一种用于辅助手指伸展运动的模块化软体康复手套及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于辅助手指伸展运动的模块化软体康复手套及系统，属于手部外骨骼康复机器人领域。该手套及系统中的柔性手指驱动组件外形类人手指，能够很好与人手相融合，穿戴方便；同时采用模块化设计，可拆装地安装于手套上本体上，能根据患者手指的损伤个数，选择相应的数量的手指驱动器进行康复训练；多种训练模式；能够改变自身形态来适应患者运动的环境，不会对患者手部造成过大的冲击载荷，同时，在患者运动受到很大阻力时能够改变自身形态来避免对患者造成拉伤等二次伤害。

A modular software rehabilitation glove and system for finger extension exercise

The invention discloses a modular software rehabilitation glove and system for assisting finger stretching movement, belonging to the field of hand exoskeleton rehabilitation robot. The glove and the flexible finger drive component in the system can be well fitted with human hand and easy to wear. At the same time, modular design can be used to install it on the glove. It can select the corresponding number of finger drivers for rehabilitation training according to the number of finger injuries. Practice mode; can change the form to adapt to the patient's movement environment, will not cause excessive impact load on the patient's hand, at the same time, the patient can change its own form to avoid two injuries such as pulling injury to the patient when the patient's movement is very heavy.

【技术实现步骤摘要】
一种用于辅助手指伸展运动的模块化软体康复手套及系统
本专利技术属于手部外骨骼康复机器人领域，更具体地，涉及一种用于辅助手指伸展运动的模块化软体康复手套及系统。
技术介绍
如今社会人口老龄化加重，由于脑卒中等疾病引起的偏瘫的人数越来越庞大，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。文献表明，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，这是需要借助外力来辅助患者进行手指的伸展打开运动。传统的手部康复治疗多采用一对一的医师进行揉捏拉等机械化动作，同时，患者的康复状态完全由医师个人评定，这种康复训练十分耗费人力，同时治疗费用高，无法满足大多数患者的需求。专利CN105496728A公开了用于手部运动功能康复的软体机器人手套，申请日期为2016年4月20日。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，该装置存在如下问题：1、该装置的动力部件为牵引绳，牵引方向总体上具有由前向后的趋势，牵引动作较为生硬，并且不符合人体手指的骨骼形态及自然运动状态，牵引过程中易导致手指关节相互挤压、摩擦，对患者手部产生伤害；2、该装置与手指形状相差较大，与手指的匹配性较差，佩戴时有异物感，不舒适。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供一种用于辅助手指伸展运动的模块化软体康复手套及系统，通过可以独立拆装使用的柔性手指驱动器，针对特定损伤手指进行康复训练，并且符合手指的骨骼构造及自然运动形态，不造成二次伤害。