一种外骨骼手部康复训练装置的制作方法

本发明涉及康复训练器械技术领域，特别涉及一种外骨骼手部康复训练装置。

背景技术

截止到目前，我国因为各类事故、偏瘫、脑瘫、小儿麻痹等原因造成手部残疾的患者大概2000万人，手部残疾表现为“鹰勾爪”、抽搐痉挛、无法正常伸展或回缩/抓取无力等。通过手术治疗矫正往往达不到理想的效果，再则于手术花费较大、术后康复不明显，很多患者放弃进行手术治疗，进入到相关康复中心进行康复矫正治疗。此外，手部受损的致残率较高，严重影响患者的生活能力。目前，患者普遍在康复中心使用专门的康复机械进行恢复训练，可是缺点是训练时间不够，进行相关康复的医生不足，且增加了病人家庭的经济负担，种种因素对于患者的康复是极其不利的。为此急需一种成本低并功能全的手部康复训练机械。如专利号为cn201610848765.x提供了《可穿戴式康复训练外骨骼机械手》，包括四指康复机构及拇指康复机构等，其优点是便携可穿戴；缺点是结构繁琐，控制可靠性与灵活性低。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种外骨骼手部康复训练装置，手指外骨骼训练机构（除大拇指外）为平面连杆机构与外啮合齿轮机构构成的二自由度复合式组合机构，控制灵活，可实现单根手指特定运动和多根手指的组合式特定运动。大拇指外骨骼训练机构为三自由度串联机构，靠三个步进电机单独控制各指节运动。固定腕由永磁体吸扣控制开合，并带橡胶垫，佩戴舒适便利。

本发明所使用的技术方案是：一种外骨骼手部康复训练装置，包括底座、支板、支柱、第一铰支座、支梁、支架、大拇指外骨骼、中三指外骨骼、小拇指外骨骼、固定腕，所述的支架有两个，固定安装在底座两侧；支梁有两个，分别固定安装在支板两侧，每个支梁另一端固定安装在两侧的支架上，用于将支板固定于支架上；所述的第一铰支座固定安装在支板右侧，其上铰接有一大拇指外骨骼；所述的支柱有四个，固定安装在支板上侧，右侧三个支柱上各自铰接有一中三指外骨骼，最左侧支柱上铰接有一小拇指外骨骼；固定腕固定安装在支板下侧，用于固定患者手腕。

所述的大拇指外骨骼包括第一步进电机、大拇指第一指节、第二步进电机、大拇指第二指节、第三步进电机、大拇指第三指节、大拇指指套、固定轴，所述的固定轴有三个，第一个固定安装在前述的第一铰支座上，第二个固定安装在大拇指第一指节末端，第三个固定安装在大拇指第二指节末端；大拇指第一指节首端铰接在第一个固定轴上，大拇指第二指节首端铰接在第二个固定轴上，大拇指第三指节首端铰接在第三个固定轴上；第一步进电机固定安装在大拇指第一指节首端，且输出轴与第一个固定轴连接；第二步进电机固定安装在大拇指第二指节首端，且输出轴与第二个固定轴连接；第三步进电机固定安装在大拇指第三指节首端，且输出轴与第三个固定轴连接；大拇指第二指节与大拇指第三指节中部各安装有一大拇指指套。

所述的中三指外骨骼包括齿圈、自移动齿轮、第一电动推杆、第二电动推杆、第三电动推杆、中三指第三指节、中三指第二指节、中三指第一指节、中三指指套、第二铰支座、第三铰支座，所述的齿圈通过第三铰支座铰接在前述的支柱上；中三指第一指节一端铰接在第二铰支座上，另一端铰接有一中三指第二指节，中三指第二指节另一端铰接有一中三指第三指节；三个指节上各安装有一中三指指套；所述的自移动齿轮有三个，安装在齿圈上；所述的第一电动推杆一端铰接在自移动齿轮上，另一端铰接在中三指第一指节上；第二电动推杆一端铰接在自移动齿轮上，另一端铰接在中三指第二指节上；第三电动推杆一端铰接在自移动齿轮上，另一端铰接在中三指第三指节上。

所述的固定腕包括固定板、外手腕支板、外手腕橡胶垫、第五铰支座、第六铰支座、内手腕支板、内手腕橡胶垫、拉环、永磁体吸扣，所述的固定板固定安装在前述的支板上；外手腕支板固定安装在固定板一侧，其内侧固定安装有一个外手腕橡胶垫，两侧外伸耳上分别固定安装有一第五铰支座和永磁体吸扣；所述的内手腕支板通过第六铰支座铰接在第五铰支座上，其内侧固定安装有一内手腕橡胶垫，另一侧外伸耳上面固定安装有一拉环，下面开有方槽，用于吸附配合永磁体吸扣。

