专利名称：一种并联型外骨骼拇指康复训练装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种人体运动辅助装置，尤其涉及一种外骨骼拇指康复训练装置及其使用方法。
背景技术：
对于手部疾病患者，包括意外伤害、中风等，科学的康复训练治疗对于最大限度的恢复手部灵活性有着非常重要的意义。目前，主要通过专业医师进行康复治疗，这样的治疗方式过于依赖医生的经验，而且对于病人的个体差异性问题，缺乏相应的针对措施，治疗效果受到很大局限。机械外骨骼是从生物外骨骼得到思路的一种全新技术，其作为一种通过机械对人体机能进行强化的方式，早在上世纪就已被提出，最初被尝试运用于军事领域；同时，机械外骨骼的辅助性和强化性也对康复治疗和灾害救援提供了全新的思路。现有的外骨骼康复训练机械手在食指、中指等手指的运动康复上已达到良好的效果，但拇指外骨骼由于设计的局限性，只能实现屈伸和侧摆两种简单的运动及其组合，无法完全复现姆指的各种复杂运动，使得姆指的康复大打折扣；而姆指作为最灵活的手指，在人手实现各种功能的过程中起着不可或缺的作用，外骨骼康复训练机械手对拇指的康复效果不佳也将严重影响手部整体的康复效果。
实用新型内容本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种并联型外骨骼拇指康复训练
装置[0006]本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的本实用新型并联型外骨骼拇指康复训练装置包括拇指外骨骼连接件、第一球关节直线驱动机构、第二球关节直线驱动机构、拇指前端驱动机构和拇指外骨骼，第一球关节直线驱动机构、第二球关节直线驱动机构和拇指前端驱动机构分别包括相互连接的驱动装置和伸缩装置，所述伸缩装置能够在对应的所述驱动装置的驱动下进行伸缩运动；第一球关节直线驱动机构、第二球关节直线驱动机构的伸缩装置的第一端分别通过球关节与拇指外骨骼连接件连接，第一球关节直线驱动机构第二球关节直线驱动机构的伸缩装置的第二端分别通过球关节与所述拇指前端驱动机构的伸缩装置的第一端连接，所述拇指外骨骼连接件与拇指前端驱动机构的伸缩装置的第一端连接，以使拇指前端驱动机构能够作包括蜷曲、伸展、内收和外摆在内的运动；拇指外骨骼的近端指节外骨骼与拇指前端驱动机构的伸缩装置的第一端铰接，拇指外骨骼与拇指前端驱动机构的伸缩装置的第二端通过连杆连接，以使拇指外骨骼能够作蜷曲和伸展运动。进一步地，本实用新型所述拇指外骨骼连接件与拇指前端驱动机构的伸缩装置的第一端是通过十字铰链连接。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是[0010]本实用新型将并联机构巧妙地用于外骨骼拇指康复训练装置，其机构设计新颖，想法独特，控制精确，为手部康复治疗提供了一种新的选择。本实用新型通过结构上的创新，克服了现有技术的外骨骼拇指康复装置的缺点，真正让拇指外骨骼的运动跟人的拇指一样灵活。