用于肢体康复的致动器装置、方法和系统制造方法及图纸

一种用于肢体康复的致动器装置、方法和系统，以及气动致动器元件。用于肢体康复的致动器装置包括一个或多个气动致动器元件；和用于将气动致动器元件在肢体的一个或多个关节上或附近耦合到肢体的机构；其中，每个气动致动器元件包括：具有纵向轴线的可膨胀主体；一个或多个形成在主体中的通道网络，使得在该气动致动器元件的默认状态下，每个通道网络的沿纵向轴线的投影长度比该每个通道网络的总通道长度短。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术广泛地涉及一种用于肢体康复的致动器装置、方法和系统，特别是用于手和踝的康复。
技术介绍
运动功能的损伤是发展神经系统疾病，如中风或招致如创伤性关节炎的损伤后表面最常见的问题。运动功能损伤后，一个人会失去他或她进行日常生活(ADLs)活动的能力。例如，手部功能受损的患者需要持续接受被动运动练习，涉及重复的任务，例如抓住和相对运动。具有执行重复任务能力的机器人设备已经被提出，以在康复过程中协助照顾者，并提供更加量化的过程。一个例子是手外骨骼，其位于手的周围，以引导手指关节成所需的轨迹。常规手外骨骼装置的设计涉及电缆驱动，联动型和气动机构。虽然这些设计有某些优点，诸如刚性的机械身体支撑和可预测和更容易控制的线性力传递，但当设备与穿用者相互作用时它们也携带若干缺点。例如，电缆驱动和联动型的装置，如P.Heo，G.Gu，S.-j.Lee，K.Rhee和J.Kim，\Currenthandexoskeletontechnologiesforrehabilitationandassistiveengineering\，InternationalJournalofPrecisionEngineeringandManufacturing，第13卷，第807-824页，2012/05/012012描述的通常是笨重和不舒服的；而在气动驱动装置中，例如在J.Arata，KOhmoto，RGassert，O.Lambercy，H.Fujimoto和I.Wada，\Anewhandexoskeletondeviceforrehabilitationusingathree-layeredslidingspringmechanism\，RoboticsandAutomation(ICRA),2013IEEEInternationalConference，2013，第3902-3907页描述的，需要致动器到关节旋转中心的精确附件并且预期要更长的准备时间。此外，由于通常的的手外骨骼包括刚性部件例如电机和线性致动器，它们诱导外骨骼和手之间的支撑连接器的高应力以及通过限制其非致动的自由度(DOFs)妨碍关节的自然运动。在另一方面，深部静脉血栓(DVT)是患者中由于各种临床因素可能会出现的严重并发症，其中血凝块在下肢深静脉形成并且影响正常血流。DVT的预防目前大致可分为两类；药物预防和机械预防，其中药物预防需要使用抗凝血药，以防止血液凝固。有几种市售的医院通常采用的机械预防系统，这里的手段是侧重于促进静脉血流，以解决静脉淤滞的问题。一种这样的装置是使用气动泵压缩小腿的间歇气动压缩系统(瑞典，Arjohuntleigh，Flowtron)，其中建议压缩小腿的压力设定到40mmHg。另一种设备是梯度压缩储存，利用从脚到大腿的压力梯度，促进静脉血液流动(爱尔兰，柯惠医疗)。这种机械预防系统有副作用，如具有利用间歇气动系统时的皮肤破裂或损伤或利用梯度压缩储存时的溃疡，水泡和皮肤坏死。本专利技术的实施例提供了一种用于肢体康复的致动器装置、方法和系统，并且寻求解决至少一个上述问题的气动致动器元件。
技术实现思路
按照本专利技术的第一个方面，提供了一种用于肢体康复的致动器装置，包括一个或多个气动致动器元件；和用于将气动致动器元件在肢体的一个或多个关节上或附近耦合到肢体的机构；其中，每个气动致动器元件包括：具有纵向轴线的可膨胀主体；一个或多个形成在主体中的通道网络，使得在该气动致动器元件的默认状态下，每个通道网络的沿纵向轴线的投影长度比该每个通道网络的总通道长度短。按照本专利技术的第二个方面，提供了一种使用如第一方面所定义的装置的肢体康复方法。按照本专利技术的第三个方面，提供了一种用于肢体康复的系统，包含如第一方面所定义的装置；用于选择性地将气动致动器元件膨胀和收缩的泵系统；和用于泵系统的控制器。按照本专利技术的第四方面，提供了一种包括具有纵向轴线的可膨胀主体的气动致动器元件；和形成在所述主体中的一个或多个通道网络，使得在该气动致动器元件的默认状态下每个通道网络的沿纵向轴线的投影长度比该每个通道网络的总通道长度短。附图说明从下面的说明书中，仅通过示例的方式和结合附图，对于本领域普通技术人员，本专利技术的实施例将得到更好的理解和显而易见，其中：图1a)-c)示出根据示例实施例的用于气动致动器元件的制造的模具的示意图。图2a)-b)示出根据示例实施例的气动致动器元件的弯曲动作的示意图。图3a)-c)示出根据示例实施例的气动致动器装置的弯曲动作的示意图。图4a)-c)示出根据示例实施例的气动致动器装置的示意图。