[发明专利]一种整体式软体手指及手指训练器

说明书

本发明公开一种整体式软体手指及手指训练器。所述整体式软体手指包括根基结构、波浪状非旋转体结构、指尖结构以及接口。所述根基结构的一端连接有接口，所述波浪状非旋转体结构的一端与所述根基结构的另一端相连接，所述指尖结构与所述波浪状非旋转体结构的另一端相连接，所述接口、根基结构、波浪状非旋转体结构以及指尖结构之间形成一空腔结构。本发明结构拟人程度高，在施加载荷时，结构内部的应力分布均匀，应力集中小，变形协调，使用寿命较长，与手指贴合程度较好，可以一次性整体成型，能够适应不同人群的人手尺寸。

技术领域

本发明涉及仿生柔性手指技术领域，特别是涉及一种整体式软体手指及手指训练器。

背景技术

目前社会人口老龄化逐渐加重，由中风、脑出血、脑梗、脑血栓、脑瘫、烧伤、烫伤导致的手部残疾的患者人数呈逐步上升趋势，同时，由生产事故、交通事故等意外造成的手部运动功能受损的人数也逐年增加。这些患者往往因手部运动功能障碍而生活不能自理，给家庭和社会都带来了不小的压力。大多数患者的手指都处于屈曲状态，肌肉出现不同程度的僵硬，俗称“鹰勾手”。手部康复需要逐步借助外力来辅助患者进行手指的伸展运动。传统的手部康复治疗大多采用一对一的医师进行辅助按摩的动作，而患者的康复状态完全由医师主观评定，故这种康复训练十分耗费人力物力，无法满足大多数患者的需求。

而软体手部康复机器人能够对患者进行辅助康复训练，同时能够节约大量的人力物力，可以进行量化评估降低患者的康复周期，并且减少对患者的损伤风险。

参考文献《Towards a Soft Pneumatic Glove for Hand Rehabilitation》展示了一种气动软体手指，该模型制造工艺复杂，需要在底板粘贴不同材料，无法一体成型制作，该模型在相同负载情况下，相邻两个气囊变形后会造成挤压从而限制模型整体变形量并且产生应力集中效应，该模型无法适应更广泛的驱动器几何形状和尺寸。

专利CN201811076452.2公开了一种气动手关节康复系统，该装置采用气动伸缩调节机构作为充放气的气囊，从而使插入该指套上的手指被动的产生屈伸动作，完成康复训练。但是仍存在以下问题：

1.该装置必须通过安装在波纹管两端的限位装置进行弯曲。该装置指节间的限位装置只能限制轴向的位移，而不能限制其他方向的移动，其在充气的时候会造成气动伸缩调节机构的扭曲，造成对手指有一定的损伤，不利于手部的康复。

2.波纹管为旋转体对称结构，在充气时只能沿轴向直线伸长，若要弯曲变形必须通过设置两端的限位装置，限制波纹管的轴向变形，从而进行弯曲的变形；同时增加限位装置限位后波纹管的左右部位刚度较小，会造成左右部位较大的变形，从而容易造成波纹管的扭曲。

3.该装置在吸气状态时产生的力度不大，无法使手部无力状态下进行完全伸展，更不能对患者手部进行一定程度的过伸康复，对患者手部康复的完整性具有一定的影响。

4.该装置气动伸缩调节机构制造过程非常复杂，其连接部分气密性较差、工艺复杂、与人手贴合不舒服、结构尺寸无法适应不同的手部尺寸。

专利CN201810259807.5公开了用于辅助手部四指伸展运动的软体驱动器。该装置能够辅助手部功能受损或者丧失的患者进行康复训练，但是仍存在以下问题：

1.该装置不能整体成型，上下部分需进行粘合后采用凯夫拉纤维等复合材料对柔性体进行径向的约束，从而限制柔性体的膨胀，其纤维线的束缚也会产生额外的应力作用，不利于手指康复。

2.难以实现多自由度康复，只能进行单一的弯曲抓握作用，若要进行弯曲和拉伸的变形就需要另外增加腔体来实现，故其在结构上的设计受到了很多限制。

3.该柔性手指的结构内部应力分布不均匀，会对柔性手指造成损坏。

4.该装置与手指接触的匹配性较差，由于其粘合处采用的是不同的材料，佩戴时会有不适感。