本实用新型通过将拇指外骨骼连接件与拇指前端驱动机构的伸缩装置的第一端连接，第一球关节直线驱动机构、第二球关节直线驱动机构的伸缩装置的第一端分别通过球关节与拇指外骨骼连接件连接，第一球关节直线驱动机构、第二球关节直线驱动机构的伸缩装置的第二端分别通过球关节与所述拇指前端驱动机构的伸缩装置的第一端连接，使第一球关节直线驱动机构、第二球关节直线驱动机构、拇指外骨骼连接件和拇指前端驱动机构构成并联机构，从而在第一球关节直线驱动机构和第二球关节直线驱动机构驱动下，拇指前端驱动机构和拇指外骨骼可以实现包括蜷曲、伸展、内收和外摆在内的运动，同时拇指前端驱动机构可带动拇指外骨骼进行蜷曲和伸展运动，第一球关节直线驱动机构、第二球关节直线驱动机构和拇指前端驱动机构的不同作用方式的组合使得本实用新型真正实现了对拇指各种运动的完美复现，能够更有效地帮助患者恢复拇指功能。除此之外，本实用新型优选丝杆螺母作为各驱动机构的伸缩装置的主体，使运动传递更精准，同时可以方便的进行速度的控制和力的控制，能对不同的患者实现个性化的治疗；本实用新型结构简单，体积小，质量轻，与拇指贴合度高，不会对患者的拇指造成额外的压迫和负担，起到更好的治疗效果。
图1为本实用新型的整体结构俯视示意图；图2为本实用新型的第一球关节直线驱动机构和第二球关节直线驱动机构的结构示意图；图3为本实用新型的拇指前端驱动机构的结构示意图4为本实用新型的拇指外骨骼的结构示意图；图中，2.第一球关节直线驱动机构、3.第二球关节直线驱动机构、4.拇指前端驱动机构、5.拇指外骨骼、6.第一关节球轴承、7.第二关节球轴承、8.第一球关节连接件、9.拇指外骨骼连接件、10.第一球关节轴、11.第一球关节连杆、12.传动齿轮、13.传动齿轮、14.电机支架、15.轴承座、16.第一传动螺母、17.固定板、18.第二球关节连杆、19.第一丝杆、20.驱动电机、21.轴承座、22.第三关节球轴承、23.拇指机架、24.轴承座、25.第二球关节连接件、26.第二球关节轴、27.第二丝杆、28.驱动电机、29.第二传动螺母、30.第三球关节连接件、31.第三球关节轴、32.轴承座、33.电机支架、34.传动齿轮、35.传动齿轮、36.十字铰链、37.拇指MP关节弯杆、38.拇指近端指节外骨骼、39.拇指DIP关节弯杆、40.拇指远端指节外骨骼。
具体实施方式
以下结合附图和实施例进一步说明本实用新型。如图1所示，本实用新型并联型外骨骼拇指康复训练装置主要包括拇指外骨骼连接件9、第一球关节直线驱动机构2、第二球关节直线驱动机构3、拇指前端驱动机构4和拇指外骨骼5。[0019]其中，拇指外骨骼连接件9的结构没有特别要求，只要它能将第一球关节直线驱动机构2、第二球关节直线驱动机构3和拇指前端驱动机构4分别与手掌外骨骼(图中未示出)连接即可。例如，一方面，拇指外骨骼连接件9与手掌外骨骼固定连接；另一方面，拇指外骨骼连接件9通过第一关节球轴承6与第二球关节直线驱动机构3连接，拇指外骨骼连接件9通过第二关节球轴承7将第一球关节直线驱动机构2连接，拇指外骨骼连接件9与拇指前端驱动装置4的伸缩装置的拇指机架23通过十字铰链36连接。如图1至图4所示，第一球关节直线驱动机构2、第二球关节直线驱动机构3和拇指前端驱动机构4各自都包括相互连接的驱动装置和伸缩装置，伸缩装置能够在各自对应的驱动装置的驱动下进行伸缩运动。作为本实用新型的一种实施方式，第一球关节直线驱动机构2和第二球关节直线驱动机构3均可以采用如图2所示的结构。在图2中，第一球关节直线驱动机构2和第二球关节直线驱动机构3的驱动装置均由传动齿轮13、电机支架14和驱动电机20构成，其中，传动齿轮13与驱动电机20的传动轴连接，电机支架14用于固定驱动电机20。