图5示出根据示例实施例的气动致动器装置的示意图。图6a)-b)示出根据示例实施例的气动致动器装置的示意图。图7a)-b)示出图6a)-b)的气动致动器装置的弯曲动作的示意图。图8a)-b)示出根据示例实施例的用于气动致动器元件的制造的模具的示意图。图9a)-c)示出了根据示例实施例在不同的致动状态的原型气动致动器装置的照片。图10a)示出了根据示例实施例的原型气动致动器元件对的照片。图10b)示出了根据示例实施例的气动致动器装置的示意图。图11)示出了根据示例实施例的用于肢体康复的系统的示意图。图12示出了根据示例实施例的示出致动-校准程序界面的屏幕截图。图13a)-b)示出了根据示例实施例在不同的致动状态的原型气动致动器装置的照片。图14a)-b)示出了根据示例实施例在不同的致动状态的气动致动器装置的示意图。图15a)-b)示出了根据示例实施例的气动致动器装置的示意图。图15c)-e)示出了图15a)-b)中在不同的致动状态的气动致动器装置的示意图。图16a)-b)示出根据示例实施例的用于气动致动器元件的制造和模具的示意图。图17a)-b)分别示出根据示例实施例的表征气动致动器元件的实验装置的示意图，以及获得的其结果的曲线图。图18示出了根据示例实施例从气动致动器元件测得的应变力的数据的曲线图。图19a)-b)示出根据示例实施例从气动致动器元件获得测量踝关节背屈/跖屈数据的图表。图20a)-g)示出根据示例实施例的致动器元件的示意图。具体实施方式本专利技术的示例实施例提供软机器人手套和袜子，其设计以分别改善患者的手和踝的移动性，并恢复基本的手和踝的功能，如手开/闭或踝关节背屈-跖屈。描述的示例实施例包括软气动致动器，以产生所希望的弯曲和关节屈曲。在示例实施例中，这些软耐磨康复装置可以有利地用于减少由神经系统疾病，如中风或帕金森氏疾病，引起的残疾以便协助他们实现日常生活活动的最高独立水平。对于在此描述的示例实施例的软机器人或机器人致动器，通常使用软光刻技术制造。简要地说，具有特殊的气动网络的模具用计算机辅助绘图设计并且在此后3D打印。随后，将弹性混合物，如(但不限于)Smooth-On公司，DragonSkin10，硅橡胶，倒入模具中固化以创建模具的复制阴模，然后用另一层弹性材料密封，该弹性材料可以是与用于创建模具的相同或不同的材料。优选地，本专利技术的示例实施例是基于改进的软光刻技术制成，其中设计了带有(多个)气动通道102的底模100，如在图1b)示出。(多个)气动通道102可以使用诸如，但不限于，3D打印或成形为所希望的特征轮廓的线的方法创建。设计了具有控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于肢体康复的致动器装置包括：一个或多个气动致动器元件；和用于将气动致动器元件在肢体的一个或多个关节上或附近耦合到肢体的机构；其中，每个气动致动器元件包括：具有纵向轴线的可膨胀主体；一个或多个形成在主体中的通道网络，使得在该气动致动器元件的默认状态下，每个通道网络的沿纵向轴线的投影长度比该每个通道网络的总通道长度短。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.12 US 62/011,145;2015.02.06 US 62/112,7511.用于肢体康复的致动器装置包括：一个或多个气动致动器元件；和用于将气动致动器元件在肢体的一个或多个关节上或附近耦合到肢体的机构；其中，每个气动致动器元件包括：具有纵向轴线的可膨胀主体；一个或多个形成在主体中的通道网络，使得在该气动致动器元件的默认状态下，每个通道网络的沿纵向轴线的投影长度比该每个通道网络的总通道长度短。2.如权利要求1所述的装置，进一步包括耦合到可膨胀主体的抑制层，用于引导由通道网络膨胀造成的主体的变形。3.如权利要求1或2所述的装置，构造成用于手康复。4.如权利要求3所述的装置，其中主体包括有纹理的表面，用于促进由通道网络膨胀造成的主体的膨胀。5.如权利要求3或4所述的装置，还包括耦合到所述主体的一个或多个抑制结构，用于在主体的至少一部分中基本上抑制主体的膨胀。6.如权利要求3至5中任一项所述的装置，其中用于将气动致动器元件耦合到肢体的机构包括手套。7.如权利要求6所述的装置，其中至少一个气动致动器元件设置在手套的背侧。8.如权利要求6或7所述的装置，其中至少一个气动致动器元件设置在手套的掌侧。9.如权利要求6至8任一项所述的装置，其中成对气动致动器元件设置在或靠近各关节。10.如权利要求9所述的装置，其中每对气动致动器的一个设置在手套的背侧并且另一个在手套的掌侧。11.如权利要求1或2所述的装置，构造成用于踝的康复。12.如权利要求11所述的装置，包括耦合的一对气动致动器元件，其中用于将气动致动器元件耦合到肢体的机构包括用于将该对气...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚臣华，林廷勋，刘真发，叶鸿凯，刘汎哲，
申请(专利权)人：新加坡国立大学，
类型：发明
国别省市：新加坡;SG