本發(fā)明涉及康復(fù)器械，具體為一種3d打印被動波紋管驅(qū)動的可穿戴軟體康復(fù)手套。

背景技術(shù)：

1、人類通過雙手來感知以及活動,對于人們的日常生活極其重要。但是,因手指受傷、腦梗，或者因衰老、事故、中風(fēng)或其他原因會導(dǎo)致手部無力、靈活度下降，影響生活質(zhì)量。臨床證明，在患者肢體損傷后的早期康復(fù)期間，連續(xù)實施被動運動可以補償患者主動運動的不足，增大其肢體活動度，同時減少相應(yīng)的并發(fā)癥。因此，一款安全可靠的康復(fù)手套幫助患者恢復(fù)手部運動是十分必要的。

2、與傳統(tǒng)的剛性康復(fù)機器人設(shè)備相比，軟式可穿戴機器人因其固有的柔軟性而具有順應(yīng)性和安全性，在運動能力輔助、機器人輔助治療和增強移動能力等方面具有更出色的的靈活性和多功能性。

3、現(xiàn)有軟體康復(fù)手套以氣動驅(qū)動為主，氣體驅(qū)動軟式可穿戴機器人具有自然柔軟、順應(yīng)性強等優(yōu)點。但是，氣體驅(qū)動機器人存在易穿刺、流體系統(tǒng)復(fù)雜且笨重，主動驅(qū)動促使手指彎曲來抓取物體容易造成驅(qū)動力過大導(dǎo)致的不舒適或意外傷害。同時氣動軟體康復(fù)手套驅(qū)動器無法根據(jù)每個患者不同的手指長度定制化制造，導(dǎo)致手套無法最大程度的適配患者手部尺寸。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種3d打印被動波紋管的軟體康復(fù)手套。

2、本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種軟體康復(fù)手套，其特征在于，包括波紋管驅(qū)動器、手套、肌腱線、控制盒，以及位于控制盒內(nèi)的控制系統(tǒng)和驅(qū)動裝置，所述肌腱線的一端連接驅(qū)動裝置，另一端連接波紋管驅(qū)動器；所述波紋管驅(qū)動器包括兩個以上的關(guān)節(jié)段，上述各關(guān)節(jié)段的壁厚從指根到指尖依次減小，波紋管驅(qū)動器固接于手套的手指部上方，且波紋管驅(qū)動器的長度比手套手指部的長度長；

4、所述控制系統(tǒng)用于接收使用者的指令并控制驅(qū)動裝置，當(dāng)肌腱線收縮時，波紋管驅(qū)動器收縮并儲存彈性勢能，同時帶動手指張開；當(dāng)肌腱線松開時，波紋管驅(qū)動器會伸長，儲存在波紋管驅(qū)動器中的彈性能量被釋放出來，并驅(qū)動手指被動彎曲。

5、優(yōu)選地，所述波紋管驅(qū)動器同一關(guān)節(jié)段的波紋管壁厚也不同，從指根到指尖，壁厚逐漸減小，以便在肌腱線釋放時實現(xiàn)順序性的伸展與彎曲動作。

6、所述波紋管結(jié)構(gòu)可以調(diào)節(jié)壁厚橫截面積等參數(shù)以便實現(xiàn)不同的伸縮性能和驅(qū)動力，能夠有效控制各關(guān)節(jié)的硬度特性，從而實現(xiàn)更大的抓取范圍和更強的抓取能力。所述波紋管驅(qū)動器的長度是根據(jù)人類手指的實際長度設(shè)計的，以便能夠更好的適配不同使用者。

7、優(yōu)選地，所述軟體康復(fù)手套還包括手背固定座，手背固定座設(shè)有對應(yīng)手套手指部的五個分區(qū)，每個分區(qū)固接一個波紋管驅(qū)動器，每個波紋管驅(qū)動器連接一根肌腱線。

8、優(yōu)選地，所述波紋管驅(qū)動器的各關(guān)節(jié)段為波紋管，波紋管驅(qū)動器近指尖一端的端部以及各關(guān)節(jié)段之間均設(shè)有第一固定管段，通過第一固定管段與手套的對應(yīng)部位固接；波紋管驅(qū)動器近指根一端的端部設(shè)有第二固定管段，第二固定管段固定于手背固定座對應(yīng)的分區(qū)內(nèi)。

9、優(yōu)選地，手背固定座的4個分區(qū)設(shè)置第一波紋管驅(qū)動器，1個分區(qū)設(shè)置第二波紋管驅(qū)動器，所述第一波紋管驅(qū)動器包括3個關(guān)節(jié)段，分別為掌指關(guān)節(jié)段(mcp段)、近端指間關(guān)節(jié)段(pip段)及遠(yuǎn)端指間關(guān)節(jié)段(dip段)，其中所述mcp段、pip段及dip段的壁厚依次減小。

