一种基于气动波纹管驱动器的柔性机器人康复装置的制作方法

1.本发明涉及康复设备技术领域，尤其涉及一种基于气动波纹管驱动器的柔性机器人康复装置。


背景技术：

2.柔性执行器是柔性机器人康复手套的核心组成部分，该部分结构主要由线性或者非线性柔性材料制成，其优点为质量轻、灵活、并且符合人机交互友好的兼容性，在该柔性机器人康复手套中，与空气差压传感器联用，以便协助脑卒中手部偏瘫患者利用康复手套完成日常抓取和操作任务。该柔性执行器广泛应用于辅助康复治疗领域。然而，目前常见的柔性的机器人康复手套仅粗略模仿了人体手部的运动轨迹来进行康复训练，其缺乏基于人体工学设计的结构机制来精准模拟手指的运动轨迹，以及压力控制调节系统的精准反馈，因此不能实现柔性机器人康复手整体系统的自适应调节。此外，由于偏瘫患者用户的需求不一，患病等级不同，人体的手部维度亦存在差异，单一的输出会造成用户疗效不理想，甚至会适得其反，造成严重的医疗事故，因此，基于气动波纹管驱动器的柔性机器人康复手套尤其重要。
3.为此，我们提出一种基于气动波纹管驱动器的柔性机器人康复装置来解决上述问题。


