手套的指定手指朝向手掌向內(nèi)側(cè)彎曲，從而能夠執(zhí)行抓握運(yùn)動(dòng)，
- 反饋回路，包括具有傳輸函數(shù)的電路，使得所述致動(dòng)器中的馬達(dá)響應(yīng)于來自傳感器的信號(hào)，并響應(yīng)于所述傳輸函數(shù)中設(shè)置的參數(shù)而向所述人工肌腱施加拉力。
術(shù)語"手套手指"在下文中意謂手套的手指，用于容納戴有所述手套的手指。它因而表示一種手套手指，其用于加強(qiáng)所述手指的肌肉力量，且所述手套手指的特征適用于由所述加強(qiáng)作用所覆蓋的所有手套手指。從而，例如，可能碰巧僅有三個(gè)手套手指如上所述被裝備，但也可能有四個(gè)或五個(gè)手指被類似地配置。
圖1以附圖標(biāo)記la-lc示出了用作人工肌腱的繩索。為清晰起見，該圖僅示出了配備有人工肌腱的三個(gè)手套手指，即相應(yīng)于拇指、食指和中指的手套手指。當(dāng)然可能對(duì)于所有手指，均配備有在此描述的相應(yīng)裝置，用于在手指運(yùn)動(dòng)過程中加強(qiáng)肌肉力量，在此情況下，如果全部五個(gè)手指均配備有根據(jù)本發(fā)明該方面的加強(qiáng)裝置，則系統(tǒng)中涉及的所有部件(不是指本文中標(biāo)記為a-c的三個(gè)手指)同樣完全包括標(biāo)記為a-e的相應(yīng)部件。人工肌腱la-lc穿過導(dǎo)向器2a、 2b、 2c和導(dǎo)管3a、3b、 3c，所述導(dǎo)向器和導(dǎo)管均被固定在手套上。導(dǎo)向器的目的是以低摩擦的方式將特定手指的肌腱從其跨過手掌的延伸部分引導(dǎo)和連接到沿所述特定手指的恰當(dāng)線路上。導(dǎo)向器2a、 2b、 2c可包括任意下述部件套筒、引導(dǎo)輥、引導(dǎo)銷、環(huán)、孔眼。如圖中所示，為每個(gè)相應(yīng)的手套手指配備導(dǎo)向器2a、 2b、 2c，從而用于彎曲特定手套手指的兩個(gè)肌腱la-lc適于穿過相同的導(dǎo)向器2a、 2b、 2c，到達(dá)特定的手套手指，導(dǎo)向器2a、 2b、 2c位于靠近該手套手指的基部處。從而，例如，導(dǎo)向
8器2b位于靠近手套手指4b的基部處，該手套手指4b對(duì)應(yīng)于人手的食指。專門作用于手套食指4b的人工肌腱lb穿過所述導(dǎo)向器2b，并經(jīng)由導(dǎo)管3b沿該手套手指延伸。導(dǎo)管3a、 3b、 3c位于相應(yīng)的手套手指的側(cè)面，優(yōu)選地靠近手套手指的內(nèi)側(cè)。相應(yīng)地，人工肌腱la-lc將沿手套手指的側(cè)面延伸，并如上所述靠近它們的內(nèi)側(cè)。
人工肌腱la-lc包括成對(duì)的肌腱，每對(duì)肌腱位于手套手指的相應(yīng)側(cè)面上，其目的在于當(dāng)向?qū)儆谔囟ㄊ痔资种傅募‰焓┘永r(shí)，實(shí)現(xiàn)橫向力矩平衡。所述導(dǎo)管和導(dǎo)向器也被如此布置，以使肌腱在離開手指關(guān)節(jié)軸一定垂直距離處延伸，以便向手指施加合適的彎矩。所述距離更靠近手掌，而不是遠(yuǎn)離手掌。在此還應(yīng)指出，手套手指4a-4c可配備有相應(yīng)于人工肌腱的繩索，在涉及手套手指的抓握運(yùn)動(dòng)之后，所述人工肌腱將手套手指伸直。然而，在人手的抓握運(yùn)動(dòng)過程中，即當(dāng)關(guān)于某物體的抓握運(yùn)動(dòng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)和完成時(shí)，沒有特定的手部肌肉經(jīng)常會(huì)使手指回復(fù)到伸直位置。
