一种多自由度拇指辅助的软体康复外骨骼机器人制造技术

本实用新型专利技术涉及医用康复训练和助力设备，具体地说是一种多自由度拇指辅助的软体康复外骨骼机器人，包括软体外骨骼手套、肌腱拉力线、柔性连杆、驱动装置及控制系统，肌腱拉力线一端连接直线驱动器，另一端连接软体外骨骼手套用以驱动拇指的外展/内收和弯曲/伸展两个自由度；柔性连杆一端与拇指指套铰接，另一端与手背结构件铰接，并通过肌腱拉力线的收缩沿着滑动槽移动，从而驱动拇指的内收和外展运动；肌腱拉力线连接拇指背侧驱动拇指的伸展运动，另一根拉力线连接拇指掌侧驱动拇指的弯曲运动。本实用新型专利技术可以有效地助力中风患者的拇指运动，以完成所需的训练任务，尺寸小、重量轻、具有非常好的可穿戴性，便于手功能障碍的患者在日常生活中实用。患者在日常生活中实用。患者在日常生活中实用。

【技术实现步骤摘要】
一种多自由度拇指辅助的软体康复外骨骼机器人


[0001]本技术涉及医用康复训练和助力设备，具体地说是一种多自由度拇指辅助的软体康复外骨骼机器人。

技术介绍

[0002]中风是中国第一大致残疾病，每6秒钟就有1人因卒中而永久致残。中风后的前三个月康复训练治疗对于患者的运动功能恢复至关重要，然而，医疗资源的短缺使得大量患者无法获得及时的治疗。康复助力机器人可以帮助患者执行长时间的训练任务，不但能够减轻对康复治疗师的需求压力，而且能够提升运动恢复的效率。
[0003]手是人体最远端的肢体，它的运动功能对于中风患者来说是最难康复的部分。现有的手部康复外骨骼只涉及到手指的平面弯曲及伸展辅助和训练，而忽视了拇指的三维运动辅助，只能实现简单的运动功能并且康复后的恢复效果有限。同时，现有的康复外骨骼手普遍重量和体积较大、可穿戴性差，导致使用的安全性差，并且无法在日常生活中进行助力。

