一种形状记忆合金丝人工肌肉驱动的可穿戴手功能康复软体外骨骼结构

本发明涉及可穿戴智能设备的，尤其涉及一种形状记忆合金丝人工肌肉驱动的可穿戴手功能康复软体外骨骼结构。

背景技术：

1、近年来，智能可穿戴设备行业呈现井喷之势发展。由于居民对于健康的关注意识不断提升，以及行业技术的不断优化创新，智能可穿戴设备行业未来还会有良好的市场增长空间，社会老龄化问题对专业医疗级智能可穿戴设备行业产生更加积极的推动作用。虽然智能手环、手表、耳机等组成的商业消费级智能可穿戴设备发展较好，但医疗级可穿戴设备以及其他应用领域产品形态目前都属于蓝海市场，鲜有相关产品。

2、卒中(俗称“中风”)具有发病率高、致残率高、死亡率高和复发率高的“四高”特点，发病急、病情进展迅速、后果严重，全世界每4个人中就有1个人会发生卒中，每6秒钟就有1个人死于卒中，每6秒钟就有1个人因卒中而残疾，病患家庭将因此蒙受巨大的经济损失和身心痛苦。其中，手部运动功能缺陷对于患者的日常生活和自信心有很大的影响且手部康复技术还不成熟。

3、目前针对脑卒中有多种治疗方案，包括针灸、功能性电刺激、按摩及接受专业的康复训练等。然而这些重复、高强度的操作使得康复师的劳动强度非常高，故康复费用较高，且康复效果受人为因素影响较大，康复效果没有量化的评估方案，治疗效果不显著。因此，产生了很多与此相关的医疗康复机械。

4、目前手功能康复机器人的驱动方式大多为电动、气压或液压等。电动驱动方式需要配备相应的电机，使得结构复杂且重量较重。气压驱动由于需要气压缸和气囊，结构尺寸往往过于庞大，不利于携带。执行系统大多为连杆驱动、流体压力驱动等。然而，连杆驱动往往结构刚性较大，占用空间较大，结构顺应性差，外骨骼与手指之间的运动关系为非线性，容易在手指运动过程中对手指造成二次伤害。

技术实现思路

1、针对上述产生的目前手功能康复机器人存在弊端，患者需要不受空间及身体状态的限制灵活、安全、可持续地完成康复训练的问题，，本发明的目的在于提供一种形状记忆合金人工肌肉驱动的驱动-感知-结构一体化的可穿戴式软体外骨骼结构。

2、为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、一种形状记忆合金丝人工肌肉驱动的可穿戴手功能康复软体外骨骼结构，其中，每一个手指上可拆卸地安装有一个康复结构，每一个康复结构包括：一个手指套、两个支撑结构和两个sma丝7，手指套6可拆卸地套在手指上，手指套6的上侧设有两排第一通路，手指套6的下侧设有两排第二通路，两个支撑结构分别设置在手臂的上、下两侧，位于手臂下侧的支撑结构用于拉动手指进行屈曲动作，位于手臂上侧的支撑结构用于拉动手指进行伸展动作；

4、每一个支撑结构包括：一个前固定端子1、多个碳纤维管2和一个后固定端子3，多个碳纤维管2的前端均安装在所述前固定端子1内，多个碳纤维管2的后端均安装在所述后固定端子3内；

5、每一个sma丝7的中部穿入两排第一通路或两排第二通路后，该sma丝7的两端均穿入同一个前固定端子1并依次往复穿入多个碳纤维管2，该sma丝7的两端由多个碳纤维管2内穿出后均限位于同一个后固定端子3上。

6、上述的形状记忆合金丝人工肌肉驱动的可穿戴手功能康复软体外骨骼结构，其中，每一个支撑结构还包括：四个圆柱销5，前固定端子1和后固定端子3内均插入有两个圆柱销5，sma丝7的任一端由一个碳纤维管2内穿出后绕过位于前固定端子1或后固定端子3内的一个圆柱销5后穿入另一个碳纤维管2。

