一种柔性驱动的可穿戴手部康复机器人

摘要

本发明涉及手部康复技术领域，尤其是一种柔性驱动的可穿戴手部康复机器人，包括：手背板边缘上表面固定手指柔性传动结构，动力源固定于手背板上的手指柔性传动结构末端并电性连接控制模块，手指柔性传动结构向同一方位延展；本发明采用了柔性驱动机构，能够有效的对力传递进行过渡，防止驱动力过大伤害手指，指关节处采用柔性夹持套环，对手指每个关节进行大角度范围的包裹，活动空间增大，能够完成更多手部日常活动，提高康复训练效率，实现了人机共融，能够适应不同使用者的手指尺寸特征，增加了穿戴的舒适度。

权利要求

1.一种柔性驱动的可穿戴手部康复机器人，其特征在于，包括：手背板(2)边缘上表面固定手指柔性传动结构(3)，动力源(1)固定于手背板(2)上的手指柔性传动结构(3)末端并电性连接控制模块(4)，手指柔性传动结构(3)向同一方位延展；

所述手指柔性传动结构(3)模拟人体手指，手指柔性传动结构(3)各手指长度不相同，且每个手指结构完全相同；手指柔性传动结构(3)主要由远指端结构(7)、中指端结构(8)和近指端结构(9)组成；所述中指端结构(8)前端顶部销接长杆(14)，长杆(14)上端铰接柔性调节杆(13)，柔性调节杆(13)上安装调节杆压力传感器(193)并销接于近指端结构(9)前端，长杆(14)下端销接短杆(18)，短杆(18)与远指端传动杆(16)末端销接；所述远指端结构(7)包括远指端传动杆(16)、远指端柔性夹持套环(17)和远指端压力传感器(191)；远指端柔性夹持套环(17)安装于远指端传动杆(16)前端，远指端压力传感器(191)固定于远指端传动杆(16)上，且靠近远指端柔性夹持套环(17)；所述中指端结构(8)包括中指端传动块(15)、中指端柔性夹持套环(12)、中指端压力传感器(192)、滑槽轨道a(42)、曲杆(41)；中指端传动块(15)上部铰接前端滑槽轨道a(42)和后端的曲杆(41)，中指端传动块(15)本体下方凹槽内安装中指端柔性夹持套环(12)，中指端压力传感器(192)固定于中指端传动块(15)上；所述近指端结构(9)包括近指端固定板(11)、信息采集模块(32)、滑槽轨道(111)，近指端固定板(11)与滑槽轨道(111)一体成型，信息采集模块(32)固定于近指端固定板(11)上表面，近指端固定板(11)固定于手背板(2)上。

2.根据权利要求1所述一种柔性驱动的可穿戴手部康复机器人，其特征在于：近指端结构(9)前端设置滑槽轨道(111)，滑槽轨道(111)与中指端结构(8)后端的曲杆(41)适配，中指端结构(8)前端的滑槽轨道a(42)适配远指端结构(7)中的远指端传动杆(16)。

3.根据权利要求2所述一种柔性驱动的可穿戴手部康复机器人，其特征在于：曲杆(41)末端设置倒杆(43)，倒杆(43)铰接压缩弹簧(23)前端，压缩弹簧(23)后端铰接于推杆电机(21)，推杆电机(21)底部通过固定杆(22)固定于手背板(2)上表面。

4.根据权利要求1所述一种柔性驱动的可穿戴手部康复机器人，其特征在于：控制模块(4)分别电性连接远指端压力传感器(191)、中指端压力传感器(192)、调节杆压力传感器(193)、推杆电机(21)和电源。

说明书

一种柔性驱动的可穿戴手部康复机器人

技术领域

[0001] 本发明涉及手部康复技术领域，尤其是一种柔性驱动的可穿戴手部康复机器人。

背景技术

[0002] 据2020年数据调查显示，中国已经成为了全世界脑卒中发病率最高的国家，脑卒中死亡的次高国家，每年的新发病例大于200万，并且仍以每年8.7％的速度不断增长。脑卒中是致残率很高的疾病，也是中国成年人残疾的首要原因。据统计，在脑卒中患者中，约有四分之三的患者不同程度的丧失手部劳动能力，其中重度约占40％，而每年全国用于脑卒中康复治疗的费用在100亿元以上，加上各种间接经济损失，每年因为脑卒中治疗支出接近200亿元，给国家和众多家庭造成了沉重的积极负担，可见目前社会急需有关脑卒中患者手部康复治疗的设备。

