一种抓握自适应的由基端到末端的欠驱动手外骨骼机构及其中的欠驱动连杆机构制造技术

本发明专利技术公开了一种抓握自适应的由基端到末端的欠驱动手外骨骼机构及其中的欠驱动连杆机构，所述的手外骨骼机构包括：欠驱动连杆机构和手背基板，驱动该欠驱动连杆机构的管线机构以及安装在远端的驱动电机组；欠驱动连杆机构的末端与手指末端绑定，通过电机组驱动管线机构并由安装在连杆机构上的复位弹簧协助来实现所有手指的主动弯曲/伸展以及拇指的主动外展/内收运动；所述的欠驱动连杆机构与手指一起形成一个多自由度机构从而可以自动适应不同手指尺寸以及被抓握物体的不同尺寸和形状。本发明专利技术所述的自适用抓握的欠驱动手外骨骼机构主要用于对脑卒中后的偏瘫病人的手指功能的康复训练以及对无法痊愈病人的日常生活中手指的活动辅助。活中手指的活动辅助。活中手指的活动辅助。

【技术实现步骤摘要】
一种抓握自适应的由基端到末端的欠驱动手外骨骼机构及其中的欠驱动连杆机构


[0001]本专利技术涉及到一种手外骨骼机构，尤其涉及到一种抓握自适应的由基端到末端的欠驱动手外骨骼机构及其中的欠驱动连杆机构。

技术介绍

[0002]中风(脑卒中)是一种严重的损害大脑的神经损伤疾病，会导致患者严重残疾(偏瘫)甚至死亡。全世界每年诊断出大约1220万例中风病例，造成了全世界存在超过一亿的中风幸存者，许多中风幸存者暂时或永久地失去了上肢肌肉的控制和感觉。重复运动训练可以恢复中风幸存者的一些手臂功能，然而，他们的手部功能通常难以恢复，这是因为手部距离身体中线最远，并且具有最长的神经肌肉控制通路。丧失手部功能相当于丧失了90％的上肢功能，这严重限制了中风患者的日常生活活动，大大降低了他们的生活质量。研究表明，在中风后的最初三个月内，患者可以通过积极的康复训练恢复48
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91％的运动功能，但其主要体现在下肢，而上肢尤其是手功能的恢复不显著。因此，患者需要通过重复动作进行持续的主动康复训练，以进一步恢复手部功能。许多研究表明，机器人辅助和康复设备可以帮助上肢的运动功能恢复，即使无法超越，至少可以与职业治疗师的康复训练相媲美。
[0003]大量的手部外骨骼设备已经被开发出来用于手部运动康复训练或日常生活活动辅助。目前，两种类型的手部外骨骼正在被深入研究：由气动执行器或肌腱(拉线)驱动的软体手套，以及齿轮或拉线驱动的基于刚性连杆的手外骨骼。带有气动执行器的软体手套已经成为商业化的设备，用于手指的被动训练，特别是在中国市场，已经很普遍，然而，基于气动驱动的软体手套通常无法产生足够的抓握力，这使得手瘫痪患者难以抓握和移动较重的物体。此外，这些气动驱动的软体手套往往需要一个笨重且不便于携带的气泵。最关键的是很多研究已经证明，这种被动训练除了对减轻手指痉挛有益外，对康复几乎没有明显效果。而软肌腱(拉线)驱动的软体手套最近因其重量轻、尺寸紧凑而备受关注。我们之前的研究(参考文献[1])已经证实，肌腱驱动的软体手套能够令中风患者在康复训练和日常生活活动中受益。然而，这种手套需要手的两侧有大量肌腱(拉线)来驱动手指的运动，这使得患者难以自己戴上和脱下手套。特别是，手掌侧的肌腱会阻碍抓取操作，而手背侧的肌腱使患者在手指伸展时受到沿手指的轴向压力而感到不舒服。此外，我们的测试表明，患者在肌腱驱动的软体手套辅助下的手指屈曲幅度远低于健康手指，这不利于患者手部功能的恢复。刚性的手部外骨骼(参考文献[2]和[3])可以产生更强的抓握力，但它们通常比较复杂且笨重，并且由于人手大小的差异而必须对其进行定制设计。为了降低系统的复杂性和成本，一些刚性手部外骨骼仅用来驱动拇指和食指。此外，由于手外骨骼和人手指之间的关节难以对准，大多数刚性手外骨骼不产生符合人手的自然运动。因此，一些刚性手部外骨骼采用了一些创新的机制，可以使机器人关节与人类手指关节自对准，以防止机器人对用户手指造成伤害，然而，这些机制会使手部外骨骼变得更为笨重和复杂。
[0004]实验结果表明，远端训练似乎有利于整个上肢的恢复，因此，使用由基端到末端
(base
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distal)的手外骨骼进行康复训练可能会加快患者的康复。此外，base
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distal的手外骨骼取消了手指关节与外骨骼关节之间对齐的要求。一些基于刚性连杆的手部外骨骼的研究称其在设计中采用了base
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distal的机制。不幸的是，它们大多数仍处于试验阶段，只有两根或三根手指的弯曲/伸展运动，或者通过一个驱动器使五根手指同时弯曲。有些研究(参考文献[4]和[5])似乎在他们的设计中结合了base
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distal的概念，但它们对近端指骨或中间指骨却添加了额外的约束，因此失去了base
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distal的优势。此外，拇指的外展/内收运动，对于手功能来说至关重要，但是这些设计都没有考虑拇指的外展/内收运动。
[0005]参考文献[1]W.Chen,G.Li,N.Li,W.Wang,P.Yu,R.Wang,X.Xue,X.Zhao,andL.Liu,“Softexoskeletonwithfullyactuatedthumb movementsforgraspingassistance,”IEEETransactionsonRobotics,2022.
[0006]参考文献[2]PatentUS20100305717A1:WearablePowerAssistiveDevice forHelpingaUsertoMoverTheirHand.
[0007]参考文献[3]PatentUS20150223959A1:WearableExoskeletonDevicefor HandRehabilitation.
[0008]参考文献[4]N.Secciani,M.Bianchi,A.Ridolfi,F.Vannetti,Y.Volpe,L.Governi,M.Bianchini,andB.Allotta,“Tailor
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madehand exoskeletonsattheuniversityofflorence:fromkinematicsto mechatronicdesign,”Machines,vol.7,no.2,p.22,2019.
[0009]参考文献[5]M.Dragusanu,M.Z.Iqbal,T.L.Baldi,D.Prattichizzo,andM.Malvezzi,“Design,development,andcontrolofahand/wrist exoskeletonforrehabilitationandtraining,”IEEETransactionson Robotics,2022.

