一种刚柔耦合结构的脑卒中患者手部功能康复机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种紧凑型刚柔耦合结构的脑卒中患者手部功能康复机器人，包括手背支撑机构、手指弯曲伸展驱动机构、五指并拢张开驱动机构、控制处理器、感知传感器和电源组件；所述的手指弯曲伸展驱动机构包括结构相同的五根手指弯曲伸展驱动机构，每根手指驱动机构由直线电机、滑杆、掌骨节块、驱动弹簧钢片、近节块、中节块、远节块、近节块绑带、中节块绑带、远节块绑带、三根连接弹簧钢片、三根滑动连接弹簧钢片和两个滑块组成。所述五指并拢张开驱动机构由直流电机、拉绳、第一扭力弹簧、第二扭力弹簧、第三扭力弹簧组成；本发明专利技术手部功能康复机器人可实现五根手指的独立弯曲和伸展运动训练，也可以实现五指的并拢和张开运动训练。

A hand functional rehabilitation robot with rigid flexible coupling structure for stroke patients

【技术实现步骤摘要】
一种刚柔耦合结构的脑卒中患者手部功能康复机器人
本专利技术涉及一种刚柔耦合结构的脑卒中患者手部功能康复机器人，属于机器人学、康复技术、控制科学、计算机科学、传感技术的交叉领域。
技术介绍
随着社会快速发展，人口结构老龄化趋势明显，脑卒中等发病率较高，虽然目前医学已经很发达了，但是脑卒中在世界范围内仍旧是造成残疾的首要原因之一。据统计我国每年新增脑卒中患者约为250万，到2020年脑卒中患者将达到2000万人。因此，脑卒中患者的康复治疗显得尤为重要。手是人与外界环境沟通交流的重要工具，而脑卒中往往造成手部运动功能障碍，严重影响患者的日常生活。对脑卒中偏瘫患者进行手部功能恢复变得日益迫切。目前手部康复机器人研究的热点是穿戴式康复机器人。穿戴式手部康复机器人的典型结构可以分为刚性外骨骼式和柔性穿戴式。刚性外骨骼式手部康复机器人的优点是可以实现精确的手部运动控制，采用机械限位措施可以防止过载造成手部二次损伤；其缺点是结构仿生性能不好，自由度和柔性有限，并且系统笨重、穿戴和调整繁琐、刚性转动轴在运动过程中不能与手指的关节轴自动对齐，人机功效学不佳，生理和心理接受度不高，临床实用性和患者接受度有待提高。柔性穿戴式手部康复机器人优点是具有更好的仿生性能，减少了刚性部件，去除了未驱动自由度的限制，减少了关节的不对齐问题，系统轻质、对关节不对齐具有更好容忍性、通过柔顺性提高安全性、患者易于接受；其缺点是往往采用气动驱动，需要较多的外围设备，气动驱动器往往比较笨重，不便于穿戴和移动，另外一个缺点是缺少机械限位装置，手指运动轨迹不准确，要实现精确的运动角度和力控制较难，甚至由于采用绳索腱驱动手指实现欠驱动运动，指头和关节会受到一个不需要的轴向力作用，可能造成关节损伤，特别是对于手部痉挛严重的中风初期患者比较危险。为了解决刚性外骨骼式手部康复机器人和柔性穿戴式手部康复机器人存在的缺陷，本专利技术提出一种刚柔结构耦合的脑卒中患者手部功能康复机器人设计方案，满足精确运动控制和舒适安全的设计和使用要求，为脑卒中患者提供一种新型的手部康复运动训练机器人设备。
技术实现思路
技术问题：本专利技术所要解决的技术问题在于，解决刚性外骨骼式手部康复机器人的人机功效学不佳，患者的生理和心理接受度不高，临床实用性和患者接受度有待提高的问题，以及柔性穿戴式手部康复机器人实现精确的运动角度和力控制困难等问题，设计一种刚柔结构耦合的脑卒中患者手部功能康复机器人，兼具刚性结构精确运动控制的优点和柔性结构安全舒适的优点。技术方案：一种刚柔结构耦合的脑卒中患者手部功能康复机器人，包括手背支撑机构、手指弯曲伸展驱动机构、五指并拢张开驱动机构、控制处理器、感知传感器和电源组件组成。所述手背支撑机构上设有手指弯曲伸展驱动机构，所述手指弯曲伸展驱动机构与五指并拢张开驱动机构相连；所述手背支撑机构、手指弯曲伸展驱动机构、五指并拢张开驱动机构均与控制处理器相连；所述感知传感器与控制处理器相连；所述包括手背支撑机构、手指弯曲伸展驱动机构、五指并拢张开驱动机构、控制处理器、感知传感器均与电源组件相连。所述的手背支撑机构由符合手背弧面形状的大拇指片、食指片、中指片、无名指片与小指片共5片弧面薄板组成，分别对应于5根手指，大拇指片与食指片之间、食指片与中指片之间、中指片与无名指片之间、无名指片与小指片之间均采用转动副连接。所述的手指弯曲伸展驱动机构包括大拇指弯曲伸展机构、食指弯曲伸展机构、中指弯曲伸展机构、无名指弯曲伸展机构、小指弯曲伸展机构，分别用于5根手指的弯曲和伸展驱动，用于大拇指弯曲驱动机构由2根指关节组成，用于其它4根手指弯曲驱动的机构由3根指关节组成。