一种气动肌肉-弹簧变刚度驱动的手部康复训练装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种气动肌肉‑弹簧变刚度驱动的手部康复训练装置，包括手支架及设置在手支架上的手指关节传动机构、气动肌肉与弹簧驱动机构、磁流变阻尼器机构，手指关节传动机构包括近指关节组件及中指关节组件，近指关节组件中的关节传动轮与中指关节组件中的中指关节轮通过弹性腱连接，气动肌肉与弹簧驱动机构通过第五钢丝绳与近指关节组件相连，磁流变阻尼器机构分别通过第一钢丝绳及第二钢丝绳与近指关节组件及关节传动轮相连，手支架上还设有钢丝绳预紧机构。由上述技术方案可知，本发明专利技术通过控制气动肌肉的伸缩，拉动弹簧移动杆移动，从而驱动近指关节转动；近指关节通过关节传动轮、中指关节轮驱动中指关节转动，从而带动手指的转动。

A Hand Rehabilitation Training Device Driven by Pneumatic Muscle-Spring Variable Stiffness

The invention relates to a hand rehabilitation training device driven by pneumatic muscle spring variable stiffness, which comprises a hand bracket and a finger joint transmission mechanism, a pneumatic muscle and spring driving mechanism, a magnetorheological damper mechanism, a finger joint transmission mechanism including a proximal finger joint component and a middle finger joint component, and a joint transmission wheel and a middle finger joint group in a proximal finger joint component. The middle finger joint wheel is connected by elastic tendon, the pneumatic muscle and spring driving mechanism are connected with the proximal finger joint component by the fifth wire rope, the magnetorheological damper mechanism is connected with the proximal finger joint component and the joint transmission wheel by the first wire rope and the second wire rope respectively, and the wire rope pre-tightening mechanism is also provided on the hand bracket. According to the above technical scheme, the invention drives the rotation of the proximal finger joint by controlling the expansion and contraction of the pneumatic muscle and pulling the spring moving rod to move; the proximal finger joint drives the rotation of the middle finger joint through the joint driving wheel and the middle finger joint wheel, thereby driving the rotation of the finger.

