一种康复型机械手的制作方法

技术领域：

本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种能够帮助上肢骨折病人或手部痉挛患者较快康复的康复型机械手。

背景技术：
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每年因各种原因导致人的手部、臂部骨折或者痉挛的事例很多，而市面上已经出现的帮助病人康复的医疗器械寥寥无几，并且有许多不足之处，不能够很人性化的起到康复的目的。

在冬天，路面湿滑、雾和霾等多种因素导致事故发生率加大，而上肢是人体最为灵活的部位之一，在事故发生时，人们往往通过上肢来保护自己免于伤害，这就导致了在骨折病人中，受伤占比最大。人们往往在骨折后，生活和工作需要他人照顾，浪费双倍或更多的人力，而恢复期比较长，所以，我们需要借助医疗器械加快康复。

在上肢骨折、痉挛和中风患者中，老人和小孩的占比最高，老人由于行动不便、反应速度下降和缺少运动造成的骨质疏松更容易发生事故导致骨折或是痉挛，而小孩则是天性好动加上正在发育阶段，经验不足也易发生骨折，而恰恰是老人和小孩更需要亲友的照料。老人的康复速度也是人群中相对较慢的，这也是需要医疗器械的原因。我国康复专业人才十分匮乏，人才缺口十分巨大。据统计，我国现阶段需要康复治疗师11.47万人，人才缺口达10.09万人。所以外骨骼康复手的设计具有重要意义。

在同类型帮助病人恢复健康的机械手中，大多数比较繁琐，使患者穿戴不方便，加上器械本身缺少反馈，不能及时的了解到病人的康复水平，再者是牵一发动全身，不能进行局部的康复训练，这也是国内在这方面落后于国外的原因之一。

技术实现要素：
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本发明提供了一种康复型机械手，用于实现帮助上肢骨折或者痉挛的患者分别于前、中、后期通过不同运动方式达到康复的目的。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现：

一种康复型机械手，包括大臂组件、小臂组件、腕部和手掌；其中，

大臂组件和小臂组件之间活动连接，并通过臂部电机驱动实现，小臂组件通过腕部与手掌连接，手掌的周向上依次设置有大拇指、食指、中指、无名指和小拇指；手掌的手背上设置有五个掌指关节电机，每个掌指关节电机的输出轴连接有滚珠丝杠，滚珠丝杠与带有内螺纹的滑块的一端配合连接，滑块的底部约束在底座上开设的轨道滑槽上，能够作直线往复运动，滑块的另一端与曲形件的一端连接，曲形件的另一端连接在对应的拇指上，用于驱动对应的拇指往复弯曲。

本发明进一步的改进在于，大臂组件包括配合使用且能够拆合的大臂和大臂副，小臂组件包括配合使用且能够拆合的小臂和小臂副。

本发明进一步的改进在于，大臂与大臂副、小臂与小臂副分别通过合页进行铰链约束，并通过楔形块与楔形键槽配合插入而锁住。

本发明进一步的改进在于，大臂组件和小臂组件的运动范围是0-90°。

本发明进一步的改进在于，腕部的转动范围是0-165°。

本发明进一步的改进在于，还包括拇指关节电机和齿轮；其中，每个拇指的指关节处均通过带轴的齿轮，齿轮的轴穿过一个关节的轴孔与下一个关节的轴孔键槽配合，并将拇指关节电机的转矩通过两个齿轮的啮合传递至下一个关节的，带动下一下关节转动。

本发明进一步的改进在于，每个拇指的指关节处还设置有一个位置传感器，用于将对应指关节处的转动角实时传递、反馈给可编程控制器并显示。

本发明进一步的改进在于，指端关节运动范围是0-60°，指间关节运动范围是0-110°，掌指关节运动范围是0-90°，掌指关节的转动范围为0-90°。

本发明进一步的改进在于，大拇指与其余四指不在同一平面。

本发明具有如下的有益效果：

本发明提供的康复型机械手，大臂组件和小臂组件之间活动连接，并通过臂部电机驱动实现，小臂组件通过腕部与手掌连接，手掌的周向上依次设置有大拇指、食指、中指、无名指和小拇指；手掌的手背上设置有五个掌指关节电机，每个掌指关节电机的输出轴连接有滚珠丝杠，滚珠丝杠与带有内螺纹的滑块的一端配合连接，滑块的底部约束在底座上开设的轨道滑槽上，能够作直线往复运动，滑块的另一端与曲形件的一端连接，曲形件的另一端连接在对应的拇指上，用于驱动对应的拇指往复弯曲，使用时，使患者由初期的不能动，通过机械外部施加力，使之能做简单的锻炼，到达中期阶段，配合患者的自主运动进行康复运动，后期阶段的患者可将机械的主动转变为人体自身主动，带动手套进行抓取等系列活动，最终达到康复的目的。

进一步的，所述大臂与小臂采用紧固式连接，所述腕部采用两个半圆形相扣装置，所述手套采用人体手部外形设计，14个独立关节，所述大臂与小臂连接处、指间关节、指端关节采用步进电机驱动，掌指关节关节采用微型直流减速电机驱动。

进一步的，所述大臂与小臂采用楔形块紧固连接，关节处使用步进电机驱动，运动范围是0-90°，并设计有位置传感器，将转动角实时的传递给可编程控制器并且显示出来。

进一步的，腕部既可以拆卸，又可以方便穿戴，之后通过限位点使其锁在运动范围内，不能脱落，转动范围是0-165°，无电机驱动。

进一步的，所述康复型机械手的可编程控制器(plc)具有保护措施，当机械手各个部件因为外部因素发生损坏或者超出限定运动范围时，位置传感器可将检测到的信号传递给plc，plc可立即进行断电停止处理，防止对病人二次伤害。