為了實(shí)現(xiàn)良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，導(dǎo)向器2被固定到剛性支撐件5上，所述剛性支撐件5覆蓋著與手掌相當(dāng)?shù)氖痔椎拇蟛糠帧傂灾渭?的設(shè)計(jì)可部分地依據(jù)用于所述手套的哪些手指要配備加強(qiáng)裝置而變化，并且當(dāng)然可使所述支撐件因人而異地設(shè)計(jì)，即適應(yīng)要使用手套的個(gè)人。所述支撐件被設(shè)計(jì)用作固定導(dǎo)向器2a-2c的基礎(chǔ)，以使它們能夠引導(dǎo)所述人工肌腱，即保持所述肌腱靠近手的表面，并保證每個(gè)手指的兩條肌腱被引導(dǎo)，以便在靠近相應(yīng)手指基部的位置處離開手掌。
手掌支撐件5同時(shí)也是力量抵抗部件，用于抵消經(jīng)由人工肌腱la-lc所施加的力。人工肌腱la-lc由線套7a-7c包圍，該線套7a-7c由端部套筒8a-8c終止。所述各個(gè)端部套筒8a-8c被固定在手掌支撐件5上，以便當(dāng)拉力作用在所述相應(yīng)肌腱上時(shí)，把來自相應(yīng)肌腱la-lc的力傳遞到手掌支撐件5,即手掌支撐件5抵消了來自肌腱的力。
安裝件9a-9c也可有利地安裝到手掌支撐件5上。這些安裝件9a-9c的目的是在端部套筒8a-8c與導(dǎo)向器2a-2b之間引導(dǎo)肌腱la-lc，以便在該區(qū)域中為肌腱提供預(yù)定的曲率，從而防止肌腱呈現(xiàn)不合適的路徑或彎曲成非常尖銳的角度。
如果手套的相應(yīng)區(qū)域?yàn)閯傂?，則手掌支撐件5不必為單獨(dú)的單元，因而所述手掌支撐件可與手套形成為一體。
為了進(jìn)一步確保支撐件5緊靠手掌，支撐件5可優(yōu)選地被如此配置，以使它具有巻繞著人手的延伸部分，即，使得它在拇指與食指之間巻繞著掌骨，并在拇指與食指之間延伸適當(dāng)距離到手背上。沿手掌支撐件5可安裝另外一些用于引導(dǎo)人工肌腱的導(dǎo)向器。手掌支撐件5也優(yōu)選地由剛性塑料制成，并且還可包括開放區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明某方面的手套在配備有加強(qiáng)裝置的手套手指4a-4c上具有軛狀物(yoke) 6a-6c，該軛狀物6a-6c被布置在手套手指的指尖上，以便圍繞著被包裹的手指的指尖，或者緊靠手指的指尖。該軛狀物的目的是保證當(dāng)人工肌腱la-lc被連接到所述輒狀物6a-6c時(shí)，結(jié)果相當(dāng)于將自然的肌腱固定到最外面的指骨。因而該軛狀物用于服務(wù)于下述目的當(dāng)人工肌腱，比如肌腱lb在扼狀物6b上牽拉時(shí)，被包裹的指尖將導(dǎo)致手指4b彎曲，該手指4b在本例中為食指。所述人工肌腱還延伸穿過位于手指?jìng)?cè)面并靠近手指內(nèi)側(cè)的導(dǎo)管3a-3c，該事實(shí)導(dǎo)致手套中的手指實(shí)現(xiàn)類似于自然手指運(yùn)動(dòng)方式的抓握運(yùn)動(dòng)。