进一步的，所述的大拇指指套包括指套、滑杆、弹簧、挡板，所述的指套两端各固定安装有一滑杆，滑杆与前述指节两侧的内孔配合构成移动副；每个滑杆另一端固定安装有一挡板，用于限位弹簧；弹簧卡在指节与挡板之间，当手指插入各指套时，指套被下拉，然后在弹簧力作用下束紧手指。

进一步的，所述的自移动齿轮包括滑块、双轴电机、齿轮、滚子、第四铰支座，所述的双轴电机固定安装在滑块上，其两侧输出轴上各固定安装有一齿轮，该齿轮与前述的齿圈外侧的齿相互啮合；两个滚子分别铰接在滑块两侧，与前述的齿圈内孔面接触，用于限位整个自移动齿轮；所述的第四铰支座固定安装在滑块底部，用于铰接电动推杆。

进一步的，所述的中三指指套与前述的大拇指指套有相同的结构。

进一步的，所述的小拇指外骨骼与前述的中三指外骨骼有相同的结构，尺寸大小比中三指外骨骼小。

由于本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下优点：（1）手指外骨骼训练机构（除大拇指外）为平面连杆机构与外啮合齿轮机构构成的二自由度复合式组合机构，控制灵活，可实现单根手指特定运动和多根手指的组合式特定运动；（2）固定腕由永磁体吸扣控制开合，并带橡胶垫，佩戴舒适便利；（3）结构简单，制造成本低。

附图说明

图1、图2、图3为本发明的整体手展平姿态结构示意图。

图4为本发明的整体手握拳姿态结构示意图。

图5为本发明的大拇指外骨骼结构示意图。

图6为本发明的大拇指指套结构示意图。

图7为本发明的中三指外骨骼结构示意图。

图8为本发明的中三指外骨骼握拳姿态结构示意图。

图9为本发明的自移动齿轮结构示意图。

图10为本发明的中三指指套结构示意图。

图11为本发明的小拇指外骨骼结构示意图。

图12为本发明的固定腕结构示意图。

附图标号：1-底座；2-支板；3-支柱；4-第一铰支座；5-支梁；6-支架；7-大拇指外骨骼；8-中三指外骨骼；9-小拇指外骨骼；10-固定腕；701-第一步进电机；702-大拇指第一指节；703-第二步进电机；704-大拇指第二指节；705-第三步进电机；706-大拇指第三指节；707-大拇指指套；708-固定轴；70701-指套；70702-滑杆；70703-弹簧；70704-挡板；801-齿圈；802-自移动齿轮；803-第一电动推杆；804-第二电动推杆；805-第三电动推杆；806-中三指第三指节；807-中三指第二指节；808-中三指第一指节；809-中三指指套；810-第二铰支座；811-第三铰支座；80201-滑块；80202-双轴电机；80203-齿轮；80204-滚子；80205-第四铰支座；1001-固定板；1002-外手腕支板；1003-外手腕橡胶垫；1004-第五铰支座；1005-第六铰支座；1006-内手腕支板；1007-内手腕橡胶垫；1008-拉环；1009-永磁体吸扣。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12所示的一种外骨骼手部康复训练装置，包括底座1、支板2、支柱3、第一铰支座4、支梁5、支架6、大拇指外骨骼7、中三指外骨骼8、小拇指外骨骼9、固定腕10，所述的支架6有两个，固定安装在底座1两侧；支梁5有两个，分别固定安装在支板2两侧，每个支梁5另一端固定安装在两侧的支架6上，用于将支板2固定于支架6上；所述的第一铰支座4固定安装在支板2右侧，其上铰接有一大拇指外骨骼7；所述的支柱3有四个，固定安装在支板2上侧，右侧三个支柱3上各自铰接有一中三指外骨骼8，最左侧支柱3上铰接有一小拇指外骨骼9；固定腕10固定安装在支板2下侧，用于固定患者手腕。