[0003] 目前可穿戴的手部康复设备大多分为两类，一种是刚性结构的外骨骼康复训练设备，这种设备存在尺寸大、刚性强、大重量的不便携性，而且由于刚性结构的结构特点，这类设备很难贴合人体工学设计，不能达到对患者康复的完全控制。另一种是软体手部外骨骼训练设备，采用了气压或者绳驱的方式进行手部的屈伸控制，但是这种方法需要气压源和液压源装置，并且软体的驱动力太小，不能给予手部合适的康复屈伸角度，训练效果不好。

[0004] 手部作为人体运动自由度最多的部位，在日常生活的任何时候都需要用手来完成日常动作，所以一旦手部存在运动障碍，对于人的日常生活的影响是十分巨大的，迄今为止，我国对于手部康复的相关研究还不够深入，大多数手部存在运动障碍的患者都采用的是人工康复手段。

[0005] 例如，中国发明专利CN202011106168.2公开了一种新型的手部外骨骼康复装置，该专利的手部外骨骼康复装置采用柔性传动，结构简单且易于实现，但仍存在以下问题：1.外骨骼装置与手部结合的部分是利用弹簧片和薄板固定连接，对某些患者手部存在弯曲肿大的问题无法合适匹配，并且弹簧结构在长时间的康复佩戴后会存在一定的形变，影响康复效果，适配性和持久度不高。2.外骨骼装置的柔性传动只存在于食指、中指、无名指、小拇指四个手指，对于大拇指只采用了槽孔进行固定，并未进行柔性传动的康复训练，因此对于手部的康复训练并不能达到最好的效果。

发明内容

[0006] 本发明目的针对上述现有技术缺陷，提供一种刚性结构结合柔性驱动、驱动手部全关节，运动角度大，包裹性强，并能够自动预警的可穿戴外手部康复机器人。

[0007] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

[0008] 一种柔性驱动的可穿戴手部康复机器人，包括：手背板边缘上表面固定手指柔性传动结构，动力源固定于手背板上的手指柔性传动结构末端并电性连接控制模块，手指柔性传动结构向同一方位延展；

[0009] 所述手指柔性传动结构模拟人体手指，手指柔性传动结构各手指长度不相同，且每个手指结构完全相同；手指柔性传动结构主要由远指端结构、中指端结构和近指端结构组成；所述中指端结构前端顶部销接长杆，长杆上端铰接柔性调节杆，柔性调节杆上安装调节杆压力传感器并销接于近指端结构前端，长杆下端销接短杆，短杆与远指端传动杆末端销接；远指端结构包括远指端传动杆、远指端柔性夹持套环和远指端压力传感器；远指端柔性夹持套环安装于远指端传动杆前端，远指端压力传感器固定于远指端传动杆上，且靠近远指端柔性夹持套环；所述中指端结构包括中指端传动块、中指端柔性夹持套环、中指端压力传感器、滑槽轨道a、曲杆；中指端传动块上部铰接前端滑槽轨道a和后端的曲杆，中指端传动块本体下方凹槽内安装中指端柔性夹持套环，中指端压力传感器固定于中指端传动块上；所述近指端结构包括近指端固定板、信息采集模块、滑槽轨道，近指端固定结构与滑槽轨道一体成型，信息采集模块固定于近指端固定板上表面，近指端固定板固定于手背板上。

[0010] 本发明技术方案的进一步改进在于：近指端结构前端设置滑槽轨道，滑槽轨道与中指端结构后端的曲杆适配，中指端结构前端的滑槽轨道a适配远指端结构中的远指端传动杆。

[0011] 本发明技术方案的进一步改进在于：曲杆末端设置倒杆，倒杆铰接压缩弹簧前端，压缩弹簧后端铰接于推杆电机，推杆电机底部通过固定杆固定于手背板上表面。

[0012] 本发明技术方案的进一步改进在于：控制模块分别电性连接远指端压力传感器、中指端压力传感器、调节杆压力传感器、推杆电机和电源。

[0013] 与现有技术相比，本发明提供一种柔性驱动的可穿戴手部康复机器人有益效果如下：

[0014] 1、本发明提出一种柔性驱动的可穿戴手部康复机器人，采用柔性驱动机构，能够有效的对力的传递进行一个过渡，防止驱动力过大伤害手指，同时还可以实时记录驱动力的数值，对于驱动力进行有效的反馈。

[0015] 2、本发明提出一种柔性驱动的可穿戴手部康复机器人，在手指关节处采用柔性夹持套环，对手指每个关节进行大角度范围的包裹，活动空间增大，能够完成更多手部日常活动，提高康复训练效率，并且实现了人机共融，能够适应不同使用者的手指尺寸特征，增加了穿戴的舒适度。

附图说明

[0016] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0017] 图1为本发明的一种柔性驱动的可穿戴手部康复机器人结构示意图。