驱动电机20优选直流伺服电机。第一球关节直线驱动机构2和第二球关节直线驱动机构3的伸缩装置均由第一球关节轴10、第一球关节连杆11、传动齿轮12、轴承座15、第一传动螺母16、固定板17、第二球关节连杆18、第一丝杆19、轴承座21和第三关节球轴承22构成，其中，第一球关节连杆11与固定板17固定连接，第一球关节轴10与第一球关节连杆11固定连接，轴承座15和轴承座21均与固定板17固定连接，轴承座15通过深沟球轴承支撑第一丝杆19，第一丝杆19上套有第一传动螺母16，固定板17与第一传动螺母16配合并为其导向，轴承座21通过深沟球轴承支撑第一丝杆19，第一丝杆19通过轴承座与第三关节球轴承22固定连接，第一丝杆19的另一端通过轴承座15与传动齿轮12固定连接，轴承座15和电机支架14固定连接，传动齿轮12与传动齿轮13啮合用于传动。
对于第一球关节直线驱动机构2，当驱动电机20转动时，带动传动齿轮12转动，传动齿轮12带动传动齿轮13，从而间接使第一丝杆19转动，使得第一传动螺母16作向前直线运动，推动第二球关节连杆18，从而使第三关节球轴承22向前作直线运动，第三关节球轴承22推动第二球关节轴26，使得拇指前端驱动装置4和拇指外骨骼5作内收运动；若电机反转，则拇指前端驱动装置4和拇指外骨骼5作外摆运动。对于第二球关节直线驱动机构3，当驱动电机20转动时，带动传动齿轮12转动，传动齿轮12带动传动齿轮13，从而间接使第一丝杆19转动，使得第一传动螺母16作向前直线运动，推动第二球关节连杆18，从而使第三关节球轴承22向前作直线运动，第三关节球轴承22推动第三球关节轴31，使得拇指前端驱动装置4和拇指外骨骼5作蜷曲运动；若电机反转，则拇指前端驱动装置4和拇指外骨骼5作伸展运动。作为本实用新型的第二种实施方式，第一球关节直线驱动机构2、第二球关节直线驱动机构3中相互啮合的传动齿轮12和传动齿轮13可由一对皮带轮替代。作为本实用新型的第三种实施方式，第一球关节直线驱动机构2、第二球关节直线驱动机构3可去掉传动齿轮12、传动齿轮13和后电机支架14，由驱动电机20通过联轴器与第一丝杆19的一端连接,直接驱动第一丝杆19转动。本实用新型中，上述丝杆螺母传动结构亦可由一个推杆代替，由液压缸或气缸推动推杆做与第一传动螺母16类似的直线运动。[0026]作为本实用新型的一种实施方式，拇指前端驱动机构4可以采用如图3所示的结构。在图3中，拇指前端驱动机构4包括拇指机架23、轴承座24、第二球关节连接件25、第二球关节轴26、第二丝杆27、驱动电机28、第二传动螺母29、第三球关节连接件30、第三球关节轴31、轴承座32、电机支架33、传动齿轮34、传动齿轮35和十字铰链36。其中，拇指前端驱动机构4的驱动装置由驱动电机28、电机支架33、传动齿轮34，其中，传动齿轮34与驱动电机28的传动轴连接，电机支架33用于固定驱动电机28。驱动电机28优先选用直流伺服电机。