一种具有多自由度正负压独立驱动的柔性康复手套制造技术

本发明专利技术提供了一种具有多自由度正负压独立驱动的柔性康复手套，在织物手套中对应于每根手指一一设有用于带动各手指弯曲的气动弯曲执行器，以及在相邻两根手指之间设有用于带动手指外展与内收的外展内收执行器；气动弯曲执行器的相邻两柔性弯曲关节之间串联刚性指骨，每段柔性弯曲关节均能够由正负压独立驱动、通过变形段的形变实现朝下或向上弯曲；外展内收执行器内部形成于底部相通的左右两个中空的平行气腔，平行气腔被充气时朝向两侧手指扩展带动相邻的两根手指外展，被抽气时相向收拢带动相邻的两根手指内收。本发明专利技术相较于纯刚性装置具有更佳的柔性与更高的安全性，同时引入外展内收执行器，具有更好的手指贴合性、更多的自由度。更多的自由度。更多的自由度。

【技术实现步骤摘要】
一种具有多自由度正负压独立驱动的柔性康复手套


[0001]本专利技术涉及气动软体康复
，更具体地说是一种具有多自由度正负压独立驱动的柔性康复手套。

技术介绍

[0002]根据世界卫生组织的统计数据，中风是全世界致残的主要原因，也是死亡的第二大原因。许多中风幸存者面临重大挑战，其中包括手部残疾。中风后的前三个月是手功能回复的黄金时期，一些研究证明通过手部相同和重复的运动可以重塑大脑运动神经(神经可塑性)，改善手部运动功能的能力。然而，这些疾病的恢复需要长期治疗，对医疗资源的需求较高，导致专业劳动力短缺。康复机器人能够代替专业的劳动力提供辅助治疗，缓解这一问题。
[0003]为了辅助手部运动，研究人员开发了不同的手部康复设备，使受损的手部能够进行精确的重复性运动，这可以帮助职业治疗师进行劳动密集型、高成本和低效率的工作。传统的康复机器人由刚性材料和刚性连杆制作而成，虽然这种刚性的手部康复机器人可以对手指进行稳健的轨迹控制，但由于使用的是坚硬的刚性材料，在使用过程中一旦发生问题，会对人手造成无法避免的严重伤害。由于柔性材料固有的顺应性和灵活性，软机器人在康复机器人中的应用得到了快速发展，尤其是在医疗康复领域。
[0004]与刚性康复手套相比，柔性康复手套有很多优势，包括质量轻、成本低、穿戴舒适以及更安全的人机交互。加压后，软执行器内的嵌入式腔体向低刚度方向扩展，并产生弯曲、扭转和伸缩运动。目前，不少可穿戴的柔性康复手套已被研发出来。这些柔性康复手套内气动执行器仅包含一个单一的气腔，在加压后弯曲形状呈现准圆形，在弯曲变形时与手指实际的运动方式存在差距。尽管已经有人将弯曲执行器分段设计，但是仍是使用一个气道驱动，加压后三个手指关节弯曲角度相同。然而，人手在运动或做特定手势时，每个关节的弯曲角度、弯曲方向并不相同。而且，这些柔性康复手套有一个共同的问题是只注重手指的伸展和弯曲，忽视了手指的外展和内收。手指的外展和内收在日常生活中同样占据着重要的地位。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。为此，本专利技术提出一种具有多自由度正负压独立驱动的柔性康复手套，采用柔性弯曲关节与刚性指骨结合构成气动弯曲执行器来带动手指弯曲运动的形式，相较于纯刚性装置具有更佳的柔性与更高的安全性，同时引入外展内收执行器，具有更好的手指贴合性、更多的自由度，结构简单、成本低、灵活度高。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种具有多自由度正负压独立驱动的柔性康复手套，其结构特点是：
[0008]在织物手套中对应于每根手指一一设有用于带动各手指弯曲的气动弯曲执行器，
以及在相邻两根手指之间设有用于带动手指外展与内收的外展内收执行器；
[0009]所述气动弯曲执行器整体呈大致半圆柱形结构，平面端朝下、圆弧端朝上，按照对应手指的结构于掌指关节与指关节处设置柔性弯曲关节，于指骨处设置半圆柱形结构的刚性指骨，相邻两柔性弯曲关节之间串联刚性指骨；各段柔性弯曲关节均是呈波纹管结构，内部形成独立空腔，以径向内凹的弧形段作为变形段，以径向外凸的弧形段作为固定段，所述柔性弯曲关节上除变形段之外的其余部分以及所述刚性指骨的外周均紧密包覆限制层，依靠所述限制层形成对柔性弯曲关节沿径向膨胀的约束；每段柔性弯曲关节均单独配置一根连接至对应第一压缩空气动力源的第一气管，所述第一气管伸入并连通于柔性弯曲关节内腔中；每段柔性弯曲关节均能够由正负压独立驱动、通过变形段的形变实现朝下或向上弯曲；