[0018] 图2为本发明的一种柔性驱动的可穿戴手部康复机器人结构示意图。

[0019] 图中标记：1‑动力源；2‑手背板；3‑手指传动结构；4‑控制模块；11‑近指端固定板；12‑中指端柔性夹持套环；13‑柔性调节杆；14‑长杆；15‑中指端传动块；16‑远指端传动杆；
17‑远指端柔性夹持套环；18‑短杆；191‑远指端压力传感器；192‑中指端压力传感器；193‑调节杆压力传感器；21‑推杆电机；22‑电机固定杆；23‑压缩弹簧；7‑远指端结构；8‑中指端结构；9‑近指端结构；32‑信息采集模块；111‑滑槽轨道；41‑曲杆；42‑滑槽轨道a；43‑倒杆。

具体实施方式

[0020] 下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：

[0021] 如图1、2所示，一种柔性驱动的可穿戴手部康复机器人，包括：手背板2边缘上表面固定手指柔性传动结构3，动力源1固定于手背板2上的手指柔性传动结构3末端并电性连接控制模块4，手指柔性传动结构3向同一方位延展。该机器人采用柔性驱动机构，能够有效的对力的传递进行一个过渡，防止驱动力过大伤害手指，同时还可以实时记录驱动力的数值，对于驱动力进行有效的反馈。

[0022] 手指柔性传动结构3模拟人体手指，手指柔性传动结构3各手指长度不相同，且每个手指结构完全相同；手指柔性传动结构3主要由远指端结构7、中指端结构8和近指端结构9组成；近指端结构9前端设置滑槽轨道111，滑槽轨道111与中指端结构8后端的曲杆41适配，中指端结构8前端的滑槽轨道a42适配远指端结构7中的远指端传动杆16；中指端结构8前端顶部销接长杆14，长杆14上端铰接柔性调节杆13，柔性调节杆13上安装调节杆压力传感器193并销接于近指端结构9前端，长杆14下端销接短杆18，短杆18与远指端传动杆16末端销接。实现手部日常活动，提高康复训练效率。

[0023] 远指端结构7包括远指端传动杆16、远指端柔性夹持套环17和远指端压力传感器191；远指端柔性夹持套环17安装于远指端传动杆16前端，远指端压力传感器191固定于远指端传动杆16上，且靠近远指端柔性夹持套环17；在穿戴时柔性夹持套环可以有效的保护远端手指关节，并且通过柔性材料在运动时完全包裹手指，远指端柔性夹持套环17放在手指的远指端关节处(DIP)，远指端压力传感器191固定在远指端传动杆16侧面，记录远指端柔性夹持套环17包裹手指关节的力度大小，远指端传动杆16前侧远指端柔性夹持套环17固定，远指端传动杆16后端与短杆18固定，中间部位与中指端结构8前端的滑槽轨道a42适配并固定。

[0024] 中指端结构8包括中指端传动块15、中指端柔性夹持套环12、中指端压力传感器192、滑槽轨道a42、曲杆41；中指端传动块15上部铰接前端滑槽轨道a42和后端的曲杆41，曲杆41末端设置倒杆43，倒杆43铰接压缩弹簧23前端，压缩弹簧23后端铰接于推杆电机21，推杆电机21底部通过固定杆22固定于手背板2上表面。中指端传动块15本体下方凹槽内安装中指端柔性夹持套环12，中指端压力传感器192固定于中指端传动块15上；中指端柔性夹持套环12将中指骨部位包裹，便于完成手指前端的屈伸康复动作，中指端压力传感器192固定在中指端传动块15侧面，记录中指端柔性夹持套环12包裹手指关节的力度大小，柔性调节杆13一端与长杆14固定，另一端与近指端结构9前端固定，调节杆压力传感器193固定在柔性调节杆13侧面，检测柔性调节杆13的驱动力大小，防止力度过大伤害手指。

[0025] 近指端结构9包括近指端固定板11、信息采集模块32、滑槽轨道111，近指端固定结构11与滑槽轨道111一体成型，信息采集模块32固定于近指端固定板11上表面，信息采集模块32内部集成了压力传感器和惯性传感器，近指端固定板固定于手背板2上，手背板2上固定控制模块4分别电性连接远指端压力传感器192、中指端压力传感器192、调节杆压力传感器193、推杆电机21和电源(图中未示)，控制模块4集成了压力传感器、惯性传感器和微处理器，采集人单根手指的运动信息和力度大小，实时进行信息处理和反馈，实现人机共融，能够适应不同使用者的手指尺寸特征，增加了穿戴的舒适度。

[0026] 以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明装置权利要求书确定的保护范围内。