本发明专利技术涉及手部康复机器人研究领域，尤指一种新型的拥有柔性传动的可用于手部被动康复训练的手部外骨骼康复机械手。本装置主要包括手掌部分、手指部分、控制装置、检测装置。手指部分、和手掌部分构成整体装置的机械结构部分，可以靠电机的正反转带动螺杆的正反转来控制弹簧在螺杆内的脱出和深入，从而实现手指的弯曲和回直，采用电机驱动、弹簧片弯曲可以使快速多次实现手指的弯曲和回直，可以实现多种训练模式，提高了治疗的效果。由于采用了软体弹簧片结构，可以使装置本身以人手指的自然关节转动为约束进行辅助运动，可适应不同人的手的大小。机械手设有压力检测和角度检测装置，提高了装置整体的安全性。本发明专利技术为便携式本装置，体积小，重量轻，性价比高，提高了装置的适用范围以及减少了对患者的使用负担。在中风患者恢复手的功能使进行高强度持续性的康复训练的领域有重要的应用价值。练的领域有重要的应用价值。练的领域有重要的应用价值。
【技术实现步骤摘要】
一种新型的手部外骨骼康复装置
[0001]本专利技术属于手部康复机器人研究领域，具体涉及一种新型的拥有柔性传动的可用于手部被动康复训练的手部外骨骼康复机械手。
技术介绍
[0002]手功能损伤在中风后幸存患者中较为常见，中风后为恢复手的功能需要患者进行高强度持续性的康复训练。研究显示持续高强度的重复训练可以提高中风后患者手部肌肉的力量，有助于手部功能的恢复。普通的刚性结构手部外骨骼因自身刚性特点会存在尺寸大、重量重、存在刚性冲击、较难贴合人手的运动轨迹等不足，可能会对患者造成二次伤害，且无法适应应用场合的变化，而便携式的柔性机构则是满足这些特殊条件的最佳选择。柔性机构因其储能特性以及可抵抗冲击、可一体化加工等优点，成为近年来的研究热点。软体机器人作为以柔性机构为基础发展的新兴领域近来受到越来越多的关注。多数软体手部外骨骼采用硅橡胶制造的气压或液压驱动的装置来协助手指进行屈曲或伸展运动，这样的驱动方式使设备的结构变得简单紧凑，然而气动/液压制动需要气压源或液压源等装置，将会增加整个系统的尺寸，降低了应用性；而单纯的线驱动难以做到同时实现屈曲和伸展运动；Arata等试图通过具有三层滑动弹簧机构的外骨骼手来解决这些问题，但由于采用鲍登线传输，存在驱动力太小、稳定性不足、效率低等缺点，降低了实际应用的要求。本专利技术在Arata研制的手部外骨骼的基础上改进了结构的设计，通过采用螺杆和弹簧的配合，使机构具备弯曲变形的能力，同时驱动的实现简单易行，整体结构大部分采用强度足够的轻质材料，能够有效减轻外骨骼的重量，采用电机驱动可以提供足够的传动力，达到足够的关节弯曲变形角度以及提供足够的指尖力，应用性强、性价比高，该新型便携式柔性外骨骼康复机械手在中风手部康复的医学领域有重要的应用价值。
技术实现思路
[0003]技术问题：本专利技术所需要解决的技术问题：提供一种可实现辅助中风患者手部被动康复的外骨骼机械手，该外骨骼机械手重量轻、尺寸小，便于日常携带和使用，在运行状态下能提供较大驱动力使手部的关节达到接近人体的弯曲角度，并且可以提供足够的指尖力来辅助日常生活。
[0004]技术方案：一种新型便携式柔性外骨骼康复机械手主要由手掌部分，手指部分，控制装置和检测装置四个部分组成；所述的手掌部分由手掌下部外壳，手掌上部外壳，传动装置，驱动装置组成；手掌下部外壳与患者接触部分优选粘有软体保护垫，手掌上部外壳上优选粘有绑带，手掌部分通过绑带与康复患者手臂固定，绑带优选安装在工作手指指节位置。所述的手指部分由工作手指以及大拇指组成；工作手指由手指弹簧片、手指柔性薄板、指尖指节、中间指节、尾部指节组成；手指弹簧片、指尖指节、中间指节、尾部指节均与手指柔性薄板固连，工作手指以及大拇指均与手掌下部外壳固连。优选的工作手指有四个，工作手指易于弯曲变形且有较好的韧性，大拇指不可弯曲变形起到支撑固定大拇指作用。所述的传
动装置由弹簧、螺杆、螺杆支撑座组成；螺杆支撑座与手掌下部外壳固连；螺杆带有螺纹的一端伸入尾部指节并与尾部指节形成转动连接，螺杆的另一端伸入螺杆支撑座并与螺杆支撑座形成转动连接，弹簧一端通过压力传感器与指尖指节固连，另一端与螺杆带有螺纹的一端形成螺旋连接；所述的驱动装置由电机和电机支撑座组成；电机支撑座与手掌下部外壳固连，电机的外壳与电机支撑座固连，电机的输出轴与螺杆固连并带动螺杆转动；电机反转时，弹簧相对螺杆前移，逐渐脱出螺杆，实现工作手指的弯曲动作，患者手指在工作手指弯曲的带动下自然弯曲；电机正转时，弹簧相对螺杆后退，逐渐伸进螺杆内，实现工作手指的反向弯曲作，患者的手指在工作手指弯曲的带动下自然回直。所述的控制装置由电机驱动控制器、信号采集装置、电池、电缆线组成；电机驱动控制器控制电机转速，转向和时间，为不同康复程度患者提供不同模式，信号采集装置采集检测装置反馈的信号，电池为整个手部外骨骼装置提供电力，电缆传输电力和信号。所述的检测装置由压力传感器和角度传感器组成；压力传感器与指尖指节固连，角度传感器与手指弹簧片固连，压力传感器用来测量指尖部分弹簧的压力，角度传感器用来测量工作手指的弯曲角度。检测装置安装在手指部分，一方面可为运动控制装置提供反馈，一方面可以为康复效果的评定提供依据。此设计可以保证结构紧凑，质量轻，便于携带和使用。
