本發(fā)明涉及一種穿戴式柔順外骨骼康復(fù)機械手，尤其是一種用于手部功能障礙的腦卒中患者的康復(fù)訓(xùn)練和日常生活輔助裝置,屬于康復(fù)機械手技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

據(jù)統(tǒng)計，我國現(xiàn)有40歲以上腦卒中患者已達(dá)到1036萬人，每年新發(fā)病在200萬人以上。腦卒中是最常見的致殘疾病之一，其中70%~85%的患者伴有偏癱，在偏癱患者的上肢功能康復(fù)中，又以手功能的康復(fù)最為困難。因為手部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，所以手功能康復(fù)存在康復(fù)周期長，任務(wù)重等問題。研究表明，患者通過外部機械輔助進(jìn)行手部康復(fù)訓(xùn)練的康復(fù)效果比進(jìn)行傳統(tǒng)的物理治療的效果要好。外骨骼機械手結(jié)合人的智能和機器手的機械能量，可以輔助患者進(jìn)行實時、精確運動康復(fù)訓(xùn)練。

現(xiàn)存外骨骼機械手以剛性傳動機構(gòu)為主，雖然剛性外骨骼機械手已經(jīng)實現(xiàn)穿戴、康復(fù)訓(xùn)練及生活活動輔助的需要，但其還未被應(yīng)用到臨床康復(fù)中。最主要的原因是剛性外骨骼機械手由于通過剛性機械傳動的方式實現(xiàn)手指各關(guān)節(jié)的活動而存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積及重量較大，且其穿戴適應(yīng)性較差等缺點。

隨著機器人技術(shù)和康復(fù)醫(yī)學(xué)的發(fā)展，為了改善現(xiàn)存剛性外骨骼機械手的治療效果，柔順外骨骼康復(fù)機械手應(yīng)運而生。它具備剛性外骨骼機械手所不具備的優(yōu)勢，柔順外骨骼康復(fù)機械手具有結(jié)構(gòu)簡單，低成本，穿戴適應(yīng)性強，人機交互安全以及便攜的優(yōu)點，更加適合患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練和日常生活輔助。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明在分析人手生物學(xué)特性的基礎(chǔ)上，提出了一種自適應(yīng)穿戴式柔順外骨骼康復(fù)機械手裝置，用于手部功能障礙的腦卒中患者的康復(fù)訓(xùn)練和日常生活輔助。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種自適應(yīng)穿戴式柔順外骨骼康復(fù)機械手，包括柔性驅(qū)動推桿、支撐板、固定架、鮑登線纜、五根柔性鉸鏈?zhǔn)种?，直線推桿電機組件、電機箱，所述五根柔性鉸鏈?zhǔn)种赴惭b在支撐板和固定架上，所述的直線推桿電機組件固定在電機箱中，并分別通過直線電機推桿、鮑登線纜和柔性驅(qū)動推桿與五根柔性鉸鏈?zhǔn)种高B接形成手指驅(qū)動機構(gòu)。

所述五根柔性鉸鏈?zhǔn)种笧榇竽粗浮⑹持?，中指，無名指、小拇指，所述食指，中指，無名指和小拇指分別通過手指固定架上的限位滑槽口固定在手背支撐板上；所述大拇指通過大拇指固定架上的通孔固定在大拇指端支撐板上。

所述手指驅(qū)動機構(gòu)包括大拇指驅(qū)動機構(gòu)和四指驅(qū)動機構(gòu)，所述的大拇指驅(qū)動機構(gòu)直接通過u型夾將大拇指柔性驅(qū)動推桿和第二鮑登線纜相連，并通過第二鮑登線纜與第一直線推桿電機相連；所述的四指驅(qū)動機構(gòu)具有兩個耦合運動機構(gòu)，分別為食指中指耦合運動機構(gòu)和無名指小拇指耦合運動機構(gòu)；所述食指中指耦合運動機構(gòu)由食指柔性驅(qū)動推桿和中指柔性驅(qū)動推桿末端分別嵌在第二運動耦合滑塊的滑槽中，第二運動耦合滑塊與第三鮑登線纜末端相連，第三鮑登線纜與第二直線推桿電機相連。所述無名指小拇指耦合運動機構(gòu)由無名指柔性驅(qū)動推桿和小拇指柔性驅(qū)動推桿末端分別嵌在第一運動耦合滑塊的滑槽中，第一運動耦合滑塊與第一鮑登線纜末端相連，第一鮑登線纜與直線推桿電機相連。