大拇指外骨骼7包括第一步进电机701、大拇指第一指节702、第二步进电机703、大拇指第二指节704、第三步进电机705、大拇指第三指节706、大拇指指套707、固定轴708，所述的固定轴708有三个，第一个固定安装在前述的第一铰支座4上，第二个固定安装在大拇指第一指节702末端，第三个固定安装在大拇指第二指节704末端；大拇指第一指节702首端铰接在第一个固定轴708上，大拇指第二指节704首端铰接在第二个固定轴708上，大拇指第三指节706首端铰接在第三个固定轴708上；第一步进电机701固定安装在大拇指第一指节702首端，且输出轴与第一个固定轴708连接；第二步进电机703固定安装在大拇指第二指节704首端，且输出轴与第二个固定轴708连接；第三步进电机705固定安装在大拇指第三指节706首端，且输出轴与第三个固定轴708连接；大拇指第二指节704与大拇指第三指节706中部各安装有一大拇指指套707。

中三指外骨骼8包括齿圈801、自移动齿轮802、第一电动推杆803、第二电动推杆804、第三电动推杆805、中三指第三指节806、中三指第二指节807、中三指第一指节808、中三指指套809、第二铰支座810、第三铰支座811，所述的齿圈801通过第三铰支座811铰接在前述的支柱3上；中三指第一指节808一端铰接在第二铰支座810上，另一端铰接有一中三指第二指节807，中三指第二指节807另一端铰接有一中三指第三指节806；三个指节上各安装有一中三指指套809；所述的自移动齿轮802有三个，安装在齿圈801上；所述的第一电动推杆803一端铰接在自移动齿轮802上，另一端铰接在中三指第一指节808上；第二电动推杆804一端铰接在自移动齿轮802上，另一端铰接在中三指第二指节807上；第三电动推杆805一端铰接在自移动齿轮802上，另一端铰接在中三指第三指节806上。

固定腕10包括固定板1001、外手腕支板1002、外手腕橡胶垫1003、第五铰支座1004、第六铰支座1005、内手腕支板1006、内手腕橡胶垫1007、拉环1008、永磁体吸扣1009，所述的固定板1001固定安装在前述的支板2上；外手腕支板1002固定安装在固定板1001一侧，其内侧固定安装有一个外手腕橡胶垫1003，两侧外伸耳上分别固定安装有一第五铰支座1004和永磁体吸扣1009；所述的内手腕支板1006通过第六铰支座1005铰接在第五铰支座1004上，其内侧固定安装有一内手腕橡胶垫1007，另一侧外伸耳上面固定安装有一拉环1008，下面开有方槽，用于吸附配合永磁体吸扣1009。

大拇指指套707包括指套70701、滑杆70702、弹簧70703、挡板70704，所述的指套70701两端各固定安装有一滑杆70702，滑杆70702与前述指节两侧的内孔配合构成移动副；每个滑杆70702另一端固定安装有一挡板70704，用于限位弹簧70703；弹簧70703卡在指节与挡板70704之间，当手指插入各指套70701时，指套70701被下拉，然后在弹簧力作用下束紧手指。

自移动齿轮802包括滑块80201、双轴电机80202、齿轮80203、滚子80204、第四铰支座80205，所述的双轴电机80202固定安装在滑块80201上，其两侧输出轴上各固定安装有一齿轮80203，该齿轮80203与前述的齿圈801外侧的齿相互啮合；两个滚子80204分别铰接在滑块80201两侧，与前述的齿圈801内孔面接触，用于限位整个自移动齿轮802；所述的第四铰支座80205固定安装在滑块80201底部，用于铰接电动推杆。

中三指指套809与前述的大拇指指套707有相同的结构。小拇指外骨骼9与前述的中三指外骨骼8有相同的结构，尺寸大小比中三指外骨骼8小。

本发明工作原理：本发明的大拇指外骨骼训练机构，即大拇指外骨骼7，为三自由度串联机构，靠三个步进电机单独控制各指节运动。手指外骨骼训练机构（除大拇指外），即中三指外骨骼8与小拇指外骨骼9，为平面连杆机构与外啮合齿轮机构构成的二自由度复合式组合机构，两个自由度具体为：首先，自移动齿轮802一侧由齿轮80203与齿圈801啮合，另一侧由滚子80204与齿圈801内孔配合，从而将整个自移动齿轮802卡在齿圈801上，当双轴电机80202带动齿轮80203转动时，由于齿轮80203和齿圈801相互啮合的原因，自移动齿轮802会沿着齿圈801的圆周运动，这是第一个自由度；其次，一端铰接在移动齿轮802上，另一端铰接在各指节上的电动推杆，推杆的移动为该机构的第二个自由度。两个自由度相互配合，可使特定指节达到特定的位置和姿态。

对于固定腕10，关闭状态时，内手腕支板1006依靠永磁体吸扣1009吸附固定在外手腕支板1002上，使用时，只需拉动固定于内手腕支板1006上的拉环1008即可开启与闭合。