一种康复机械手制造技术

一种康复机械手，包括手部机械结构和动力控制系统，手部机械结构为五组相同的结构适用于五指，手部机械结构主要是由弧形架、推杆、手指固定座和绷带组成，以终端牵拉的形式带动手指运动。其中弧形架将电机的直线位移转化为手指终端的弧形位移，推杆可以相对于弧形架旋转，通过自动调节可以缓解机构在辅助手指弯曲过程中存在的径向拉力，避免二次损伤，推杆上固定有限位螺钉，防止弧形架与推杆间机构卡死；本实用新型专利技术可以实现辅助人手部进行被动或主动模式的抓握、单根手指屈曲伸展、拇指食指两指对捏及拇指、食指和中指三指抓取的训练等多模式的训练，以实现全面康复。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于医疗保健器械康复机器人技术，特别涉及一种康复机械手。
技术介绍
脑损伤(脑卒中、脑瘫、脑外伤、脑肿瘤)是如今威胁人类健康的重大疾病，死亡率和致残率很高。据统计我国现有肢体残疾人约2422万，脑卒中约有1000万人，每年新增400万人。运动功能障碍一般表现为肢体障碍，由于上肢负责从事大量精细动作，所以其功能受损后恢复难度较大，容易导致终身残疾，对患者日常生活造成严重影响。临床研究表明，康复训练可以防止肌肉痉挛，增强关节活动度。目前针对中风病人康复治疗采用的物理疗法(如针灸、电刺激、按摩)比较多，有一定疗效，在治疗过程中患者只是被动的接受治疗，其主动参与性得不到保证。同样还有药物治疗，但是治疗比较单一，而且会有副作用。因此为了患者被动或者主动康复，需要一种用于手指运动的器械。但目前的训练机器人都是患者的大关节(如肩关节、肘关节、腕关节)的运动，并非每个重要关节都在运动，特别是手部的运动，而且手部负责日常生活中许多精细的动作，关节更多更加灵活，因此恢复手部是必不可少的，但大部分的上肢康复器械都忽略了这一点，而且缺乏五指协调的康复训练。有专利采用四连杆机构牵拉手指端部，但其在驱动手指弯曲的同时还会使手指承受径向拉压力，容易损伤手指。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺陷，本技术的目的在于提供一种康复机械手，采用直线电机驱动、能够辅助患者进行五手指主被动屈曲伸展，拇指食指对捏，拇指、食指和中指三指的抓取等康复训练，多模式训练可以帮助患者进行手部功能康复训练。为了达到上述目的，本技术的技术方案为：一种康复机械手，包括机械手底板1，机械手底板1上侧平面用于固定手部机械结构和动力控制系统，下侧面为弧形面以适应人手结构，通过绷带固定于手部；手部机械结构为五组相同的结构适用于五指，其结构为：机械手底板上1上通过电机固定底座2固定直线推杆电机3，直线推杆电机3为机械手的屈曲和伸展提供动力，直线推杆电机3与电机固定底座2通过销钉链接并能够围绕电机固定底座2上的销钉进行旋转，直线推杆电机3端部通过销钉连接弧形架5的一端且能够相对转动，弧形架5的另一端与推杆6一端相连接，弧形架5上设置有伸缩孔以便调节圆弧半径；弧形架5上的孔和双侧位固定架4的孔同轴相连，推杆6另一端与手指固定座9相连，推杆6上设置有双向限位螺钉7和用于长度调节的调节孔8，在手指固定座9上设置有绷带，在手指固定座9及绷带上还设置有检测手指外展的传感器10和手指屈曲的传感器11。动力控制系统包括与直线推杆电机3相连的主控器12、主控器12采用的是基于ARM-Cortex-M3架构下的STM32F107VC，STM32F107拥有全速USB（OTG）接口，两路CAN2.0B接口，以及以太网10/100MAC模块，主控器12实现手指外侧力传感器10和手指内侧力传感器11的数据采集，并根据采集的信号驱动直线推杆电机3；主控器12内的信号调理单元用于处理手指外侧力传感器10、手指内侧力传感器11以及驱动直线推杆电机3反馈的位移信号，对传感器信号进行相应的放大滤波，送到采集板进行数据采集。所述的用于检测手指外展的传感器10和手指屈曲的传感器11采用压阻式薄膜压力传感器。所述的推杆6上设置有双向限位螺钉7。所述的推杆6上设置不同位置的调节孔8。所述的弧形架5上设置有伸缩孔以便调节圆弧半径。本技术所提供的五手指康复器械，由机械手底板1、直线推杆电机3和手部机械结构构成，符合人体手部关节结构，并且设有固定手指和手腕的绷带，采用电机驱动，可以实现位置的精确控制，限位螺钉和调节孔有效地控制了手部关节的运动范围。设计了多模式训练方式，可以实现辅助患者手部进行主被动抓握，拇指、食指捏取以及拇指、食指、中指抓取的动作。附图说明图1为一种康复机械手的结构图。图2为一种康复机械手的控制系统结构示意图。图3为一种康复机械手控制主流程图。图4为一种康复机械手的控制被动模式流程图。图5为一种康复机械手的控制主动模式流程图。图中：1.机械手底板，2.电机固定底座，3.直线推杆电机，4.双侧位固定架，5.弧形架，6.推杆，7.调节孔，8.限位螺钉，9.手指固定底座，10.检测手指外展力传感器，11.检测手指屈曲力传感器，12.主控器。具体实施方式下面结合附图及实施例进行详细说明。参照图1，一种康复机械手，包括机械手底板1，机械手底板1上侧平面用于固定手部机械结构和动力控制系统，下侧面为弧形面以适应人手背部结构，通过绷带固定于手部；手部机械结构为五组相同的结构适用于五指，其结构为：机械手底板上1上通过电机固定底座2固定直线推杆电机3，直线推杆电机为机械手的屈曲和伸展提供动力，直线推杆电机3与电机固定底座2通过销钉链接并能够围绕电机固定底座2上的销钉进行旋转，直线推杆电机3端部通过销钉连接弧形架5的一端且能够相对转动，弧形架5的另一端与推杆6一端相连接，弧形架5上设置有伸缩孔，用于便调节圆弧半径以适应不同人手的尺寸；弧形架5上的孔和双侧位固定架4的孔同轴相连，推杆6另一端与手指固定座9相连，在手指固定座9上设置有绷带，通过绷带手指指进行固定，在手指固定座9及绷带上还设置有检测手指伸展的压力传感器10和检测手指屈曲的压力传感器11，用于检测患者手指运动意图及相应力的大小；所述的推杆6上设置有双向限位孔7，双向限位孔7防止运动过程中出现机构卡死。所述的推杆6上设置不同位置的调节孔8，用于调节指部固定座9的高度，用于不同大小的手进行训练。所述的弧形架5上设置有可调节长度的伸缩孔，用于调节弧形架前端圆弧半径，以便适应不同人手部尺寸大小。参照图2，动力控制系统包括与直线推杆电机3相连的主控器12、主控器12采用的是基于ARM-Cortex-M3架构下的STM32F107VC，STM32F107拥有全速USB（OTG）接口，两路CAN2.0B接口，以及以太网10/100MAC模块，因此采用该芯片可以为以后康复机械手走进家庭/社区构建远程控制提供了硬件基础。主控器12内的信号调理单元用于处理手指端压力传感器10、压力传感器11以及直线推杆电机3内嵌位移传感器的反馈信号，对传感器信号进行相应的放大滤波，送到采集板进行数据采集。直线推杆电机3内嵌的直线位移传感器所反馈的位移信号为模拟信号，能够用于感知直线电机推杆的位置，进行可以计算出当前人手指弯曲的角度。用于检测手指外伸展的传感器10和手指屈曲的传感器11采用薄膜压力传感器，该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种康复机械手，包括机械手底板(1)，其特征在于，机械手底板(1)上侧平面用于固定手部机械结构和动力控制系统，下侧面为弧形面以适应人手结构，通过绷带固定于手部；手部机械结构为五组相同的结构适用于五指，其结构为：机械手底板上(1)上通过电机固定底座(2)固定直线推杆电机(3)，直线推杆电机(3)为机械手的屈曲和伸展提供动力，直线推杆电机(3)与电机固定底座(2)通过销钉链接并能够围绕电机固定底座(2)上的销钉进行旋转，直线推杆电机(3)端部通过销钉连接弧形架(5)的一端且能够相对转动，弧形架(5)的另一端与推杆(6)一端相连接；弧形架（5）上的孔和双侧位固定架（4）的孔同轴相连，推杆(6)另一端与手指固定座（9）相连，在手指固定座(9)上设置有绷带，在手指固定座（9）及绷带上还设置有检测手指伸展的压力传感器(10)和手指屈曲的压力传感器(11)；动力控制系统包括与直线推杆电机(3)相连的主控器（12），主控器（12）采用的是基于ARM‑Cortex‑M3架构下的STM32F107VC，STM32F107拥有全速USB（OTG）接口，两路CAN2.0B接口，以及以太网10/100MAC模块，主控器（12）实现手指端外侧压力传感器(10)、手指端内侧压力传感器(11)及直线推杆电机(3)内嵌的直线位移传感器反馈的各信号的采集，并根据采集的信号驱动直线推杆电机(3)运动；主控器（12）内的信号调理单元用于手指端外侧压力传感器(10)、手指端内侧压力传感器(11)以及直线推杆电机(3)内嵌的直线位移传感器信号的处理，并将处理后信号送到采集板进行数据采集。...

