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1、(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 201810638617.4 (22)申请日 2018.06.20 (71)申请人 燕山大学 地址 066004 河北省秦皇岛市海港区河北 大街西段438号 (72)发明人 姚建涛 曹开彬 陈新博 陈俊涛 崔锦泉 周盼 (74)专利代理机构 秦皇岛一诚知识产权事务所 (普通合伙) 13116 代理人 李合印 (51)Int.Cl. A61H 1/02(2006.01) (54)发明名称 一种气动柔性可穿戴上肢动力服 (57)摘要 一种气动柔性可穿戴上肢动力服， 包括载体 模块、 。
2、柔性驱动模块和动力源及管路模块； 所述 载体模块包括半指运动手套、 前臂护具、 护肘和 护肩； 所述柔性驱动模块包括六组柔性驱动器和 一个扇形气囊； 在腕关节处周向均布四组柔性驱 动器， 在肘关节内侧处设有一组柔性驱动器， 在 肩关节上部设有一组柔性驱动器， 在其腋下位置 处设有一个扇形气囊； 所述柔性驱动器包括两个 气囊、 弹性包覆套、 柔性连接贴片、 两个导向固定 座和尼龙连接带； 所述动力源及管路模块包括七 个气泵、 背包、 管路通道和软管； 本发明可为上肢 运动障碍的患者提供腕、 肘、 肩三个关节的康复 助力功能， 能够实现四自由度的活动助力动力。 本发明具有集柔顺性、 友好性、 便携。
3、性、 经济性于 一体。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 109124979 A 2019.01.04 CN 109124979 A 1.一种气动柔性上肢可穿戴动力服， 其特征在于： 包括载体模块、 柔性驱动模块和动力 源及管路模块； 所述载体模块包括半指运动手套、 前臂护具、 护肘和护肩； 所述半指运动手套为半指型 五指尼龙布材质手套； 所述前臂护具为贴合前臂的类方形复合编织布， 其上缝制有两条绑 带魔术贴， 用于将复合编织布固定在前臂上； 所述护肘为贴合肘关节的复合编织布， 其上缝 制有绑带魔术贴， 用于将复合编织布固定在肘关节上； 所述护肩为贴合肩关节的复合编织 布， 护肩背后。
4、一侧绕过另一侧腋下用魔术贴贴合于护肩前部， 改善护肩受力特性； 所述前臂 护具通过丝线缝制在护肘的一侧， 所述护肩通过丝线缝制在护肘的另一侧； 所述柔性驱动模块包括六组柔性驱动器和一个扇形气囊； 在腕关节处周向均布四组柔 性驱动器， 在肘关节内侧处设有一组柔性驱动器， 在肩关节上部设有一组柔性驱动器， 在其 腋下位置处设有一个扇形气囊； 所述扇形气囊采用薄膜材料制成， 外部采用复合布加强， 缝 制在载体模块中的腋下位置处； 所述柔性驱动器包括两个气囊、 弹性包覆套、 柔性连接贴 片、 两个导向固定座和尼龙连接带； 所述气囊为矩形薄膜气囊， 外部通过复合布进行加强； 所述两个气囊重叠置于载体模块。
5、上； 所述弹性包覆套采用具有高弹性的布料， 将两个气囊 完全包裹在其中， 在弹性包覆套的底部缝制有魔术贴， 与载体模上的柔性连接贴片块构成 可拆卸的柔性连接； 所述导向固定座固定在弹性包覆套的两侧； 所述导向固定座中部设有 矩形通孔； 所述尼龙连接带穿过所述导向固定座的矩形通孔， 两端分别缝制在载体模块上， 当所述气囊充气膨胀或者排气收缩时， 所述尼龙连接带能够在所述导向固定座的矩形通孔 中自由滑动； 所述动力源及管路模块包括七个气泵、 背包、 管路通道和软管； 所述气泵为便携式微型 气泵， 七个气泵安装在背包中的法兰式固定座上， 其中： 一个气泵用软管与扇形气囊连接， 其它六个气泵中的每一个。