技术实现思路

[0010]本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种可以自适应人手的不同手指尺寸以及被抓握物体的不同尺寸和形状的抓握自适应的由基端到末端的欠驱动手外骨骼机构。
[0011]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种欠驱动连杆机构1，其结构包括：固定连杆101、驱动连杆102、第一辅助连杆103、第二辅助连杆104、第一交叉连杆105、第二交叉连杆106、执行连杆107、末端连杆108、凹槽过线滑轮111和管线机构3，固定连杆101的相应端与所述驱动连杆102的相应端活动铰接于第一铰接点Ⅰ，第一铰接轴上设置有凹槽过线滑轮111，固定连杆101的另一端与相应的管套303固定、并与第一导线管302的相应端连接；第一辅助连杆103的相应端活动铰接于固定连杆101中部的第二铰接点Ⅱ，第一辅助连杆103的另一端与第二辅助连杆104的相应端活动铰接于第三铰接点Ⅲ，第二辅助连杆104的另一端活动铰接于驱动连杆102中部的第四铰接点Ⅳ，驱动连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种欠驱动连杆机构，其特征在于：所述的欠驱动连杆机构(1)包括：固定连杆(101)、驱动连杆(102)、第一辅助连杆(103)、第二辅助连杆(104)、第一交叉连杆(105)、第二交叉连杆(106)、执行连杆(107)、末端连杆(108)、凹槽过线滑轮(111)和管线机构(3)，管线机构(3)的具体结构包括：驱动所有手指弯曲的第一拉线(301)及相应的第一导线管(302)；所述固定连杆(101)的相应端与驱动连杆(102)的相应端通过第一铰接轴活动铰接于第一铰接点(Ⅰ)，第一铰接轴上设置有凹槽过线滑轮(111)，所述的第一导线管(302)通过管套(303)固定在所述固定连杆(101)的第十连接点(
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)，第一辅助连杆(103)的相应端通过第二铰接轴活动铰接于固定连杆(101)中部的第二铰接点(Ⅱ)，第一辅助连杆(103)的另一端与第二辅助连杆(104)的相应端通过第三铰接轴活动铰接于第三铰接点(Ⅲ)，第二辅助连杆(104)的另一端通过第四铰接轴活动铰接于驱动连杆(102)中部的第四铰接点(Ⅳ)，驱动连杆(102)的另一端与第一交叉连杆(105)的相应端通过第五铰接轴活动铰接于第五铰接点(
Ⅴ
)，第二交叉连杆(106)的相应端通过第六铰接轴活动铰接于驱动连杆(102)上的第六铰接点(
Ⅵ
)，第六铰接点(
Ⅵ
)位于第四铰接点(Ⅳ)与第五铰接点(
Ⅴ
)之间，第二交叉连杆(106)的另一端与执行连杆(107)的相应端通过第七铰接轴活动铰接于执行连杆(107)上的第七铰接点(
Ⅶ
)，执行连杆(107)的另一端与末端连杆(108)通过第八铰接轴活动铰接于第八铰接点(
Ⅷ
)，第一交叉连杆(105)的另一端通过第九铰接轴活动铰接于执行连杆(107)上的第九铰接点(
Ⅸ
)，第九铰接点(
Ⅸ
)位于第七铰接点(
Ⅶ
)与第八铰接点(
Ⅷ
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【专利技术属性】
技术研发人员：李明伟，陈文远，李鑫，李广勇，
申请(专利权)人：苏州显纳精密仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：