【技术特征摘要】
1.一种康复机械手，包括机械手底板(1)，其特征在于，机械手底板(1)上侧平面
用于固定手部机械结构和动力控制系统，下侧面为弧形面以适应人手结构，通过绷带固
定于手部；手部机械结构为五组相同的结构适用于五指，其结构为：机械手底板上(1)
上通过电机固定底座(2)固定直线推杆电机(3)，直线推杆电机(3)为机械手的屈曲和伸
展提供动力，直线推杆电机(3)与电机固定底座(2)通过销钉链接并能够围绕电机固定底
座(2)上的销钉进行旋转，直线推杆电机(3)端部通过销钉连接弧形架(5)的一端且能够
相对转动，弧形架(5)的另一端与推杆(6)一端相连接；弧形架（5）上的孔和双侧位固
定架（4）的孔同轴相连，推杆(6)另一端与手指固定座（9）相连，在手指固定座(9)
上设置有绷带，在手指固定座（9）及绷带上还设置有检测手指伸展的压力传感器(10)
和手指屈曲的压力传感器(11)；
动力控制系统包括与直线推杆电机(3)相连的主控器（12），主控器（12）采用的是
基于ARM-Cortex-M3架构下的STM32F107VC，STM32F107拥...

【专利技术属性】
技术研发人员：王珏，郑杨，王刚，高琳，秦永辉，陈垒，郭小凤，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：新型
国别省市：陕西;61