一种EMG控制的气动软体康复机械手制造技术

本发明专利技术公开了一种EMG控制的气动软体康复机械手，可以帮助中风患者或者有手部残疾的患者进行手部康复活动。这种康复机械手不同于传统的刚体式机械手，它的每根手指主要是由软材料(硅橡胶等超弹性材料)组成的中空腔体结构，外围布置了纤维和限制应变层，将弯曲变形、伸长变形、扭曲变形和扭转伸长变形的结构组合设计成软体手指，通过气动驱动实现运动变形。可以实现类似于人手指的多段式关节弯曲，带动中风手指的弯曲和伸展，恢复患者部运动能力。这种气动软体康复机械手具有低刚度、安全性高、舒适度高、轻量、噪声小等优点，相较于目前传统的机械刚体式康复手具有更明显的优势，在康复领域具有很大的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于医疗保健器械康复机器人和工业抓手
，特别设计一种EMG控制的气动软体康复机械手，适用于老年人由于中风患者导致的手部功能障碍等症状进行康复训练和助力抓取。
技术介绍
据世界卫生组织统计，全世界每6个人中就有1人可能罹患脑中风；每6秒钟就有1人死于脑中风；每6秒钟就有1人因为脑中风而永久致残……在全球3000万脑中风病人中，中国约占1/3，脑中风已经成为我国人口死亡和致残的第一位因素。70％的脑中风患者身体上患有不同程度的残疾。上肢残疾患者尤其是手残疾患者更能影响患者的正常生活，因为日常活动包括穿衣、吃饭、喝水等必须依靠手才能完成，因此手部的康复也显得尤为重要，从上世纪60年代起，就开发出了可以戴在患者手上的一系列机械式康复手，包括电机带动、拉线带动等，但是他们都是刚体，而且比手指关节的刚度还要大，当机械式的弯曲角度超过手指关节所能承受的弯曲角度时，这种机械康复手就会对手指产生压迫和抑制，造成患者的疼痛，因此，这种机械式的康复手有很大的危险性；而且对于不同的患者，手指所能承受的弯曲角度差异性很大，因此这种机械手不能广泛的被普及，调整也很不方便；它的成本和价格都太高，一般的消费者根本承担不起；机械式的一般重量都较重，因此携带起来不太方便，限制了患者的活动范围。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种EMG控制的气动软体康复机械手。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种EMG控制的气动软体康复机械手，包括上下两层结构的手套、以及安装于软体手套上层的五根中空的软体手指；手套的下层穿戴在使用者手上，每根软体手指均通过气管连接便携式驱动装置，便携式驱动装置能够通过采集使用者小臂上的肌肉电信号，并对其解码，将得到的识别信号作为出发信号，控制电磁阀和比例阀实现气压的充放气速度调节，以实现对软体手指的主动控制。本专利技术进一步的改进在于：所述软体手指的食指、中指、无名指以及小指为弯曲伸长类结构；软体康复手指的拇指为软体拇指类结构；弯曲伸长类结构的软体手指包括5段变形，其中3段弯曲变形和2段伸长变形，3段弯曲角度与手指关节的弯曲角度相同，2段伸长变形与手指表面皮肤的伸长量相等，一个软体手指在充气后，从伸直状态变为弯曲状态，能够产生人手指的多段关节式变形；软体拇指结构包括5段变形，其中1段扭曲变形、1段扭转伸长变形、2段弯曲变形和1段伸长变形；扭曲变形与拇指的第一段关节产生的扭曲变形相同，扭转伸长变形与扭曲变形与拇指皮肤表面的伸长量相等，2个弯曲变形与拇指第二个、三个关节产生的弯曲变形相等；对软体拇指充气后，能够产生拇指的变形。所述软体手指包括本体和绕在本体表面的左螺旋纤维和有螺旋纤维，本体采用弹性材料制成；本体上还粘接有用于限制本体在充气后不产生膨胀变形的限制应变层。所述软体手指的截面结构为长方形、梯形、半圆形或变截面型，软体手指变形所需的气压和产生的驱动力与软体手指的截面形状相关。所述软体手指能够通过纯弯曲结构实现，每根软体手指都产生弯曲变形，通过中风手指的肌肉痉挛力和手套的松紧度作为外力改变软体手指的运动变形，使其能够带动手指进行康复锻炼和助力抓取。所述手套采用适合穿戴和康复锻炼的柔软布料。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术介绍的气动软体康复机械手采用软材料，刚度比手指的刚度小，因此手指能够克服所产生的压迫力，安全性已经大大提高。而且，它可以通过大变形柔性传感器进行实现姿态反馈，时刻监测软体手指手的变形，提高了气动软体康复机械手的安全性。气动软体康复机械手使用材料的价格较为便宜，它的重量也很轻，携带方便，而且具有柔软舒服等特点，能够很好的与患者交互。诸如上述优点，弥补了机械刚体式康复手的不足，为手部需要康复的患者带来了新的希望，如果能够得到推广，将提升患者的生活质量，减轻家庭和社会医护人员的负担。【附图说明】图1为软体驱动器伸长变形的实现原理示意图；图2为软体驱动器弯曲变形的实现原理示意图；图3为软体手指的截面形状结构图；图4为弯曲伸长类软体手指的结构组成示意图；图5为弯曲伸长类软体手指的变形结果图；图6为软体拇指的结构组成；图7为软体拇指的变形结果图；图8为气动软体康复机械手结构示意图；图9为软体手指与手指贴合情况示意图。其中：1-软体手指；2-气管。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：参见图8，本专利技术EMG控制的气动软体康复机械手，其特征在于，包括上下两层结构的手套、以及安装于软体手套上层的五根中空的软体手指；手套的下层穿戴在使用者手上，每根软体手指均通过气管连接便携式驱动装置，便携式驱动装置能够通过采集使用者小臂上的肌肉电信号，并对其解码，将得到的识别信号作为出发信号，控制电磁阀和比例阀实现气压的充放气速度调节，以实现对软体手指的主动控制。软体康复手指的食指、中指、无名指以及小指为弯曲伸长类结构；软体手指的拇指为软体拇指类结构；弯曲伸长类结构的软体手指包括5段变形，其中3段弯曲变形和2段伸长变形，3段弯曲角度与手指关节的弯曲角度相同，2段伸长变形与手指表面皮肤的伸长量相等，一个软体手指在充气后，从伸直状态变为弯曲状态，能够产生人手指的多段关节式变形；软体拇指结构包括5段变形，其中1段扭曲变形、1段扭转伸长变形、2段弯曲变形和1段伸长变形；扭曲变形与拇指的第一段关节产生的扭曲变形相同，扭转伸长变形与扭曲变形与拇指皮肤表面的伸长量相等，2个弯曲变形与拇指第二个、三个关节产生的弯曲变形相等；对软体拇指充气后，能够产生拇指的变形。软体手指包括本体和绕在本体表面的左螺旋纤维和有螺旋纤维，本体采用弹性材料制成；本体上还粘接有用于限制本体在充气后不产生膨胀变形的限制应变层。软体手指的截面结构为长方形、梯形、半圆形或变截面型，软体手指变形所需的气压和产生的驱动力与软体手指的截面形状相关。软体手指能够通过纯弯曲结构实现，每根软体手指都产生弯曲变形，通过中风手指的肌肉痉挛力和软体手套的松紧度作为外力改变软体手指的运动变形，使其能够带动手指进行康复锻炼和助力抓取。手套采用适合穿戴和康复锻炼的柔软布料。本专利技术的原理：本专利技术提供了一种可以帮助手部无力、肌肉退化或者手部运动不灵活等患者恢复手部正常运动能力的装置。气动软体康复机械手可以像手套似的穿戴在手的背面，使手被动的跟随软体康复手的弯曲而使手产生弯曲，对于某些患者，可以通过不断的被动锻炼，舒活手部神经，并且重塑大脑中的手部神经控制网络，使患者可以恢复手部正常运动。本专利技术也可以作为机器人的末端执行器，由于它可以产生类似于手指那样的多段式变形，因此可以像手那样进行物体的抓取，由于它的刚度较小，在抓取一般的物体时，不会对物体产生损害，在工业应用领域主要用做分拣、转移物体等任务，比如摘水果、分拣水果，不会对水果表面产生损害；家用领域则可以用来做家务(洗菜、按摩)等；民用领域则可以作为气动玩具，给人以活灵活现、惟妙惟肖的感觉。本专利技术包括康复手套和软体手指两个部分。当从伸展状态变为弯曲状态时，气动软体康复机械手可实现单方向弯曲变形带动中风手指康复运动；当从弯曲状态变为伸展状态时，可依靠软体手指材料的自身弹性和软体手套的弹性将中风手指拉回到伸展状态。将软体手指分为两大类：弯曲伸长类和软体拇指类两种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种EMG控制的气动软体康复机械手，其特征在于，包括上下两层结构的手套、以及安装于软体手套上层的五根中空的软体手指(1)；手套的下层穿戴在使用者手上，每根软体手指均通过气管(2)连接便携式驱动装置，便携式驱动装置能够通过采集使用者小臂上的肌肉电信号，并对其解码，将得到的识别信号作为出发信号，控制电磁阀和比例阀实现气压的充放气速度调节，以实现对软体手指的主动控制。

