一种便携式手指外骨骼机器人制造技术

本发明专利技术属于医疗康复技术领域，具体涉及一种便携式手指外骨骼机器人。本发明专利技术包括小臂支架、手掌组件、手指组件以及手指驱动机构；手指驱动机构包括驱动电机、第一光轴、第二光轴、扭簧以及收放组件；驱动绳的一端固定缠绕在收放组件上，另一端固定连接至手指组件的末端；驱动电机的转轴上安装有第二编码器，第二光轴的末端安装有第一编码器。本发明专利技术通过患者在抓取物品时手指的弯曲动作带动驱动绳拉动第二光轴转动，通过第一编码器和第二编码器检测出了扭簧的转动角度，并结合扭簧的刚度和扭簧变化量，用胡克定律计算出抓取物品所需要的转矩，最后驱动电机转动输出扭矩，使患者能够轻而易举地抓取物品。举地抓取物品。举地抓取物品。

【技术实现步骤摘要】
一种便携式手指外骨骼机器人


[0001]本专利技术属于医疗康复
，具体涉及一种便携式手指外骨骼机器人。

技术介绍

[0002]例如偏瘫等病症普遍存在手部僵硬的症状，典型的特征就是呈现手指弯曲、蜷缩状态，长此以往，势必引起手部肌肉痉挛、萎缩，严重影响患者的日常生活，另外一些手部的外伤也会引起周围神经组织损伤，导致手部肌肉出现肌无力、痉挛萎缩等现象，若不进行有效的康复训练活动，会导致病情进一步恶化。康复医学是一门研究残疾人及患者康复的医学应用学科，其目的在于通过物理疗法，运动疗法，生活训练，技能训练，言语训练和心理咨询等多种手段使病伤残者尽快的得到最大限度的恢复，使身体残留部分的功能得到最充分的发挥，实现最大可能的生活自理，最大可能的恢复劳动和工作能力，为病伤残者重返社会打下基础。
[0003]现有的外骨骼机器人大都采用传统的刚性传动方法，价格昂贵，存在安全隐患，无法得到大面积推广，且目前针对手部的康复训练主要采用人工一对一的按摩活动训练，不但康复训练的强度和效率不能得到好的保障，也加重了医务工作者的负担，而且患者需要往返于家庭和医院之间，这就相应增加了患者治疗的时间和金钱成本。因此亟待开发一种成本低廉、针对性强、安全性好、穿戴舒适以及适合广大患者在家中完成日常康复训练的便携式手指外骨骼机器人。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是克服现有技术中存在的大多采用刚性传动、有安全隐患、成本昂贵以及不适合在家中完成日程康复训练的缺陷，提供一种采用驱动绳驱动、安全性好以及能够在家中完成日常康复训练的便携式手指外骨骼机器人，可以根据需要对受损的某个手指进行康复训练。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006]一种便携式手指外骨骼机器人，其特征在于：包括小臂支架、与所述小臂支架连接的手掌组件、与所述手掌组件柔性连接的手指组件以及安装在所述小臂支架上的手指驱动机构；所述手指驱动机构包括安装在所述小臂支架上的驱动电机、与所述驱动电机输出轴同轴连接的第一光轴、套设在所述第一光轴末端的第二光轴、两端分别固定在所述第一光轴和第二光轴上的扭簧以及固定连接在第二光轴上的收放组件；驱动绳的一端固定缠绕在所述收放组件上，另一端固定连接至所述手指组件的末端；所述驱动电机的转轴上安装有第二编码器，所述第二光轴的末端安装有第一编码器。
[0007]进一步地，所述第一光轴的端部具有第一限位挡板，所述第二光轴的末端具有第二限位挡板，所述扭簧设置在所述第一限位挡板和第二限位挡板之间。
[0008]进一步地，小臂支架上还转动安装有第一导向轮和第三导向轮，所述第一导向轮靠近所述收放组件的一侧，所述第三导向轮位于所述小臂支架靠近手掌组件的一端，所述
第一导向轮和第三导向轮之间具有有两并列设置的第二导向轮；所述收放组件的转轴为X向，所述第一导向轮和第三导向轮的转轴为Z向，所述第二导向轮的转轴为Y向，其中X向、Y向和Z向三者相互垂直。
[0009]进一步地，所述小臂支架和所述手掌组件之间通过小臂线束管连接。
[0010]进一步地，所述手掌组件包括手掌安装板、安装在所述手掌安装板正面的导向轮和安装在所述手掌安装板背面的手掌绑带。
[0011]进一步地，所述手指组件包括：指根、固定在所述指根上的U形支架、与所述U形支架的开口端转动连接的第一丝杆、螺纹连接在所述第一丝杆上的抬背连杆、与所述抬背连杆的末端转动连接的第一指背、与所述第一指背末端转动连接的第二指背以及与所述第二指背的末端转动连接的指尖。
[0012]进一步地，所述第一指背和所述第二指背的外侧分别固定安装有收放组件，所述收放组件包括：两相对设置的支撑架，两所述支撑架之间的中心位置转动连接有传动轮，所述传动轮外周设置多个压绳轮，所述压绳轮通过轴承转动安装在两支撑架上，其中两个相邻压绳轮之间还固定连接有绕线轮，驱动绳从一个绕线轮绕入，然后依次绕过传动轮，最后驱动绳的端部固定在另一个绕线轮上，所述压绳轮保证驱动绳不从传动轮上脱出。
[0013]进一步地，所述手掌安装板与所述指根之间通过柔性线束管连接。
[0014]进一步地，所述第二导向轮转动安装在U形底座上，U形底座固定在所述小臂支架上。
