[发明专利]一种三自由度外骨骼式手指康复机器人有效
申请号: | 201310749850.7 | 申请日: | 2013-12-27 |
公开(公告)号: | CN103750976A | 公开(公告)日: | 2014-04-30 |
发明(设计)人: | 魏巍;郭书祥;张帆;张武;赵芳;郭健;吉月辉;马旭;李双坤;李世远 | 申请(专利权)人: | 天津理工大学 |
主分类号: | A61H1/02 | 分类号: | A61H1/02 |
代理公司: | 天津天麓律师事务所 12212 | 代理人: | 王里歌 |
地址: | 300384 *** | 国省代码: | 天津;12 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 自由 度外 骨骼 手指 康复 机器人 | ||
(一)技术领域:
本发明属于机器人领域,尤其是涉及一种三自由度外骨骼式手指康复机器人,特别适用于由中风引起的偏瘫病人的手指运动功能恢复训练
(二)背景技术:
脑卒中,俗称中风(stroke),目前已成为欧美国家成年人致残的首要原因。美国心脏协会2007年的一份调查报告显示,美国每年有超过70万的新增中风患者;在我国,据不完全统计,现有中风患者数量也在500万以上。随着人口老龄化现象的进一步加剧,在未来几年中,中风的发病率将继续保持增长的趋势。一般情况下,随着医疗水平的不断提高,大概60~75%的中风患者能够幸存。但是,其中大多数人的上肢或者下肢运动功能存在缺陷甚至导致偏瘫。手是人体比较精细的机构,微小空间内神经血管纵横交错,小肌肉遍布全手,致使手部损伤的治疗难度较大,要求较高,且治疗后康复周期长,通常把手指的康复作为上肢康复的关键难题。
根据科学论证,大脑中枢神经具有可塑性,科学高效的运动方式有助于刺激大脑神经的恢复,这就为运动康复疗法带来了理论基础。目前的运动康复治疗主要是通过康复治疗师用针灸、按摩等方法或者借助一些简易的医疗器械帮助患者恢复运动功能。首先,这使得康复训练对人力和物力的要求比较高,昂贵的医疗费用对患者造成沉重的经济负担;其次,康复效果主要依靠医疗师的经验和主观判断,缺少客观量化的评价;最后,康复训练过程中,缺少舒适的支撑结构,这使得偏瘫肢体在训练中容易造成二次的损伤。
外骨骼手指康复机器人满足人体工学的设计,为患者的偏瘫患者提供一种外置“骨骼”,以此帮助患者进行运动,同时借助一些传感器高效的控制外骨骼机器人运动,为患者提供一套科学的康复方法。然而,现有的外骨骼手指康复机器人机构都比较庞大,多采用执行机构和驱动机构分离的方法,不利于实现家庭康复。除此之外,大多数的外骨骼手指康复机器人传动结构比较复杂,不利于装卸且实现的自由度比较少。
(三)发明内容:
本发明的目的在于提供一种三自由度外骨骼式手指康复机器人,它可以克服现有技术的不足,是一种可以帮助患者完成手指的三个关节的旋转运动,刺激患者大脑的可塑性恢复。
本发明的技术方案:一种三自由度外骨骼式手指康复机器人,其特征在于它包括电机驱动单元、传动单元和执行单元;其中,所述电机驱动单元的输入端接收脑肌电分析工作站发出的驱动信号,其输出端与传动单元的输入端连接;所述执行单元的输入端与传动单元的输出端连接,其输出端与患者的手指接触,通过力使患者手指进行动作。
所述电机驱动单元包括电机、驱动轴、手掌部分、平行槽轴;所述传动单元包括转动轴I、转动轴II、转动轴III、螺纹轴、转动轴IV、传动轮I、传动轮II、传动轮III、传动轮IV、传动轮V、平行槽轴、连接杆;所述执行单元包括手指MCP(Metacarpophalangeal joint——掌指关节)关节、手指PIP(Proximal interphalangeal joint——近端指间关节)关节、手指DIP(Distal interphalangeal joint——远端指间关节)关节、MCP关节连接开槽、手指PIP关节连接开槽、可调节滑槽、手指DIP关节连接开槽;其中,所述电机安装在手掌部分;所述驱动轴通过顶丝与电机轴连接;所述平行槽轴与驱动轴连接;所述传动轮V1通过转动轴I连接在手掌部分;所述传动轮IV和传动轮III通过转动轴II和转动轴III与手指MCP关节连接;所述传动轮I通过转动轴IV连接在手指PIP关节上;所述螺纹轴与传动轮III通过钢丝绳形成微型钢丝绳传动结构;所述传动轮II通过螺纹连接固定在转动轴III上;所述手指PIP关节和手指DIP关节之间依螺纹通过连接杆连接;所述手指DIP关节通过螺纹顶丝固定在转动轴IV上。
所述传动轮I、传动轮II、传动轮III、传动轮IV和传动轮V上均有宽度为1.5-2mm用来与钢丝绳进行配合的平行槽。
所述传动轮I、传动轮II、传动轮III、传动轮IV和传动轮V之间通过钢丝绳连接,形成微型钢丝绳传动结构。
所述手指MCP关节、手指PIP关节和手指DIP关节上有MCP关节连接开槽、手指PIP关节连接开槽和手指DIP关节连接开槽;所述连接开槽与尼龙搭扣带配合安装,将患者手指和外骨骼手指康复机器人进行连接。
所述外骨骼手指康复机器人的手指PIP关节部分有可调节滑槽,所述可调节滑槽与螺钉配合安装,根据患者的手指尺寸通过螺钉进行调节。
所述外骨骼手指康复机器人采用铝合金和不锈钢材料。
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