軛狀物6可按各種不同的方式來配置。因而它可呈現(xiàn)帽狀物(bonnet)的形狀，所述帽狀物的形狀覆蓋著被包裹的手指的實(shí)際指尖，將人工肌腱la-lc固定連接到所述帽狀物的側(cè)面。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，軛狀物6還可形成為在上側(cè)和側(cè)面圍繞著指尖的窩座，或者可選地，在上側(cè)和指尖周圍每個(gè)側(cè)面圍繞著指尖的窩座。在呈現(xiàn)窩座形式的實(shí)施例中，所述軛狀物具有良好定位的緊固點(diǎn)，該緊固點(diǎn)位于窩座側(cè)面朝向手部最深入且靠近手指內(nèi)側(cè)的位置。作為這些實(shí)施例的變型，所述軛狀物在最簡(jiǎn)單的情況下可能呈現(xiàn)真實(shí)繩索的形式，該繩索構(gòu)成人工肌腱la-lc，其中人工肌腱la-lc圍繞真實(shí)指尖行進(jìn)，并可與軛狀物相當(dāng)，從而使緊固點(diǎn)成為多余的。在這樣的實(shí)施例中，人工肌腱可在手指指尖的端部變平。根據(jù)不同的配置，肌腱可相對(duì)于其相應(yīng)的軛狀物固定不動(dòng)，或者肌腱可被滑動(dòng)連接到其相應(yīng)的輒狀物，從而肌腱
10可相對(duì)于軛狀物在滑動(dòng)中跨過所述軛狀物。
在軛狀物6呈帽狀物或窩座的情況下，它優(yōu)選地由塑性材料制成， 但當(dāng)然也可使用某些其它材料，比如金屬或合成物。軛狀物6的構(gòu)成 材料還可呈現(xiàn)以下形式a)連續(xù)覆蓋材料，b)穿孔材料，c)網(wǎng)孔材 料，d)根據(jù)a)至c)的任一種的材料但包括開放區(qū)域。并且優(yōu)選地， 所述軛狀物的材料可被增強(qiáng)，比如通過金屬絲線、玻璃纖維或相當(dāng)物 來增強(qiáng)，尤其是在打算用作緊固點(diǎn)的材料部分的周圍進(jìn)行增強(qiáng)。在本 實(shí)施例中，所述軛狀物可能通過模制來制作，以便適合特定的使用者。
手套的不同部分由不同類型的材料制成。絕大部分由柔性材料制 成，以便向被包裹的手部提供良好的舒適性。其它部分，比如手套手 指的上側(cè)部分，由至少在一個(gè)方向上(垂直于手指的縱向)為剛性的 材料制成。其它可能要求材料剛性的手套部位是在手掌支撐件5周圍。 所述材料優(yōu)選地可透過濕氣，以使手套的穿戴者可長(zhǎng)期穿戴它而不出 現(xiàn)問題。呈現(xiàn)人工肌腱la-lc、導(dǎo)向器2a-2c、導(dǎo)管3a-3c、手掌支撐 件5以及軛狀物6形式的零件可都位于手套的內(nèi)表面。在這些部件中， 至少手掌支撐件5、導(dǎo)管3a-3c以及軛狀物6在該情況下被固定到手套 的所述內(nèi)表面。在可選實(shí)施例中，所述手套包括至少一個(gè)外層和一個(gè) 內(nèi)層，在此情況下，本段中列舉的全部或至少部分部件被置于所述內(nèi) 層與外層之間。
構(gòu)成手套的材料完全或部分地包括a)連續(xù)覆蓋材料，b)穿 孔材料，c)網(wǎng)孔材料，d)根據(jù)任意a)至c)的任一種材料但包括開 放區(qū)域。
沿著手套手指?jìng)?cè)面固定的導(dǎo)管3a-3c優(yōu)選地呈現(xiàn)出沿著手套手指 固定的管道、通道或槽道的形式，其原則是人工肌腱la-lc沿著手套 手指被引導(dǎo)?？蛇x地，可使用與手套本身形成為一體的縫制導(dǎo)管。必 要的是，至少在所述導(dǎo)管之間為人工肌腱la-lc提供彎曲的可能性， 并且人工肌腱沿著手套手指的長(zhǎng)度可被縮短或伸長(zhǎng)。導(dǎo)管可為連續(xù)的， 并由柔性材料制成，或者如果使用僵硬的管道、通道、槽道等，則導(dǎo) 管至少在手指的關(guān)節(jié)處必須被中斷。在使用管道等的情況下，其材料
ii優(yōu)選地具有低摩擦特性，比如聚四氟乙烯(PTFE)。
人工肌腱la-lc優(yōu)選地由低摩擦、易彎曲的材料制成，比如下述 材料的任一種尼龍、鋼、Dynema(高分子聚乙烯)、具線紋的Kevlar (凱夫拉爾)。
