專利名稱：基于雙氣動柔性驅(qū)動器的手指康復(fù)器彎曲關(guān)節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種彎曲關(guān)節(jié)，尤其是一種針對氣動柔性手指康復(fù)器的彎曲關(guān)節(jié)。
背景技術(shù)：
人手作為人類日常生活中使用頻率最高的肢體部位，發(fā)生意外導(dǎo)致的、或其他疾病引發(fā)的手部運動功能缺失及其并發(fā)癥的發(fā)病率一直居高不下。與此同時，手部外傷術(shù)后的康復(fù)護理，以及腦損傷造成的肢體偏癱患者的功能恢復(fù)訓(xùn)練，都需要借助器械進行被動式的運動康復(fù)訓(xùn)練，以達(dá)到最佳的康復(fù)效果?；谌祟愂种戈P(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，設(shè)計的手指康復(fù)器， 主要完成的任務(wù)是連續(xù)的關(guān)節(jié)彎曲動作，帶動手指關(guān)節(jié)彎曲，從而實現(xiàn)康復(fù)訓(xùn)練。由此可知，彎曲關(guān)節(jié)的性能直接決定了手指康復(fù)器的最終效果。同時，手指康復(fù)器的整體結(jié)構(gòu)限制了彎曲關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)大小。因此，在尺寸限制的前提下，保證彎曲關(guān)節(jié)的彎曲性能，是手指康復(fù)器設(shè)計過程中的核心問題。
目前的手指康復(fù)器彎曲關(guān)節(jié)主要有1、以氣動柔性驅(qū)動器為基礎(chǔ)設(shè)計的彎曲關(guān)節(jié)，如美國KMI公司研制的Hand Mentor ;2、以剛性機械結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)設(shè)計的彎曲關(guān)節(jié),如浙江大學(xué)研制CPM微型手指康復(fù)器。前者采用的是氣動人工肌肉，也就是氣動柔性驅(qū)動器，其原理是以利用驅(qū)動器內(nèi)腔氣壓變化導(dǎo)致的形變，推動機械結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動一定角度，從而形成關(guān)節(jié)的彎曲動作。經(jīng)研究，這種基于氣動柔性驅(qū)動器設(shè)計的彎曲關(guān)節(jié)相對于傳統(tǒng)的機械彎曲關(guān)節(jié)，具有更好的柔順性，安全性，仿生性。這種氣動柔性彎曲關(guān)節(jié)的彎曲性能取決于其剛性結(jié)構(gòu)參數(shù)、氣動柔性驅(qū)動器參數(shù)和性能等因素。因此，由于結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響，氣動柔性彎曲關(guān)節(jié)大都應(yīng)用于腕部康復(fù)器，手臂康復(fù)器等整體結(jié)構(gòu)相對較大的康復(fù)器上。而對于手指關(guān)節(jié)康復(fù)器等小型康復(fù)器，目前還是采用基于機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的彎曲關(guān)節(jié)為主，如前文提及的CPM微型手指康復(fù)器。這一點，嚴(yán)重限制了手指關(guān)節(jié)康復(fù)器等的發(fā)展。如何在保證氣動柔性彎曲關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)大小的同時，提高應(yīng)用于手指關(guān)節(jié)康復(fù)器，是目前研究的核心問題。發(fā)明內(nèi)容
為了克服目前氣動柔性彎曲關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)大小對其彎曲性能的制約的不足，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單，柔性良好，同時其結(jié)構(gòu)大小適用于手指康復(fù)器的基于雙氣動柔性驅(qū)動器的手指康復(fù)器彎曲關(guān)節(jié)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
一種基于雙氣動柔性驅(qū)動器(Flexible Pneumatic Actuator,簡稱FPA)的手指康復(fù)器彎曲關(guān)節(jié)，包括兩個結(jié)構(gòu)參數(shù)完全相同的氣動柔性驅(qū)動器、一個T型結(jié)構(gòu)和兩個轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)，兩個轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)通過轉(zhuǎn)軸安裝在T型結(jié)構(gòu)形成轉(zhuǎn)動副，所述氣動柔性驅(qū)動器的前后端蓋分別固定在T型結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)上，所述兩個氣動柔性驅(qū)動器的軸線之間平行且同時垂直于轉(zhuǎn)軸。
進一步，所述氣動柔性驅(qū)動器包括前端蓋、后端蓋、一個橡膠管以及一個管接頭， 所述的橡膠管兩端分別與前端蓋、后端蓋密封聯(lián)接，前端蓋上還設(shè)有一個與大氣相連接的通孔，所述的管接頭安裝在前端蓋上，所述的橡膠管管壁中嵌套有螺旋鋼絲且螺旋鋼絲是沿著橡膠管的徑向螺旋密繞在橡膠管的內(nèi)壁中。
更進一步，所述的T型結(jié)構(gòu)的上半部分與氣動柔性驅(qū)動器的進氣端端蓋固定連接；兩個氣動柔性驅(qū)動器以T型結(jié)構(gòu)的下半部分為中線，左右對稱設(shè)置。
本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在1、可以在保證彎曲性能的前提下，安裝在手指關(guān)節(jié)康復(fù)器等結(jié)構(gòu)較小的康復(fù)裝置上，實現(xiàn)其關(guān)節(jié)的彎曲運動；2、采用兩個氣動柔性驅(qū)動器作為驅(qū)動裝置，不需要附加任何傳動減速機構(gòu)；3、相比傳統(tǒng)的彎曲關(guān)節(jié)，在充氣彎曲過程中，能量損失更小，彎曲性能更好；4、在保證彎曲性能的前提下，尺寸更易小性化，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，加工方便、裝配以及修理維護簡便、成本低廉；4、采用氣動柔性驅(qū)動器驅(qū)動使其具有很好的柔性和適應(yīng)性，且容易控制；5、適用性好。


