一种手部康复用气动手套制造技术

本发明专利技术涉及一种手部康复用气动手套，包括手套主体结构、传动部件、气动部件和控制部件，其中传动部件和气动部件均固定在手套主体结构上。还包括微控制器和电脑AI模块等，实现手套的智能控制。使患者在使用过程中整体效果加以提升，并且避免患者长时间使用导致手部出现过敏或者受伤的情况的发生。还有本申请的技术方案可以通过电脑连接结构与电脑连接，并于电脑中的AI模块实现互通，将数据交于AI模块进行深度学习，通过AI模块的深度学习，实现对不同患者的差异化对待，提高整体康复的科学性和针对性。

Pneumatic gloves for hand rehabilitation

【技术实现步骤摘要】
一种手部康复用气动手套
本专利技术涉及一种康复器械，具体是一种气动手部康复用气动手套。
技术介绍
中风或肌无力患者早起恢复对其很重要，通过使用经过验证的高效促进康复的机器人，可以有效地整合上肢损伤的传统方法，其中实现治疗的关键执行部分就是患者使用的手套结构。通常，患者在物理治疗师或职业治疗师的指导下在专门的康复中心进行康复锻炼。然而，由于患者人数增加，预计物理治疗师将缺乏协助康复过程。因此，将会有相对较少的治疗时间，这最终将导致患者的恢复过程较慢。在过去的十年中，机器人技术的发展促进了康复过程，并显示出帮助患者日常生活的潜力。这种装置的一个例子是手外骨骼，其固定在手周围以引导和辅助被包围的关节的运动。然而，由于手的复杂性，设计手外骨骼仍然是一项具有挑战性的任务。传统的手外骨骼涉及使用基于刚性连杆的机制。在这种机构中，通常涉及刚性部件，例如线性致动器，旋转电机，齿条和小齿轮以及刚性连杆。为了辅助具有高自由度（DOF）的手部运动，传统的外骨骼可以与大量的致动器结合以实现该要求。然而，这意味着由于较高DOF的体积增大，它们的应用受到限制。因此，这些装置通常在临床环境中受到限制并且不适合进行家庭治疗。另外，它们的刚度，重量和对接头的非致动DOF的约束造成复杂性。结果，降低了患者的舒适度和安全性。鉴于此，显然需要开发可用于临床和家庭环境的外骨骼。可穿戴机器人外骨骼的开发有助于提供满足这种需求的替代方法。可穿戴外骨骼不是使用刚性连杆作为手和致动器之间的接口，而是通常使用柔软的材料，如织物和软充气执行器，因此，与基于刚性连杆的机构相比，它们更加柔顺和轻便。基于电缆驱动的外骨骼涉及使用连接到远离手的电动机形式的致动器的电缆。通过在手背侧和手掌侧提供动作，双向电缆驱动运动是可能的。这些电缆模仿人手的肌腱的能力，并且它们能够传递所需的拉力以引起手指弯曲和伸展。然而，由于不同的手尺寸，电缆的摩擦，肌腱的脱轨以及电缆的不准确布线会影响系统中力传递的效率。同时，辅助设备的紧凑性和易用性严重影响其用户接受度。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中外骨骼结构中存在效率低、用户使用不便等缺陷，本专利技术提供一种气动手套，实现对中风患者手部康复效率高和使用便捷的效果。本专利技术涉及的一种手部康复用气动手套，包括手套主体结构、传动部件、气动部件和控制部件，其中传动部件和气动部件均固定在手套主体结构上。进一步，所述手套主体结构包括手背贴合部分、手掌部固定带和手腕部固定带，传动部件包括手指部件和传导部件，气动部件包括气动部件主体和气动传输部件。进一步，所述手指部件包括手指关节部件、指关节贴合部件、远端指关节贴合固定部件、指关节固定带；传导部件包括近端掌指关节连接部件、指关节连接运动部件、中端指关节力传导支撑杆、近端指关节力传导支撑杆、中段力传导杆、力传导支撑杆固定和活动部件和近端力传导杆。进一步，气动部件主体包括气动部件主体和气动部件加固结构，气动传输部件包括气动装置推进杆、气动装置电源连接处、气动部件底座和拇指部分气动装置。进一步，控制部件与手套主体结构可拆卸连接，控制部件包括可拆卸电源结构、肌电感应装置、五个气压传感器、微控制器、五个微型电磁阀、电脑传输接口。进一步，微控制器调节测量的空气压力以跟踪所需的压力和使用的脉冲宽度调制，以根据压力传感器的读数控制阀门和泵的启动和停用。进一步，微控制器采用比例积分微分控制算法用于确保致动器的测量气压接近期望的气压。比例积分微分控制算法的控制方案在微控制器上实现，采样频率为100Hz，阀门的标称响应时间为20ms，PWM频率为50Hz，控制参数选择为Kp=10，Ki=0.7，并且Kd=0.1，将期望压力Pref设定为120kPa，其是基于ROM测试的结果对应于全手指弯曲的压力，用于食指的加压从0-120kPa，闭环系统的上升时间为1.36秒，稳定时间，为1.63秒。进一步，手套主体结构和手指关节部件采用轻质材料，主体结构和手指关节部件中连接结构采用可拆卸固定结构连接，传动部件采用轻质合金材质。进一步，轻质材料为塑料，可拆卸固定结构为铆钉连接。进一步，手背贴合部分连接贴合层，指关节贴合部件包括贴合层，贴合层的长度与一般手指的长度一致。进一步，贴合层为波纹织物层连接弹性织物层。进一步，贴合层为布料衬垫缝合或者粘结海绵层。进一步，手掌部固定带、手腕部固定带和指关节固定带均采用可拆卸重复使用结构。进一步，可拆卸重复使用结构为魔术贴或胶带。进一步，气动部件主体包括可拆卸的微型隔膜气动泵，提供气体动力，可拆卸电源结构为12V可充电锂聚合物电池，提供电力。进一步，整体手套重量控制在1500g-2500g之间，最优的重量是1700g或2000g。进一步，控制部件还可以通过电脑传输接口与电脑连接。进一步，电脑内设置控制模块和AI模块，通过采集多个不同患者的使用数据，分析和深度学习输出和反馈的参数，通过学习得出不同患者类型对应的治疗方案，AI模块主要采用Torch学习方法或梯度下降算法，控制模块根据AI模块提供的控制方式，实现对手套的智能控制。有益效果主要是能够给中锋肌无力或中风患者提供一个可穿戴式的手套结构，方便患者使用和操作，因为本手套集成度较高，各零部件选择均采用小型化设备，目的是为了减少手套的重量，避免给患者带来负担和二次的伤害，同时，采用自动化程度较高的微处理器，实现对手套的自我控制，还包括与患者皮肤较为贴合的设计，使患者在使用过程中整体效果加以提升，并且避免患者长时间使用导致手部出现过敏或者受伤的情况的发生。还有本申请的技术方案可以通过电脑连接结构与电脑连接，并于电脑中的AI模块实现互通，将数据交于AI模块进行深度学习，通过AI模块的深度学习，实现对不同患者的差异化对待，提高整体康复的科学性和针对性。说明书附图附图1为整体组成示意图；附图2为整体手套的示意图1；附图3为整体手套的示意图2；附图4为整体手套的示意图3；附图5为整体手套的示意图4；附图6为整体手套的示意图5；附图7为控制部件连接图。具体实施方式下面将详细描述本专利技术的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本专利技术。在以下描述中，为了提供对本专利技术的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本专利技术。在其他实例中，为了避免混淆本专利技术，未具体描述公知的电路、材料或方法。在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本专利技术至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。应当理本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种手部康复用气动手套，包括手套主体结构、传动部件、气动部件和控制部件，其特征在于，其中传动部件和气动部件均固定在手套主体结构上，所述手套主体结构包括手背贴合部分、手掌部固定带和手腕部固定带，传动部件包括手指部件和传导部件，气动部件包括气动部件主体和气动传输部件。/n