以下參照?qǐng)D4來描述利用插入手套手指中的手指來執(zhí)行抓握運(yùn) 動(dòng)，該圖示出了反饋回路ll，其中五個(gè)手指配備有加強(qiáng)裝置，盡管在 上文中描述了僅利用三個(gè)活動(dòng)手指的動(dòng)作。在所示例子中，來自全部
五個(gè)手套手指的傳感器被連接在反饋回路中。
構(gòu)成人工肌腱la-lc的繩索通向用于每對(duì)肌腱的致動(dòng)器10a-10c， 例如致動(dòng)器10b用于利用食指進(jìn)行抓握運(yùn)動(dòng)。用于各個(gè)手指的致動(dòng)器 10a-10c被連接到反饋回路11，并通過反饋回路11凈皮控制。
力檢測(cè)傳感器12a-12c位于手套手指4a-4c的內(nèi)側(cè)。所述傳感器 12a-12c測(cè)量手指與物體之間產(chǎn)生的全部力量或部分力量，該物體被手 套中包裹的手指抓握。
力檢測(cè)傳感器12a-12c形成反饋回路11的一部分，該反饋回路11 還包括電路13本身，電路13包括利用傳輸函數(shù)編程的處理器14。由 傳感器12a-12c測(cè)得的用于某個(gè)手指的力，比如用于食指的傳感器12b 的力，被按比例確定并被轉(zhuǎn)換成用于所述手指致動(dòng)器10b的參考力。 然后，該力導(dǎo)致傳感器12b上更大的力，即所謂的正反饋，由于處理 器14的作用，致動(dòng)器10b利用該力使所述手指向內(nèi)彎曲，以便通過施 加拉力來作用在人工肌腱上，在本例中為肌腱lb。恰當(dāng)?shù)谋壤蜃赢a(chǎn) 生加強(qiáng)功能。該比例因子可通過諸如電位計(jì)的變換器15來改變，該變 換器被連接到電路13。所述反饋可例如通過微控制單元來實(shí)現(xiàn)。上述 反饋是已知技術(shù)的例子，在此不予贅述。還應(yīng)指出，每個(gè)手套手指的 力檢測(cè)傳感器的數(shù)量可能是一個(gè)或多個(gè)，其沿著手套手指內(nèi)側(cè)。因而 "傳感器"的表達(dá)可被解釋為意味著傳感器可包括多個(gè)單元。還應(yīng)指 出，由傳感器測(cè)得的力是手指施加到接觸面上的完全或部分的力，該 接觸面可能是要被手抓握的物體，但該接觸面也可能是軛狀物的內(nèi)側(cè)， 該軛狀物具有壁面(比如窩座壁)，以使傳感器12a-12c位于所述壁面與手指之間。
在軛狀物6a-6b呈現(xiàn)在每個(gè)面上圍繞手指的窩座的情況下，所述 反饋回路可按可選方式來配置，從而如前所述，力量傳感器12a-12c 檢測(cè)到手套穿戴者的手指主動(dòng)施加在所述軛狀物上的力，但從不檢測(cè) 致動(dòng)器10b施加在所述軛狀物上的任何力。在濾波和按比例改變之后， 該測(cè)得的力可隨后被用作致動(dòng)器的參考力。因而在此情況下可避免正 反饋中可能出現(xiàn)的問題。
可通過引入用于每個(gè)肌腱的內(nèi)控制回路來提高手套的性能(反應(yīng) 準(zhǔn)確性)。該控制回路將利用人工肌腱的張力測(cè)量來提高所施加力的準(zhǔn) 確性。該張力可在致動(dòng)器處來測(cè)量(并為所述致動(dòng)器的固有部分)，但 應(yīng)盡量靠近所述軛狀物，以便減小由于摩擦而帶來的張力誤差。 一個(gè) 可選的測(cè)量方案是在手掌支撐件之內(nèi)，另一個(gè)可選方案是在所述輒狀 物中。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，致動(dòng)器10a-10c可^皮連接到人工肌腱la-lc，這 些人工肌腱被連接到一個(gè)以上的手套手指4a-4c。根據(jù)另一實(shí)施例，多 個(gè)致動(dòng)器可被連接到同一手套手指的人工肌腱上，從而能夠改進(jìn)手套 手指的控制。