[0005]有益效果：通过上述设计方案，本专利技术具有以下有益效果：
[0006]1、康复手具有较大的适应性。本专利技术中机构的执行机构为柔性结构，不同于刚性传动，柔性传动可以在传动过程中适应环境和载荷的变化发生弯曲变形，可以使装置本身以人手指的自然关节转动为约束进行辅助弯曲运动，使得驱动力可以沿不同的方向传递，从而实现机构的弯曲传动，同时适应不同人的手指运动轨迹，还可达到较大的手指弯曲的角度和较大指尖力的大小。
[0007]2、康复手具有较强的安全性。本专利技术中康复手为柔性外骨骼式康复手，不同于传统刚性连杆机械手，柔性外骨骼式康复手对于患者的手部造成的压力较小，运动速度较慢且平稳，不容易发生安全事故，而且设有压力传感器检测指尖位置弹簧压力，对患者手部造成损伤概率极小。
[0008]3、康复手为便携式机构。本专利技术中采用电机和螺杆弹簧机构驱动，质量轻巧，可以使机构结构紧凑、体积小、重量轻，便于携带和使用，对患者手臂造成的不良影响小。
[0009]4、康复手可以实现手指的弯曲和回直。本专利技术采用的电机螺杆弹簧传动装置，基于螺旋传动原理，电机反转可以实现手指的弯曲，电机正转可以实现手指的回直。可靠性高，可以实现快速响应，使工作手指反复运动的周期缩短，实现多次训练，对中风患者手部康复效果更好。
[0010]5、可以提供四指不同的康复训练模式。工作手指的结构适应人体生物学构造，并可分开控制，提供单独的训练，并且可以控制多个工作手指交替运动实现多样化的训练，适应不同的患者，不同的手部情况，对患者手部康复效果更好。
附图说明
[0011]图1为本专利技术的整体结构图。
[0012]图2为本专利技术手掌部分和手指部分结构图。
[0013]图3为本专利技术工作手指结构图。
具体实施方式
[0014]为使本专利技术的技术方案、结构特点更加清楚，下面结合附图对专利技术实施例中的技术方案进行完整、清楚地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0015]如图1所示，根据本专利技术实施例所述的一种新型的手部外骨骼康复装置，该装置包括手掌部分(1)，手指部分(2)，控制装置(3)，检测装置(4)四个部分；其中控制装置(3)包括电机驱动控制器(301)、信号采集装置(302)、电池(303)、电缆线(304)。
[0016]如图1、图2所示，手掌部分由手掌下部外壳(11)，手掌上部外壳(12)，传动装置(13)，驱动装置(14)组成；手掌下部外壳(11)上设有安装工作手指(21)和大拇指 (22)的槽孔，典型的工作手指(21)有四个。大拇指(22)起到固定患者大本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种新型的手部外骨骼康复装置，其特征在于该装置包括手掌部分，手指部分，控制装置和检测装置四个部分；所述的手掌部分由手掌下部外壳，手掌上部外壳，传动装置，驱动装置组成；所述的传动装置由弹簧、螺杆、螺杆支撑座组成；螺杆支撑座与手掌下部外壳固连；螺杆带有螺纹的一端伸入尾部指节并与尾部指节形成转动连接，螺杆的另一端伸入螺杆支撑座并与螺杆支撑座形成转动连接，弹簧一端通过压力传感器与指尖指节固连，另一端与螺杆带有螺纹的一端形成螺旋连接；所述的驱动装置由电机和电机支撑座组成；电机支撑座与手掌下部外壳固连，电机的外壳与电机支撑座固连，电机的输出轴与螺杆固连并带动螺杆转动；所述的手指部分由工作手指以及大拇指组成；工作手指由手指弹簧片、手指柔性薄板、指尖指节、中间指节、尾部指节组成；手指弹簧片、指尖指节、中间指节、尾部指节均与手指柔性薄板固连，工作手指以及大拇指均与手掌下部外壳固连；所述的控制装置由电机驱动控制器、信号采集装置、电池、电缆线组成；所述的检测装置由压...
【专利技术属性】
技术研发人员：张延恒，宋子辉，钮鹏瑞，赵亮，康少琦，张莹，莫春晖，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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