6、分别用软管与一个柔性驱动器的气囊连接； 所述管路通道采用棉 质布料， 在载体模块上缝制成横截面成 “U” 形的通道， 通道内包裹所有软管。 2.根据权利要求1所述的一种气动柔性上肢可穿戴动力服， 其特征在于： 所述导向固定 座为3D打印的横截面为椭圆形结构， 底侧设有两个圆形光孔， 用于通过抽芯铆钉与弹性包 覆套连接在一起； 导向固定座中部设有矩形通孔， 用于尼龙连接带的穿过和滑动。 权 利 要 求 书 1/1 页 2 CN 109124979 A 2 一种气动柔性可穿戴上肢动力服 技术领域 0001 本发明涉及一种康复助力器具， 特别涉及一种气动柔性可穿戴上肢动力服。 背景技术 0002 传。
7、统的康复训练器具装置大多采用由电机驱动的刚性外骨骼结构， 但结构柔顺性 较差、 整体质量大。 急剧变化时引起的冲击力易造成关节的二次损伤， 同时刚性外骨骼结构 很难与人体骨关节完全匹配， 在运动过程中会限制人体非康复训练自由度的活动。 随着气 动技术的快速发展， 柔性驱动器具有柔顺性、 轻量性、 绿色性、 优良的力学特性等优点， 柔性 康复助力装置具有集安全性、 友好性、 便携性、 经济性于一体， 在医疗康复方面具有重要的 应用价值， 被广泛的应用在康复助力领域。 0003 近几年柔性上肢外骨骼装置引起了国内外学者广泛的关注， 其中具有代表性的 有， 2015年George Andrikopo。
8、ulos等人设计了一种基于气动人工肌肉的外骨骼腕部助力装 置， 2017年Hassanin Al-Fahaam等人设计了一种柔性腕部康复机器人。 这两种装置主要靠 气动肌腱的协同配合实现腕部屈/伸、 外展/内收两个自由度的运动。 2011年Samuel B.Kesner等人设计了一种基于硅橡胶的肘关节助力装置， 2012年Daisuke Sasaki等人设计 了一种基于铝箔气囊的膝关节可穿戴康复助力装置。 目前上肢康复助力装置受到工作空间 狭小， 承载力较大， 关节自由度多且容易相互干涉， 为了解决上述问题， 本发明设计了一种 基于气动柔性驱动器的可穿戴上肢动力服， 整个康复助力装置集成到一件。
9、载体衣服上， 在 正常的状态下动力服外骨骼装置像一件衣服， 当柔性驱动器工作时可为腕、 肘、 肩关节提供 四自由度的康复助力动力。 发明内容 0004 本发明目的是克服现有技术的不足， 提供一种气动柔性可穿戴上肢动力服。 本发 明用于人体上肢关节康复助力训练， 能够实现四自由度的活动助力动力。 0005 本发明的设计理念是将柔性驱动器、 动力源及管路集成到一件衣服上， 通过简单 的柔性连接为患者进行康复助力。 在控制系统的控制下， 可以通过预先设定的特定动作和 力度的控制来实现康复的功能， 可以通过传感器感知动力服与人体间的受力关系， 自动实 现关节助力功能并有效地保护受伤关节。 0006 为。
10、了解决上述存在的技术问题， 本发明是通过以下技术方案实现的： 0007 一种气动柔性可穿戴上肢动力服， 包括载体模块、 柔性驱动模块和动力源及管路 模块； 0008 所述载体模块包括半指运动手套、 前臂护具、 护肘和护肩； 所述半指运动手套为半 指型五指尼龙布材质手套； 所述前臂护具为贴合前臂的类方形复合编织布， 其上缝制有两 条绑带魔术贴， 用于将复合编织布固定在前臂上； 所述护肘为贴合肘关节的复合编织布， 其 上缝制有绑带魔术贴， 用于将复合编织布固定在肘关节上； 所述护肩为贴合肩关节的复合 编织布， 护肩背后一侧绕过另一侧腋下用魔术贴贴合于护肩前部， 改善护肩受力特性； 所述 说 明 书。
11、 1/4 页 3 CN 109124979 A 3 前臂护具通过丝线缝制在护肘的一侧， 所述护肩通过丝线缝制在护肘的另一侧； 0009 所述柔性驱动模块包括六组柔性驱动器和一个扇形气囊； 在腕关节处周向均布四 组柔性驱动器， 在肘关节内侧处设有一组柔性驱动器， 在肩关节上部设有一组柔性驱动器， 在其腋下位置处设有一个扇形气囊； 所述扇形气囊采用薄膜材料制成， 外部采用复合布加 强， 缝制在载体模块中的腋下位置处； 所述柔性驱动器包括两个气囊、 弹性包覆套、 柔性连 接贴片、 两个导向固定座和尼龙连接带； 所述气囊为矩形薄膜气囊， 外部通过复合布进行加 强； 所述两个气囊重叠置于载体模块上； 所。
