(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011284541.3
(22)申请日 2020.11.17
(71)申请人 中国科学技术大学
地址 230026 安徽省合肥市包河区金寨路
96号
(72)发明人 张世武 随梦理 欧阳一鸣 金虎
孙帅帅
(74)专利代理机构 北京科迪生专利代理有限责
任公司 11251
代理人 杨学明
(51)Int.Cl.
A61H 1/02(2006.01)
(54)发明名称一种基于形状记忆合金的智能柔性手功能康复手套(57)摘要本发明公开了一种基于形状记忆合金的智能柔性手功能康复手套，包括柔性手套结构、基于霍尔传感器的手指状态监测系统和形状记忆合金驱动系统，柔性手套结构包括手臂基座、支撑杆、手掌保护套和指套；基于霍尔传感器的手指状 态监测系统包括霍尔传感器、磁钢及反馈电路；形状记忆合金驱动系统包括形状记忆合金弹簧，拉线及控制单元。基于霍尔传感器的监测系统放置于柔性手套结构的各指套上，通过粘结固定连接，形状记忆合金驱动系统位于柔性手套结构的手臂基座上，与手臂基座通过螺钉固定连接。本发明智能柔性手功能康复手套具有灵活性强、智能化程度高和轻便易携带等特点，能有效辅助手功能障碍患者的日常生活，提高患者手功
能康复效果。权利要求书2页 说明书7页 附图6页CN 112426328 A 2021.03.02
C N 112426328
A
1.一种基于形状记忆合金的智能柔性手功能康复手套，包括柔性手套结构、基于霍尔元件的手指状态监测系统和形状记忆合金驱动系统，其特征在于：所述柔性手套结构包括手臂基座、支撑杆、手掌保护套和指套；所述基于霍尔元件的手指状态监测系统包括霍尔传感器、磁钢及反馈电路；所述形状记忆合金驱动系统包括形状记忆合金弹簧，拉线及控制单元；基于霍尔传感器的检测系统放置于柔性手套结构的各指套上部，通过粘结固定连接，形状记忆合金驱动系统位于柔性手套结构的手臂基座上部，与手臂基座通过螺钉固定连接。
2.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的智能柔性手功能康复手套，其特征在于，柔性手套结构中指套包括大拇指、中指、食指、无名指和小拇指；且指套位于柔性手套结构的最前端，并依次连接手掌保护套、支撑杆、手臂基座，所述柔性手套结构中，指套与手掌保护套通过浇注或3D打印一体成型，手掌保护套与支撑杆间粘结固定连接，支撑杆与手臂基座通过螺钉固定连接。
3.根据权利要求2所述的基于形状记忆合金的智能柔性手功能康复手套，其特征在于，柔性手套结构中指套结构包括远节指套，第一关节褶皱、中节指套、第二关节褶皱、近节指套和第三关节褶皱，指套数量以及指套和褶皱尺寸大小可调节，其中，近节指套上部设有凹槽，其中大拇指结构中不包含近节指套和第三关节褶皱，在第二关节褶皱上部设有凹槽，其中，远节指套位于指套结构的最前端，依次为第一关节褶皱、中节指套、第二关节褶皱、近节指套、第三关节褶皱，且上述指套结构各部件间通过3D打印一体成型。
4.根据权利要求3所述的基于形状记忆合金的智能柔性手功能康复手套，其特征在于，所述的指套，远节指套两侧与上侧共设有三个拉线导向孔，第一关节褶皱、第二关节褶皱和第三关节褶皱的上侧均设有拉线导向孔，中节指套和近节指套的两侧与上侧共设有三个拉线导向孔，手掌保护套内侧与手心接触层对应指套位置分布有五个拉线导向孔，手掌保护套背部外侧对应指套位置分布有五个拉线导向孔，上述导向孔可允许拉线通过并向手指部位延伸，能够保证日常活动免受干扰，且各拉线导向孔径为拉线直径的2倍，使得拉线运动时摩擦减小和方便电路模块的线路通过。
5.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的智能柔性手功能康复手套，其特征在于，基于霍尔传感器的手指状态监测系统位于柔性手套结构中指套的近节指套位置的凹槽处，其中，大拇指结构中基于霍尔传感器的手指状态监测系统位于第三关节褶皱位置的凹槽处；且基于霍尔传感器的手指状态监测系统中霍尔传感器通过粘结与柔性手套结构固定连接，磁钢与相应部位的形状记忆合金驱动系统中的拉线粘结固定，并可在上述凹槽中滑动；当拉线运动时，可带动磁钢发生位移，通过霍尔传感器的输出信号，可以实现手指状态监测与驱动器反馈调节。