【技术实现步骤摘要】
一种气动肌肉-弹簧变刚度驱动的手部康复训练装置
本专利技术涉及一种手指康复训练装置，具体涉及一种气动肌肉-弹簧变刚度驱动的手部康复训练装置。
技术介绍
我国人口老龄化严重，脑卒、脑瘫等患者数量逐渐增多。据统计，我国每约有200万人新发脑卒中，其中近一半死亡;而在存活的脑卒中患者中，约有四分之三的人不同程度地丧失了劳动能力。脑卒中后，最常见的症状为一侧手部、脸部或腿部的运动障碍，即偏瘫。现代医学研究表明，对偏瘫患者尽早的进行康复治疗训练，不仅可以预防患者关节挛缩，而且有助于加快患者运动功能的恢复速度。手是人身体最具有特色的部位，也是人体最灵巧的器官。脑卒中偏瘫患者康复过程中面临的主要问题之一就是手功能障碍的恢复。因为手部运动细致，功能恢复困难，是否进行正确的康复训练将直接影响到患者上肢功能的恢复以及日常生活的质量。在传统的手指康复治疗中，大多数都是医生一对一的对患者进行康复训练。但是这种方式不仅要耗费大量的人力资源，也加重了患者的经济负担。因此，开发辅助患者进行手指功能的康复训练装置具有巨大的实际意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种气动肌肉-弹簧变刚度驱动的手部康复训练装置。为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：包括手支架及设置在手支架上的手指关节传动机构、气动肌肉与弹簧驱动机构、磁流变阻尼器机构，所述的手指关节传动机构包括近指关节组件及中指关节组件，所述近指关节组件中的关节传动轮与中指关节组件中的中指关节轮通过弹性腱连接，所述的气动肌肉与弹簧驱动机构通过第五钢丝绳与近指关节组件相连，所述的磁流变阻尼器机构分别通过第一钢丝绳及第二钢丝绳与近指关节组件及关节传动轮相连，所述的手支架上还设有与磁流变阻尼器机构相连且用于调整钢丝绳预紧度的钢丝绳预紧机构，所述的手指关节传动机构、气动肌肉与弹簧驱动机构、磁流变阻尼器机构、钢丝绳预紧机构分别设置五组，五组所述的手指关节传动机构、气动肌肉与弹簧驱动机构、磁流变阻尼器机构、钢丝绳预紧机构分别与人手的五个指头一一对应。所述的磁流变阻尼器机构包括阻尼器支架以及依次设置在阻尼器支架上且同芯设置的磁流变阻尼器、电磁接触器、第一摩擦盘、第二摩擦盘、阻尼器轮及角度传感器，其中：所述的磁流变阻尼器及角度传感器分别与阻尼器支架螺钉连接，所述的电磁接触器放置在阻尼器支架上设置的弧形托台上，所述的电磁接触器与磁流变阻尼器的旋转轴通过键连接，所述的角度传感器与阻尼器轮的悬伸轴通过键连接，所述的第一摩擦盘及第二摩擦盘分别粘接在电磁接触器及阻尼器轮的端面上，所述的阻尼器轮上设有第一轮槽及第二轮槽，且第一轮槽的直径小于第二轮槽。所述的磁流变阻尼器包括壳体，该壳体由左外壳、中外壳及右外壳组成，所述的左外壳与右外壳的对合面之间设有隔磁环，所述的左外壳、隔磁环与右外壳之间形成容纳阻尼盘的密闭空腔，所述的阻尼盘与密闭空腔的内壁之间留有间隙，且该密闭空腔内充满磁流变液，所述的左外壳通过螺钉与阻尼器支架相连，且左外壳上分别设有与密闭空腔连通的入液口和排液口，所述的右外壳与隔磁环之间设有密封两者的硅胶密封垫，所述的左外壳、中外壳、右外壳与隔磁环之间形成安装励磁线圈的空腔，所述的右外壳上设有引线口，励磁线圈的接线头由该引线口引出。所述的阻尼盘与旋转轴通过紧定螺钉连接，所述的旋转轴贯穿右壳体且悬伸在右壳体的外部，旋转轴的悬伸端与电磁接触器通过键连接，所述的右壳体与旋转轴之间设有密封两者的O型密封圈，所述的旋转轴上还设有滚珠轴承及卡圈，所述的右壳体上还设有与右壳体螺钉连接的端盖，所述端盖靠近右壳体的端面设置有凸台，所述凸台的端面抵靠在滚珠轴承上以定位旋转轴的位置。所述的钢丝绳预紧机构包括螺纹进给杆，所述的螺纹进给杆垂直于磁流变阻尼器的旋转轴设置，所述螺纹进给杆的一端通过支撑架固定在手支架上，所述螺纹进给杆的另一端与阻尼器支架上设置的螺纹孔螺纹连接，所述的支撑架上设有供螺纹进给杆穿过的通孔。所述阻尼器支架的底部设有滑块，所述滑块设置的方向与螺纹进给杆的轴向相吻合，所述的手支架上设有与滑块相配合的滑槽，所述的螺纹进给杆驱动阻尼器支架沿滑槽限定的方向移动，所述的阻尼器支架与手支架通过紧定螺钉锁紧。