技术实现要素：

4.本发明提供一种基于气动波纹管驱动器的柔性机器人康复装置，为了解决康复手套运动机构与人体的运动机制不能友好兼容，以及压力控制系统不能及时精准反馈人体手部运动状态的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明提供的一种基于气动波纹管驱动器的柔性机器人康复装置，包括气泵，所述气泵输出端通过进气管道连接有转接件，所述转接件通过连接管连接有执行装置，所述气泵通过导线连接有控制器，其中：
6.所述执行装置包括多个刚性部；
7.所述刚性部包括输气管道和固定套接在输气管道外侧壁上的固定件，其中一个所述输气管道的一端与连接管远离转接件的一端固定连接，两个相邻的所述刚性部通过柔性部连接；
8.所述柔性部包括波纹管，两个相邻的所述波纹管通过固定件连接，所述输气管道设置在固定件上。
9.优选的，所述执行装置粘附在手套上，且一只手套上的执行装置的数量最多为五个，最少为一个。根据人体手部真实关节的模拟，大拇指只有两个关节，其他手指都是三个关节，因此，除安装在大拇指上的所述执行装置外，安装在其他手指上的所述执行装置均设置有三个波纹管，而安装在大拇指上的执行装置设置有两个波纹管。
10.优选的，所述波纹管分别安装在手掌与掌趾骨的连接处、掌趾骨与近端趾骨的连
接处和近端趾骨与远端趾骨的连接处。
11.优选的，所述掌骨关节、近端关节和远端关节的最大屈曲值分别约为95度、110度和90度。
12.优选的，所述执行装置粘附在手套上时，只是通过所述固定件粘附在手套上，所述波纹管并不粘附在手套上。
13.优选的，所述连接管的两端均安装连接器，用于所述连接管的两端分别与转接件和输气管道连接。
14.优选的，所述固定件为l型固定件或u型固定件中的其中一种。
15.优选的，所述转接件的输出端上固定连接有电磁阀，所述电磁阀与控制器之间电性连接。
16.优选的，所述进气管道内安装有空气传感器。
17.优选的，所述空气传感器为空气差压传感器。
18.与相关技术相比较，本发明提供的一种基于气动波纹管驱动器的柔性机器人康复装置具有如下有益效果：
19.1、本发明提供一种基于气动波纹管驱动器的柔性机器人康复装置，通过将执行装置安装在康复手套上，通过往波纹管内输入空气，增加其内部的气压，使得波纹管呈现弯曲状态，可以模仿人体手部的运动轨迹进行康复训练，且基于人体工学设计的结构机制来精准模拟手指的运动轨迹，以及压力控制调节系统的精准反馈，实现柔性机器人康复手整体系统的自适应调节，并可以根据患者的患病等级不同和人体手部的维度差异，对执行装置进行独立控制，从而完成对患者手指个性化的康复治疗，解决了康复手套运动机构与人体的运动机制不能友好兼容以及压力控制系统不能及时精准反馈人体手部运动状态的问题。
20.2、本发明提供一种基于气动波纹管驱动器的柔性机器人康复装置，该柔性机器人康复装置可以粘附在不同的康复手套上，可以根据患者的手掌大小选择匹配的康复手套进行康复训练，适用范围广，局限性小，解决了传统的柔性执行器直接固定在单一的康复手套上，并不能实际使用需求进行更换康复手套，使用局限性受到很大限制的技术问题。
21.3、本发明提供一种基于气动波纹管驱动器的柔性机器人康复装置，该柔性机器人康复装置的执行装置的数量可以根据使用的需求进行选择，可以单独的对一根手指或者多根手指进行同时训练，适用范围广，局限性小。
附图说明
22.图1为一种基于气动波纹管驱动器的柔性机器人康复装置的结构示意图；
23.图2为图1中a处的结构示意图；
24.图3为一种基于气动波纹管驱动器的柔性机器人康复装置安装在康复手套上的结构示意图。
25.图中标号：1、执行装置；101、输气管道；102、波纹管；103、固定件；2、连接管；3、电磁阀；4、转接件；5、气泵；6、进气管道；7、控制器。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.实施例一
28.由图1
‑
图3给出，一种基于气动波纹管驱动器的柔性机器人康复装置，包括气泵5，气泵5输出端通过进气管道6连接有转接件4，转接件4通过连接管2连接有执行装置1，气泵5通过导线连接有控制器7。
29.气泵5的作用是为执行装置1的波纹管102内输入空气，增加波纹管102内的气压，以便于波纹管102的形状受力发生弯曲，以带动患者的手指弯曲，从而达到对患者手指进行康复训练的效果。
30.进气管道6的作用是往转接件4内输入空气，改变执行装置1内部的气压。
31.转接件4的作用是将空气分别输送到各个连接管2内，达到对对应的执行装置1的内部气压进行调节的效果。
32.执行装置1的作用是通过调节执行装置1内部气压的大小，达到对执行装置1弯曲程度进行调节的效果，利用执行装置1弯曲运动带动患者的手指运动，以便于对患者进行手部康复训练。
33.执行装置1包括多个刚性部；
34.刚性部包括输气管道101和固定套接在输气管道101外侧壁上的固定件103，其中一个输气管道101的一端与连接管2远离转接件4的一端固定连接，两个相邻的刚性部通过柔性部连接；
35.柔性部包括波纹管102，两个相邻的波纹管102通过固定件103连接，输气管道101设置在固定件103上。
36.通过对柔性部的内部进行输入空气，使其形状发生弯曲，从而使得执行装置1发生弯曲，通过执行装置1弯曲带动患者的手指发生弯曲。当执行装置1的弯曲程度达到所需的要求后，再利用气泵5将柔性部内部的空气逐渐抽出，柔性部的内部气压逐渐减小，直至柔性部的形状复原，此过程中，执行装置1的弯曲轨迹由直线形变为弧线形再变为直线形，往复上述操作，使得患者的手指按照伸直、弯曲、再伸直的顺序进行康复训练。
37.固定件103为l型固定件或u型固定件中的其中一种。
38.固定件103固定套接在输气管道101的外侧壁上。当固定件103为l型固定件时，刚性部的硬度会降低，使得该执行装置1的整体柔性度上升。当固定件103为u型固定件时，刚性部的硬度会上升，使得该执行装置1的整体柔性度下降。
39.转接件4的输出端上固定连接有电磁阀3，电磁阀3与控制器7之间电性连接。
40.电磁阀3的作用是控制对应的连接管2通断，以便于单独对执行装置1内部的气压进行控制，提高该柔性机器人康复装置的灵活性和独立性。
41.进气管道6内安装有空气差压传感器。
42.通过空气差压传感器对进气管道6内部的气压进行检测，实时监测进气管道6内部气压是否符合阈值范围，以便于根据进气管道6内部的气压利用气泵5进行气压调节。
43.工作原理：
44.根据患者手掌的大小选择对应的康复手套，再根据治疗需求将对应数量的执行装
置1粘附在康复手套的手背位置处，以便于对应的执行装置1对对应的手指进行控制，当进行康复训练的过程中，利用控制器7控制气泵5运行，气泵5对柔性部的内部进行输送空气，使其形状发生弯曲，从而使得执行装置1发生弯曲，通过执行装置1弯曲带动患者的手指发生弯曲。当执行装置1的弯曲程度达到所需的要求后，再利用气泵5将柔性部内部的空气逐渐抽出，柔性部的内部气压逐渐减小，直至柔性部的形状复原，此过程中，执行装置1的弯曲轨迹由直线形变为弧线形再变为直线形，往复上述操作，使得患者的手指按照伸直、弯曲、再伸直的顺序进行康复训练。此外，还可以根据需要利用电磁阀3控制对应的连接管2的通断，对其中的任意一根手指进行单独的康复训练，具有很好的灵活性和独立性。
45.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
46.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。