一种基于柔性驱动器的外骨骼康复手套及其交互方法技术

本发明专利技术涉及医疗康复设备技术领域，具体涉及一种基于柔性驱动器的外骨骼康复手套，包括壳体、触摸屏、控制器、手背板、柔性驱动器、驱动绳和若干个指外骨骼，触摸屏固定安装在壳体上，壳体与手腕固定连接，控制器和柔性驱动器均安装在壳体内，手背板与壳体转动连接，指外骨骼安装在手背板上，驱动绳一端与指外骨骼连接，另一端与柔性驱动器连接，触摸屏和柔性驱动器均与控制器连接。本发明专利技术的有益技术效果包括：利用柔性驱动器进行驱动，使外骨骼康复手套具有质量小、控制简单及功耗低的特点；基于仿生原理设计的外骨骼连杆，可进行多关节运动；同时通过设计自适应张紧机构,可以适应腕部的内屈和外伸动作，更贴合多样化的生活场景。景。景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于柔性驱动器的外骨骼康复手套及其交互方法


[0001]本专利技术涉及医疗康复设备
，具体涉及一种基于柔性驱动器的外骨骼康复手套及其交互方法。

技术介绍

[0002]目前，对于因意外事故受伤或疾病而导致手部功能丧失的人群来说，由于手部功能的缺陷，会给他们的生活带来不便。如果手部长时间得不到运动，就会出现肌肉萎缩的情况，甚至造成关节和肌腱粘连，进而给手部造成不可逆性的伤害。手部的康复机器人主要分为外骨骼式和末端牵引式。相比于后者，外骨骼式康复机器人是根据人体工程学原理并结合仿生技术设计的，与人体的契合度高，穿戴舒适方便。但是目前，大多数外骨骼手部康复机器人都使用电机进行驱动。如已经公开的专利技术专利CN110314066A，其公开日为2019年10月11日，公开了一种外骨骼手指康复训练装置及其使用方法。外骨骼手指康复训练装置包括外骨骼手指康复训练机构，该外骨骼手指康复训练机构包括支撑座、指套作动机构以及与指套作动机构的动力输出端连接的指关节指套；指关节指套能够套接在待康复指关节外围，且指关节指套在指套作动机构的动力作动下，带动待康复指关节被动弯曲/拉伸，支撑座包括仿形壳，该仿形壳的内表面依照完整的手掌背面/部分的手掌背面仿形设置，而仿形壳的背面则设置有动力固定座；指套作动机构的动力部分安装在动力固定座上；当待康复指关节进行康复运动时，指套作动机构位于手掌外侧。但其技术方案存在导致外骨骼手套具有质量大、能耗高、控制复杂且噪音高等缺点。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题：目前缺乏重量轻且低噪音的手部康复设备的技术问题。提出了一种基于柔性驱动器的外骨骼康复手套及其交互方法。
[0004]解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种基于柔性驱动器的外骨骼康复手套，包括壳体、触摸屏、控制器、手背板、柔性驱动器、驱动绳和若干个指外骨骼，所述触摸屏固定安装在所述壳体上，所述壳体与手腕固定连接，所述控制器和柔性驱动器均安装在壳体内，所述手背板与所述壳体转动连接，所述指外骨骼安装在所述手背板上，所述驱动绳一端与指外骨骼连接，另一端与所述柔性驱动器连接，所述触摸屏和所述柔性驱动器均与控制器连接。
[0005]作为优选，所述外骨骼康复手套还包括张紧连杆组和滑轮组，所述指外骨骼的数量为五个，五个所述指外骨骼分别对应五个手指，所述张紧连杆组设置在驱动绳上，使驱动绳张紧，所述滑轮组转动安装在所述手背板上，所述滑轮组限制所述驱动绳的位置。
[0006]作为优选，所述指外骨骼还包括自适应装置，所述自适应装置包括接触滑轮、顶板、顶杆、固定壳、弹簧和滑柱，所述固定壳安装在所述手背板上，所述滑柱固定安装在所述固定壳底部，所述弹簧套在所述滑柱上，所述顶杆底部开有与所述滑柱匹配的孔，所述顶杆与所述滑柱滑动连接，所述顶板与顶杆固定连接，所述接触滑轮转动安装在所述顶板上。
