椭圆形波纹管状软体致动模块及手部康复训练器

本发明涉及软体机器人技术领域，特别是涉及一种椭圆形波纹管状软体致动模块及手部康复训练器。

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手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，根据患者的康复状况循序渐进的进行训练。

在手部康复训练中，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或塑料波纹管致动器。相比于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。

目前市面上主流手部康复训练设备主要采用圆形波纹管软体致动器，这种软体致动器力量大，适用不同程度的手疾患者，但是存在极易侧向弯曲、扭曲的问题，且弯曲方向具有不确定性，影响使用效果，压力过大时圆形波纹管的随意性过度弯曲可能会对使用者造成二次伤害。

另外，现有的采用圆形波纹管软体致动器分段式安装的手部康复训练设备工艺结构复杂，零件较多，不方便生产制造。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种椭圆形波纹管状软体致动模块及手部康复训练器，用于解决现有技术中的圆形波纹管软体致动器容易侧向弯曲、扭曲以及弯曲方向具有不确定性的技术问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种椭圆形波纹管状软体致动模块，包括：

椭圆形波纹管段；

第一接口管段，与所述椭圆形波纹管段的一端连接；

第二接口管段，与所述椭圆形波纹管段的另一端连接；以及

中空驱动腔体，依次贯穿所述第一接口管段、所述椭圆形波纹管段及所述第二接口管段，所述第二接口管段的远离所述椭圆形波纹管段的一端密封。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供另一种椭圆形波纹管状软体致动模块，包括：

椭圆形波纹管段；

第一接口管段，与所述椭圆形波纹管段的一端连接；

第二接口管段，与所述椭圆形波纹管段的另一端连接；以及

中空驱动腔体，依次贯穿所述第一接口管段、所述椭圆形波纹管段及所述第二接口管段，所述第二接口管段的远离所述椭圆形波纹管段的一端开口。

在一可选实施例中，所述椭圆形波纹管段的径向截面为椭圆形截面，轴向截面为波纹形截面。

在一可选实施例中，所述椭圆形波纹管段包括沿轴向方向交替设置的波峰结构和波谷结构。

在一可选实施例中，所述椭圆形波纹管状软体致动模块的材质为弹性材料。

在一可选实施例中，所述椭圆形波纹管状软体致动模块一体成型。

在一可选实施例中，所述椭圆形波纹管状软体致动模块还包括安装支座，所述安装支座套设于所述第一接口管段的外壁上和所述第二接口管段的外壁上。

在一可选实施例中，所述椭圆形波纹管状软体致动模块还包括安装支座，所述安装支座套设于所述椭圆形波纹管段的外壁。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种手部康复训练器，包括：

康复手套；

整体式软体致动器，通过安装支座固定于所述康复手套的指部的背面，所述整体式软体致动器包括上述第一种椭圆形波纹管状软体致动模块；

流体管，所述流体管的一端与所述整体式软体致动器的流体入口连接，另一端与流体泵连接。

在一可选实施例中，所述安装支座还套设于所述椭圆形波纹管段的外壁。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供另一种手部康复训练器，包括：

康复手套；

分段式软体致动器，通过安装支座固定于所述康复手套的指部的背面；

流体管，所述流体管的一端与所述分段式软体致动器的流体入口连接，另一端与流体泵连接；

其中，沿靠近所述流体管方向，所述分段式软体致动器包括依次连接的一第一软体致动模块和若干第二软体致动模块，所述第一软体致动模块采用上述第一种椭圆形波纹管状软体致动模块，所述第二软体致动模块采用上述第二种椭圆形波纹管状软体致动模块。

在一可选实施例中，相邻的两个所述第二软体致动模块之间通过一所述安装支座连接，相邻的所述第一软体致动模块与所述第二软体致动模块之间通过一所述安装支座连接。

本发明的椭圆形波纹管状软体致动模块具有椭圆形波纹管结构，在保证短轴方向弯曲能力的情况下，提高了长轴方向的抗弯模量，可有效提升现有圆形波纹管软体致动器的抵抗侧弯和扭曲的能力、不确定弯曲的抗扭性与抗弯性。