技术实现思路

[0004]为了满足在康复训练和日常生活中对中风患者进行拇指运动辅助的需求，解决现有手部康复外骨骼存在的上述问题，本技术的目的在于提供一种多自由度拇指辅助的软体康复外骨骼机器人。
[0005]本技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0006]本技术包括软体外骨骼手套、驱动装置及控制系统，其中软体外骨骼手套穿戴在患者手上，所述驱动装置设置在患者身上，所述软体外骨骼手套包括手背支撑件、手掌支撑件、拇指指套、肌腱拉力线及柔性连杆，所述手背支撑件上开设有滑动槽，所述滑动槽内滑动连接有滑块，所述柔性连杆的一端与拇指指套铰接，另一端铰接于所述滑块上，所述拇指指套通过一对负责拮抗运动的肌腱拉力线与驱动装置连接，所述滑块滑动方向的前后两侧通过另一对负责拮抗运动的肌腱拉力线与驱动装置连接；所述驱动装置通过两对负责拮抗运动的肌腱拉力线驱动拇指实现弯曲/伸展或外展/内收两个自由度运动；所述控制系统与驱动装置连接。
[0007]其中：每根所述肌腱拉力线外均套设有制动用的套管。
[0008]所述驱动装置包括至少两个直线驱动器，每个所述直线驱动器均具有一个滑轮组，每对负责拮抗运动的所述肌腱拉力线的一端分别缠绕在一个滑轮组上、并与一个直线驱动器连接，另一端连接所述拇指指套或所述滑块。
[0009]所述滑动槽沿手掌宽度方向设置，所述滑块通过另一对负责拮抗运动的肌腱拉力线的拉动在滑动槽内往复滑动，进而带动所述柔性连杆沿滑动槽移动。
[0010]与所述拇指指套连接的一对负责拮抗运动的肌腱拉力线为拇指伸展肌腱拉力线及拇指弯曲肌腱拉力线，所述拇指伸展肌腱拉力线的一端与拇指指套手背面相连，所述拇
指弯曲肌腱拉力线的一端与拇指指套手掌面相连，所述拇指伸展肌腱拉力线的另一端及拇指弯曲肌腱拉力线的另一端缠绕在第一个滑轮组后，再与第一个所述直线驱动器连接，通过第一个所述直线驱动器的驱动实现拇指伸展肌腱拉力线及拇指弯曲肌腱拉力线带动拇指完成弯曲/伸展自由度。
[0011]与所述滑块前后两侧连接的另一对负责拮抗运动的肌腱拉力线为拇指外展肌腱拉力线及拇指内收肌腱拉力线，所述拇指外展肌腱拉力线及拇指内收肌腱拉力线的一端分别连接于滑块的前后两侧，所述拇指外展肌腱拉力线及拇指内收肌腱拉力线的另一端缠绕在第二个滑轮组后，再与第二个所述直线驱动器连接，通过第二个所述直线驱动器的驱动实现拇指外展肌腱拉力线及拇指内收肌腱拉力线带动拇指完成外展/内收自由度。
[0012]所述软体外骨骼手套还包括食指指套，所述食指指套的手掌面及手背面各有一根肌腱拉力线经第三个滑轮组缠绕后与第三个所述直线驱动器连接，通过第三个所述直线驱动器的驱动实现食指完成弯曲/伸展自由度。
[0013]所述软体外骨骼手套还包括中指指套、无名指指套及小手指指套，所述中指指套、无名指指套及小手指指套的手掌面共用一根肌腱拉力线、手背面共用一根肌腱拉力线，这两根肌腱拉力线经第四个滑轮组缠绕后与第四个所述直线驱动器连接，通过第四个所述直线驱动器的驱动实现中指、无名指及小手指同时动作。
[0014]每个所述直线驱动器同时驱动两根负责拮抗运动的肌腱拉力线。
[0015]所述手背支撑件及手掌支撑件通过长度可以调整的硅胶表带与患者手进行绑定。
[0016]本技术的优点与积极效果为：
[0017]1.本技术结合了柔性连杆和仿生肌腱驱动的混合驱动方式，利用柔性连杆的空间变形能力，从而能够匹配拇指的复杂空间运动，帮助中风患者进行康复训练。
[0018]2.相比于现有的手部外骨骼康复机器人，本技术提供了更多自由度的拇指辅助，从而能够通过调整拇指的姿势，实现更为复杂的运动任务的辅助，比如抓握和捏握物体。
[0019]3.本技术具有重量轻、体积小、可穿戴性好的特性，便于手功能障碍的患者在日常生活中实用。
附图说明
[0020]图1为本技术在人体穿戴后的使用状态图；
[0021]图2为人体手掌面拇指仿生结构原理图；
[0022]图3为人体手背面指指仿生结构原理图；
[0023]图4为本技术软体外骨骼手套手背部分拇指驱动结构原理图；
[0024]图5为本技术软体外骨骼手套手掌部分拇指驱动结构原理图；
[0025]图6为本技术柔性连杆水平面弯曲的结构示意图；