6.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的智能柔性手功能康复手套，其特征在于，柔性手套结构中手臂基座由上侧小手臂基座与下侧大手臂基座以及四根碳纤维连杆组成，所述大手臂基座与小手臂基座上各设有四个大小相等的通孔，对应通孔间可放置四根碳纤维管，碳纤维管与小手臂基座和大手臂基座通过螺丝紧固连接，通过调节碳纤维连杆的长度可调节两手臂基座间的距离。
7.根据权利要求6所述的基于形状记忆合金的智能柔性手功能康复手套，其特征在于，所述的柔性手套结构，小手臂基座上设有拉线导向孔，大手臂基座上设有形状记忆合金固定螺纹孔。
8.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的智能柔性手功能康复手套，其特征在于，形状记忆合金驱动系统中形状记忆合金弹簧为对折形状，位于大手臂基座与小手臂基座之间，端口与大手臂基座在螺丝孔部位通过螺钉固定连接，形状记忆合金对折处连接有拉线。
9.根据权利要求8所述的基于形状记忆合金的智能柔性手功能康复手套，其特征在于，所述形状记忆合金驱动系统中拉线与形状记忆合金相连，并依次通过小手臂基座的导向孔、手掌保护套的导向孔、指套的导向孔，与指套的远节指套栓连；当位于手臂外侧的形状记忆合金弹簧通电时，形状记忆合金弹簧收缩，可带动相连的拉线运动，带动手指伸展，当位于手臂内侧的形状记忆合金弹簧通电时，形状记忆合金弹簧收缩，可带动相连的拉线运动，带动手指弯曲。
10.根据权利要求8所述的基于形状记忆合金的智能柔性手功能康复手套，其特征在于，所述的形状记忆合金驱动系统中控制电路模块位于柔性手套结构的大手臂内侧，与大手臂结构通过螺钉连接，其中控制电路模块包括电路板、电源及控制模块，用于控制形状记忆合金弹簧丝的伸缩动态，进而通过拉线拉动手指运动。
一种基于形状记忆合金的智能柔性手功能康复手套
技术领域
[0001]本发明属于医疗康复设备技术领域，涉及一种手功能康复设备，具体为一种基于形状记忆合金的智能柔性手功能康复手套，能够辅助手功能障碍患者日常生活并同时起到康复训练的作用。
背景技术
[0002]手是人体上非常重要的一部分，在人们的日常生活和工作过程中，手的使用频率极高，而且其功能是难以替代的。生活中存在着很大数量的手功能障碍患者。其中脑卒中是导致我国成年人手部障碍的首位病因，具有发病率高、致残率高、死亡率高和复发率高等特点。据统计65％的患者会发生手部功能障碍。手功能障碍大大降低了患者的独立生活能力，给其带来诸多生活和工作上的不便，目前的康复手段主要是通过专业师进行辅助康复，但是这种康复方法的人员成本高并且效率低。根据初步的临床测试结果，机器人辅助康复方式能够起到良好的手部及上肢功能康复效果，已经逐渐取代传统康复方法，成为首选。借助机器人辅助康复机构，无需人员全程陪护，大大节省人力，有利于提高手功能障碍效率，有助于患者的手功能康复。
[0003]目前市场上有多种方式驱动的手功能康复设备，包括电机驱动外骨骼，气动人工肌肉外骨骼，气动或液压柔性手套等。但其驱动设备结构复杂、体积较大，质量较重，非常不便于患者携带，降低了日常辅助和康复训练能力。且其运动能力有限、可控性差、价格昂贵。采用刚性材料制作而成的装备会造成手与功能康复机构之间的匹配不佳，不仅影响患者穿戴的舒适程度，也会影响效果。此外，刚性连接结构若产生运动意外，会导致患者的再次受伤。而基于形状记忆合金的智能柔性手功能康复手套采用形状记忆合金弹簧作为驱动，手指与手掌采用柔性材料3D打印成型，质量较轻，整个系统所占体积较小，方便患者携带，极大程度提高了康复手套的康复训练与生活辅助能力。基于形状记忆合金的智能柔性手功能康复手套采用霍尔传感器感知抓握变形程度并反馈到控制模块，改善了传统康复手套感知能力
差的弱点。通过大量数据的采集，可以在各种抓握情况下自我设定对患者的辅助程度，这样就能做到在患者的不同恢复阶段提供不同程度的辅助抓握力，最大程度适用于患者的恢复状态，为设计手功能康复设备提供了全新的思路。对形状记忆合金的应用研究亦具有重要的意义。
