本发明专利技术提供一种基于绳索驱动的张拉整体腕外骨骼，包括电池组和驱动单元，第一支撑外骨骼经佩戴与患者小臂适配；第二支撑外骨骼经佩戴与患者手掌适配；屈伸张拉件和尺桡张拉件依次穿设过第一支撑外骨骼和第二支撑外骨骼，屈曲部从第一方向向屈伸驱动部延伸时伸展部沿与第一方向相反的第二方向延伸，尺偏部从第三方向向尺桡驱动部延伸时桡偏部沿与第三方向相反的第四方向延伸，屈曲部、伸展部、尺偏部、桡偏部分别与第一支撑外骨骼和第二支撑外骨骼配合以提供腕关节运动的至少四个方向自由度。本发明专利技术能够实现便于患者随身佩戴并为腕关节运动提供多自由度，进而提升对患者康复训练的治疗效果。练的治疗效果。练的治疗效果。
【技术实现步骤摘要】
一种基于绳索驱动的张拉整体腕外骨骼
[0001]本专利技术属于医疗器械
，尤其涉及一种基于绳索驱动的张拉整体腕外骨骼。
技术介绍
[0002]在腕外骨骼的结构设计方面，早期外骨骼通常采用刚性构件和铰链连接，相当于在人体上并联刚性骨架，常称为刚性外骨骼。早在2008年，莱斯大学在美国国家科学基金会(NSF)资助下研发了从RiceWrist(2008年)、READAPT(2015年)到Openwrist(2017年)等系列腕康复外骨骼，推进了外骨骼技术的发展。近年代表性成果还包括麻省理工学院开发的用于安装在上肢康复机构MIT
‑
MANUS末端的腕外骨骼，苏黎世联邦理工学院研发的针对脑卒中后无监督训练的便携式腕外骨骼eWrist，意大利研发的针对手腕和手指一体康复的刚性外骨骼等。国内高校在2010年后也取得了系列成果，包括西安交通大学徐光华教授团队开发的基于多段柔性单元的腕康复外骨骼，东南大学宋爱国教授团队研发的分布式主动/半主动驱动的绳驱腕外骨骼。此外，北航、上海交大、郑大也做出了卓越贡献。刚性外骨骼借助刚性骨架具有较好的载荷支撑性能，在动力传递方面具有明显优势。但是目前刚性外骨骼大部分采用纯转动关节、被动弹性关节或冗余自由度，实现对人体复杂腕关节运动的妥协，然而，从仿生学角度和运动协调性要求来看，腕关节具有转动和滑动结合的多自由度特殊运动瞬心轨迹，纯转动关节并不符合人体生理结构和关节运动机理。意大利技术研究所Cappello等设计仿生腕外骨骼并采用转动和平动两个自由度来适应人类腕关节的运动。刚性腕外骨骼与人体关节运动自由度、运动瞬心和运动规律等运动机理不匹配，只能在产生附加约束力/矩条件下进行康复训练，不利于穿戴者获得舒适度高的腕关节运动，此外其结构复杂、穿戴舒适性差，制约康复效果的提高和数值化评价，严重影响患者参与训练的积极性。
[0003]柔性腕外骨骼在结构上通常采用柔性材料如编织材料或网状绑带，类似于上肢穿戴柔性服装或手套。柔性腕外骨骼凭借人机耦合简单、舒适性好、接受度高、结构轻便、运动自然等优势成为近年广泛关注的前沿研究方向。许多国家将柔性外骨骼作为重点研究方向，涉及到下肢、上肢等研究对象，主要研究计划包括美国DARPA在2011年发布“WarriorWeb”研究计划和欧盟发布“XoSoft”柔性外骨骼研究计划。代表性成果包括英国索尔福德大学、希腊帕特雷大学等开发了全穿戴气动柔性外骨骼。2019年在韩国科信部MSIT资助下研发的辅助麻痹手臂运动的Exo
‑