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种用于辅助手指伸展运动的模块化软体康复手套及系统，包括手套本体和至少一个柔性手指驱动组件；柔性手指驱动组件可拆装地安装于手套本体上，包括：柔性弯曲驱动器、柔性弯曲传感器、柔性弯曲驱动器封套、指尖套、指尖压力传感器、柔性弯曲驱动器固定座以及柔性气管；柔性弯曲驱动器设于柔性弯曲驱动器封套内，柔性弯曲驱动器包括尾端开口的空心硅胶管以及设于空心硅胶管外壁下部的硅胶座，柔性弯曲驱动器的尾端开口为气管口，硅胶座的数量及位置与手指指节对应，硅胶座的下表面为上凹的弧面，与人体手指指背的弧面相吻合；相邻硅胶座之间对应指关节的位置通过向下隆起的圆弧状构造连接，且该圆弧状构造的最低点高于硅胶座上凹的弧面的最高点；柔性弯曲传感器沿着轴线方向布置在柔性弯曲驱动器的下表面和柔性弯曲驱动器封套的内部底面之间，且固定于柔性弯曲驱动器封套的内部底面上；柔性气管插入柔性弯曲驱动器的气管口内，与气管口密封连接；柔性弯曲驱动器固定座套在柔性弯曲驱动器的尾部，柔性弯曲驱动器固定座的下部与柔性弯曲驱动器封套的尾部固连；指尖压力传感器固定于指尖套内部底面，指尖套固定于柔性弯曲驱动器封套端部下表面。进一步地，柔性弯曲驱动器用于大拇指的康复训练，包括凯夫拉纤维线和两段玻璃纤维布；空心硅胶管为双层构造，其截面形状为半圆形，内层空心硅胶管的外壁尾端缠绕单螺旋线，对应大拇指掌骨部位，缠绕空间长度为大拇指掌骨长度；内层空心硅胶管的外壁前端缠绕双螺旋线，对应大拇指近节指骨和远节指骨，缠绕空间长度为近节指骨和远节指骨的和；内层空心硅胶管的外壁前端底部粘贴两段玻璃纤维布，分别对应掌骨与近节指骨的连接关节、近节指骨与远节指骨的连接关节；外层空心硅胶管将凯夫拉纤维线和玻璃纤维布紧密固定于内层空心硅胶管上。进一步地，柔性弯曲驱动器用于四指中任意一个的康复训练，包括凯夫拉纤维双螺旋线和三段玻璃纤维布；空心硅胶管为双层构造，凯夫拉纤维双螺旋线缠绕于内层空心硅胶管的外壁，缠绕空间的整体长度为手指近节指骨、中节指骨及远节指骨之和；三段玻璃纤维布对应于四指的三个指关节的位置粘贴在内层空心硅胶管的外壁；外层空心硅胶管将凯夫拉纤维双螺旋线及三段玻璃纤维布紧密固定于内层空心硅胶管上。进一步地，每段玻璃纤维布的长度人手四指关节长度的二分之一。为了实现上述目的，本专利技术还提供了一种用于辅助手指伸展运动的模块化软体康复手套及系统，包括前文所述的模块化软体康复手套、气压控制模块和无线发射器；软体康复手套通过柔性气管与气压控制模块相连接，指尖柔性压力传感器和柔性弯曲传感器与无线发射器连接；柔性弯曲传感器用于采集手指弯曲角度信息，指尖压力传感器用于采集软体康复手套与患者手指指尖的相互作用力得到指尖压力信息，无线发射器用于手指弯曲角度信息和指尖压力信息发送至的气压控制模块；气压控制模块用于根据接收到的手指弯曲角度信息和指尖压力信息控制输出气压的大小，进而控制柔性弯曲驱动器的弯曲程度。进一步地，气压控制模块包括单向阀快速接头、气罐、空气过滤器、气体减压阀、电气比例阀、STM32主控器和无线接收器；单向阀快速接头、气罐、空气过滤器、气体减压阀、电气比例阀依次连接，电气比例阀的气体出口与柔性气管相连，单向阀快速接头的输入端用于连接外部气源；STM32主控器的信号采集端口连接无线接收器，STM32主控器用于根据接收到的手指弯曲角度信息和指尖压力信息，按照预设指令控制电气比例阀的驱动电压，进而控制输出气压的大小，从而控制柔性弯曲驱动器的弯曲程度。进一步地，包括人机交互模块；人机交互模块包括液晶触摸显示屏和微型主板；微型主板与STM32主控器连接，以交换图像和控制指令；STM32主控器用于将收集的手指角度和压力信息上传给微型主板，微型主板向触摸显示屏发出图像指令，触摸显示屏显示出当前所处状态；触摸显示屏还用按照预设程序将人工操作指令发送至微型主板，进而通过微型主板发送至STM32主控器，从而对气体压力进行相应控制，进而调节柔性弯曲驱动器的弯曲程度。总体而言，本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1、本专利技术采用软体康复手套，与刚性外骨骼相比，能够与患者的手跟紧密的贴合，提高穿戴者的舒适性；2、本专利技术中采用柔性弯曲驱动器作为执行机构，其能够改变自身形态来适应当前环境，不会对穿戴者的手部造成损伤，安全性高，采用液压或者气压驱动，具有很高的功率比。3、本专利技术中采用模块化思想，设计可拆装的柔性手指驱动组件，能够根据患者受损手指的数量选着相同数量的柔性手指驱动组件，以满足患者的个性化康复需求。4、本专利技术中采用四指弯曲致动器，能够带动脑卒中患者或手指肌肉受损患者的手指进行伸展运动，并且采用三段玻璃纤维布、双层空心硅胶管、凯夫拉纤维双螺旋线配合模拟弯曲运动，更符合四指自然弯曲状态，操作舒适，不会产生异物感和二次拉伤。