[發(fā)明專利]變剛度軟體驅(qū)動(dòng)器及使用該驅(qū)動(dòng)器的手部康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010090722.6
• 申請日: 2020-02-13
• 公開（公告）號(hào): CN111329713B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王麗珍;彭廣帥;劉榮;郝明陽;尹曉飛;樊瑜波
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): A61H1/02
• 分類號(hào): A61H1/02;F17D1/04;F17D3/01
• 代理公司: 北京中濟(jì)緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 覃婧嬋

本發(fā)明提供了一種變剛度軟體驅(qū)動(dòng)器及使用該驅(qū)動(dòng)器的手部康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人，其中驅(qū)動(dòng)器包括：層狀的驅(qū)動(dòng)器本體，驅(qū)動(dòng)器本體采用彈性材料制成，驅(qū)動(dòng)器外部包被有雙螺旋纖維絲纏繞層，驅(qū)動(dòng)器本體內(nèi)設(shè)有氣腔；在氣腔的中間位置處設(shè)置有變剛度層，將氣腔分隔為上層腔室和下層腔室，所述變剛度層的基底采用高拉伸模量的柔性材料制成，具有較高的強(qiáng)度和柔度，可限制驅(qū)動(dòng)器的軸向應(yīng)變；在所述變剛度層內(nèi)部的蛇形流道內(nèi)設(shè)置有低熔點(diǎn)合金，與所述低熔點(diǎn)合金連接設(shè)置有電極；氣源，分別通過氣體管道與上層腔室和下層腔室相通；控制系統(tǒng)包括控制器和剛度控制開關(guān)，所述的剛度控制開關(guān)與電極的電源裝置連接設(shè)置，控制器同時(shí)與氣源的驅(qū)動(dòng)器和剛度控制開關(guān)連接。本發(fā)明中所述驅(qū)動(dòng)器具有較大的彎曲范圍，能夠滿足手部關(guān)節(jié)的活動(dòng)要求且同時(shí)具備較強(qiáng)的承載能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請屬于醫(yī)療康復(fù)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種變剛度軟體驅(qū)動(dòng)器及使用該驅(qū)動(dòng)器的手部康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人。

背景技術(shù)

我國每年新發(fā)腦卒中患者150萬-200萬例，超過75％的腦卒中患者手部運(yùn)動(dòng)功能受到不同程度的損傷。手部關(guān)節(jié)的屈曲、伸展基本功能的康復(fù)有賴于被動(dòng)和主動(dòng)的抓握等動(dòng)作訓(xùn)練，這一過程常常需要物理治療師參與引導(dǎo)。但物理治療師介入的康復(fù)治療價(jià)格高且嚴(yán)重依賴治療師的康復(fù)治療水平，為減輕手部運(yùn)動(dòng)功能障礙的患者治療成本，縮短康復(fù)治療周期，減輕康復(fù)訓(xùn)練師的工作強(qiáng)度，目前已有多種手功能康復(fù)輔助訓(xùn)練機(jī)器人問世，其中，采用氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器的軟體手功能康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人由于具有重量較小，成本較低，舒適性較高等優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用。

如現(xiàn)有技術(shù)中的氣動(dòng)軟體驅(qū)動(dòng)器即是常用的軟體機(jī)器人驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其由彈性硅膠材料構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)上具有可延展部分和不可延展部分，通過通入高壓氣體使得可延展部分發(fā)生形變，從而可使得驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生彎曲作用，實(shí)現(xiàn)輔助康復(fù)訓(xùn)練的效果。但是氣動(dòng)軟體驅(qū)動(dòng)器的缺點(diǎn)在于無法承受較大負(fù)載，當(dāng)負(fù)載大時(shí)易產(chǎn)生形變，這使得患者在手部康復(fù)過程中涉及到提取重物等需要負(fù)載的動(dòng)作時(shí)，驅(qū)動(dòng)器無法給出必要的支撐，使得其功能受到了很大的限制，無法滿足腦卒中患者手康復(fù)的臨床需求。當(dāng)康復(fù)機(jī)器人用于手部時(shí)，由于手部關(guān)節(jié)活動(dòng)靈活，所以同時(shí)還要求康復(fù)機(jī)器人具有較大的活動(dòng)范圍，因此有必要探索一種能夠承受較大負(fù)載、活動(dòng)范圍較大的手部康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人。

發(fā)明內(nèi)容

本申請解決的是現(xiàn)有技術(shù)中的軟體驅(qū)動(dòng)器負(fù)載能力較差、無法滿足腦卒中患者手部康復(fù)的臨床需求的技術(shù)問題，進(jìn)而提供了一種能夠承受較大負(fù)載、活動(dòng)范圍靈活的變剛度軟體驅(qū)動(dòng)器及使用該驅(qū)動(dòng)器的手部康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人。

本申請解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為：

一種變剛度軟體驅(qū)動(dòng)器，包括：層狀的驅(qū)動(dòng)器本體，所述驅(qū)動(dòng)器本體內(nèi)設(shè)置有氣腔；在所述氣腔的中間位置處設(shè)置有變剛度層，將所述氣腔分隔為上層腔室和下層腔室；所述變剛度層包括柔性材料層，所述柔性材料層的拉伸模量大于所述氣腔的彈性變形腔壁的拉伸模量；在所述驅(qū)動(dòng)器本體的外圍包裹有限位結(jié)構(gòu)，所述限位結(jié)構(gòu)環(huán)繞位于第一方向上的軸向設(shè)置，限制所述彈性變形腔壁在垂直于所述第一方向的第二方向上的膨脹；其中所述第一方向與所述變剛度層相平行；在所述柔性材料層的內(nèi)部的蛇形流道內(nèi)設(shè)置有低熔點(diǎn)合金，與所述低熔點(diǎn)合金連接設(shè)置有電極；氣源，分別通過氣體管道與所述上層腔室和下層腔室連通，所述上層腔室和下層腔室均設(shè)置有氣體排出口；控制系統(tǒng)，包括控制器和剛度控制開關(guān)，所述剛度控制開關(guān)與所述電極連接設(shè)置，所述控制器同時(shí)與所述氣源的驅(qū)動(dòng)器和所述剛度控制開關(guān)連接。

所述驅(qū)動(dòng)器本體在所述第一方向上的延伸長度大于其在所述第二方向上的延伸長度。

所述限位結(jié)構(gòu)為纏繞在所述驅(qū)動(dòng)器本體的外圍的雙螺旋纖維絲纏繞層，所述雙螺旋纖維絲纏繞層包括兩組環(huán)繞所述第一方向螺旋纏繞的纖維絲，兩組所述纖維絲相對于所述變剛度層對稱設(shè)置。

所述彈性變形腔壁的拉伸模量為1-10MPa；所述柔性材料層的拉伸模量為50-100MPa；所述纖維絲的拉伸模量為1-10GPa。

所述彈性變形腔壁采用硅膠材料制成，所述柔性材料層采用硅橡膠層，所述纖維絲采用尼龍絲。