Wrist，其结构采用柔性编织带和弹性保护腱套，通过精心设计的锚点和绳索轨迹提供高效康复运动。此外，沈阳自动化所刘连庆教授团队也设计了基于仿生肌肉骨骼模型的腕外骨骼。柔性外骨骼在结构上多采用轻量化的柔性材料，在一定程度上解决了人体关节运动不匹配的问题，提高了穿戴舒适性。但柔性外骨骼只对关节转动提供驱动力，造成运动自由度缺失，不能实现复杂的关节运动，同时载荷支撑性能弱是其致命的缺陷，运动精度和康复效果较差。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是提供一种基于绳索驱动的张拉整体腕外骨骼，以解决上述问题，能够实现便于患者随身佩戴并为腕关节运动提供多自由度，进而提升对患者康复训练的治疗效果。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种基于绳索驱动的张拉整体腕外骨骼，用于人体腕关节运动，包括佩戴于患者上肢的电池组和驱动单元，所述驱动单元包括屈伸驱动部和尺桡驱动部，
[0006]第一支撑外骨骼，所述第一支撑外骨骼经佩戴与患者小臂适配；
[0007]第二支撑外骨骼，所述第二支撑外骨骼经佩戴与患者手掌适配；
[0008]张拉组件，所述张拉组件包括与所述屈伸驱动部传动连接的屈伸张拉件和与所述尺桡驱动部传动连接的尺桡张拉件，且所述屈伸张拉件和所述尺桡张拉件依次穿设过所述第一支撑外骨骼和所述第二支撑外骨骼，所述屈伸张拉件的相对侧分别具有一屈曲部和一伸展部，所述尺桡张拉件的相对侧分别具有一尺偏部和一桡偏部；
[0009]其中，所述屈曲部从第一方向向所述屈伸驱动部延伸时所述伸展部沿与所述第一方向相反的第二方向延伸，所述尺偏部从第三方向向所述尺桡驱动部延伸时所述桡偏部沿与所述第三方向相反的第四方向延伸，所述屈曲部、伸展部、尺偏部、桡偏部分别与所述第一支撑外骨骼和所述第二支撑外骨骼配合以提供腕关节运动的至少四个方向自由度。
[0010]优选的，所述驱动单元还包括固定在患者上肢的固定背板，所述屈伸驱动部和所述尺桡驱动部分别为固接在所述固定背板上驱动电机，所述驱动电机的输出轴经由减速箱固接有绞线盘，所述绞线盘与所述固定背板转接，所述屈曲部和所述伸展部设置在一所述绞线盘的两侧与所述绞线盘固定，所述尺偏部和所述桡偏部设置在另一所述绞线盘的两侧与所述绞线盘固定，所述屈曲部、伸展部、尺偏部、桡偏部远离所述绞线盘的一端均经过所述第一支撑外骨骼与所述第二支撑外骨骼连接。
[0011]优选的，所述屈曲部包括屈曲鲍登线，所述伸展部包括伸展鲍登线，所述尺偏部包括尺偏鲍登线，所述桡偏部包括桡偏鲍登线，所述绞线盘内固接有压线板，所述屈曲鲍登线和所述伸展鲍登线的控制端分别固接在一所述压线板的两侧，所述尺偏鲍登线和所述桡偏鲍登线的控制端固接在另一所述压线板的两侧，所述屈曲鲍登线和所述伸展鲍登线的固定端分别延伸至所述第一支撑外骨骼并固定，且所述第一支撑外骨骼对应设置有屈伸连接件，所述尺偏鲍登线和所述桡偏鲍登线的固定端分别延伸至所述第一支撑外骨骼并固定，且所述第一支撑外骨骼对应设置有尺桡连接件。
[0012]优选的，所述屈伸连接件包括一端与所述屈伸鲍登线连接的屈曲钢丝绳和一端与所述伸展鲍登线连接的伸展钢丝绳，所述屈曲钢丝绳和所述伸展钢丝绳与所述第一支撑外骨骼滑接，所述屈曲钢丝绳另一端固接在所述第二支撑外骨骼侧壁面，所述伸展钢丝绳另一端固接在所述第二支撑外骨骼与所述屈伸钢丝绳的相对侧，所述尺桡连接件包括一端与所述尺偏鲍登线连接的尺偏钢丝绳和一端与所述桡偏鲍登线连接的桡偏钢丝绳，所述尺偏钢丝绳和所述桡偏钢丝绳与所述第一支撑外骨骼滑接，所述尺偏钢丝绳另一端固接在所述第二支撑外骨骼侧壁面，所述桡偏钢丝绳另一端固接在所述第二支撑外骨骼与所述尺偏钢丝绳的相对侧。