进一步的，手套的大拇指与其余四指不在同一平面，符合人体手部外形特征。

综上所述，本发明可调节电机速度由慢到快，患者由被动运动到主动运动的锻炼，能有效帮助上肢骨折、痉挛或者中风患者达到康复的目的。

附图说明：

图1为本发明一个视角的三维图。

图2为本发明另外一个视角的三维图。

图中：1-大臂，2-大臂副，3-臂部电机，4-小臂，5-小臂副，6-腕部，7-手掌，8-大拇指，9-食指，10-中指，11-无名指，12-小拇指，13-掌指关节电机，14-底座，15-滑块，16-曲形件，17-基座，18-拇指关节电机，19-齿轮，20-位置传感器。

具体实施方式：

下面结合实施例，对本发明做进一步说明，应当理解实施例用来理解本发明，并不限制限定本发明。

如图1和图2所示，本发明提供的一种康复型机械手，包括大臂1、大臂副2、臂部电机3、小臂4、小臂副5、腕部6、手掌7、大拇指8、食指9、中指10、无名指11、小拇指12、掌指关节电机13、底座14、滑块15、曲形件16、基座17、拇指关节电机18、齿轮19和位置传感器20。其中，大臂1与大臂副2、小臂4与小臂副5分别都通过合页进行铰链约束，再通过楔形块与楔形键槽配合插入而锁住，大臂1和小臂4通过铰链连接，连接处，在小臂1上安装有臂部电机3而驱动大臂4转动。腕部6是可拆卸设计，既方便手腕穿戴，又保证其不脱落，将手掌7与小臂4通过楔形块紧固连接，也可方便拆卸，患者可按需选择。掌指关节处，掌指关节电机13输出轴连接有滚珠丝杠，滚珠丝杠与带有内螺纹的滑块15进行配合连接，而滑块15底部又被约束在底座14轨道滑槽上只能进行直线型移动，底座14两端有限位，保证滑块15只能在此范围移动，这就将电机的转动方式通过滚珠丝杠和滑块转化成滑块15的定向移动方式，并且滑块15的移动是在底座14限位范围内的。滑块15上部连接有曲形件16，曲形件16只能单自由度转动，曲形件16另一端连接有基座17，也只能单自由度转动，基座17与掌指关节通过焊接方式焊接成一个整体，这就将滑块的单向移动转化成掌指关节的单向转动。其余指关节处，拇指关节电机18输出轴连接有带轴的齿轮19，带轴的齿轮19的轴穿过此关节的轴孔而与下一关节的轴孔键槽配合，从而可以将拇指关节电机的转矩通过两个齿轮的啮合方式传递到下一关节，带动下一关节转动。在手部14个转动自由度处加上臂部电机处总计15处都有位置传感器20，将每个部件的转动角实时传递、反馈给可编程控制器并且显示出来。

其中，大臂与小臂运动范围是0-90°，腕部的转动范围是0-165°，此外，大拇指与其余四指不在同一平面，符合人体手部外形特征。

其中，指端关节运动范围是0-60°，指间关节运动范围是0-110°，掌指关节运动范围是0-90°，掌指关节的转动范围为0-90°。

本发明的工作原理如下：

如图1和图2所示，大臂1与大臂副2、小臂4与小臂副5分别都通过合页连接，再通过楔形块锁住，大臂1和小臂4通过臂部电机3进行驱动。腕部6是可拆卸设计，既方便手腕穿戴，又保证其不脱落，将手掌7与小臂4通过楔形块紧固连接，也可方便拆卸，患者可按需选择。掌指关节处，掌指关节电机13带动底座14上的滚珠丝杠转动，进而带动滑块15进行往复平动，又通过曲形件16带动基座17和掌指关节达到转动目的。其余指关节处，均由拇指关节电机18带动齿轮19转动，齿轮19将转矩通过齿轮轴传递到下一拇指，达到转动目的。在手部14个转动自由度处加上臂部电机处总计15处都有位置传感器20，将每个部件的转动角实时传递、反馈给可编程控制器并且显示出来。康复过程分为三个阶段。初期阶段(第一至五周)，中期阶段(第六至八周)，后期阶段(第九至十一周)，而对于指端关节、指间关节、掌指关节和臂部关节，他们分别在5s中转动的角度为：初级阶段(0-15°，0-20°，0-15°，0-15°)，第三周开始，每次10min，每天数次；中期阶段(0-35°，0-50°，0-40°，0-40°)，每次15min，每天数次；后期阶段(0-70°，0-100°，0-90°，0-90°)，每次30min，每天数次。在每一阶段经康复医师指导正常后可进行下一阶段的康复训练。

本发明针对不同患者的情况，可以拆卸使用该机械手，具体有四种基本方法，具体的来说是：

方法1，针对手部与臂部均有骨折的患者，则将整个机构穿戴在臂部与手部进行康复治疗，每阶段由专业康复医师进行诊断并同意后方可进入下一康复阶段。

方法2，针对单个手指骨折患者，可以拆掉臂部与其他未受伤手指，仅穿戴手掌和受伤手指的机构。然后进行分阶段康复训练。

方法3，针对手部多指骨折患者，可拆卸掉臂部仅穿戴手部康复机械手进行分阶段康复治疗。

方法4，针对臂部骨折患者，可以拆掉手部与腕部机构，仅穿戴臂部设计机构进行分阶段康复治疗。

本发明在辅助手部与臂部康复的同时也保留到了小臂的旋转自由度，以使患者可以自行转动小臂。

以上描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。