本发明的椭圆形波纹管状软体致动模块具有椭圆形波纹管结构，其在长轴方向上的抗弯截面系数大于短轴方向的抗弯截面系数，因此在短轴方向易弯曲，在长轴方向不易发生侧弯，具有比较确定的弯曲方向。

本发明的椭圆形波纹管状软体致动模块具有椭圆形波纹管结构，整体采用弹性材料制作，柔韧性好。

本发明的椭圆形波纹管状软体致动模块，结构简单，容易制造。

本发明的椭圆形波纹管状软体致动模块具有多种潜在应用领域，在工业领域用于开发柔性夹具等，市场前景十分广阔。

本发明的椭圆形波纹管状软体致动模块在制造时一体成型，减少工艺流程及连接零件数目。

本发明的椭圆形波纹管状软体致动模块整体采用弹性材料制作，柔韧性好。

本发明的椭圆形波纹管状软体致动模块既可以单独作为整体式软体致动器，也可以多个椭圆形波纹管状软体致动模块依次组装成分段式的软体致动器。

本发明的手部康复训练器采用整体式软体致动器或者分段式的软体致动器作为驱动单元时不会发生侧弯，可有效提高使用效果和佩戴舒适性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的椭圆形波纹管状软体致动模块的整体示意图。

图2为本发明实施例提供的椭圆形波纹管状软体致动模块轴向剖视图。

图3为沿图2中a-a方向的剖视图。

图4为本发明实施例提供的整体式软体致动器的整体示意图。

图5为本发明实施例提供的整体式软体致动器的轴向剖视图。

图6为本发明实施例提供的采用整体式软体致动器的手部康复训练器整体示意图。

图7为本发明实施例提供的分段式软体致动器的整体示意图。

图8为本发明实施例提供的分段式软体致动器的轴向剖视图。

图9为本发明实施例提供的采用分段式软体致动器的手部康复训练器整体示意图。

元件标号说明

1波峰结构

2波谷结构

3椭圆形波纹管段

4第一接口管段

5第二接口管段

6中空驱动腔体

7a第一安装基座

7b第二安装基座

10整体式软体致动器

10’分段式软体致动器

10a、10b、10c椭圆形波纹管状软体致动模块

20康复手套

21指部

22掌部

23腕部

30流体管

31主管路

32支管路

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

为了解决现有技术中的圆形波纹管软体致动器容易侧向弯曲、扭曲以及弯曲方向具有不确定性的技术问题但是存在极易侧向弯曲、扭曲，且弯曲方向具有不确定性，影响使用效果，压力过大时圆形波纹管的过度弯曲可能会对使用者造成二次伤害的问题，本实施例提供一种椭圆形波纹管状软体致动模块，其中，图1为本实施例提供的椭圆形波纹管状软体致动模块的整体示意图，图2为本实施例提供的椭圆形波纹管状软体致动模块轴向剖视图，图3为沿图2中a-a方向的剖视图。

请参阅图1-3，在本实施例中，椭圆形波纹管状软体致动模块主要由依次设置的第一接口管段4、椭圆形波纹管段3及第二接口管段5构成。所述椭圆形波纹管段3为中空的椭圆形波纹管，该椭圆形波纹管段3的轴向截面为波纹形截面，包括沿轴向方向交替设置的波峰结构1和波谷结构2；所述椭圆形波纹管段3的径向截面为为椭圆形截面，具体地，所述波峰结构1和所述波谷结构2的径向截面例如均可为椭圆形截面。所述第一接口管段4例如可以采用中空的圆柱管(当然也可以是其他形状的管状结构)，所述第二接口管段5例如可采用中空的圆柱管(当然也可以是其他形状的管状结构)，所述第一接口管段4和所述第二接口管段5分别连接于所述椭圆形波纹管段3的两端，所述第二接口管段5的远离所述椭圆形波纹管段3的一端密封或者开口，所述所述第一接口管段4的远离所述椭圆形波纹管段3的一端开口。所述第一接口管段4的中空腔体、所述椭圆形波纹管段3的中空腔体及所述第二接口管段5的中空腔体相互连通并构成中空驱动腔体6，也即所述中空驱动腔体6依次贯穿所述第一接口管段4、所述椭圆形波纹管段3及所述第二接口管段5。