10、第二波紋管驅(qū)動器包括2個關(guān)節(jié)段，第二波紋管驅(qū)動器設(shè)置于拇指對應(yīng)的手背固定座分區(qū)內(nèi)。

11、優(yōu)選地，所述肌腱線穿過波紋管驅(qū)動器的第一、二固定管段內(nèi)部，以及各關(guān)節(jié)段中間的對稱孔，貫穿波紋管驅(qū)動器兩端。肌腱線可采用細(xì)鐵線或者凱夫拉線等。

12、優(yōu)選地，所述手背固定座外的肌腱線用軟管包裹，軟管的兩端通過連接頭分別固定于手背固定座和控制盒。

13、優(yōu)選地，所述手背固定座的五個分區(qū)上方設(shè)有將五條肌腱線分開的限位件。

14、優(yōu)選地，所述限位件的底部設(shè)有讓肌腱線穿過的五個凹槽。

15、優(yōu)選地，所述控制系統(tǒng)包括控制面板和電路控制板，控制面板設(shè)于控制盒上蓋，電路控制板固定在控制盒內(nèi)；所述控制盒上還設(shè)有綁帶。

16、優(yōu)選地，所述驅(qū)動裝置包括舵機和舵輪，所述舵機卡在控制盒卡槽中，舵輪插入舵機的花鍵中。

17、本發(fā)明軟體康復(fù)手套的五指位置布有波紋管驅(qū)動器，肌腱線貫穿波紋管驅(qū)動器兩端，肌腱線末端通過電機控制波紋管驅(qū)動器收縮伸長，波紋管驅(qū)動器與手套本體在裝配時，波紋管驅(qū)動器長度(自然長度)比手套本體的長度長，由于手套本體的彈性模量比波紋管驅(qū)動器的彈性模量小，手套本體會因波紋管驅(qū)動器的彈性而被動彎曲。在這種情況下，手可以在沒有電源的情況下保持彎曲狀態(tài)，即使沒有手指內(nèi)側(cè)的感覺反饋，也能自然適應(yīng)被抓取的物體。當(dāng)電機驅(qū)動肌腱線收縮時，波紋管驅(qū)動器收縮并儲存彈性勢能，同時帶動手指張開。當(dāng)電機驅(qū)動肌腱松開時，波紋管結(jié)構(gòu)會伸長，由于波紋管結(jié)構(gòu)通過手套本體穿戴在手指上，手指和手套本體可視為應(yīng)變限制層，阻止波紋管驅(qū)動器沿直線伸展。因此，儲存在pba中的彈性能量被釋放出來，并驅(qū)動波紋管結(jié)構(gòu)和手指被動彎曲。手指的彎曲速度和彎曲角度可通過控制電機角度來控制。波紋管驅(qū)動由內(nèi)部儲存的彈性勢能驅(qū)動的抓取模式，具有像彈簧一樣的被動抓取能力，使佩戴者在抓取不同物體時具有良好的適應(yīng)性，而不是主動牽拉肌腱線來抓取物體，有效避免了驅(qū)動力過大導(dǎo)致的不舒適或意外傷害。波紋管驅(qū)動器采用梯度壁厚設(shè)計，mcp、pip及dip關(guān)節(jié)段的壁厚呈逐漸減小的趨勢。這一設(shè)計可以有效調(diào)整各關(guān)節(jié)的硬度特性，使得在肌腱線釋放過程中，mcp關(guān)節(jié)首先啟動伸展與彎曲動作，隨后依次是pip關(guān)節(jié)，最后是dip關(guān)節(jié)，形成有序的彎曲運動模式，以優(yōu)化對較大直徑物體的抓取效果。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

19、(1)利用被動波紋管驅(qū)動器的伸縮性能，實現(xiàn)對關(guān)節(jié)的屈伸輔助，避免了主動驅(qū)動產(chǎn)生過大的力造成二次損傷和不適感，且具有內(nèi)在順應(yīng)性和自然適應(yīng)性，能夠在與不規(guī)則物體交互時保持良好的順應(yīng)性。相比于氣動驅(qū)動康復(fù)手套，本發(fā)明采用電機驅(qū)動肌腱線的方式能夠提高對執(zhí)行器的可控性以及減輕整體的重量提高便攜性。手套的可穿戴式設(shè)計能滿足患者除了康復(fù)訓(xùn)練之外的日常生活佩戴使用。

20、(2)波紋管驅(qū)動器可以采用高彈性材料如tpu進(jìn)行3d打印制造，具有成本低、易于定制的優(yōu)點。本發(fā)明的整體都是可穿戴式，重量不到1kg，除了滿足康復(fù)抓握訓(xùn)練，還可能滿足患者實際日常生活中的輔助抓握。