5根手指的弯曲伸展驱动机构原理相同，这里对中指弯曲伸展机构介绍。大拇指片上设有大拇指弯曲伸展机构，食指片上设有食指弯曲伸展机构，中指片上设有中指弯曲伸展机构，无名指片上设有无名指弯曲伸展机构，小指片上设有小指弯曲伸展机构。所述的大拇指弯曲驱动机构由大拇指直线电机、大拇指滑杆、大拇指掌骨节块、大拇指近节块、大拇指远节块、大拇指近节块绑带、大拇指远节块绑带、；所述大拇指直线电机通过大拇指滑杆依次与大拇指掌骨节块、大拇指近节块、大拇指远节块相连；所述大拇指近节块绑带设置在大拇指近节块下端；所述大拇指远节块绑带设置在大拇指远节块下端。还包括大拇指驱动弹簧钢片、大拇指第一连接弹簧钢片、大拇指第二连接弹簧钢片、大拇指第一滑动连接弹簧钢片、大拇指第二滑动连接弹簧钢片以及大拇指第一滑块；所述的大拇指第一滑动连接弹簧钢片的前端与大拇指近节块相连，后端与大拇指掌骨节块相连；所述大拇指第二滑动连接弹簧钢片的前端与大拇指远节块相连，后端与大拇指近节块相连；所述的大拇指第一连接弹簧钢片的前端与大拇指近节块相连，后端与大拇指掌骨节块相连；所述大拇指第二连接弹簧钢片的前端与大拇指远节块相连，后端与大拇指近节块相连；所述大拇指驱动弹簧钢片贯穿设置在大拇指掌骨节块、大拇指近节块、大拇指远节块之间；大拇指驱动弹簧钢片与大拇指滑杆前端相连，所述大拇指驱动弹簧钢片设置在大拇指第一连接弹簧钢片、大拇指第一滑动连接弹簧钢片之间，所述大拇指近节块内部设有大拇指第一滑块，所述大拇指第一滑块设置在大拇指驱动弹簧钢片下方。所述的中指弯曲伸展机构组成由中指直线电机、中指滑杆、中指掌骨节块、中指驱动弹簧钢片、中指近节块、中指中节块、中指远节块、中指近节块绑带、中指中节块绑带、中指远节块绑带、中指第一连接弹簧钢片、中指第二连接弹簧钢片、中指第三连接弹簧钢片、中指第一滑动连接弹簧钢片、中指第二滑动连接弹簧钢片、中指第三滑动连接弹簧钢片、中指第一滑块、中指第二滑块组成。所述的中指直线电机固定在中指片上；所述的中指掌骨节块位于中指片的上方；所述的中指滑杆的后端固定在中指直线电机的出轴前端，中指滑杆可以在中指掌骨节块里面滑动，中指滑杆的前端与所述的中指驱动弹簧钢片后端采用转动副连接；所述的中指驱动弹簧钢片可以在水平面内左右摆动，跟随手指的并拢和张开运动；所述的中指近节块位于手指近节上部，中指中节块位于手指中节上部，中指远节块位于手指远节上部，中指近节块、中指中节块和中指远节块分别由所述的中指近节块绑带、中指中节块绑带和中指远节块绑带绕手指一周固定在手指的近节、中节和远节上；所述的中指第一连接弹簧钢片的后端与中指掌骨节块以转动副连接，其前端与中指近节块固定连接，中指第二连接弹簧钢片的后端和前端分别与中指近节块和中指中节块固定连接，中指第三连接弹簧钢片的后端和前端分别与中指中节块和中指远节块连接；所述的中指第一滑动连接弹簧钢片的前端固定在中指近节块上部，后端与中指掌骨节块以转动和滑动副连接，可以相对于中指掌骨节块转动和滑动；所述的中指第二滑动连接弹簧钢片的前端固定在中指中节块上部，后端与中指近节块连接，并且可以相对于中指近节块滑动；所述的中指第三滑动连接弹簧钢片的前端固定在中指远节块上部，后端与中指中节块连接，并且可以相对于中指中节块滑动；所述的中指驱动弹簧钢片后端与中指滑杆的前端以转动副连接，所述的中指驱动弹簧钢片为长条本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种刚柔耦合结构的脑卒中患者手部功能康复机器人，其特征在于：包括手背支撑机构、手指弯曲伸展驱动机构、五指并拢张开驱动机构、控制处理器、感知传感器以及电源组件；所述手背支撑机构上设有手指弯曲伸展驱动机构，所述手指弯曲伸展驱动机构与五指并拢张开驱动机构相连；所述手背支撑机构、手指弯曲伸展驱动机构、五指并拢张开驱动机构均与控制处理器相连；所述感知传感器与控制处理器相连；所述包括手背支撑机构、手指弯曲伸展驱动机构、五指并拢张开驱动机构、控制处理器、感知传感器均与电源组件相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种刚柔耦合结构的脑卒中患者手部功能康复机器人，其特征在于：包括手背支撑机构、手指弯曲伸展驱动机构、五指并拢张开驱动机构、控制处理器、感知传感器以及电源组件；所述手背支撑机构上设有手指弯曲伸展驱动机构，所述手指弯曲伸展驱动机构与五指并拢张开驱动机构相连；所述手背支撑机构、手指弯曲伸展驱动机构、五指并拢张开驱动机构均与控制处理器相连；所述感知传感器与控制处理器相连；所述包括手背支撑机构、手指弯曲伸展驱动机构、五指并拢张开驱动机构、控制处理器、感知传感器均与电源组件相连。