所述的手指关节传动机构通过手指支架与手支架相连，所述的近指关节组件包括近指关节、固定在近指关节前端的近指关节挡套以及固定在近指关节后端的轮体，所述的轮体与手指支架上设置的第一轴形成孔轴配合，且第一轴上同轴设有关节传动轮；所述的轮体上设有第三轮槽及第四轮槽，所述的关节传动轮上设有第五轮槽及第六轮槽，所述的第四轮槽与阻尼器轮上的第一轮槽之间设有绕经两者且为闭合结构的第一钢丝绳，所述的第五轮槽与阻尼器轮上的第二轮槽之间设有绕经两者且为闭合结构的第二钢丝绳；所述的中指关节组件包括中指关节、固定在中指关节前端的中指关节挡板以及固定在中指关节后端的中指关节支架，所述的中指关节支架上设置的第二轴与近指关节挡套形成孔轴配合，且第二轴上同轴设有中指关节轮，所述中指关节轮上的轮槽与关节传动轮上的第六轮槽之间通过弹性腱形成传动配合，所述的弹性腱是由第一弹簧、第三钢丝绳、第二弹簧、第四钢丝绳依次连接形成的闭环结构。所述的中指关节及近指关节上分别设有指套，所述的指套在中指关节及近指关节上的位置可调，所述的指套通过绑带与人的手指进行固定，所述指套与手指的接触位置设有压力传感器。所述的气动肌肉与弹簧驱动机构包括呈上下方向平行布置的气动肌肉及弹簧固定杆，所述的气动肌肉与弹簧固定杆的后端分别贯穿手支架且与固定在手支架后端的拉力传感器相连，所述气动肌肉的后端通过螺纹套筒连接变径螺钉，所述的变径螺钉与拉力传感器相连；所述弹簧固定杆的前端设有沉孔，且该沉孔内设有弹簧移动杆，所述的弹簧移动杆上套设有弹簧，弹簧的一端抵靠在弹簧固定杆的端面上，弹簧的另一端与弹簧移动杆端部设置的弹簧座相抵靠，所述的弹簧座与第五钢丝绳的一端固连，所述第五钢丝绳的另一端绕经轮体上的第三轮槽后与气动肌肉的前端固连。还包括传感与控制机构，所述的传感与控制机构包括计算机，所述的计算机与数据采集板卡双向通讯，所述数据采集板卡的第一输入端、第二输入端、第三输入端分别通过第一A/D转换器、第二A/D转换器、第三A/D转换器与角度传感器、拉力传感器及压力传感器的输出端相连，所述数据采集板卡的第一输出端、第二输出端、第三输出端分别通过第一D/A转换器、第二D/A转换器、第三D/A转换器与气动肌肉、磁流变阻尼器及电磁接触器的输入端相连，所述的第一D/A转换器的输出端通过比例压力阀与气动肌肉的输入端相连，所述气动肌肉的输出端与拉力传感器的输入端相连，所述第二D/A转换器的输出端通过第一电流控制器与磁流变阻尼器的导线相连，所述第三D/A转换器的输出端通过第二电流控制器与电磁接触器的输入端相连，所述电磁接触器的输出端与磁流变阻尼器的输入端相连。由上述技术方案可知，本专利技术通过控制气动肌肉的伸缩，拉动弹簧移动杆移动，从而驱动近指关节转动；近指关节通过关节传动轮、中指关节轮驱动中指关节转动，从而带动手指的转动；可适用于手指偏瘫患者多手指运动功能的主/被动协调康复训练。附图说明图1是本专利技术的立体结构示意图一；图2是本专利技术的立体结构示意图二；图3是本专利技术的立体结构示意图三；图4是本专利技术手支架的立体结构示意图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气动肌肉‑弹簧变刚度驱动的手部康复训练装置，其特征在于：包括手支架（100）及设置在手支架（100）上的手指关节传动机构（200）、气动肌肉与弹簧驱动机构（300）、磁流变阻尼器机构（400），所述的手指关节传动机构（200）包括近指关节组件（210）及中指关节组件（220），所述近指关节组件（210）中的关节传动轮（214）与中指关节组件（220）中的中指关节轮（224）通过弹性腱（630）连接，所述的气动肌肉与弹簧驱动机构（300）通过第五钢丝绳（640）与近指关节组件（210）相连，所述的磁流变阻尼器机构（400）分别通过第一钢丝绳（610）及第二钢丝绳（620）与近指关节组件（210）及关节传动轮（214）相连，所述的手支架（100）上还设有与磁流变阻尼器机构（400）相连且用于调整钢丝绳预紧度的钢丝绳预紧机构（500），所述的手指关节传动机构（200）、气动肌肉与弹簧驱动机构（300）、磁流变阻尼器机构（400）、钢丝绳预紧机构（500）分别设置五组，五组所述的手指关节传动机构（200）、气动肌肉与弹簧驱动机构（300）、磁流变阻尼器机构（400）、钢丝绳预紧机构（500）分别与人手的五个指头一一对应。...