请参阅图1-3，在本实施例中，该椭圆形波纹管状软体致动模块的材质为弹性软体材料，例如橡胶，柔韧性好。所述椭圆形波纹管状软体致动模块例如可以一体成型，从而可以减少工艺流程及连接零件数目。

需要说明的是，本实施例的椭圆形波纹管状软体致动模块具有椭圆形波纹管结构，在保证短轴方向弯曲能力的情况下，提高了长轴方向的抗弯模量，可有效提升现有圆形波纹管软体致动器的抗扭性、抗弯性；本实施例的椭圆形波纹管状软体致动模块具有椭圆形波纹管结构，其在长轴方向上的抗弯截面系数大于短轴方向的抗弯截面系数，因此在短轴方向易弯曲，在长轴方向不易发生侧弯，具有比较确定的弯曲方向。本实施例的椭圆形波纹管状软体致动模块，结构简单，容易制造；本发明的椭圆形波纹管状软体致动模块具有多种潜在应用领域，在工业领域用于开发柔性夹具等，市场前景十分广阔。

如图4、图5及图7和图8所示，为了便于椭圆形波纹管状软体致动模块的装配固定，所述椭圆形波纹管状软体致动模块还可以包括安装基座，所述安装基座包括套设于所述第一接口管段4的外壁上和所述第二接口管段5的外壁上的第一安装基座7a和套设于所述椭圆形波纹管段3的外壁上指定位置(这个位置需要根据实际需要调整，并避开指关节的位置)的第二安装基座7b，第二安装基座7b的个数可以是0个、1个、2个或者更多个，该第一安装基座7a的顶部具有供第一接口管段4或第二接口管段5穿过的第一装配孔，所述第一安装基座7a的底部用于将整体式软体致动器10装备于康复器械本体上(例如图6及图9中的康复手套20)；该第二安装基座7b的顶部具有与椭圆形波纹管段3的外壁匹配的第二装配孔，该第二装配孔的侧壁具有沿整体式软体致动器10的轴向方向的断口，从而便于将第二安装基座7b套设装配于椭圆形波纹管段3的外壁，所述第二安装基座7b的底部用于将整体式软体致动器10装备于康复器械本体上(例如图6及图9中的康复手套20)。

实施例二

请参阅图4和图5，本实施例介绍一种整体式软体致动器10，该整体式软体致动器10是由实施例一种介绍的椭圆形波纹管状软体致动模块、第一安装基座7a、及第二安装基座7b共同装配而成。在整体式软体致动器10中，椭圆形波纹管状软体致动模块的第二接口管段5的远离所述椭圆形波纹管段3的一端密封，椭圆形波纹管状软体致动模块的第一接口管段4的远离所述椭圆形波纹管段3的一端开口，该第一接口管段4的远离所述椭圆形波纹管段3的一端开口，该第一接口管段4作为整体式软体致动器10的流体入口，其通过流体管30与流体泵连接，流体泵可向上述的中空驱动腔体6内泵入或者泵出流体，从而驱动整体式软体致动器10弯曲变形。请参阅图4和图5，两个第一安装基座7a分别套设固定于该椭圆形波纹管状软体致动模块的第一接口管段4的外壁上及第二接口管段5的外壁上，一个第二安装基座7b套设固定于该椭圆形波纹管状软体致动模块的椭圆形波纹管段3的外壁，可以理解的是，该椭圆形波纹管状软体致动模块的椭圆形波纹管段3的外壁不设置所述第二安装基座7b或者间隔设置多个第二安装基座7b，并且所述第二安装基座7b需要避开指关节位置。

实施例三

请参阅图6，本实施例介绍一种利用实施例二的整体式软体致动器10的手部康复训练器，所述手部康复训练器包括康复手套20，整体式软体致动器10以及流体管30。所述康复手套20包括依次连接的用于套在手腕处的腕部23、与手掌背部对应的掌部22及与用于插入不同手指的五个指部21，至少一整体式软体致动器10通过安装支座固定于所述康复手套20的指部21的背面；所述流体管30例如可以包括相互连通的主管路31和支管路32，所述流体管30的支管路32的未与主管路31连接的一端与所述整体式软体致动器10的流体入口连接，所述流体管30的主管路31的未与支管路32连接的一端与流体泵连接，流体泵可向整体式软体致动器10的中空驱动腔体6内泵入或者泵出流体，从而驱动整体式软体致动器10弯曲变形，带动对应的手指执行相应的康复训练。需要说明的是，在本实施例中，所述手部康复训练器中，整体式软体致动器10的个数、安装位置(不同的指部21)可以根据实际需要进行调整。作为示例，图6中示出了五个整体式软体致动器10分别通过各自的安装支座固定于所述康复手套20的对应大拇指、食指、中指、无名指及小指的指部21的背面。