7、上述的形状记忆合金丝人工肌肉驱动的可穿戴手功能康复软体外骨骼结构，其中，前固定端子1的左、右两侧侧壁上均开设有两个通孔，每一个圆柱销5的一端安装在前固定端子1的左侧侧壁上的一个通孔内，每一个圆柱销5的另一端安装在前固定端子1的右侧侧壁上的一个通孔内，两个圆柱销5相平行。

8、上述的形状记忆合金丝人工肌肉驱动的可穿戴手功能康复软体外骨骼结构，其中，后固定端子3的上、下两侧侧壁上均开设有两个通孔，每一个圆柱销5的一端安装在后固定端子3的上侧侧壁上的一个通孔内，每一个圆柱销5的另一端安装在后固定端子3的下侧侧壁上的一个通孔内，两个圆柱销5相平行。

9、上述的形状记忆合金丝人工肌肉驱动的可穿戴手功能康复软体外骨骼结构，其中，每一个支撑结构还包括：两个中空螺钉固定器4，后固定端子3的左、右两侧内壁均设有安装槽，每一个安装槽内安装有一个中空螺钉固定器4，sma丝7的每一端穿入一个中空螺钉固定器4内进行限位。

10、上述的形状记忆合金丝人工肌肉驱动的可穿戴手功能康复软体外骨骼结构，其中，每一个康复结构还包括：铁氟龙管，手指套6的每一个第一通路内穿入一个铁氟龙管，手指套6的每一个第二通路内穿入一个铁氟龙管，通过位于任一个第一通路内的铁氟龙管对位于该第一通路内的sma丝7进行包覆，通过位于任一个第二通路内的铁氟龙管对位于该第二通路内的sma丝7进行包覆。

11、上述的形状记忆合金丝人工肌肉驱动的可穿戴手功能康复软体外骨骼结构，其中，手指套6的两排第一通路设于手背侧，手指套6的两排第二通路设于手心侧，每一个手指套6与一个手指相匹配，该手指套6在该手指关节位置的左、右两侧开设有与手指关节弯折相适配的弯折孔。

12、上述的形状记忆合金丝人工肌肉驱动的可穿戴手功能康复软体外骨骼结构，其中，每一个前固定端子1和一个后固定端子3之间安装有十四个碳纤维管2，十四个碳纤维管2相互平行，十四个碳纤维管2由上至下分三层排列，位于上、下两层均设有四个等间距设置的碳纤维管2，位于中层设有六个等间距设置的碳纤维管2。

13、上述的形状记忆合金丝人工肌肉驱动的可穿戴手功能康复软体外骨骼结构，其中，一个sma丝7的中部对折且分别穿入两排第一通路后，该sma丝7的两端均穿入手臂上侧的前固定端子1；

14、sma丝7的右端穿入手臂上侧的位于下层从右侧数第二个碳纤维管2，穿出后绕过手臂上侧的后固定端子3内的一个圆柱销5并穿入位于下层从右侧数第一个碳纤维管2，穿出后绕过该前固定端子1内的一个圆柱销5并穿入位于中层从右侧数第二个碳纤维管2，穿出后绕过该后固定端子3内的一个圆柱销5并穿入位于中层从右侧数第三个碳纤维管2，穿出后绕过该前固定端子1内的另一个圆柱销5并穿入位于上层从右侧数第二个碳纤维管2，穿出后绕过该后固定端子3内的一个圆柱销5并穿入位于上层从右侧数第一个碳纤维管2，穿出后绕过该前固定端子1内的另一个圆柱销5并穿入位于中层从右侧数第一个碳纤维管2，穿出后穿入该后固定端子3内的一个中空螺钉固定器4内预紧固定；

15、sma丝7的左端穿入手臂上侧的位于下层从左侧数第二个碳纤维管2，穿出后绕过手臂上侧的后固定端子3内的另一个圆柱销5并穿入位于下层从左侧数第一个碳纤维管2，穿出后绕过该前固定端子1内的一个圆柱销5并穿入位于中层从左侧数第二个碳纤维管2，穿出后绕过该后固定端子3内的另一个圆柱销5并穿入位于中层从左侧数第三个碳纤维管2，穿出后绕过该前固定端子1内的另一个圆柱销5并穿入位于上层从左侧数第二个碳纤维管2，穿出后绕过该后固定端子3内的另一个圆柱销5并穿入位于上层从左侧数第一个碳纤维管2，穿出后绕过该前固定端子1内的另一个圆柱销5并穿入位于中层从左侧数第一个碳纤维管2，穿出后穿入该后固定端子3内的另一个中空螺钉固定器4内预紧固定。