发明内容
[0004]本发明的目的是为了提供一种全新的手功能康复装备，并解决上述现有技术存在的问题，提高手功能康复手套的便携性及对患者的手功能恢复训练和生活辅助能力，极大的还原肌肉组织运动方式，弥补了刚性手套在抓握辅助能力、感知方面的不足，改善了传统康复手套可控性差、质量大不便于携带的弱点，为设计新型手功能康复设备提供了全新的思路，对形状记忆合金的应用研究亦具有重要的意义。
[0005]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于形状记忆合金的智能柔性
手功能康复手套，包括柔性手套结构、基于霍尔元件的手指状态监测系统和形状记忆合金驱动系统，所述柔性手套结构包括手臂基座、支撑杆、手掌保护套、指套；所述基于霍尔元件的手指状态监测系统包括霍尔传感器、磁钢及反馈电路；所述形状记忆合金驱动系统包括形状记忆合金弹簧，拉线及控制单元。所述基于霍尔传感器的检测系统放置于柔性手套结构的各指套上，通过粘结固定连接，所述形状记忆合金驱动系统位于柔性手套结构的手臂基座上，与手臂基座通过螺钉固定连接。
[0006]进一步地，所述柔性手套结构中指套包括大拇指、中指、食指、无名指、小拇指。且指套位于柔性手套结构的最前端，并依次连接所述手掌保护套、支撑杆、手臂基座，所述柔性手套结构中，指套与手掌保护套通过浇注或3D打印一体成型，手掌保护套与支撑杆间通过粘结固定连接，支撑杆与手臂基座通过螺钉固定连接。
[0007]进一步地，所述柔性手套结构中指套结构包括远节指套，第一关节褶皱、中节指套、第二关节褶皱、近节指套和第三关节褶皱，指套数量以及指套和褶皱尺寸大小可调整，其中，所述近节指套上部设有凹槽。其中所述指套结构中大拇指结构中不包含近节指套和第三关节褶皱，在第二关节褶皱上部设有凹槽。其中，所述远节指套位于指套结构的最前端，其次为第一关节褶皱、中节指套、第二关节褶皱、近节指套、第三关节褶皱。且上述指套结构各部件间通过3D打印一体成型。
[0008]进一步地，所述远节指套两侧与上侧共设有三个拉线导向孔，第一关节褶皱、第二关节褶皱和第三关节褶皱的上侧均设有拉线导向孔，中节指套和近节指套的两侧与上侧共设有三个拉线导向孔，所述手掌保护套内侧与手心接触层对应指套位置分布有五个拉线导向孔，所述手掌保护套背部外侧对应指套位置分布有五个拉线导向孔，上述导向孔可允许拉线通过并向手指部位延伸，能够保证日常活动免受干扰，且各拉线导向孔径为拉线直径2倍，使得拉线运动时摩擦减小和方便电路模块的线路通过。
[0009]进一步地，所述基于霍尔传感器的手指状态监测系统，位于柔性手套结构中指套的近节指套位置
的凹槽处，大拇指结构中基于霍尔传感器的手指状态监测系统位于第三关节褶皱位置的凹槽处。且所述基于霍尔传感器的手指状态监测系统中霍尔传感器通过粘结与柔性手套结构固定连接，磁钢与相应部位的形状记忆合金驱动系统中的拉线粘结固定，并可在上述凹槽中滑动。当拉线运动时，可带动磁钢发生位移，通过霍尔传感器的输出信号，可以实现手指状态监测与驱动器反馈调节。
[0010]进一步地，所述手臂基座由上侧小手臂基座与下侧大手臂基座以及四根碳纤维连杆组成，所述大手臂基座与小手臂基座上各设有四个大小相等的通孔，对应通孔间可放置四根碳纤维管，所述碳纤维管与小手臂基座和大手臂基座通过螺丝紧固连接，通过调节碳纤维连杆的长度可调节两手臂基座间的距离。
[0011]进一步地，所述小手臂基座上设有拉线导向孔，所述大手臂基座上部设有形状记忆合金固定螺纹孔。
[0012]进一步地，所述形状记忆合金驱动系统中形状记忆合金弹簧为对折形状，且位于大手臂基座与小手臂基座之间，所述形状记忆合金弹簧的端口与大手臂基座在螺丝孔部位通过螺钉固定连接，形状记忆合金对折处连接有拉线。
[0013]进一步地，所述形状记忆合金驱动系统中拉线与形状记忆合金相连，并依次通过小手臂基座的导向孔、手掌保护套的导向孔、指套的导向孔，与指套的远节指套栓连。当位
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