实施例四

请参阅图7和图8，本实施例介绍一种分段式软体致动器10’，其例如可将多个椭圆形波纹管状软体致动模块及多个第一安装基座7a装配而成。所述分段式软体致动器10’包括依次连接的多个椭圆形波纹管状软体致动模块10a、10b及10c，其中，位于最左侧的椭圆形波纹管状软体致动模块10a(定义为第一软体致动模块)，而中间和最右侧的椭圆形波纹管状软体致动模块10b和10c(定义为第二软体致动模块)，所述第一软体致动模块的第二接口管段5的远离所述椭圆形波纹管段3的一端密封，所述第二软体致动模块的第二接口管段5的远离所述椭圆形波纹管段3的一端开口，最右侧的第二软体致动模块的第一接口管段4作为整体式软体致动器10的流体入口，其通过流体管30与流体泵连接，流体泵可向上述的中空驱动腔体6内泵入或者泵出流体，从而驱动整体式软体致动器10弯曲变形。请参阅图7和图8，在第一软体致动模块的第二接口管段5、所述最右侧的第二软体致动模块的第一接口管段4上分别套设固定一第一安装基座7a，在所述第一软体致动模块的第一接口管段4与中间的第二软体致动模块的第二接口管段5共用一第一安装基座7a进行对接密封装配，在中间的所述第二软体致动模块的第一接口管段4与最右侧的第二软体致动模块的第二接口管段5的共用一第一安装基座7a进行对接密封装配，并且相邻两个椭圆形波纹管状软体致动模块的对接位置需要避开指关节位置，共用的第一安装基座7a需要避开指关节位置；需要说明的是，在其他实施例中，该第二软体致动模块的个数可以根据实际需要来进行调整，例如可以为一个，两个、三个或者更多个。

实施例五

请参阅图9，本实施例介绍一种利用实施例四的分段式软体致动器10’的手部康复训练器，所述手部康复训练器包括康复手套20，分段式软体致动器10’以及流体管30，所述康复手套20包括依次连接的用于套在手腕处的腕部23、与手掌背部对应的掌部22及与用于插入不同手指的五个指部21，至少一所述分段式软体致动器10’通过自身的安装支座固定于所述康复手套20的一个指部21的背面；所述流体管30例如可以包括相互连通的主管路31和支管路32，所述流体管30的支管路32的未与主管路31连接的一端与所述分段式软体致动器10’的流体入口连接，所述流体管30的主管路31的未与支管路32连接的一端与流体泵连接，流体泵可向分段式软体致动器10’的中空驱动腔体6内泵入或者泵出流体，从而驱动分段式软体致动器10’弯曲变形，带动对应的手指执行相应的康复训练。需要说明的是，在手部康复训练器中，分段式软体致动器10’的个数、安装位置(不同的指部21)可以根据实际需要进行调整。作为示例，图9中示出了四个分段式软体致动器10’分别通过各自的安装支座固定于所述康复手套20的对应食指、中指、无名指及小指的指部21的背面，一个实施例二所述的整体式软体致动器10通过自身的安装支座固定于所述康复手套20的对应大拇指的指部21。