[0026]图7为本技术柔性连杆竖直面弯曲的结构示意图；
[0027]图8为本技术背包式驱动装置的结构示意图；
[0028]其中：1为软体外骨骼手套，2为套管，3为驱动装置，4为控制系统，5为拇内收肌，6为拇对掌肌，7为拇短屈肌，8为拇短外展肌，9为柔性连杆，10为拇指外展肌腱拉力线，11为拇指伸展肌腱拉力线，12为滑块，13为滑动槽，14为拇指内收肌腱拉力线，15为拇指弯曲肌
腱拉力线，16为直线驱动器，17为滑轮组，18为肌腱拉力线；
[0029]A为柔性连杆在水平面非弯曲状态，B为柔性连杆水平面向上弯曲状态，C为柔性连杆水平面向下弯曲状态，D为柔性连杆在垂直面非弯曲状态，E为柔性连杆在垂直面弯曲状态。
具体实施方式
[0030]下面结合附图对本技术作进一步详述。
[0031]如图1所示，本技术包括软体外骨骼手套1、套管2、驱动装置3及控制系统4，其中软体外骨骼手套1穿戴在患者准备康复的手上，驱动装置3设置在患者身上，控制系统4通过通信线与驱动装置3连接。从而发送控制指令；本实施例的驱动装置3为背包式驱动装置，即驱动装置3可以像背包似的背在患者背部，控制系统4可由患者的另一只手手持。本实施例的控制系统4为现有技术，包括一台微型计算机和触摸屏，患者可以通过操作触摸屏发送控制指令，从而控制驱动装置3中的各个直线驱动器16。
[0032]如图2、图3所示，拇指的内在肌包括拇内收肌5、姆对掌肌6、姆短屈肌7及姆短外展肌8等，由于拇指驱动肌肉的数量巨大，现有的仿生肌腱驱动的方式无法实现匹配拇指复杂的多自由度运动。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多自由度拇指辅助的软体康复外骨骼机器人，其特征在于：包括软体外骨骼手套(1)、驱动装置(3)及控制系统(4)，其中软体外骨骼手套(1)穿戴在患者手上，所述驱动装置(3)设置在患者身上，所述软体外骨骼手套(1)包括手背支撑件、手掌支撑件、拇指指套、肌腱拉力线(18)及柔性连杆(11)，所述手背支撑件上开设有滑动槽(13)，所述滑动槽(13)内滑动连接有滑块(12)，所述柔性连杆(11)的一端与拇指指套铰接，另一端铰接于所述滑块(12)上，所述拇指指套通过一对负责拮抗运动的肌腱拉力线(18)与驱动装置(3)连接，所述滑块(12)滑动方向的前后两侧通过另一对负责拮抗运动的肌腱拉力线(18)与驱动装置(3)连接；所述驱动装置(3)通过两对负责拮抗运动的肌腱拉力线(18)驱动拇指实现弯曲/伸展或外展/内收两个自由度运动；所述控制系统(4)与驱动装置(3)连接。2.根据权利要求1所述多自由度拇指辅助的软体康复外骨骼机器人，其特征在于：每根所述肌腱拉力线(18)外均套设有制动用的套管(2)。3.根据权利要求1所述多自由度拇指辅助的软体康复外骨骼机器人，其特征在于：所述驱动装置(3)包括至少两个直线驱动器(16)，每个所述直线驱动器(16)均具有一个滑轮组(17)，每对负责拮抗运动的所述肌腱拉力线(18)的一端分别缠绕在一个滑轮组(17)上、并与一个直线驱动器(16)连接，另一端连接所述拇指指套或所述滑块(12)。4.根据权利要求1所述多自由度拇指辅助的软体康复外骨骼机器人，其特征在于：所述滑动槽(13)沿手掌宽度方向设置，所述滑块(12)通过另一对负责拮抗运动的肌腱拉力线(18)的拉动在滑动槽(13)内往复滑动，进而带动所述柔性连杆(11)沿滑动槽(13)移动。5.根据权利要求1所述多自由度拇指辅助的软体康复外骨骼机器人，其特征在于：与所述拇指指套连接的一对负责拮抗运动的肌腱拉力线(18)为拇指伸展肌腱拉力线(11)及拇指弯曲肌腱拉力线(15)，所述拇指伸展肌腱拉力线(11)的一端与拇指指套手背面相连，所述拇指弯曲肌腱拉力线(15)的一端与拇指指套手掌面相连，所述拇指伸展肌腱拉力线(11)的另...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘连庆，陈文远，李广勇，李宁，王文学，于鹏，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：新型
国别省市：