一种主动助力式手指运动装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提出的一种主动助力式手指运动装置，属于手部助力装置技术领域，包括：下位机控制模块、2个驱动模块、2根传动线、指套和手部支撑结构；下位机控制模块包括主控板、电源和两个驱动器；上、下驱动模块均分别包括驱动电机、导轨、丝杠和滑块；手部支撑结构由固定连接的支撑架和底板组成；指套位于支撑架内；上驱动模块内的滑块与上传动线一端固定，该传动线另一端穿过支撑架顶部后与指套上端固连；下驱动模块内的滑块与下传动线一端固定，该传动线另一端穿过支撑架底部后与指套下端固定。该装置能主动调节手指运动速度、拉力、手指的运动行程，并且可以于强磁场环境使用，可应用于手指的康复训练或者手指运动的脑机理探测实验。

A Kind of Active Power-assisted Finger Motion Device

【技术实现步骤摘要】
一种主动助力式手指运动装置
本技术属于手部助力装置
，特别涉及一种主动助力式手指运动装置。
技术介绍
近年来随着功能磁共振影像技术(fMRI)的发展，关于脑机理探测的试验也开始进行。由于大脑是一个复杂的系统，为了检测单根手指运动时的大脑反应，需要防止其他手指的运动。为了确保实验数据的准确，得到正确的结论，需要借助助力装置对人手的运动来进行约束与助力，并且根据现场的实际环境进行长距离的力传输，从而得到准确的数据。由于fMRI实验室环境属于强磁场环境，目前的所使用的驱动器由于含有顺磁性金属都无法进入实验环境。现有的手部助力装置一般只能实现短距离上的助力，同时驱动器一般固定于人体上，无法实现驱动器和驱动机构的分开使用，因此也无法进入到实验室环境下，并且由于无法实现对手指的远距离控制。
技术实现思路
本技术目的是为了克服已有技术的不足之处，提出一种主动助力式手指运动装置通该装置可以实现较远距离的力传输，实现对手指运动距离的精确控制，能够根据实际需求调整手指的运动速度与频率，从而获取到准确的手部运动脑机理探测实验数据。同时也可以应用于人手部的康复训练，帮助患者早日恢复手部的运动。为了实现上述目的，本技术采用如下技术方案：本技术提供的一种主动助力式手指运动装置，其特征在于，该装置包括下位机控制模块、2个驱动模块、2根传动线、指套和手部支撑结构；所述下位机控制模块，包括主控板、电源和两个驱动器；2个驱动模块呈上、下布置，各驱动模块均分别包括驱动电机、导轨、丝杠和滑块；所述手部支撑结构由固定连接的支撑架和底板组成；所述指套位于所述支撑架内；各器件的连接关系为：上驱动模块内的滑块与上传动线一端固定，该传动线另一端穿过所述支撑架顶部后与所述指套上端固连；下驱动模块内的滑块与下传动线一端固定，该传动线另一端穿过所述支撑架底部后与所述指套下端固定；通过上、下驱动模块内所述滑块的往返直线运动，由上、下传动线带动所述指套作往返的上下运动，实现对插入该指套内手指的助力和复位；所述主控板通过脉冲宽度调制控制线分别与2个所述驱动器相连；各驱动器分别与一个所述驱动电机相连，控制相应驱动电机的运动；所述电源分别通过各驱动器为相应的驱动电机供电。进一步地，位于所述支撑架与各驱动模块之间的传动线分别被传动线保护套包裹。本技术的特点及效果：1、可调整整体的传动距离，由于是采用线传动方式，传动线与驱动模块和手部支撑结构的部分连接方式简单，所以便于更换传动线，可以根据实际的使用环境来进行对传动线长度的调整，适应性好。2、更换传动线简单，更换时只需将传动线从驱动模块和指套相连接的部分拆除下来即可更换，且传动线的套管更换也很简单，只需根据传动线的长度来进行更换即可。3、可应用于复杂环境下，如强磁场环境，由于中间的传动线长度较长，可以使得手部支撑结构与驱动模块之间的距离较远，使得手部结构可以进入到一些复杂环境，而同时确保驱动模块可以正常的、安全的使用。本技术提出的主动助力式手指运动装置，不受磁场环境影响，可以在强磁环境下进行使用，适应性强，穿戴方便，能够主动准确控制手指的运动，可应用于手指康复、手指运动的脑机理探测实验等多个领域。附图说明图1为本技术的整体结构组成示意图。图2为本技术的手部支撑结构示意图。具体实施方式本技术提出的一种主动助力式手指运动装置结合附图及实施例详细描述如下：参见图1，本技术实施例提出的一种主动助力式手指运动装置包括下位机控制模块(该下位机控制模块在图中未示意出)、2个驱动模块1、2根传动线3、指套4和手部支撑结构5；其中，下位机控制模块包括主控板、电源和两个驱动器；两驱动模块呈上、下布置，分别作为复位驱动模块和助力驱动模块，各驱动模块1均分别包括驱动电机11、导轨12、丝杠13和滑块14，驱动电机11的转子与丝杠13一端连接用于驱动丝杠的转动，滑块14位于丝杠13上，通过丝杠13传动控制滑块14可沿导轨12作往返的直线运动；手部支撑结构整体呈L型，参见图2，由固定连接的支撑架502和底板501组成，指套4位于支撑架502内，底板501用于支撑手掌与手臂前部。