圖I是彎曲關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
圖2是彎曲關(guān)節(jié)某一工作狀態(tài)時的結(jié)構(gòu)示意圖具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。
參照圖I和圖2，一種基于雙氣動柔性驅(qū)動器的彎曲關(guān)節(jié)，所述彎曲關(guān)節(jié)包括兩個氣動柔性驅(qū)動器I和一個轉(zhuǎn)動副，且兩個氣動柔性驅(qū)動器I的軸線平行并垂直于轉(zhuǎn)軸4 ；
所述的氣動柔性驅(qū)動器I包括前端蓋13、后端蓋14以及橡膠管11，所述的橡膠管 11的兩端分別與前端蓋13、后端蓋11密封聯(lián)接,其中前后端蓋13、14分別設(shè)有定位臺階軸，且前端蓋13上設(shè)有一個與大氣相連通的通孔與管接頭5通過螺紋固定聯(lián)接，所述的橡膠管11管壁中嵌套有螺旋鋼絲12且螺旋鋼絲是沿著橡膠管11的徑向螺旋密繞在橡膠管 11的內(nèi)壁中，當(dāng)高壓氣體通過管接頭5進入橡膠管11內(nèi)腔，由于螺旋鋼絲12的徑向限制作用，在壓縮氣體的壓力下，橡膠管11與螺旋鋼絲12發(fā)生軸向形變，而其徑向變形可以忽略， 從而產(chǎn)生驅(qū)動效果。
所述的轉(zhuǎn)動副包括一個T型結(jié)構(gòu)2、兩個轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)3和一個轉(zhuǎn)軸4。T型結(jié)構(gòu)2下端設(shè)有圓孔，所述圓孔上安裝轉(zhuǎn)軸4，轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)3的一端設(shè)有長孔，所述轉(zhuǎn)軸4穿過所述長孔。
所述氣動柔性驅(qū)動器I的前后端蓋13、14上分別設(shè)有臺階定位軸；所述T型結(jié)構(gòu)2、轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)3上分別左右對稱設(shè)有兩個定位孔，所述定位孔和氣動柔性驅(qū)動器I前后端蓋13、14上的定位臺階軸配合。
基于雙氣動柔性驅(qū)動器的手指康復(fù)器彎曲關(guān)節(jié)的工作原理如下通過管接頭向兩個氣動柔性驅(qū)動器內(nèi)腔充入相同氣壓的壓縮氣體，驅(qū)動器軸向伸長。由于T型結(jié)構(gòu)的限制， 氣動柔性驅(qū)動器只能推動轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)，使轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)圍繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動作圓周運動。在轉(zhuǎn)動過程中， 兩個轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)之間形成夾角。當(dāng)FPA內(nèi)腔的氣壓降低時，F(xiàn)PA在橡膠彈性和彈簧的作用下， 恢復(fù)原狀，拉動轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)回到原位，彎曲關(guān)節(jié)恢復(fù)到初始狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種基于雙氣動柔性驅(qū)動器的手指康復(fù)器彎曲關(guān)節(jié)，其特征在于所述的彎曲關(guān)節(jié)包括兩個結(jié)構(gòu)參數(shù)完全相同的氣動柔性驅(qū)動器、一個T型結(jié)構(gòu)和兩個轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)，兩個轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)通過轉(zhuǎn)軸安裝在T型結(jié)構(gòu)形成轉(zhuǎn)動副，所述氣動柔性驅(qū)動器的前后端蓋分別固定在T型結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)上，所述兩個氣動柔性驅(qū)動器的軸線之間平行且同時垂直于轉(zhuǎn)軸。
2.如權(quán)利要求I所述的基于雙氣動柔性驅(qū)動器的手指康復(fù)器彎曲關(guān)節(jié)，其特征在于所述氣動柔性驅(qū)動器包括前端蓋、后端蓋、一個橡膠管以及一個管接頭，所述的橡膠管兩端分別與前端蓋、后端蓋密封聯(lián)接，前端蓋上還設(shè)有一個與大氣相連接的通孔，所述的管接頭安裝在前端蓋上，所述的橡膠管管壁中嵌套有螺旋鋼絲且螺旋鋼絲是沿著橡膠管的徑向螺旋密繞在橡膠管的內(nèi)壁中。
3.如權(quán)利要求I或2所述的基于雙氣動柔性驅(qū)動器的手指康復(fù)器彎曲關(guān)節(jié)，其特征在于所述的T型結(jié)構(gòu)的上半部分與氣動柔性驅(qū)動器的進氣端端蓋固定連接；兩個氣動柔性驅(qū)動器以T型結(jié)構(gòu)的下半部分為中線，左右對稱設(shè)置。
全文摘要
一種基于雙氣動柔性驅(qū)動器的手指康復(fù)器彎曲關(guān)節(jié)，包括兩個結(jié)構(gòu)參數(shù)完全相同的氣動柔性驅(qū)動器、一個T型結(jié)構(gòu)和兩個轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)，兩個轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)通過轉(zhuǎn)軸安裝在T型結(jié)構(gòu)形成轉(zhuǎn)動副，所述氣動柔性驅(qū)動器的前后端蓋分別固定在T型結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)上，所述兩個氣動柔性驅(qū)動器的軸線之間平行且同時垂直于轉(zhuǎn)軸。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、具有很好的柔性、適用性好。
文檔編號A61H1/02GK102920568SQ20121042497
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月30日
發(fā)明者張立彬, 黃鵬程, 楊慶華, 鮑官軍 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)