本技术涉及手指康复领域,公开了一种嵌套式弹性件驱动的手指康复装置和手康复装置,包括:设置于靠近手背的一侧且可伸缩和曲伸运动的弹性驱动件、分别用于与手掌和弹性驱动件连接的手掌连接组件以及分别用于与手指节和弹性驱动件连接的手指节连接组件,其中,弹性驱动件具有以下工作状态:弯曲工作状态和伸展工作状态,在弯曲工作状态,弹性驱动件伸长,弹性驱动件朝向手心的方向弯曲运动;在伸展工作状态,弹性驱动件缩回,弹性驱动件背离手心的方向伸展运动。通过本发明的手指康复机构可独立驱动多个手指节的弯曲,具有对手指的保护性能较好、手部尺寸兼容性较强、自由度多等优点。
背景技术
传统的手部康复治疗主要依靠物理治疗师的手工操作,但这种方式不仅耗时耗力,且难以保证治疗的精确性和一致性。因此,开发一种能够辅助手部康复的机器人装置,实现康复过程的自动化和精确化,具有重要的临床意义和应用价值。
手部外骨骼的研究最初应用于主从操作领域,如宇航员舱外活动的机器人手控制。随着技术的不断进步,手部外骨骼逐渐应用于康复工程领域,成为手部康复的重要辅助工具。
手外骨骼技术方案主要分为软外骨骼、软硬混合手外骨骼和硬手外骨骼三大类。
软手外骨骼,柔性较好,结构尺寸较小,且能够较好地贴合手部,但因贴合手使得驱动手指关节转动的力臂短,关节转动力矩与驱动力比值低。主要有线驱动和气动驱动二类。线驱动式因只能供拉力,每个关节驱动需要2个驱动电机或1个驱动电机与增加动滑轮组合,整体布线比较复杂,手部尺寸兼容性差,需要针对患者手的尺寸订制,整体质量较重,制造成本较高。气动驱动相对线驱动,手的尺寸兼容性好,但手关节驱动力矩与驱动力比值更低,抓握力小,位置与速度的伺服控制精度差。
软硬混合式手外骨骼,手指各关节运动均不能独立控制,与手指生理结构相比,大大降低了手指的灵活性,能够控制形成手的姿态少,许多康复动作无法实现;因为驱动力驱动的是手指远端指节,故手指关节的转动力矩与驱动力比值低,导致抓握力较小。更为严重的是,由于驱动力在垂直到关节转动轴线方向分力大,因此,对手指三个关节的压力大,易造成关节损伤。其次,与手指曲伸时关节转动垂直方向刚性大,对手指张合限制较严,同时,穿戴未对齐时,造成患者不舒适。
以连杆机构为代表的刚性手外骨骼,其机构构件数量多、尺寸大、运动空间大、质量重,同时机构运动副与关节对齐困难,易造成错位,从而引起患者不舒适感,甚至对患者关节造成损伤。手部尺寸兼容性差,不同患者手部尺寸变化时,通常需要更换机构中的构件才能适应。另外,由于手指关节多达21个自由度,刚性手外骨骼机构除控制的关节自由度外,对其余关节自由度有严格限制,当患者对机构限制的自由度有一定的运动能力时,不利于手部康复训练。
实现思路