5、现有技术无法模拟大拇指的侧摆运动，本专利技术中采用的大拇指弯曲扭转驱动器，采用两段玻璃纤维布、双层空心硅胶管，结合凯夫拉纤维线单螺旋、双螺旋绕线对应大拇指不同指骨的设计，能够同时模拟人手大拇指的弯曲和侧摆运动，且运动状态更符合大拇指的自然运动状态，操作舒适，不会产生异物感和二次拉伤。附图说明图1为一种用于辅助手指伸展运动的模块化软体康复手套及系统示意图；图2为软体康复手套驱动控制柜后视图；图3为软体康复手套具体结构示意图；图4为软体康复手套驱动控制柜内部结构示意图；图5为软体康复手套驱动控制柜系统框图；图6为软体康复手套四指结构示意图；图7为本专利技术的大拇指内部结构示意图；图8为本专利技术的单个手指结构示意图。在所有附图中，相同的附图标本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于辅助手指伸展运动的模块化软体康复手套，其特征在于，包括手套本体和至少一个柔性手指驱动组件；柔性手指驱动组件可拆装地安装于手套本体上，包括：柔性弯曲驱动器、柔性弯曲传感器、柔性弯曲驱动器封套、指尖套、指尖压力传感器、柔性弯曲驱动器固定座以及柔性气管；柔性弯曲驱动器设于柔性弯曲驱动器封套内，柔性弯曲驱动器包括尾端开口的空心硅胶管以及设于空心硅胶管外壁下部的硅胶座，柔性弯曲驱动器的尾端开口为气管口，硅胶座的数量及位置与手指指节对应，硅胶座的下表面为上凹的弧面，与人体手指指背的弧面相吻合；相邻硅胶座之间对应指关节的位置通过向下隆起的圆弧状构造连接，且该圆弧状构造的最低点高于硅胶座上凹的弧面的最高点；柔性弯曲传感器沿着轴线方向布置在柔性弯曲驱动器的下表面和柔性弯曲驱动器封套的内部底面之间，且固定于柔性弯曲驱动器封套的内部底面上；柔性气管插入柔性弯曲驱动器的气管口内，与气管口密封连接；柔性弯曲驱动器固定座套在柔性弯曲驱动器的尾部，柔性弯曲驱动器固定座的下部与柔性弯曲驱动器封套的尾部固连；指尖压力传感器固定于指尖套内部底面，指尖套固定于柔性弯曲驱动器封套端部下表面。

【技术特征摘要】
1.一种用于辅助手指伸展运动的模块化软体康复手套，其特征在于，包括手套本体和至少一个柔性手指驱动组件；柔性手指驱动组件可拆装地安装于手套本体上，包括：柔性弯曲驱动器、柔性弯曲传感器、柔性弯曲驱动器封套、指尖套、指尖压力传感器、柔性弯曲驱动器固定座以及柔性气管；柔性弯曲驱动器设于柔性弯曲驱动器封套内，柔性弯曲驱动器包括尾端开口的空心硅胶管以及设于空心硅胶管外壁下部的硅胶座，柔性弯曲驱动器的尾端开口为气管口，硅胶座的数量及位置与手指指节对应，硅胶座的下表面为上凹的弧面，与人体手指指背的弧面相吻合；相邻硅胶座之间对应指关节的位置通过向下隆起的圆弧状构造连接，且该圆弧状构造的最低点高于硅胶座上凹的弧面的最高点；柔性弯曲传感器沿着轴线方向布置在柔性弯曲驱动器的下表面和柔性弯曲驱动器封套的内部底面之间，且固定于柔性弯曲驱动器封套的内部底面上；柔性气管插入柔性弯曲驱动器的气管口内，与气管口密封连接；柔性弯曲驱动器固定座套在柔性弯曲驱动器的尾部，柔性弯曲驱动器固定座的下部与柔性弯曲驱动器封套的尾部固连；指尖压力传感器固定于指尖套内部底面，指尖套固定于柔性弯曲驱动器封套端部下表面。2.如权利要求1所述的一种用于辅助手指伸展运动的模块化软体康复手套，其特征在于，柔性弯曲驱动器用于大拇指的康复训练，包括凯夫拉纤维线和两段玻璃纤维布；空心硅胶管为双层构造，其截面形状为半圆形，内层空心硅胶管的外壁尾端缠绕单螺旋线，对应大拇指掌骨部位，缠绕空间长度为大拇指掌骨长度；内层空心硅胶管的外壁前端缠绕双螺旋线，对应大拇指近节指骨和远节指骨，缠绕空间长度为近节指骨和远节指骨的和；内层空心硅胶管的外壁前端底部粘贴两段玻璃纤维布，分别对应掌骨与近节指骨的连接关节、近节指骨与远节指骨的连接关节；外层空心硅胶管将凯夫拉纤维线和玻璃纤维布紧密固定于内层空心硅胶管上。3.如权利要求1所述的一种用于辅助手指伸展运动的模块化软体康复手套，其特征在于，柔性弯曲驱动器用于四指中任意一个的康复训练，包括凯夫拉纤维双螺旋线和三段玻璃纤维布；空心硅胶管为双层构造，凯夫拉纤维双螺旋线缠绕于内层空心硅胶管的外壁，缠绕空间的整体长度为手指近节指骨、中节指骨及远节指...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文斌，熊蔡华，袁路林，李培民，刘成龙，杨瑞嘉，
申请(专利权)人：华中科技大学，南京锐诗得医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42