控制單元19可適于使致動(dòng)器10a-10c僅向一個(gè)手套手指4a-4c的 人工肌腱la-lc上施加拉力，例如，控制單元可使致動(dòng)器彎曲例如食 指彎曲，所迷食指插入在手套的食指對(duì)應(yīng)物中。控制單元也可適于使 致動(dòng)器彎曲多于一個(gè)容納手指的手套手指。
根據(jù)一可選實(shí)施例，致動(dòng)器10a-10c通過人工肌腱la-lc被連接到 僅僅一個(gè)手套手指4a-4c上。
根據(jù)另一實(shí)施例，控制單元19適于使致動(dòng)器10a-10c僅向連接到 手套手指4a-4c上的人工肌腱la-lc施加拉力，在這些手套手指4a-4c 之內(nèi)布置有檢測(cè)所述力的力檢測(cè)傳感器12a-12c。
所述致動(dòng)器可呈現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的形式，其中齒輪被連接到巻繞裝置， 該巻繞裝置可例如為線巻軸16a-16c，人工肌腱被巻繞在該線巻軸 16a-16c上。所述電動(dòng)機(jī)也可被連接到本領(lǐng)域中已知的諸如滾珠螺杠的
13線性裝置上。根據(jù)一個(gè)例子，位于致動(dòng)器10b中的傳感器17b檢測(cè)到 連接在相應(yīng)手指上的人工肌腱lb中的拉力。所述測(cè)得的力被用于關(guān)閉 內(nèi)反饋回路，該內(nèi)反饋回路被引導(dǎo)至一確定的設(shè)定點(diǎn)，即由確定的比 例因子來控制。圖4示出了五個(gè)致動(dòng)器。這應(yīng)解釋為意味著各個(gè)致動(dòng) 器通過人工肌腱la-lc連接到相應(yīng)的手套手指4a-4c上。致動(dòng)器與手 套手指的連接可按多種可選方式來實(shí)現(xiàn)，如上所述。
電池18向致動(dòng)器10a-10c和電路13提供能量。所述部件、電路 13、處理器14、電位計(jì)15優(yōu)選地被封閉在特制的盒子中，該盒子在 此被稱為控制單元19，并優(yōu)選地位于前臂上，在此情況下，所述人工 肌腱可優(yōu)選地被布置成連接在所述手套與控制單元19之間。圖1和圖 2并未示出將信號(hào)從力檢測(cè)傳感器12a-12c攜帶到控制單元的線。在圖 3中，所述線以標(biāo)記20來表示。
在軛狀物6呈現(xiàn)帽狀物或窩座形式的情況下，所述肌腱可繞整個(gè) 軛狀物6延伸，從而使緊固點(diǎn)不相關(guān)，并導(dǎo)致力更好地分布，并可能 允許手指向側(cè)面運(yùn)動(dòng)。
以下為大量更多的實(shí)施例變型
導(dǎo)管3a-3c由這樣的材料制成，以致它們可被允許自始至終地沿 著手套手指連續(xù)地延伸，這意味著它們也可具有伸縮管狀 (bellowslike)結(jié)構(gòu)，以使某些區(qū)段能夠改變長(zhǎng)度。在后一種情況下， 所述導(dǎo)管還可被允許從手掌支撐件5上的導(dǎo)向器2a-2c自始至終地延 伸至相應(yīng)手指上的軛狀物6。
所述導(dǎo)管3a-3c可被縫入到手套中。
可向手套中的至少一個(gè)手指提供加強(qiáng)作用。例如，如果自然手的 拇指通過例如包裹在石青中而被固定，則在康復(fù)期間，能夠執(zhí)行抓握 運(yùn)動(dòng)的足夠良好的輔助工具呈現(xiàn)手套的形式，該手套僅向食指的肌肉 提供加強(qiáng)作用。