[0007]作为优选，所述指外骨骼包括机架、固定脚、三角杆、两个横向三角杆、两个指尖连杆、指尖套、两个前被动杆、两个扭簧、两个后被动杆、滑动连杆、滑块和滑轨，所述驱动绳包括滑动驱动绳和弯指驱动绳，所述固定脚与手背板固定连接，所述机架与所述固定脚转动连接，所述三角杆包括两个三角板和横向连杆，所述横向连杆两端分别与两个所述三角板固定连接，所述横向连杆的长度与预设手指宽度匹配，所述三角板的三个角处分别加工有孔，两个所述三角板的孔位置相同，所述横向三角杆呈钝角三角板状，所述横向三角杆的三个角处分别加工有孔，两个所述三角板的第一个孔分别与两个横向三角杆最靠近后端的孔转动连接，靠近机架的所述三角板的第一个孔还与机架转动连接，靠近机架的所述三角板的第二个孔与滑动连杆前端转动连接，滑动连杆后端与滑块转动连接，所述滑块与滑动驱动绳固定连接，所述滑块与滑轨卡接，所述滑轨与手背板固定连接，远离机架的所述三角板的第二个孔安装有定滑轮，所述定滑轮边缘与弯指驱动绳固定连接，所述指尖连杆的两端分别与横向三角杆前端的孔和指尖套后端转动连接，所述指尖套后端两侧上部分别与两个前被动杆的一端转动连接，所述前被动杆的另一端与后被动杆转动连接，两个所述扭簧分别安装在前被动杆和后被动杆转动连接处，所述扭簧使所述前被动杆和后被动杆的夹角趋于增大，两个所述前被动杆中部均设置有分叉杆，所述分叉杆末端与所述横向三角杆中部的孔转动连接，后被动杆另一端与三角板第三个孔转动连接。
[0008]作为优选，所述指外骨骼还包括弯曲度传感器和若干个压力传感器，所述弯曲度传感器两端分别安装在所述前被动杆和后被动杆上，所述弯曲度传感器检测所述前被动杆和后被动杆之间的弯曲度，若干个所述压力传感器安装在指尖套前端，所述弯曲度传感器及压力传感器均与控制器连接。
[0009]作为优选，所述壳体包括上盖和下盖，所述外骨骼康复手套还包括电池，所述手背板与下盖转动连接，若干个所述柔性驱动器、控制器及电池均安装在下盖。
[0010]一种如前述的基于柔性驱动器的外骨骼康复手套的交互方法，包括以下步骤：通过触摸屏选择训练模式，所述训练模式包括握力训练、单指活动度训练、捏拉训练和拉伸训练；所述控制器根据选择的训练模式控制所述柔性驱动器收缩；所述控制器读取所述弯曲度传感器及压力传感器的检测值，判断训练动作是否完成；若未完成训练动作，则等待预设时长后再次读取所述弯曲度传感器及压力传感器的检测值；若已完成训练动作，则控制所述柔性驱动器复位，并将完成次数记录增加1；若完成次数记录达到训练模式预设值，则停止训练。
[0011]作为优选，所述握力训练的方法包括：所述控制器控制所述柔性驱动器收缩，带动手指弯曲；读取所述弯曲度传感器的检测值，若弯曲度超过预设阈值，则立即停止训练并发出报警，若弯曲度未超过预设阈值，则等待预设时长后再次读取所述弯曲度传感器的检测值；读取压力传感器的测得的抓握物品的力反馈值，若达到预设阈值，则所述柔性驱
动器保持位置；等待3秒后，所述柔性驱动器复位，所述指外骨骼在扭簧的作用下亦复位；周期性读取所述弯曲度传感器的检测值，当所述弯曲度传感器检测值为预设的复位值时，等待2秒，完成一次握力训练；每组握力训练需完成10次握力训练，组间休息1min，完成15组后握力训练结束。
[0012]作为优选，所述单指活动度训练的方法包括：所述控制器控制所述柔性驱动器收缩，带动手指弯曲；读取所述弯曲度传感器的检测值，若弯曲度达到预设的训练要求值，则保持3秒；而后所述柔性驱动器复位，周期性读取所述弯曲度传感器的检测值，当所述弯曲度传感器检测值为预设复位值时，完成一次单指活动度训练；每组单指活动度训练需完成10次单指活动度训练，组间休息1min，完成15组后单指活动度训练结束。