【技术特征摘要】
1.一种EMG控制的气动软体康复机械手，其特征在于，包括上下两层结构的手套、以及安装于软体手套上层的五根中空的软体手指(1)；手套的下层穿戴在使用者手上，每根软体手指均通过气管(2)连接便携式驱动装置，便携式驱动装置能够通过采集使用者小臂上的肌肉电信号，并对其解码，将得到的识别信号作为出发信号，控制电磁阀和比例阀实现气压的充放气速度调节，以实现对软体手指的主动控制。2.根据权利要求1所述的EMG控制的气动软体康复机械手，其特征在于，所述软体手指(1)的食指、中指、无名指以及小指为弯曲伸长类结构；软体康复手指(1)的拇指为软体拇指类结构；弯曲伸长类结构的软体手指(1)包括5段变形，其中3段弯曲变形和2段伸长变形，3段弯曲角度与手指关节的弯曲角度相同，2段伸长变形与手指表面皮肤的伸长量相等，一个软体手指在充气后，从伸直状态变为弯曲状态，能够产生人手指的多段关节式变形；软体拇指结构包括5段变形，其中1段扭曲变形、1段扭转伸长变形、2段弯曲变形和1段伸长变形；扭曲变形与拇指的第一段关节产生的扭曲变形相同，扭转伸长变形与扭...

【专利技术属性】
技术研发人员：张进华，洪军，李慕凡，王浩，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61