2.根据权利要求1所述的一种刚柔耦合结构的脑卒中患者手部功能康复机器人，其特征在于：所述手背支撑机构包括大拇指片、食指片、中指片、无名指片与小指片，大拇指片与食指片之间、食指片与中指片之间、中指片与无名指片之间、无名指片与小指片之间均通过转动副连接。


3.根据权利要求2所述的一种刚柔耦合结构的脑卒中患者手部功能康复机器人，其特征在于：所述的手指弯曲伸展驱动机构包括大拇指弯曲伸展机构、食指弯曲伸展机构、中指弯曲伸展机构、无名指弯曲伸展机构以及小指弯曲伸展机构；大拇指片上设有大拇指弯曲伸展机构，食指片上设有食指弯曲伸展机构，中指片上设有中指弯曲伸展机构，无名指片上设有无名指弯曲伸展机构，小指片上设有小指弯曲伸展机构。


4.根据权利要求1所述的一种刚柔耦合结构的脑卒中患者手部功能康复机器人，其特征在于：所述的中指弯曲伸展机构包括中指直线电机、中指滑杆、中指掌骨节块、中指近节块、中指中节块、中指远节块、中指近节块绑带、中指中节块绑带以及远节块绑带；所述中指直线电机通过中指滑杆依次与中指掌骨节块、中指近节块、中指中节块、中指远节块相连，所述中指近节块下端设有中指近节块绑带，所述中指中节块下端设有中指中节块绑带，所述中指远节块下端设有远节块绑带。


5.根据权利要求4所述的一种刚柔耦合结构的脑卒中患者手部功能康复机器人，其特征在于：还包括中指驱动弹簧钢片、中指第一连接弹簧钢片、中指第二连接弹簧钢片、中指第三连接弹簧钢片、中指第一滑动连接弹簧钢片、中指第二滑动连接弹簧钢片、中指第三滑动连接弹簧钢片、中指第一滑块以及中指第二滑块；所述的中指第一滑动连接弹簧钢片的前端固定在中指近节块上部，后端与中指掌骨节块相连；所述中指第二滑动连接弹簧钢片的前端固定在中指中节块上部，后端与中指近节块相连；所述中指第三滑动连接弹簧钢片的前端固定在中指远节块上部，后端与中指中节块相连；所述的中指第一连接弹簧钢片的后端与中指掌骨节块相连，前端与中指近节块相连，中指第二连接弹簧钢片的后端与中指近节块相连，前端与中指中节块相连，中指第三连接弹簧钢片的后端与中指中节块相连，前端与中指远节块相连；所述的中指驱动弹簧钢片贯穿设置在中指掌骨节块、中指近节块、中指中节块以及中指远节块内侧；中指驱动弹簧钢片与中指滑杆相连；所述中指驱动弹簧钢片设置在中指第一连接弹簧钢片、中指第一滑动连接弹簧钢片之间；所述中指近节块、中指中节块均设有中指第一滑块以及中指第二滑块，所述中指第一滑块、中指第二滑块设置在中指驱动弹簧钢片下方。


6.根据权利要求1所述的一种刚柔耦合结构的脑卒中患者手部功能康复机器人，其特征在于：所述的大拇指弯曲驱动机构由大拇指直线电机、大拇指滑杆、大拇指掌骨节块、大拇指近节块、大拇指远节块、大拇指近节块绑带、大拇指远节块绑带、；所述大拇指直线电机通过大拇指滑杆依次与大拇指掌骨节块、大拇指近节块、大拇指远节块相连；所述大拇指近节块绑带设置在大拇指近节块下端；所述大拇指远节块绑带设置在大拇指远节块下端。


7.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军，张茂增，宋爱国，黄繁章，江朝军，刘琪，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32