[发明专利]一种形状记忆合金驱动软体康复手套及其3D打印制备方法

说明书

本发明一种形状记忆合金驱动软体康复手套及其3D打印制备方法，手套包括手掌套、手指套和SMA弹簧。手套包括三种关节：单向弯曲关节、侧摆关节和对掌关节。单向弯曲关节正面有V型关节间隙并安装SMA弹簧用于完成弯曲动作，背面安装SMA弹簧用于辅助弯曲的关节恢复原状；侧摆关节左右两侧安装SMA弹簧用于完成侧摆动作；对掌关节包括两根SMA弹簧，弹簧一端与拇指套根部连接，另一端与手掌套连接；所有SMA弹簧两端用导线连接至直流稳压电源。康复手套的制备采用多种材料一体化3D打印的方法。该康复手套具备以下优势：灵巧性强且控制难度低；功能完整性良好；驱动方式简洁高效；舒适性和人机交互安全性良好；轻量化，便携性良好；工艺先进，制备效率高。

技术领域

本发明涉及一种人体运动康复装置，具体涉及一种形状记忆合金弹簧(ShapeMemory Alloy，SMA)驱动的软体康复手套及其3D打印制备方法。

背景技术

人手是一个复杂的生物系统，其功能受损会对日常生活造成不便，而结构的复杂性使其受损后治疗难度大、康复周期长。

手功能受损的主要原因有外伤和偏瘫(由脑血管疾病引发)两大类。

手外伤对体力劳动工作者尤为常见。外伤手术后通常需要将患指固定于某一特定位置3～4周，期间关节附近的淤血可能发生纤维变形，使关节与肌腱粘连形成僵直，辅助康复治疗对关节功能的恢复至关重要。

脑血管疾病引发手部偏瘫后遗症发病率高达80％，发病后手部肌肉出现痉挛和蜷缩浮肿，不及时接受治疗会导致功能完全丧失，而单纯的药物治疗效果有限，必须依赖于辅助康复治疗。

连续被动活动理论和现代循证医学认为带动患肢进行往复运动可：(1)缓解长期缺乏运动导致的肢体肿胀和肌肉萎缩；(2)减轻关节周围组织粘连，强化关节肌肉群；(3)提高关节灵敏度；(4)修复受损运动神经，重建大脑对肢体的控制。

传统的牵拉康复训练多为一对一甚至多对一型辅助治疗，对有限的医疗资源是一种负担，且治疗效果依赖于医生经验，因此开发合适的辅助康复设备以促进手功能恢复具有重要的实用价值。

现有的辅助康复手套以刚性结构为主，采用电机或气缸驱动。刚性机械手能实现精确的控制，但也存在显著的缺点：结构复杂，重量大，制作成本高，使用舒适性差，最重要的是人机交互安全性较差。康复初期的患指处于低肌力状态，而刚性设备运动轨迹固定，不能随患指的偏移自行调整位置，故一旦患指脱离了原佩戴位置，就可能发生二次伤害。

当前已有的软体康复手套普遍存在结构复杂、功能完整性不足、尺寸适应性差的缺点，气驱动康复手套便携性差、精度低，线驱动康复手套结构复杂、制作难度和控制难度大。此外康复手套常需根据个人手部尺寸特征定制，传统的“制作模具→浇注→脱模”工艺在制备小批量、个性化定制的复杂软结构方面能力有限，且过程复杂、制备周期长、成本高。

已有的软体康复手套多为气驱动或线驱动，结构比较复杂，制备多采用传统工艺，周期长、成本高。传统工艺难以实现针对个体差异的个性化定制，因此所得康复手套基本不能做到与人手紧密贴合，在康复效果、佩戴舒适性、人机交互安全性方面有待提升。此外由于驱动原理的限制，所制备康复手功能完整性不足，且控制难度较大，控制难度与功能完整性无法兼顾。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种形状记忆合金驱动软体康复手套及其3D打印制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种形状记忆合金驱动软体康复手套，包括手掌套、有若干手指的手指套及若干SMA弹簧；

所述手指套至少包括中指套、食指套和拇指套；

所述中指套和食指套均包括基关节套、近关节套和远关节套，三个关节套正面有V型关节间隙且安装一根第一SMA弹簧用于完成单向弯曲动作，背面一体式连接且安装第二SMA弹簧用于辅助弯曲的关节恢复原状；