技術(shù)特征：

1.一種軟體康復(fù)手套，其特征在于，包括波紋管驅(qū)動器、手套、肌腱線、控制盒，以及位于控制盒內(nèi)的控制系統(tǒng)和驅(qū)動裝置，所述肌腱線的一端連接驅(qū)動裝置，另一端連接波紋管驅(qū)動器；所述波紋管驅(qū)動器包括兩個以上的關(guān)節(jié)段，上述各關(guān)節(jié)段的壁厚從指根到指尖依次減小，波紋管驅(qū)動器固接于手套的手指部上方，且波紋管驅(qū)動器的長度比手套手指部的長度長；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟體康復(fù)手套，其特征在于，還包括手背固定座，手背固定座設(shè)有對應(yīng)手套手指部的五個分區(qū)，每個分區(qū)固接一個波紋管驅(qū)動器，每個波紋管驅(qū)動器連接一根肌腱線。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的軟體康復(fù)手套，其特征在于，所述波紋管驅(qū)動器的各關(guān)節(jié)段為波紋管，波紋管驅(qū)動器近指尖一端的端部以及各關(guān)節(jié)段之間均設(shè)有第一固定管段，通過第一固定管段與手套的對應(yīng)部位固接；波紋管驅(qū)動器近指根一端的端部設(shè)有第二固定管段，第二固定管段固定于手背固定座對應(yīng)的分區(qū)內(nèi)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的軟體康復(fù)手套，其特征在于，手背固定座的4個分區(qū)設(shè)置第一波紋管驅(qū)動器，1個分區(qū)設(shè)置第二波紋管驅(qū)動器，所述第一波紋管驅(qū)動器包括3個關(guān)節(jié)段，第二波紋管驅(qū)動器包括2個關(guān)節(jié)段，第二波紋管驅(qū)動器設(shè)置于拇指對應(yīng)的手背固定座分區(qū)內(nèi)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的軟體康復(fù)手套，其特征在于，所述肌腱線穿過波紋管驅(qū)動器的第一、二固定管段內(nèi)部，以及各關(guān)節(jié)段中間的對稱孔，貫穿波紋管驅(qū)動器兩端。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的軟體康復(fù)手套，其特征在于，所述手背固定座外的肌腱線用軟管包裹，軟管的兩端通過連接頭分別固定于手背固定座和控制盒。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的軟體康復(fù)手套，其特征在于，所述手背固定座的五個分區(qū)上方設(shè)有將五條肌腱線分開的限位件。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的軟體康復(fù)手套，其特征在于，所述限位件的底部設(shè)有讓肌腱線穿過的五個凹槽。

9.根據(jù)權(quán)利要求1～8任一項所述的軟體康復(fù)手套，其特征在于，所述波紋管驅(qū)動器同一關(guān)節(jié)段的波紋管壁厚也不同，從指根到指尖，壁厚逐漸減小。

10.根據(jù)權(quán)利要求1～8任一項所述的軟體康復(fù)手套，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包括控制面板和電路控制板，控制面板設(shè)于控制盒上蓋，電路控制板固定在控制盒內(nèi)；所述控制盒上還設(shè)有綁帶；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種軟體康復(fù)手套，包括波紋管驅(qū)動器、手套、肌腱線、控制盒，位于控制盒內(nèi)的控制系統(tǒng)和驅(qū)動裝置，肌腱線的一端連接驅(qū)動裝置，另一端連接波紋管驅(qū)動器；波紋管驅(qū)動器的各關(guān)節(jié)段的壁厚從指根到指尖依次減小，波紋管驅(qū)動器固接于手套的手指部上方，且其長度比手套手指部的長度長；控制系統(tǒng)用于接收使用者的指令并控制驅(qū)動裝置，當(dāng)肌腱線收縮時，波紋管驅(qū)動器收縮并儲存彈性勢能，同時帶動手指張開；當(dāng)肌腱線松開時，波紋管驅(qū)動器會伸長，儲存在波紋管驅(qū)動器中的彈性能量被釋放出來，并驅(qū)動手指被動彎曲。本發(fā)明能避免主動驅(qū)動產(chǎn)生過大的力造成二次損傷和不適感，具有內(nèi)在順應(yīng)性和自然適應(yīng)性，還具有重量輕、易于控制、便攜等優(yōu)點。

技術(shù)研發(fā)人員：李元靖,李云泉,夏九天,錢青云,虞添麟,關(guān)順梓,韋一
受保護(hù)的技術(shù)使用者：康躍醫(yī)療科技（廣州）有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19