[0013]作为优选，所述捏拉训练的方法包括：所述控制器控制所述柔性驱动器收缩，带动手指弯曲；读取压力传感器的测得的捏拉物品的力反馈值，若达到预设阈值，则所述柔性驱动器保持位置；提示训练者抬起手腕，保持3秒；手腕复位，所述柔性驱动器复位；周期性读取所述弯曲度传感器的检测值，当所述弯曲度传感器检测值为预设复位值时，完成一次捏拉训练；每组本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于柔性驱动器的外骨骼康复手套，其特征在于，包括壳体、触摸屏、控制器、手背板、柔性驱动器、驱动绳和若干个指外骨骼，所述触摸屏固定安装在所述壳体上，所述壳体与手腕固定连接，所述控制器和柔性驱动器均安装在壳体内，所述手背板与所述壳体转动连接，所述指外骨骼安装在所述手背板上，所述驱动绳一端与指外骨骼连接，另一端与所述柔性驱动器连接，所述触摸屏和所述柔性驱动器均与控制器连接。2.根据权利要求1所述的一种基于柔性驱动器的外骨骼康复手套，其特征在于，所述外骨骼康复手套还包括张紧连杆组和滑轮组，所述指外骨骼的数量为五个，五个所述指外骨骼分别对应五个手指，所述张紧连杆组设置在驱动绳上，使驱动绳张紧，所述滑轮组转动安装在所述手背板上，所述滑轮组限制所述驱动绳的位置。3.根据权利要求2所述的一种基于柔性驱动器的外骨骼康复手套，其特征在于，所述指外骨骼还包括自适应装置，所述自适应装置包括接触滑轮、顶板、顶杆、固定壳、弹簧和滑柱，所述固定壳安装在所述手背板上，所述滑柱固定安装在所述固定壳底部，所述弹簧套在所述滑柱上，所述顶杆底部开有与所述滑柱匹配的孔，所述顶杆与所述滑柱滑动连接，所述顶板与顶杆固定连接，所述接触滑轮转动安装在所述顶板上。4.根据权利要求2或3所述的一种基于柔性驱动器的外骨骼康复手套，其特征在于，所述指外骨骼包括机架、固定脚、三角杆、两个横向三角杆、两个指尖连杆、指尖套、两个前被动杆、两个扭簧、两个后被动杆、滑动连杆、滑块和滑轨，所述驱动绳包括滑动驱动绳和弯指驱动绳，所述固定脚与手背板固定连接，所述机架与所述固定脚转动连接，所述三角杆包括两个三角板和横向连杆，所述横向连杆两端分别与两个所述三角板固定连接，所述横向连杆的长度与预设手指宽度匹配，所述三角板的三个角处分别加工有孔，两个所述三角板的孔位置相同，所述横向三角杆呈钝角三角板状，所述横向三角杆的三个角处分别加工有孔，两个所述三角板的第一个孔分别与两个横向三角杆最靠近后端的孔转动连接，靠近机架的所述三角板的第一个孔还与机架转动连接，靠近机架的所述三角板的第二个孔与滑动连杆前端转动连接，滑动连杆后端与滑块转动连接，所述滑块与滑动驱动绳固定连接，所述滑块与滑轨卡接，所述滑轨与手背板固定连接，远离机架的所述三角板的第二个孔安装有定滑轮，所述定滑轮边缘与弯指驱动绳固定连接，所述指尖连杆的两端分别与横向三角杆前端的孔和指尖套后端转动连接，所述指尖套后端两侧上部分别与两个前被动杆的一端转动连接，所述前被动杆的另一端与后被动杆转动连接，两个所述扭簧分别安装在前被动杆和后被动杆转动连接处，所述扭簧使所述前被动杆和后被动杆的夹角趋于增大，两个所述前被动杆中部均设置有分叉杆，所述分叉杆末端与所述横向三角杆中部的孔转动连接，后被动杆另一端与三角板第三个孔转动连接。5.根据权利要求4所述的一种基于柔性驱动器的外骨骼康复手套，其特征在于，所述指外骨骼还包括弯曲度传感器和若干个压力传感器，所述弯曲度传感器两端分别安装在所述前被动杆和后被动杆上，所述弯曲度传感器检测所述前被动杆和后被动杆之间的弯曲度，若干个所述压力传感器安装在指尖套前端，所述弯曲度传感器及压力传感器均与控制器连接。6.根据权利要求1至3任一项所述的一种基于柔性驱动器的外骨骼康复手套，其特征在
于，所述壳体包括上盖和下盖，所述外骨...

【专利技术属性】
技术研发人员：李毅，张子谦，郭明飞，朱理想，冯徐鑫，李志鑫，李研彪，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：