拇指前端驱动机构4的伸缩装置由拇指机架23、轴承座24、第二球关节连接件25、第二球关节轴26、第二丝杆27、第二传动螺母29、第三球关节连接件30、第三球关节轴31、轴承座32、传动齿轮35、十字铰链36构成，其中轴承座24和轴承座32都与拇指机架23固定连接，十字铰链36与拇指机架23铰接，轴承座24通过深沟球轴承支撑第二丝杆27，第二丝杆27上套有第二传动螺母29，拇指机架23与第二传动螺母29配合并为其导向，轴承座32通过深沟球轴承支撑第二丝杆27，第二丝杆27通过轴承座32与传动齿轮35固定连接，电机支架33与轴承座32固定连接，传动齿轮34与传动齿轮35啮合传动；第二球关节连接件25和第三球关节连接件30都与拇指机架23固定连接，第二球关节轴26的一端与第二球关节连接件25固定连接，第三球关节轴31的一端与第三球关节连接件30固定连接。当驱动电机28转动时，带动传动齿轮34转动，传动齿轮34带动传动齿轮35，从而间接使第二丝杆27转动，使得第二传动螺母29向前做直线运动；若电机反转，则第二传动螺母29像后做直线运动。作为本实用新型的第二种实施方式，在拇指前端驱动机构4中，相互啮合的传动齿轮34和传动齿轮35可由一对皮带轮替代。在本实用新型中，拇指前端驱动机构4可去掉传动齿轮34、传动齿轮35和电机支架33，由驱动电机28通过联轴器与第二丝杆27的一端连接，直接驱动第二丝杆27转动。此外，丝杆螺母传动结构可由一个推杆代替，由液压缸或气缸推动推杆做与第二传动螺母29类似的直线运动。
作为本实用新型的一种实施方式，拇指外骨骼5可以采用如图4所示的结构。在图4中，拇指外骨骼5包括拇指MP关节弯杆37、拇指近端指节外骨骼38、拇指DIP关节弯杆39和拇指远端指节外骨骼40。其中，拇指近端指节外骨骼38和拇指DIP关节弯杆39均与拇指MP关节弯杆37铰接，拇指远端指节外骨骼40分别与拇指近端指节外骨骼38和拇指DIP关节弯杆39铰接。当拇指MP关节弯杆37被向前推动时，拇指MP关节弯杆37推动拇指近端指节外骨骼38做蜷曲运动，拇指MP关节弯杆37同时推动拇指DIP关节弯杆39向前运动，从而使拇指远端指节外骨骼40做蜷曲运动；若电机反转，则拇指近端指节外骨骼38和拇指远端指节外骨骼40都做伸展运动。各第一球关节轴10对应地位于第一球关节直线驱动机构2、第二球关节直线驱动机构3的伸缩装置的第一端，且各第一球关节轴10还分别与第二关节球轴承7连接。各第三关节球轴承22对应地位于第一球关节直线驱动机构2、第二球关节直线驱动机构3的伸缩装置的第二端，其中，第一球关节直线驱动机构2的伸缩装置的第三关节球轴承22与拇指前端驱动装置4的第三球关节轴31连接，而第二球关节直线驱动机构3的伸缩装置的第三关节球轴承22则与第二球关节轴26连接；拇指外骨骼连接件9与拇指前端驱动装置4的伸缩装置的拇指机架23通过十字铰链36连接。由于采用上述连接方式，拇指外骨骼连接件9、第一球关节直线驱动机构2、第二球关节直线驱动机构3和拇指前端驱动装置4构成并联机构，从而使拇指前端驱动机构4能够做包括蜷曲、伸展、内收和外摆在内的运动。拇指机架23位于拇指前端驱动装置4的伸缩装置的第一端，拇指机架23与拇指外骨骼5的拇指近端指节外骨骼38铰接，拇指外骨骼5通过连杆(例如拇指MP关节弯杆37)与安装在拇指前端驱动装置4的伸缩装置的第二端的第二传动螺母29连接，由此使拇指外骨骼5能够作蜷曲和伸展运动。本实用新型的工作过程如下患者的大拇指戴上本实用新型并联型拇指外骨骼康复训练装置，并对外骨骼的控制器下达控制指令，拇指即可在外骨骼的带动下进行各种不同的运动。具体如下第一球关节直线驱动机构2的驱动装置带动第一球关节直线驱动机构2的伸缩装置运动，使第一球关节直线驱动机构2的伸缩装置伸长，从而使得拇指前端驱动机构4和拇指外骨骼5作内收运动；反之，第一球关节直线驱动机构2的驱动装置作反向运动，使第一球关节直线驱动机构2的伸缩装置缩短，从而从而使得拇指前端驱动机构4和拇指外骨骼5作外摆运动。