[0010]所述外展内收执行器夹设于相邻两根手指的交接部位之间，横截面呈“凹”型结构，内部形成于底部相通的左右两个中空的平行气腔，贴设于手指的两侧外侧壁紧密外覆不可拉伸层，依靠所述不可拉伸层形成对两侧外侧壁膨胀的约束，两个平行气腔与连接至第二压缩空气动力源的第二气管相通，通过所述第二气管被充气时朝向两侧手指扩展带动相邻的两根手指外展，被抽气时相向收拢带动相邻的两根手指内收。
[0011]本专利技术的结构特点也在于：
[0012]带动大拇指弯曲的气动弯曲执行器配置有两个柔性弯曲关节与一个刚性指骨；
[0013]带动食指、中指、无名指、小指弯曲的气动弯曲执行器均配置有三个柔性弯曲关节与两个刚性指骨；
[0014]各气动弯曲执行器对应于掌指关节处的柔性弯曲关节结构相同。
[0015]所述气动弯曲执行器为每段柔性弯曲关节配置的第一气管呈并排布置，各指关节处柔性弯曲关节所配置的第一气管顺着手指方向依次贯穿前端的各柔性弯曲关节与刚性指骨，贯穿刚性指骨的第一气管是在浇筑刚性指骨时一并浇筑在刚性指骨内。
[0016]所述气动弯曲执行器的柔性弯曲关节为硅橡胶材质；所述刚性指骨为PDMS材料浇筑而成，并外覆有硅橡胶材料层；所述外展内收执行器为硅橡胶材质。
[0017]所述限制层与不可拉伸层均是由不可拉伸的织物制作而成，与所述织物手套之间缝合相连。
[0018]与已有技术相比，本专利技术有益效果体现在：
[0019]本专利技术基于人类手指的结构及运动特点，采用柔性弯曲关节与刚性指骨结合而成的气动弯曲执行器带动手指进行弯曲运动，掌指关节与各指关节处均可独立地正负压驱动，具有多个自由度，可带动手指实现更复杂灵活的姿势。与刚性的手部康复装置相比，本专利技术具有更好的灵活性与安全性，且成本低、结构简单、制作简单、可大批量生产；与单一气腔驱动的柔性康复手套相比，本专利技术的气动弯曲执行器的运动方式更符合人类手指的运动行为，且每个柔性关节可独立驱动，能够带动手指做单一关节的康复训练。本专利技术同时又引入了外展内收执行器，可以带动手指外展与内收，增加了手指的自由度。
附图说明
[0020]图1是本专利技术的整体结构示意图；
[0021]图2是大拇指配置的气动弯曲执行器的结构示意图；
[0022]图3是食指、中指、无名指配置的气动弯曲执行器的结构示意图；
[0023]图4是小拇指配置的气动弯曲执行器的结构示意图；
[0024]图5是图4所示气动弯曲执行器的内部结构示意图；
[0025]图6是外展内收执行器的剖视结构示意图；
[0026]图7是气动弯曲执行器在不同气压下运动的仿真结果示意图；
[0027]图8是外展内收执行器充气时的仿真结果示意图。
[0028]图中，1织物手套；2气动弯曲执行器；3柔性弯曲关节；4变形段；5固定段；6刚性指骨；7限制层；8第一气管；9外展内收执行器；10平行气腔；11第二气管；12不可拉伸层。
具体实施方式
[0029]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0030]请参照图1至图6，本实施例的具有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有多自由度正负压独立驱动的柔性康复手套，其特征是：在织物手套中对应于每根手指一一设有用于带动各手指弯曲的气动弯曲执行器，以及在相邻两根手指之间设有用于带动手指外展与内收的外展内收执行器；所述气动弯曲执行器整体呈大致半圆柱形结构，平面端朝下、圆弧端朝上，按照对应手指的结构于掌指关节与指关节处设置柔性弯曲关节，于指骨处设置半圆柱形结构的刚性指骨，相邻两柔性弯曲关节之间串联刚性指骨；各段柔性弯曲关节均是呈波纹管结构，内部形成独立空腔，以径向内凹的弧形段作为变形段，以径向外凸的弧形段作为固定段，所述柔性弯曲关节上除变形段之外的其余部分以及所述刚性指骨的外周均紧密包覆限制层，依靠所述限制层形成对柔性弯曲关节沿径向膨胀的约束；每段柔性弯曲关节均单独配置一根连接至对应第一压缩空气动力源的第一气管，所述第一气管伸入并连通于柔性弯曲关节内腔中；每段柔性弯曲关节均能够由正负压独立驱动、通过变形段的形变实现朝下或向上弯曲；所述外展内收执行器夹设于相邻两根手指的交接部位之间，横截面呈“凹”型结构，内部形成于底部相通的左右两个中空的平行气腔，贴设于手指的两侧外侧壁紧密外覆不可拉伸层，依靠所述不可拉伸层形成对两侧外侧壁膨胀的约束，两个平行气腔与连接至第二压缩空气动力源的第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘彩霞，潘亭亭，李帅，孙一帆，黄英，刘平，曹嘉诚，谢俊威，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：