【技术特征摘要】
1.一种气动肌肉-弹簧变刚度驱动的手部康复训练装置，其特征在于：包括手支架（100）及设置在手支架（100）上的手指关节传动机构（200）、气动肌肉与弹簧驱动机构（300）、磁流变阻尼器机构（400），所述的手指关节传动机构（200）包括近指关节组件（210）及中指关节组件（220），所述近指关节组件（210）中的关节传动轮（214）与中指关节组件（220）中的中指关节轮（224）通过弹性腱（630）连接，所述的气动肌肉与弹簧驱动机构（300）通过第五钢丝绳（640）与近指关节组件（210）相连，所述的磁流变阻尼器机构（400）分别通过第一钢丝绳（610）及第二钢丝绳（620）与近指关节组件（210）及关节传动轮（214）相连，所述的手支架（100）上还设有与磁流变阻尼器机构（400）相连且用于调整钢丝绳预紧度的钢丝绳预紧机构（500），所述的手指关节传动机构（200）、气动肌肉与弹簧驱动机构（300）、磁流变阻尼器机构（400）、钢丝绳预紧机构（500）分别设置五组，五组所述的手指关节传动机构（200）、气动肌肉与弹簧驱动机构（300）、磁流变阻尼器机构（400）、钢丝绳预紧机构（500）分别与人手的五个指头一一对应。2.根据权利要求1所述的气动肌肉-弹簧变刚度驱动的手部康复训练装置，其特征在于：所述的磁流变阻尼器机构（400）包括阻尼器支架（410）以及依次设置在阻尼器支架（410）上且同芯设置的磁流变阻尼器（420）、电磁接触器（430）、第一摩擦盘（440）、第二摩擦盘（450）、阻尼器轮（460）及角度传感器（470），其中：所述的磁流变阻尼器（420）及角度传感器（470）分别与阻尼器支架（410）螺钉连接，所述的电磁接触器（430）放置在阻尼器支架（400）上设置的弧形托台（411）上，所述的电磁接触器（430）与磁流变阻尼器（420）的旋转轴（428）通过键连接，所述的角度传感器（470）与阻尼器轮（460）的悬伸轴通过键连接，所述的第一摩擦盘（440）及第二摩擦盘（450）分别粘接在电磁接触器（430）及阻尼器轮（460）的端面上，所述的阻尼器轮（460）上设有第一轮槽（461）及第二轮槽（462），且第一轮槽（461）的直径小于第二轮槽（462）。3.根据权利要求2所述的气动肌肉-弹簧变刚度驱动的手部康复训练装置，其特征在于：所述的磁流变阻尼器（420）包括壳体，该壳体由左外壳（421）、中外壳（422）及右外壳（423）组成，所述的左外壳（421）与右外壳（423）的对合面之间设有隔磁环（424），所述的左外壳（421）、隔磁环（424）与右外壳（423）之间形成容纳阻尼盘（425）的密闭空腔，所述的阻尼盘（425）与密闭空腔的内壁之间留有间隙，且该密闭空腔内充满磁流变液（426），所述的左外壳（421）通过螺钉与阻尼器支架（410）相连，且左外壳（421）上分别设有与密闭空腔连通的入液口（4211）和排液口（4212），所述的右外壳（423）与隔磁环（424）之间设有密封两者的硅胶密封垫（4232），所述的左外壳（421）、中外壳（422）、右外壳（423）与隔磁环（424）之间形成安装励磁线圈（427）的空腔，所述的右外壳（423）上设有引线口（4231），励磁线圈（427）的接线头由该引线口（4231）引出。4.根据权利要求3所述的气动肌肉-弹簧变刚度驱动的手部康复训练装置，其特征在于：所述的阻尼盘（425）与旋转轴（428）通过紧定螺钉连接，所述的旋转轴（428）贯穿右壳体（423）且悬伸在右壳体（423）的外部，旋转轴（428）的悬伸端与电磁接触器（430）通过键连接，所述的右壳体（423）与旋转轴（428）之间设有密封两者的O型密封圈（4233），所述的旋转轴（428）上还设有滚珠轴承（4281）及卡圈（4282），所述的右壳体（423）上还设有与右壳体（423）螺钉连接的端盖（429），所述端盖（429）靠近右壳体（423）的端面设置有凸台（4291），所述凸台（4291）的端面抵靠在滚珠轴承（4281）上以定位旋转轴（428）的位置。5.根据权利要求2所述的气动肌肉-弹簧变刚度驱动的手部康复训练装置，其特征在于：所述的钢丝绳预紧机构（500）包括螺纹进给杆（510），所述的螺纹进给杆（510）垂直于磁流变阻尼器（420）的旋转轴（428）设置，所述螺纹进给杆（510）的一端通过支撑架（520）固定在手支架（100）上，所述螺纹进给杆（510）的另一端与阻尼器支架（410）上设置的螺纹孔（412）螺纹连接，所述的支撑架（520）上设有供螺纹进给杆（510）穿过的通孔。6.根据权利要求5所述的气动肌肉...

【专利技术属性】
技术研发人员：王道明，王亚坤，訾斌，钱森，王正雨，黄子桐，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34