為了減小肌腱la-lc與手掌支撐件5之間的摩擦，安裝件9a-9c 可由例如滾珠或球軸承來代替。
全部或任意所需成對(duì)的人工肌腱，比如用于食指的肌腱lb，可由在支撐件5處分裂成兩部分的肌腱來代替，所述兩部分肌腱如前述例 子中那樣繼續(xù)前進(jìn)。
致動(dòng)器IO可位于實(shí)際的手掌中。
在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)手套運(yùn)動(dòng)的控制是由微控制器單元進(jìn)行時(shí)， 可利用顯示器來改進(jìn)用戶界面。此外，所述微控制器可被連接到外部 計(jì)算機(jī)，使得操縱控制設(shè)置更為簡(jiǎn)易。所述連接也可被用于找回使用 日志。所述日志可例如為傳感器讀數(shù)或長(zhǎng)時(shí)期的使用統(tǒng)計(jì)。
定義
手指是指所有手指，包括拇指。
手指在此被定義為具有四個(gè)面，手指的上側(cè)是指，當(dāng)手伸展且背 面向上時(shí)，具有類似于手上側(cè)(背面)的方向，內(nèi)側(cè)是指手指可朝手 掌向內(nèi)彎曲的那一面，而側(cè)面也就是指手指的側(cè)面。
權(quán)利要求
1、一種手指手套，例如用于加強(qiáng)抓握運(yùn)動(dòng)，所述抓握運(yùn)動(dòng)由包圍在所述手套中的人手的一個(gè)或多個(gè)手指來執(zhí)行，其中所述手套包括手套手指和手掌，其特征在于所述手套還包括-用于至少一個(gè)手套手指(4a-4c)的人工肌腱(1a-1c)，所述人工肌腱(1a-1c)沿著所述手套的內(nèi)側(cè)延伸，并在所述手套手指的每一側(cè)上具有穿過固定在所述手套手指的側(cè)面上的導(dǎo)管(3a-3c)延伸的人工肌腱(1a-1c)，-軛狀物(6a-6c)，所述軛狀物(6a-6c)被固定在所述至少一個(gè)手套手指(4a-4c)的尖端上，并被設(shè)計(jì)成圍繞著包圍在所述手套手指(4a-4c)中的指尖，并且其中，手套手指的所述人工肌腱(1a-1c)被固定或滑動(dòng)連接到所述軛狀物(6a-6c)上，因而施加在手套手指的人工肌腱上的拉力使包圍在所述手套手指(4a-4c)中的手指朝手掌向內(nèi)彎曲。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1的手指手套，其中所述手套包括在手掌處的剛 性支撐件(5)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2的手指手套，其中用于至少一個(gè)手套手指(4a-4c)的所述手套的手掌和所述支撐件 (5)中的一個(gè)包括導(dǎo)向器(2a-2c)，用于引導(dǎo)所述人工肌腱至所述至 少一個(gè)手套手指(4a-4c)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3的手指手套，其中所述導(dǎo)向器(2a-2c)包括 下述部件的至少一個(gè)套筒、引導(dǎo)輥、引導(dǎo)銷、環(huán)、孔眼。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1的手指手套，其中所述軛狀物(6a-6c)的形 狀適于容納人手的指尖，并采用下述部件之一的形狀圍繞所述指尖 的窩座、用于所述指尖的帽狀物、所述人工肌腱(la-lc)本身、所述 人工肌腱(la-lc)本身的平直部分。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5的手指手套，其中在軛狀物(6a-6c)采用帽 狀物或窩座的情況下，將所述人工肌腱(la-lc)緊固到所述軛狀物(6a-6c)上的緊固點(diǎn)位于所述手套手指(4a-4c)的側(cè)面且靠近所述手套的手指內(nèi)側(cè)。