[0013]优选的，所述第二支撑外骨骼与所述第一支撑外骨骼之间设置有弹性件，所述弹
性件包括两端分别与所述第一支撑外骨骼和所述第二支撑外骨骼固定的弹性绳组，且所述屈曲钢丝绳、伸展钢丝绳、尺偏钢丝绳、桡偏钢丝绳均与所述弹性绳组固定。
[0014]优选的，所述第一外骨骼包括套设在患者小臂的远端臂环和近端臂环，所述远端臂环与所述近端臂环之间固接有两臂环连接板，两所述臂环连接板分别设置在所述远端臂环的相对侧，所述臂环连接板外壁面固接有弧形挂耳，所述屈曲鲍登线和所述伸展鲍登线均通过所述弧形挂耳与所述臂环连接板固接，所述尺偏鲍登线和所述桡偏鲍登线相对设置在所述弧形挂耳的两侧与所述近端臂环外壁面固接，所述弧形挂耳靠近所述第二支撑外骨骼的一侧固接有长管。
...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于绳索驱动的张拉整体腕外骨骼，用于人体腕关节运动，其特征在于：包括佩戴于患者上肢的电池组(1)和驱动单元(2)，所述驱动单元(2)包括屈伸驱动部和尺桡驱动部，第一支撑外骨骼，所述第一支撑外骨骼经佩戴与患者小臂适配；第二支撑外骨骼，所述第二支撑外骨骼经佩戴与患者手掌适配；张拉组件，所述张拉组件包括与所述屈伸驱动部传动连接的屈伸张拉件和与所述尺桡驱动部传动连接的尺桡张拉件，且所述屈伸张拉件和所述尺桡张拉件依次穿设过所述第一支撑外骨骼和所述第二支撑外骨骼，所述屈伸张拉件的相对侧分别具有一屈曲部和一伸展部，所述尺桡张拉件的相对侧分别具有一尺偏部和一桡偏部；其中，所述屈曲部从第一方向向所述屈伸驱动部延伸时所述伸展部沿与所述第一方向相反的第二方向延伸，所述尺偏部从第三方向向所述尺桡驱动部延伸时所述桡偏部沿与所述第三方向相反的第四方向延伸，所述屈曲部、伸展部、尺偏部、桡偏部分别与所述第一支撑外骨骼和所述第二支撑外骨骼配合以提供腕关节运动的至少四个方向自由度。2.根据权利要求1所述的基于绳索驱动的张拉整体腕外骨骼，其特征在于：所述驱动单元(2)还包括固定在患者上肢的固定背板(27)，所述屈伸驱动部和所述尺桡驱动部分别为固接在所述固定背板(27)上驱动电机(21)，所述驱动电机(21)的输出轴经由减速箱(23)固接有绞线盘(26)，所述绞线盘(26)与所述固定背板(27)转接，所述屈曲部和所述伸展部设置在一所述绞线盘(26)的两侧与所述绞线盘(26)固定，所述尺偏部和所述桡偏部设置在另一所述绞线盘(26)的两侧与所述绞线盘(26)固定，所述屈曲部、伸展部、尺偏部、桡偏部远离所述绞线盘(26)的一端均经过所述第一支撑外骨骼与所述第二支撑外骨骼连接。3.根据权利要求2所述的基于绳索驱动的张拉整体腕外骨骼，其特征在于：所述屈曲部包括屈曲鲍登线(5)，所述伸展部包括伸展鲍登线(6)，所述尺偏部包括尺偏鲍登线(7)，所述桡偏部包括桡偏鲍登线(8)，所述绞线盘(26)内固接有压线板(25)，所述屈曲鲍登线(5)和所述伸展鲍登线(6)的控制端分别固接在一所述压线板(25)的两侧，所述尺偏鲍登线(7)和所述桡偏鲍登线(8)的控制端固接在另一所述压线板(25)的两侧，所述屈曲鲍登线(5)和所述伸展鲍登线(6)的固定端分别延伸至所述第一支撑外骨骼并固定，且所述第一支撑外骨骼对应设置有屈伸连接件，所述尺偏鲍登线(7)和所述桡偏鲍登线(8)的固定端分别延伸至所...
【专利技术属性】
技术研发人员：张雷雨，孙旭，杨洋，唐梓轩，田华明，李剑锋，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。