【技术特征摘要】
1.一种手部康复用气动手套，包括手套主体结构、传动部件、气动部件和控制部件，其特征在于，其中传动部件和气动部件均固定在手套主体结构上，所述手套主体结构包括手背贴合部分、手掌部固定带和手腕部固定带，传动部件包括手指部件和传导部件，气动部件包括气动部件主体和气动传输部件。


2.根据权利要求1记载的一种手部康复用气动手套，其特征在于，所述手指部件包括手指关节部件、指关节贴合部件、远端指关节贴合固定部件、指关节固定带；传导部件包括近端掌指关节连接部件、指关节连接运动部件、中端指关节力传导支撑杆、近端指关节力传导支撑杆、中段力传导杆、力传导支撑杆固定和活动部件和近端力传导杆。


3.根据权利要求2记载的一种手部康复用气动手套，其特征在于，气动部件主体包括气动部件主体和气动部件加固结构，气动传输部件包括气动装置推进杆、气动装置电源连接处、气动部件底座和拇指部分气动装置。


4.根据权利要求3记载的一种手部康复用气动手套，其特征在于，控制部件与手套主体结构可拆卸连接，控制部件包括可拆卸电源结构、肌电感应装置、五个气压传感器、微控制器、五个微型电磁阀、电脑传输接口，微控制器调节测量的空气压力以跟踪所需的压力和使用的脉冲宽度调制，以根据压力传感器的读数控制阀门和泵的启动和停用。


5.根据权利要求4记载的一种手部康复用气动手套，其特征在于，微控制器采用比例积分微分控制算法用于确保致动器的测量气压接近期望的气压，比例积分微分控制算法的控制方案在微控制器上实现，采样频率为100Hz，阀门的标称响应时间为20ms，PWM频率为50Hz，控制参数选择为Kp=10，K...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛建琴，朱竹君，祁英杰，张瑜，吕琦，苏建华，邱桂才，
申请(专利权)人：邱桂才，
类型：发明
国别省市：湖北;42