所述手指驅(qū)動機構(gòu)包含柔性鉸鏈?zhǔn)种?、柔性?qū)動推桿、手指固定綁帶，手指固定綁帶固定在柔性鉸鏈?zhǔn)种傅母鱾€手指指節(jié)上，柔性驅(qū)動推桿穿過柔性鉸鏈?zhǔn)种傅目招牟郏嵝则?qū)動推桿的末端與柔性鉸鏈?zhǔn)种傅闹讣馔ㄟ^螺釘固定。

所述的直線推桿電機組件包括三個直線推桿電機、繩纜導(dǎo)塊、電機固定件，所述直線推桿電機通過電機固定件固定在電機箱上，鮑登線纜末端穿過繩纜導(dǎo)塊中孔并通過u型夾與直線推桿電機相連。

所述的柔性鉸鏈?zhǔn)种覆捎镁哂腥犴樞缘娜嵝糟q鏈作為手指的轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，使柔性鉸鏈?zhǔn)种缸赃m應(yīng)患者各個手指的位置形態(tài)，及各種患者的佩戴需求。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明取得了以下的有益效果：

1.通過三個直線推桿電機獲得動力，分別驅(qū)動食指中指，無名指小拇指和大拇指，極大的簡化了驅(qū)動方式和所用的電機數(shù)量，結(jié)構(gòu)更加簡單、易于實現(xiàn)。

2.柔順鉸鏈?zhǔn)种覆糠滞ㄟ^采用柔順鉸鏈結(jié)構(gòu)替代傳統(tǒng)的剛性鉸鏈，從而使外骨骼康復(fù)機械手結(jié)構(gòu)更加簡單，成本更低，穿戴適應(yīng)性更強，人機交互更安全以及更加的便攜，更加適合患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練和日常生活輔助。

3.本發(fā)明采用驅(qū)動系統(tǒng)與柔順外骨骼機械手執(zhí)行端分離的方式，使患者手部的負(fù)擔(dān)減小，更加適合患者穿戴和訓(xùn)練。

4.本柔順外骨骼康復(fù)機械手具有一定的柔順性，因此能夠很好的適應(yīng)患者各個手指的位置形態(tài)，起到較好的仿生效果，是患者穿戴更加舒適。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的自適應(yīng)穿戴式柔順外骨骼康復(fù)機械手裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是大拇指驅(qū)動機構(gòu)示意圖；

圖3是四指驅(qū)動機構(gòu)示意圖；

圖4是小拇指組件示意圖；

圖5是直線推桿電機組件示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明的應(yīng)用原理作進(jìn)一步描述。

如圖1至圖5所示，本發(fā)明的自適應(yīng)穿戴式柔順外骨骼康復(fù)機械手，包括大拇指1、食指2、中指3、無名指4、小拇指5、小拇指柔性驅(qū)動推桿7、大拇指柔性驅(qū)動推桿18、食指柔性驅(qū)動推桿55、中指柔性驅(qū)動推桿54、手背支撐板8、手指固定架9、第一鮑登線纜11、第二鮑登線纜22、第三鮑登線纜25、大拇指固定架12、大拇指端支撐板13、無名指柔性驅(qū)動推桿53、中指柔性驅(qū)動推桿54、食指柔性驅(qū)動推桿55、大拇指柔性驅(qū)動推桿18、電機箱16、u型夾20、第一運動耦合滑塊23、第二運動耦合滑塊24、第一直線推桿電機50、第二直線推桿電機51、第三直線推桿電機52等。

如圖1和圖4所示，直線推桿電機組件固定在電機箱16中，并通過直線電機推桿和鮑登線纜以及機械手端的柔性驅(qū)動推桿分別與五根固定在支撐板和固定架上的柔性鉸鏈?zhǔn)种高B接形成手指驅(qū)動機構(gòu)。手指驅(qū)動機構(gòu)包括大拇指驅(qū)動機構(gòu)和四指驅(qū)動機構(gòu)，每一個手指驅(qū)動機構(gòu)都包含柔性鉸鏈?zhǔn)种浮⑿∧粗溉嵝则?qū)動推桿7、手指固定綁帶，（各個手指情況相同，這里以小拇指為例）前、中、后手指固定綁帶27、6、28固定在小拇指5的各個手指指節(jié)上，小拇指柔性驅(qū)動推桿7穿過小拇指5的空心槽，小拇指柔性驅(qū)動推桿7的末端與小拇指5的指尖通過螺釘固定。