[0015]更进一步地，所述驱动电机外固定有起保护作用的外壳。
[0016]本专利技术的一种便携式手指外骨骼机器人的有益效果是：
[0017]1、本专利技术的驱动绳由于扭簧的作用始终处于张紧的状态，通过患者在抓取物品时手指的弯曲动作带动驱动绳拉动第二光轴转动，通过第二编码器能够测量齿轮轴的转动角度，第二光轴的转动进而使扭簧扭转角度，第二编码器也即检测出了扭簧的转动角度，并结合扭簧的刚度和扭簧变化量，用胡克定律计算出抓取物品所需要的转矩，最后驱动电机转动输出扭矩，使患者能够轻而易举地抓取物品。释放物品时，各机构状态和抓取时相同，整个抓取或释放过程非常迅速，延时低。
[0018]2、本专利技术的手指驱动机构区别于传动的刚性驱动，采用驱动绳使外骨骼机器人轻巧便携，并且操作简单，成本低，运行平稳安全，既可为患者提供简单有效的康复训练，又可降低临床医生的工作量和成本。
[0019]3、本专利技术的手指驱动机构中的第一导向轮、第二导向轮和第三导向轮巧妙布置，对手指驱动机构中放出的驱动绳，进行换向并导向，使驱动绳精准地送到小臂线束管中，通过在手掌安装板上设置一个大的掌背导向轮对驱动绳进行导向，并在患者手指同一侧安装两个收放组件对驱动绳进行收/放，从而更好地控制力的输出,使患者能够精准的抓握/释放物品，安全性高。
[0020]4、本专利技术可针对患者情况相应地进行增加手指组件的数量或者更换手指组件的位置，可以更好地适用于有需求的患者。
附图说明
[0021]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0022]图1是本专利技术实施例的整体结构图；
[0023]图2是本专利技术实施例的手指驱动机构部分剖视图；
[0024]图3是图2中A部放大图；
[0025]图4是本专利技术实施例小臂支架上零部件结构图；
[0026]图5是本专利技术实施例的手掌组件结构图；
[0027]图6是本专利技术实施例的手指组件结构图；
[0028]图7是本专利技术实施例的收放组件结构图。
[0029]图中:1、小臂支架，2、手指驱动机构，20、驱动电机，21、第一光轴，211、第一限位挡板，22、第二光轴，221、第二限位挡板，24、第一编码器，25、扭簧，27、第一导向轮，28、第二导向轮，29、第三导向轮，3、小臂线束管，4、手掌组件，41、手掌安装板，42、导向轮支架，43、掌背导向轮，5、柔性线束管，6、手指组件，60、指根，61、U形支架，62、第一丝杆，63、抬背连杆，65、第一指背，66、第二指背，67、手指绑带，68、指尖、7、收放组件，70、支撑架，71、绕线轮，72、传动轮，74、压绳轮，8、U形底座，10、第二编码器，11、手掌绑带，12、外壳，13、小本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种便携式手指外骨骼机器人，其特征在于：包括小臂支架(1)、与所述小臂支架(1)连接的手掌组件(4)、与所述手掌组件(4)柔性连接的手指组件(6)以及安装在所述小臂支架(1)上的手指驱动机构(2)；所述手指驱动机构(2)包括安装在所述小臂支架(1)上的驱动电机(20)、与所述驱动电机(20)输出轴同轴连接的第一光轴(21)、套设在所述第一光轴(21)末端的第二光轴(22)、两端分别固定在所述第一光轴(21)和第二光轴(22)上的扭簧(25)以及固定连接在第二光轴(22)上的收放组件(7)；驱动绳的一端固定缠绕在所述收放组件(7)上，另一端固定连接至所述手指组件的末端；所述驱动电机(20)的转轴上安装有第二编码器(10)，所述第二光轴(22)的末端安装有第一编码器(24)。2.根据权利要求1所述的便携式手指外骨骼机器人，其特征在于：所述第一光轴(21)的端部具有第一限位挡板(211)，所述第二光轴(22)的末端具有第二限位挡板(221)，所述扭簧(25)设置在所述第一限位挡板(211)和第二限位挡板(221)之间。3.根据权利要求1所述的便携式手指外骨骼机器人，其特征在于：小臂支架(1)上还转动安装有第一导向轮(27)和第三导向轮(29)，所述第一导向轮(27)靠近所述收放组件(7)的一侧，所述第三导向轮(29)位于所述小臂支架(1)靠近手掌组件(4)的一端，所述第一导向轮(27)和第三导向轮(29)之间具有有两并列设置的第二导向轮(28)；所述收放组件(7)的转轴为X向，所述第一导向轮(27)和第三导向轮(29)的转轴为Z向，所述第二导向轮(28)的转轴为Y向，其中X向、Y向和Z向三者相互垂直。4.根据权利要求1所述的便携式手指外骨骼机器人，其特征在于：所述小臂支架(1)和所述手掌组件(4)之间通过小臂线束管(3)连接。5.根据权利要求1所述的便携式...

【专利技术属性】
技术研发人员：周鑫，黄泽强，段志生，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：