12、述弹性包覆套采用具有高弹性的布料， 将两个气 囊完全包裹在其中， 在弹性包覆套的底部缝制有魔术贴， 与载体模块上的柔性连接贴片构 成可拆卸的柔性连接； 所述导向固定座固定在弹性包覆套的两侧； 所述导向固定座中部设 有矩形通孔； 所述尼龙连接带穿过所述导向固定座的矩形通孔， 两端分别缝制在载体模块 上， 当所述气囊充气膨胀或者排气收缩时， 所述尼龙连接带能够在所述导向固定座的矩形 通孔中自由滑动； 0010 所述导向固定座为3D打印的横截面为椭圆形结构， 底侧设有两个圆形光孔， 用于 通过抽芯铆钉与弹性包覆套连接在一起； 导向固定座中部设有矩形通孔， 用于尼龙连接带 的穿过和滑动。 0011 所。
13、述动力源及管路模块包括七个气泵、 背包、 管路通道和软管； 所述气泵为便携式 微型气泵， 七个气泵安装在背包中的法兰式固定座上， 其中： 一个气泵用软管与扇形气囊连 接， 其它六个气泵中的每一个分别用软管与一个柔性驱动器的气囊连接； 所述管路通道采 用棉质布料， 在载体模块上缝制成横截面成 “U” 形的通道， 通道内包裹所有软管。 0012 本发明工作原理如下： 将各个关节处柔性驱动器的尼龙连接带两端分别固连在对 应关节前后的两侧载体模块上， 并穿过弹性包覆套上表面的两个导向固定座； 当给柔性驱 动器通入一定压力的气体时， 弹性包覆套里面的两个气囊在充气的作用下向上膨胀， 从而 带动尼龙连接带。
14、在导向固定底座中自由滑动， 各关节在尼龙连接带的牵引下实现腕、 肘、 肩 关节的康复训练动作。 由于肩关节需要较大的驱动力， 故在腕关节腋下设置一个扇形气囊， 正常状态下为折叠的矩形， 在充气的情况下展开为扇形从而辅助肩关节的康复训练动作。 0013 本发明产生的有益效果如下： 0014 本发明的气动柔性可穿戴上肢动力服可为上肢运动障碍的患者提供腕、 肘、 肩三 个关节的康复助力功能， 能够实现四自由度的活动助力动力。 在康复恢复治疗期间除了必 要的医学相关技术实现主动治疗外， 进行正确、 科学的康复训练是一种非常关键的辅助医 疗手段。 柔性驱动器具有的柔顺性、 轻量性、 无污染等优点， 本发。
15、明具有集柔顺性、 友好性、 便携性、 经济性于一体， 在医疗康复方面具有重要的应用价值， 可广泛的应用在康复训练领 域。 附图说明 0015 图1为柔性可穿戴上肢动力服的立体主视图； 0016 图2为图1中A处柔性驱动器的局部放大示意图； 0017 图3为柔性可穿戴上肢动力服的立体后视图。 0018 图中： 1-半指运动手套、 2-柔性前连接、 3-尼龙连接带、 4-弹性包覆套、 5-导向固定 底座、 6-气囊、 7-柔性连接贴片、 8-加强垫片、 9-柔性后连接、 10-前臂护具、 11-绑带魔术贴、 说 明 书 2/4 页 4 CN 109124979 A 4 12-肘关节接头及管路、 1。
16、3-护肘、 14-护肩、 15-肩关节接头及管路、 16-扇形气囊、 17-管路通 道、 18-腕关节接头及管路、 19-肩关节扇形气囊接头及管路、 20-气泵、 21-背包。 具体实施方式 0019 下面结合附图和具体实施方式进一步详细说明本发明： 0020 本发明的一种气动柔性可穿戴上肢动力服包括载体模块、 柔性驱动模块和动力源 及管路模块。 设计理念是将柔性驱动模块、 动力源及管路模块集成到载体衣服的外骨骼上。 0021 如图1所示， 所述载体模块包括半指运动手套1、 前臂护具10、 护肘13和护肩14， 所 述半指运动手套1为半指型五指尼龙布材质手套； 所述前臂护具10为贴合整个上肢前。