如圖2所示，大拇指驅(qū)動機構(gòu)直接通過u型夾20將大拇指柔性驅(qū)動推桿18和第二鮑登線纜22相連，并通過第二鮑登線纜22與第一直線推桿電機50相連。

如圖3所示，四指驅(qū)動機構(gòu)分為兩個耦合運動機構(gòu)，分別為食指中指耦合運動機構(gòu)和無名指小拇指耦合運動機構(gòu)。食指中指耦合運動機構(gòu)由食指柔性驅(qū)動推桿55和中指柔性驅(qū)動推桿54末端分別嵌在第二運動耦合滑塊24的滑槽中，運動耦合滑塊24與第三鮑登線纜25末端相連，并通過第三鮑登線纜25與第二直線推桿電機51相連。無名指小拇指耦合運動機構(gòu)由無名指柔性驅(qū)動推桿53和小拇指柔性驅(qū)動推桿7末端分別嵌在第一運動耦合滑塊23的滑槽中，第一運動耦合滑塊23與第一鮑登線纜11末端相連，并通過第一鮑登線纜11與直線推桿電機52相連。

如圖5所示，直線推桿電機組件包括電機箱16、電機箱蓋15、第一直線推桿電機50、第二直線推桿電機51、第三直線推桿電機52、繩纜導(dǎo)塊42、電機固定件49，直線推桿電機通過電機固定件49固定在電機箱16上，第一鮑登線纜11，第二鮑登線纜22，第三鮑登線纜25末端分別穿過繩纜導(dǎo)塊42的三個中孔并通過第一u型夾46及第一螺母43、第二u型夾47及第二螺母44和第三u型夾48及第三螺母45與第一直線推桿電機50、第二直線推桿電機51和第三直線推桿電機52相連。

本發(fā)明通過使用患者的肌電信號（emg）控制柔順外骨骼康復(fù)機械手的直線推桿電機，從而驅(qū)動大拇指和四指柔順機械結(jié)構(gòu)，帶動無法運動的患肢實現(xiàn)抓握運動，進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練和日常生活輔助，通過抓握運動的反復(fù)刺激，可以逐漸幫助腦卒中病人恢復(fù)部分或全部手運動功能，同時也能對患者的日常生活起到一定的輔助作用。

在各個手指內(nèi)側(cè)都設(shè)置了彎曲角度傳感器，可以在患者進(jìn)行手功能訓(xùn)練的過程中對各個手指的訓(xùn)練情況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，便于康復(fù)醫(yī)師對患者訓(xùn)練情況進(jìn)行分析，制定更加合理的康復(fù)訓(xùn)練方案。

使用時，患者將患手放置在手掌支撐架8的內(nèi)側(cè)。（由于各個手指情況相同，這里以大拇指為例）通過大拇指前固定綁帶17和大拇指后固定綁帶19將大拇指1固定在相應(yīng)的柔順鉸鏈的大拇指1上，使大拇指1與機構(gòu)完全貼合。通過第一直線推桿電機50推動由第一u型夾46固定連接在電機推桿上的第二鮑登線纜22，第二鮑登線纜22的機械手端通過u型夾20固定連接在大拇指柔性驅(qū)動推桿18上，從而推動大拇指柔性驅(qū)動推桿18向前位移，在患者大拇指和大柔順鉸鏈?zhǔn)种傅募s束下，向下產(chǎn)生彎曲，從而帶動大拇指進(jìn)行屈曲和伸展運動。四指驅(qū)動機構(gòu)和大拇指驅(qū)動機構(gòu)的不同之處在于四指驅(qū)動機構(gòu)分為兩個耦合運動機構(gòu)，分別為食指中指耦合運動機構(gòu)和無名指小拇指耦合運動機構(gòu)，其機械手端不同于大拇指驅(qū)動機構(gòu)的由第一鮑登線纜22直接和大拇指柔順驅(qū)動推桿18相連，而是分別通過第一耦合運動滑塊23和第二耦合運動滑塊24與柔性驅(qū)動推桿相連，從而實現(xiàn)一種欠驅(qū)動的驅(qū)動方式。