7、 根椐權(quán)利要求3的手指手套，其中所述人工肌腱(la-lc)、所述導(dǎo)向器(2a-2c)和所述導(dǎo)管(3a-3c ) 中的至少一個(gè)位于所述手套的外層與內(nèi)層之間。
8、 根據(jù)任意一項(xiàng)前述權(quán)利要求的手指手套，其中，所述手掌支撐 件(5)采取用于所述導(dǎo)向器(2a-2c)的支撐面的形式，用于將所述 人工肌腱(la-lc)引導(dǎo)至手套手指(4a-4c)的導(dǎo)向器(2a-2c )被固 定在靠近每個(gè)手套手指(4a-4c)的基部，所述手套手指(4a-4c)配 備有人工肌腱(la-lc)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求2-7中任意一項(xiàng)的手指手套，其中，所述人工肌 腱(la-lc)由線套(7a-7c)圍繞，所述線套(7a-7c )配備有固定在 所述手掌支撐件(5)上的端部套筒(8a-8c)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求l的手指手套，其中，所述導(dǎo)管(3a-3c)形成 為下述部件之一管道、通道和槽道，且所迷導(dǎo)管為下述其中之一a) 連續(xù)和柔性的，b)在手指關(guān)節(jié)處中斷。
11、 一種利用權(quán)利要求1中的手套來加強(qiáng)抓握運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)，所述 抓握運(yùn)動(dòng)由包圍在所述手套中的人手的一個(gè)或多個(gè)手指執(zhí)行，其特征 在于所述系統(tǒng)包括一位于所述手套手指(4a-4c)內(nèi)部的力檢測(cè)傳感器(12a-12c), 所述力檢測(cè)傳感器(12a-12c)被布置成用于檢測(cè)包圍在所述手套手指 (4a-4c)中的手指與接觸面之間的力，所述力被施加到所述手指上，- 用于手套手指(4a-4c)的人工肌腱(la-lc)被連接到至少 一個(gè)致動(dòng)器(10a-10c)上，- 控制單元(19)，所述控制單元(19)被布置成使所述至少一 個(gè)致動(dòng)器(10a-10c)根據(jù)由所述力檢測(cè)傳感器(12a-12c)測(cè)得的力， 向所迷至少一個(gè)手套手指(4a-4c)的人工肌腱(la-lc)上施加拉力， 因而，當(dāng)所述被包圍的手指平衡沿著手指由所述人工肌腱中的拉力產(chǎn) 生的推力時(shí)，使得包圍在所述至少一個(gè)手套手指(4a-4c)中的手指彎曲。
12、 根據(jù)權(quán)利要求ll的系統(tǒng)，其中，所述控制單元(19)適于使 致動(dòng)器(lOa-lOc )向至少一個(gè)手套手指(4a-4c )的所述人工肌腱(la-lc ) 上施力口4立力。
13、 根據(jù)權(quán)利要求ll的系統(tǒng)，其中，所述控制單元(19)適于使 至少一個(gè)致動(dòng)器(10a-10c)僅向一個(gè)手套手指(4a-4c)的所述人工肌 腱(la-lc)上施加拉力。
14、 根據(jù)權(quán)利要求ll的系統(tǒng)，其中，所述控制單元(19)適于使 致動(dòng)器(10a-10c )僅向連接到手套手指(4a-4c )上的人工肌腱(la-lc ) 施加拉力，在這些手套手指(4a-4c)的內(nèi)側(cè)布置有檢測(cè)所述力的力檢 測(cè)傳感器(12a-12c)。