17、臂的 类方形复合编织布， 其靠近腕关节与肘关节各缝制有1条绑带魔术贴11， 魔术贴的勾面可与 前臂护具随处构成柔性连接， 由此实现前臂护具10与人体前臂的固定。 半指运动手套1与前 臂护具10在腕关节的上方与侧面通过丝线缝制成一个整体， 为了方便穿戴下方做成开口式 结构， 在腕关节下方缝制有绑带魔术贴来实现与人体的固定连接。 0022 所述护肘13为贴合肘关节上方的复合编织布， 依靠肘关节上方的绑带魔术贴11来 实现与上肢的固定连接。 所述护肩14为贴合肩关节的复合编织布， 护肩为加长型延伸到人 体上臂中部， 另一端从背后绕到对侧腋下用魔术贴连接于护肩前部， 可改善护肩受力特性。 所述护肘13。
18、一侧与前臂护具10在肘关节处通过丝线缝制连接在一起， 另一侧与护肩14在上 臂中部通过丝线缝制连接在一起。 这样所述动力服的外骨骼结构制作完成， 又方便穿戴和 随身携带。 0023 如图1和图3所示， 所述柔性驱动模块包括六组柔性驱动器和一个扇形气囊分布在 腕、 肘、 肩3个关节处； 在腕关节处周向均布四组柔性驱动器， 在肘关节内侧处设有一组柔性 驱动器， 在肩关节上部设有一组柔性驱动器， 在其腋下位置处设有一个扇形气囊； 0024 如图2所示， 所述柔性驱动器包括尼龙连接带3、 弹性包覆套4、 两个导向固定座5、 两个气囊6和柔性连接贴片7， 其中， 所述气囊6为矩形薄膜气囊， 外部通过复合。
19、布进行加强。 所述两个气囊重叠6置于载体模块上； 所述弹性包覆套4采用具有高弹性的布料， 将两个气 囊6完全包裹在其中， 在弹性包覆套4的底部缝制有魔术贴， 与载体模块上的柔性连接贴片7 构成可拆卸的柔性连接。 所述导向固定座5为3D打印的横截面为椭圆形结构， 底侧设有两个 圆形光孔， 用于通过抽芯铆钉与弹性包覆套4连接在一起， 铆接时采用加强垫片8来加强连 接。 所述导向固定座5中部设有矩形通孔， 用于尼龙连接带3的穿过和滑动。 所述尼龙连接带 3两端分别缝制在对应关节前后的两侧载体模块上， 并穿过弹性包覆套4上表面的两个导向 固定座5， 当柔性驱动模块中的两个气囊6通入一定压力的气体时， 。
20、弹性包覆套4里面的两个 气囊6在充气的作用下向上膨胀， 从而带动尼龙连接带3在导向固定底座5中自由滑动， 各关 节在尼龙连接带3的牵引下实现腕、 肘、 肩关节的康复训练动作。 在腕关节处周向均布的四 个柔性驱动器， 尼龙连接带3的一端采用丝线缝制在半指运动手套1上， 另一端缝制在前臂 护具10上， 并且在丝线缝制的位置采用皮革加强连接。 在肘关节内侧处设置的一个柔性驱 动器， 尼龙连接带3的一端采用丝线缝制在前臂护具10上， 另一端缝制在护肘13上， 并且在 丝线缝制的位置采用皮革加强连接。 在肩关节上部设置的一个柔性驱动器， 尼龙连接带3的 一端采用丝线缝制在护肘13上， 另一端缝制在护肩1。
21、4上， 并且在丝线缝制的位置采用皮革 加强连接。 由于肩关节所需载荷大， 故在其腋下位置处设置一个扇形气囊19， 所述扇形气囊 说 明 书 3/4 页 5 CN 109124979 A 5 19采用薄膜材料制成， 外部采用复合布加强， 缝制在载体模块中的腋下位置处， 正常状态下 为折叠的矩形， 在充气的情况下展开为扇形从而辅助肩关节的康复训练动作。 0025 如图3所示， 所述动力源及管路模块包括七个气泵20、 背包21、 管路通道17和软管； 所述气泵20为便携式微型气泵， 七个气泵安装在背包21中的法兰式固定座上， 其中： 一个气 泵20用软管与扇形气囊19连接， 其它六个气泵20中的每一个分别用软管与一个柔性驱动器 的气囊6连接； 所述管路通道采用棉质布料， 在载体模块上缝制成横截面成 “U” 形的通道， 通 道内包裹所有软管。 说 明 书 4/4 页 6 CN 109124979 A 6 图1 图2 说 明 书 附 图 1/2 页 7 CN 109124979 A 7 图3 说 明 书 附 图 2/2 页 8 CN 109124979 A 8 。