综上所述，本发明的椭圆形波纹管状软体致动模块具有椭圆形波纹管结构，在保证短轴方向弯曲能力的情况下，提高了长轴方向的抗弯模量，可有效提升现有圆形波纹管软体致动器的抵抗侧弯和扭曲的能力、不确定弯曲的抗扭性与抗弯性。本发明的椭圆形波纹管状软体致动模块具有椭圆形波纹管结构，因此在短轴方向易弯曲，在长轴方向不易发生侧弯，具有比较确定的弯曲方向。本发明的椭圆形波纹管状软体致动模块具有椭圆形波纹管结构，整体采用弹性材料制作，柔韧性好。本发明的椭圆形波纹管状软体致动模块，结构简单，容易制造。本发明的椭圆形波纹管状软体致动模块具有多种潜在应用领域，在工业领域用于开发柔性夹具等，市场前景十分广阔。本发明的椭圆形波纹管状软体致动模块在制造时一体成型，减少工艺流程及连接零件数目。本发明的椭圆形波纹管状软体致动模块整体采用弹性材料制作，柔韧性好。本发明的椭圆形波纹管状软体致动模块既可以单独作为整体式软体致动器，也可以多个椭圆形波纹管状软体致动模块依次组装成分段式的软体致动器。本发明的手部康复训练器采用整体式软体致动器或者分段式的软体致动器作为驱动单元时不会发生侧弯，可有效提高使用效果和佩戴舒适性。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

在本文的描述中，提供了许多特定细节，诸如部件和/或方法的实例，以提供对本发明实施例的完全理解。然而，本领域技术人员将认识到可以在没有一项或多项具体细节的情况下或通过其他设备、系统、组件、方法、部件、材料、零件等等来实践本发明的实施例。在其他情况下，未具体示出或详细描述公知的结构、材料或操作，以避免使本发明实施例的方面变模糊。

在整篇说明书中提到“一个实施例”、“实施例”或“具体实施例”意指与结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中，并且不一定在所有实施例中。因而，在整篇说明书中不同地方的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”或“在具体实施例中”的各个表象不一定是指相同的实施例。此外，本发明的任何具体实施例的特定特征、结构或特性可以按任何合适的方式与一个或多个其他实施例结合。应当理解本文所述和所示的发明实施例的其他变型和修改可能是根据本文教导的，并将被视作本发明精神和范围的一部分。

还应当理解还可以以更分离或更整合的方式实施附图所示元件中的一个或多个，或者甚至因为在某些情况下不能操作而被移除或因为可以根据特定应用是有用的而被提供。

另外，除非另外明确指明，附图中的任何标志箭头应当仅被视为示例性的，而并非限制。此外，除非另外指明，本文所用的术语“或”一般意在表示“和/或”。在术语因提供分离或组合能力是不清楚的而被预见的情况下，部件或步骤的组合也将视为已被指明。

如在本文的描述和在下面整篇权利要求书中所用，除非另外指明，“一个”、和“该”包括复数参考物。同样，如在本文的描述和在下面整篇权利要求书中所用，除非另外指明，“在…中”的意思包括“在…中”和“在…上”。

本发明所示实施例的上述描述(包括在说明书摘要中所述的内容)并非意在详尽列举或将本发明限制到本文所公开的精确形式。尽管在本文仅为说明的目的而描述了本发明的具体实施例和本发明的实例，但是正如本领域技术人员将认识和理解的，各种等效修改是可以在本发明的精神和范围内的。如所指出的，可以按照本发明所述实施例的上述描述来对本发明进行这些修改，并且这些修改将在本发明的精神和范围内。

本文已经在总体上将系统和方法描述为有助于理解本发明的细节。此外，已经给出了各种具体细节以提供本发明实施例的总体理解。然而，相关领域的技术人员将会认识到，本发明的实施例可以在没有一个或多个具体细节的情况下进行实践，或者利用其它装置、系统、配件、方法、组件、材料、部分等进行实践。在其它情况下，并未特别示出或详细描述公知结构、材料和/或操作以避免对本发明实施例的各方面造成混淆。

因而，尽管本发明在本文已参照其具体实施例进行描述，但是修改自由、各种改变和替换亦在上述公开内，并且应当理解，在某些情况下，在未背离所提出发明的范围和精神的前提下，在没有对应使用其他特征的情况下将采用本发明的一些特征。因此，可以进行许多修改，以使特定环境或材料适应本发明的实质范围和精神。本发明并非意在限制到在下面权利要求书中使用的特定术语和/或作为设想用以执行本发明的最佳方式公开的具体实施例，但是本发明将包括落入所附权利要求书范围内的任何和所有实施例及等同物。因而，本发明的范围将只由所附的权利要求书进行确定。