该装置的各部分的机械连接关系为：上驱动模块1内的滑块14与上传动线3一端固定，该传动线3另一端穿过支撑架502顶部后与指套4上端固连，下驱动模块内的滑块与下传动线一端固定，该传动线另一端穿过支撑架502底部后与指套4下端固定；通过上、下驱动模块内滑块的往返直线运动，由上、下传动线带动指套4作往返的上下运动，实现对插入该指套4内手指的助力和复位。该主动助力式手指运动装置电路部分连接关系为：外部的上位机通过串口连接到下位机控制模块中的主控板上；主控板通过PWM(脉冲宽度调制)控制线分别与2个驱动器相连；各驱动器分别与一个驱动电机相连，控制驱动电机的运动，电源分别通过各驱动器为相应的驱动电机供电。本实施例装置各组成部分的具体实现方式及功能分别说明如下：本实施例的下位机控制模块，外部的上位机通过串口RS232与下位机控制模块内的主控板输入端相连，实现上位机与下位机控制模块的通信。主控板根据接收的上位机的控制指令计算得到待控制电机的编号、运动方向和运动步数(具体计算方法可采用本领域的常规技术予以实现)，然后通过GPIO(通用输入/输出)接口将包含有上述计算结果的PWM信号传输至相应驱动器，该驱动器控制相应的驱动电机进行运动。本实施例的主控板采用STM32f103系列的控制主板；电极驱动器采用嘉信步进电机厂家的DM320系列的步进电机驱动器，供电电压为12V-36V；电源采用杭州科瑞公司的LRS-100-12型号的电源，输入电压为：12V,输出电流为8.5A，额定功率为102W。本实施例中两个驱动模块1的结构相同，现以一个为例进行详细说明。驱动模块1中，电机部分选用的是丝杠电机，驱动模块1由驱动电机11、导轨12、丝杠13和滑块14四个主要部分组成，可以通过丝杠将驱动电机11的旋转运动转换为直线运动，使得对本装置的行程的控制更加准确。丝杠的最大行程为150mm，考虑到手指的运动范围以及传动线3的张紧，优选使用行程为：100mm。驱动电机11的运动速度为20mm/s～80mm/s之间，误差为1mm/s，优选驱动电机11的运动速度为40mm/s，所以该装置可以在5s内完成一次手指抬起和放下的周期运动。在助力过程中，上驱动模块带动手向上运动，下驱动模块与上驱动模块作相反运动；在复位过程中，两驱动模块的运动方向均与助力时相反。本实施例采用安卡传动科技工厂的型号为：STX-T8*4-100型号的丝杠电机；丝杠电机的丝杠规格，丝杠的直径为8mm，丝杠的螺距为4mm，丝杠种类为梯形丝杠。两传动线3，均采用拉力线。驱动电机11通过拉力线和指套4来带动手指的运动，各拉力线的两端分别固定连接在相应驱动模块内的滑块上，另一端与指套4相应端固定连接，使用本装置时指套4穿戴于手指上，当两传动线运动时指套4会与传动线同步运动，从而带动手指的运动。使用时，两根传动线分别用于拉动手指主动弯曲和实现手指复位，分别受一个驱动电机驱动。可以根据使用或实验环境选择不同线长的传动线，传动线可以应用于核磁共振实验室内，整体结构没有采用金属结构，所以可以应用于强磁场的环境下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种主动助力式手指运动装置，其特征在于，该装置包括下位机控制模块、2个驱动模块、2根传动线、指套和手部支撑结构；所述下位机控制模块，包括主控板、电源和两个驱动器；2个驱动模块呈上、下布置，各驱动模块均分别包括驱动电机、导轨、丝杠和滑块；所述手部支撑结构由固定连接的支撑架和底板组成；所述指套位于所述支撑架内；各器件的连接关系为：上驱动模块内的滑块与上传动线一端固定，该传动线另一端穿过所述支撑架顶部后与所述指套上端固连；下驱动模块内的滑块与下传动线一端固定，该传动线另一端穿过所述支撑架底部后与所述指套下端固定；通过上、下驱动模块内所述滑块的往返直线运动，由上、下传动线带动所述指套作往返的上下运动，实现对插入该指套内手指的助力和复位；所述主控板通过脉冲宽度调制控制线分别与2个所述驱动器相连；各驱动器分别与一个所述驱动电机相连，控制相应驱动电机的运动；所述电源分别通过各驱动器为相应的驱动电机供电。

【技术特征摘要】
1.一种主动助力式手指运动装置，其特征在于，该装置包括下位机控制模块、2个驱动模块、2根传动线、指套和手部支撑结构；所述下位机控制模块，包括主控板、电源和两个驱动器；2个驱动模块呈上、下布置，各驱动模块均分别包括驱动电机、导轨、丝杠和滑块；所述手部支撑结构由固定连接的支撑架和底板组成；所述指套位于所述支撑架内；各器件的连接关系为：上驱动模块内的滑块与上传动线一端固定，该传动线另一端穿过所述支撑架顶部后与所述指套上端固连；下驱动模块内的滑块与下传动线一端固定，该传动线另一端穿过所述支撑架底部后与所述指套下端固定；通过上、下驱动模块内所述滑块的往返直线运动，由上、下传动线带动所述指套作往返的上下运动，实现对插入该指套内手指的助力和复位；所述主控板通过脉冲宽度调制控制线分别与2个所述驱动器相连；各驱...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙玏涵，夏子炜，方斌，
申请(专利权)人：清瑞博源智能科技河北有限责任公司，
类型：新型
国别省市：河北,13