第二球关节直线驱动机构3的驱动装置带动第二球关节直线驱动机构3的伸缩装置运动，使第二球关节直线驱动机构3的伸缩装置伸长，从而使得拇指前端驱动机构4和拇指外骨骼5作蜷曲运动；反之，第二球关节直线驱动机构3的驱动装置反向运动，使第二球关节直线驱动机构3的伸缩装置缩短，从而使得拇指前端驱动机构4和拇指外骨骼5作伸展运动。拇指前端驱动机构4的驱动装置带动拇指前端驱动机构4的伸缩装置运动，使拇指前端驱动机构4的伸缩装置伸长，从而使得拇指外骨骼5作蜷曲运动；反之，拇指前端驱动机构4的驱动装置反向运动，使拇指前端驱动机构4的伸缩装置缩短，从而使得拇指外骨骼5作蜷曲运动。本实用新型通过第一球关节直线驱动机构、第二球关节直线驱动机构和拇指前端驱动机构的不同运动方式的组合，使拇指外骨骼实现复杂的运动，真正实现了对拇指各种运动的完美复现，能够 更有效地帮助患者恢复拇指功能。
权利要求1.一种并联型外骨骼拇指康复训练装置，其特征是包括拇指外骨骼连接件(9)、第一球关节直线驱动机构(2)、第二球关节直线驱动机构(3)、拇指前端驱动机构(4)和拇指外骨骼(5)，第一球关节直线驱动机构(2)、第二球关节直线驱动机构(3)和拇指前端驱动机构(4)分别包括相互连接的驱动装置和伸缩装置，所述伸缩装置能够在对应的所述驱动装置的驱动下进行伸缩运动；第一球关节直线驱动机构(2)、第二球关节直线驱动机构(3)的伸缩装置的第一端分别通过球关节与拇指外骨骼连接件(9)连接，第一球关节直线驱动机构(2)、第二球关节直线驱动机构(3)的伸缩装置的第二端分别通过球关节与所述拇指前端驱动机构(4)的伸缩装置的第一端连接，所述拇指外骨骼连接件(9)与拇指前端驱动机构(4)的伸缩装置的第一端连接，以使拇指前端驱动机构(4)能够作包括蜷曲、伸展、内收和外摆在内的运动；拇指外骨骼(5)的近端指节外骨骼与拇指前端驱动机构(4)的伸缩装置的第一端铰接，拇指外骨骼(5)与拇指前端驱动机构(4)的伸缩装置的第二端通过连杆连接，以使拇指外骨骼(5)能够作蜷曲和伸展运动。
2.根据权利要求1所述的并联型外骨骼拇指康复训练装置，其特征是所述拇指外骨骼连接件(9)与拇指前端驱动机构(4)的伸缩装置的第一端是通过十字铰链连接。
专利摘要本实用新型公开一种并联型外骨骼拇指康复训练装置。其第一球关节直线驱动机构、第二球关节直线驱动机构和拇指前端驱动机构分别包括相互连接的驱动装置和伸缩装置；第一球关节直线驱动机构、第二球关节直线驱动机构的伸缩装置的第一端分别通过球关节与拇指外骨骼连接件连接，第二端则分别通过球关节与拇指前端驱动机构的伸缩装置的第一端连接，拇指外骨骼连接件与拇指前端驱动机构的伸缩装置的第一端连接，以使拇指前端驱动机构能作包括蜷曲、伸展、内收和外摆在内的运动；拇指外骨骼的近端指节外骨骼与拇指前端驱动机构的伸缩装置的第一端铰接，拇指外骨骼与拇指前端驱动机构的伸缩装置的第二端通过连杆连接，以使拇指外骨骼能作蜷曲和伸展运动。
文档编号A61H1/02GK202892338SQ20122052590
公开日2013年4月24日 申请日期2012年10月15日 优先权日2012年10月15日
发明者杨灿军, 毕千, 范锦昌, 邓学磊 申请人:浙江大学