16、上述的形状记忆合金丝人工肌肉驱动的可穿戴手功能康复软体外骨骼结构，其中，一个sma丝7的中部对折且分别穿入两排第一通路后，该sma丝7的两端均穿入手臂下侧的前固定端子1；

17、sma丝7的右端穿入手臂下侧的位于上层从右侧数第二个碳纤维管2，穿出后绕过手臂下侧的后固定端子3内的一个圆柱销5并穿入位于上层从右侧数第一个碳纤维管2，穿出后绕过该前固定端子1内的一个圆柱销5并穿入位于中层从右侧数第二个碳纤维管2，穿出后绕过该后固定端子3内的一个圆柱销5并穿入位于中层从右侧数第三个碳纤维管2，穿出后绕过该前固定端子1内的另一个圆柱销5并穿入位于下层从右侧数第二个碳纤维管2，穿出后绕过该后固定端子3内的一个圆柱销5并穿入位于下层从右侧数第一个碳纤维管2，穿出后绕过该前固定端子1内的另一个圆柱销5并穿入位于中层从右侧数第一个碳纤维管2，穿出后穿入该后固定端子3内的一个中空螺钉固定器4内预紧固定；

18、sma丝7的左端穿入手臂下侧的位于上层从左侧数第二个碳纤维管2，穿出后绕过手臂下侧的后固定端子3内的另一个圆柱销5并穿入位于上层从左侧数第一个碳纤维管2，穿出后绕过该前固定端子1内的一个圆柱销5并穿入位于中层从左侧数第二个碳纤维管2，穿出后绕过该后固定端子3内的另一个圆柱销5并穿入位于中层从左侧数第三个碳纤维管2，穿出后绕过该前固定端子1内的另一个圆柱销5并穿入位于下层从左侧数第二个碳纤维管2，穿出后绕过该后固定端子3内的另一个圆柱销5并穿入位于下层从左侧数第一个碳纤维管2，穿出后绕过该前固定端子1内的另一个圆柱销5并穿入位于中层从左侧数第一个碳纤维管2，穿出后穿入该后固定端子3内的另一个中空螺钉固定器4内预紧固定。

19、本发明由于采用了上述技术，使之与现有技术相比具有的积极效果是：

20、(1)本发明中，五个手指套分别套在病人的五个手指上，手臂的上、下两侧分别设有五个支撑结构，每一个手指套的上、下两侧分别与一个支撑结构通过一个sma丝连接，sma丝缠绕在支撑结构内，通过分别对两个sma丝通电加热收缩，进而拉动手指套偏转，实现拉动手指进行伸展和屈曲；

21、(2)本发明中，病人每一个手指上可拆卸地安装有一个康复结构，通过五个康复结构可同时对患者左手或右手同步进行康复训练，也可对单一手指进行独立训练，五个康复结构互不干涉，手指套的手心侧及手背侧每一个关节处均开设有弯折孔，减轻病人在手指在弯折过程中受到的阻力，便与患者进行康复训练，降低患者关节处受到的磨损，避免磨损或夹伤手部皮肤，手指套的指腹末端搭接在患者的掌心及掌背上，指腹末端的左、右两侧设有开口方便患者抓握过程中，手指套发生形变，每一个第一通路和每一个第二通路也延长到掌心掌背上，避免高温的sma丝高温灼伤患者手部皮肤，造成伤害；

22、(3)本发明中，由于形状记忆合金丝本身的特点，相比于传统的气动、液压或机械式康复机械手，大大减轻了康复机械手的整体质量，且降低了其结构的复杂性，该装置较小的质量和体积更加有利于中风病人的康复，并且内外层的织物也对患者的皮肤起到了保护作用，提升了患者的康复体验，相比于单独sma丝收缩量小的问题，多层折叠的sma丝拉动的手指运动康复装置收缩量大，康复效果好。