[发明专利]一种用于人体手腕康复训练的分段式多自由度软体致动器

说明书

本发明属于腕部康复软体机器人相关技术领域，其公开了一种用于人体手腕康复训练的分段式多自由度软体致动器，其包括相连接的左单腔及右单腔，左单腔及右单腔互成镜面对称；左单腔包括进气固定端、弯曲段、摆动段、弯曲段应变限制层及摆动段应变限制层，固定端与弯曲段相连接，且固定端及弯曲段设置在弯曲段应变限制层上；弯曲段基本呈矩型，其远离弯曲段应变限制层的一侧形成有多个间隔设置的第一格栅，多个第一格栅沿弯曲段的长度方向间隔设置；摆动段设置在摆动段应变限制层上，摆动段远离摆动段应变限制层的一侧形成有多个第二格栅，多个第二格栅沿摆动段的长度方向间隔设置。本发明能够实现多自由度运动，成本较低，且适用性较强。

技术领域

本发明属于腕部康复软体机器人相关技术领域，更具体地，涉及一种用于人体手腕康复训练的分段式多自由度软体致动器。

背景技术

如今社会人口老龄化加重，由于脑卒中等疾病引起的偏瘫人数越来越庞大，同时，由于生产事故、交通事故等意外造成的腕部运动功能受损的人数也逐年增加，这些患者往往因肢体运动功能障碍而生活不能自理，给家庭和社会都带来了不小的压力。机器人辅助康复训练能够节约大量的人力物力，并能够对患者康复进度进行量化的评估，根据患者的康复情况循序渐进的进行训练。

在腕部康复训练中，市面上有刚性结构外骨骼机器人和柔性结构外骨骼机器人，刚性结构外骨骼机器人有传统的连杆、铰链、滑块等结构组成，柔性结构外骨骼机器人则由柔性流体致动器构成，如硅胶制成的气动致动器，相比与刚性结构外骨骼机器人，柔性结构外骨骼机器人具有更高的安全性和舒适性，由于其自身结构的柔性特点，当发生碰撞或者系统干扰从而产生突变的意外载荷时，柔性的结构能够对意外载荷进行缓冲，不会对患者造成伤害，而且当柔性结构外骨骼机器人对患者施加辅助力时，柔性的结构能够贴合患者的手腕，以较大的作用面积与患者手部接触，使得佩戴起来具有更好的舒适性。

虽然柔性结构的软体致动器在腕部运动康复上有非常好的应用前景，但是目前软体致动器的研究仍处于发展阶段，大部分的致动器仅能实现一个平面内的弯曲运动，极少类别的致动器可以实现多自由度弯曲运动，然而这些多自由度的致动器的运动范围却很小不足以应用于康复外骨骼。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于人体手腕康复训练的分段式多自由度软体致动器，其通过特殊设计的分段式气动网络型致动器的两个气腔中的不同加压状态来控制致动器的运动姿态，前半段用于实现弯曲运动可以辅助人体手腕的弯曲/伸展运动，后半段可以实现摆动从而辅助人体手腕的内收/外展运动。该致动器采用无毒硅胶材料制成，能够很好得与人手相融合，穿戴方便，采用软性材料以能够改变自身形态来适应患者运动的环境，不会对患者手部造成过大的冲击载荷。同时，软体致动器良好的柔顺性不会对患者造成拉伤等二次伤害，且由3D打印的模具铸造而成，工艺简单，成本低廉。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于人体手腕康复训练的分段式多自由度软体致动器，所述致动器整体形成有三段，其包括相连接的左单腔及右单腔，所述左单腔及所述右单腔互成镜面对称；所述致动器形成有前后段，前段能够实现弯曲运动，后段能够实现摆动；后段分为左段及右段；

所述左单腔包括进气固定端、弯曲段、摆动段、弯曲段应变限制层及摆动段应变限制层，所述固定端与所述弯曲段相连接，且所述固定端及所述弯曲段设置在所述弯曲段应变限制层上；所述弯曲段基本呈矩型，其远离所述弯曲段应变限制层的一侧形成有多个间隔设置的第一格栅，多个所述第一格栅沿所述弯曲段的长度方向间隔设置；所述摆动段设置在所述摆动段应变限制层上，所述摆动段远离所述摆动段应变限制层的一侧形成有多个第二格栅，多个所述第二格栅沿所述摆动段的长度方向间隔设置。

进一步地，所述摆动段应变限制层的一端连接于所述弯曲段及所述弯曲段应变限制层。

进一步地，所述第一格栅的延伸方向与所述第二格栅的延伸方向垂直。

进一步地，所述弯曲段的长度大于所述摆动段的长度。