15、 根據(jù)權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其中，所述力檢測(cè)傳感器(12a-12c)、 所迷致動(dòng)器(10a-10c)以及所述控制單元(19 )被包括在反饋回路(11) 中，因而所述控制單元(19 )本身包括具有處理器(14 )的電路(13 ), 所述處理器(14)利用傳輸函數(shù)F來編程。
16、 根據(jù)權(quán)利要求11-15中任意一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中，所述力檢測(cè) 傳感器(12a-12c)測(cè)量所述手指與所述接觸面之間產(chǎn)生的全部力或部 分力。
17、 根據(jù)權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中，所述被檢測(cè)的力被傳輸函數(shù) F中的比例因子按比例改變，并被轉(zhuǎn)換成用于所述控制致動(dòng)器(10a-10c)的參考力。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中，使用連接到所述電路(13) 的變換器(15)來設(shè)定所述比例因子。
19、 根據(jù)權(quán)利要求15、 17和18中任意一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中，所述 傳輸函數(shù)F控制經(jīng)由所述致動(dòng)器(10a-10c)施加在相應(yīng)的手套手指(4a-4c)上的拉力的設(shè)定，
20、 根據(jù)權(quán)利要求11-15以及17和18中任意一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中， 致動(dòng)器(10a-10c )采取電動(dòng)機(jī)(16a-16c )的形式，所述電動(dòng)機(jī)(16a-16c ) 被連接到用于所述人工肌腱(la-lc)的巻繞或線性裝置上。
全文摘要
一種手指手套，用于加強(qiáng)包裹在所述手套中的人手的抓握運(yùn)動(dòng)，其中所述手套具有手掌、手套手指(4a-4c)、軛狀物(6a-6c)、力檢測(cè)傳感器(12a-12c)以及控制單元(19)，所述手套手指(4a-4c)在每一面上包含人工肌腱(1a-1c)，所述人工肌腱(1a-1c)沿著所述手套的內(nèi)部延伸，所述軛狀物(6a-6c)被安裝在所述手套手指的指尖上，以便圍繞著被包裹的手指的指尖，人工肌腱(1a-1c)在所述手套手指的每一面上被連接到所述軛狀物，所述力檢測(cè)傳感器(12a-12c)適于檢測(cè)包裹在所述手套手指中的手指與接觸面之間的力，所述力被施加到所述手指，用于手套手指的人工肌腱被連接到至少一個(gè)致動(dòng)器(10a-10c)，所述控制單元(19)促使所述致動(dòng)器依據(jù)由所述力檢測(cè)傳感器測(cè)得的力，向所述手套手指的人工肌腱上施加拉力，因而促使包裹在所述手套手指中的手指彎曲。
文檔編號(hào)A61F5/01GK101511310SQ200780032202
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2007年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月1日
發(fā)明者H·馮·霍爾斯特, J·因格瓦斯特, J·威坎德 申請(qǐng)人:拜奧伺服技術(shù)股份公司