CN103750977B - 一种外骨骼式的手部功能康复机器人 - Google Patents

Abstract

一种外骨骼式的手部功能康复机器人，它涉及一种应用于创伤手指术后康复的医疗设备，以解决现有手部功能改善与康复方式存在手部康复难度大，治疗后康复期长，影响了患者手部功能的问题，它包括外骨骼手指驱动机构、自适应掌背调整平台和后置式人工肌肉模块，所述外骨骼手指驱动机构包括外骨骼拇指、外骨骼食指、外骨骼中指、外骨骼无名指以及外骨骼小指，近侧指间外骨骼关节设置在掌指外骨骼关节与远侧指间外骨骼关节之间且三者可拆卸滑动连接，自适应掌背调整平台盖合在外骨骼手指驱动机构的上表面且二者可拆卸连接。本发明用于创伤手指术后康复。

Description

一种外骨骼式的手部功能康复机器人

技术领域

本发明涉及一种应用于创伤手指术后康复的医疗设备，具体涉及一种外骨骼式的手部功能康复机器人。

背景技术

人手是一个解剖结构极为精细且极容易受到创伤的器官，严重影响手部功能的创伤包括以下几种：手部伸屈指肌腱损伤、手指骨折、手指脱位、手指离断伤、手指及手掌软组织挫伤、和手部神经肌肉损伤等。临床上手外伤术后多需将患指固定于某体位3-4周，致使淤积于关节内肌腱周围的淤血已经形成纤维变性，这就直接导致手指关节及肌腱的粘连，在很大程度上影响了患者手部的功能。目前国内外临床上对于手外伤后手的功能改善和康复方面主要采用的方法是通过修复受损神经，解除神经压迫，以及通过健全的肌肉肌腱的移植转位来重建或改善患手的功能，但是这种康复方法治疗要求较高，难度较大，治疗后康复期长，手完成精细动作的功能恢复不理想。目前，在大关节功能训练中，连续被动活动的康复理念已逐渐被广大临床医生所接受，即通过对患肢进行全范围的连续被动活动来加速关节软骨及周围的肌腱和韧带的愈合和再生。

发明内容

本发明是为解决现有手部功能改善与康复方式存在手部康复难度大，治疗后康复期长，影响了患者手部功能的问题，进而提供一种外骨骼式的手部功能康复机器人。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：

本发明的一种外骨骼式的手部功能康复机器人包括外骨骼手指驱动机构、自适应掌背调整平台和后置式人工肌肉模块，所述外骨骼手指驱动机构包括外骨骼拇指、外骨骼食指、外骨骼中指、外骨骼无名指以及外骨骼小指，外骨骼拇指、外骨骼食指、外骨骼中指、外骨骼无名指以及外骨骼小指均主要由掌指外骨骼关节、近侧指间外骨骼关节及远侧指间外骨骼关节组成，近侧指间外骨骼关节设置在掌指外骨骼关节与远侧指间外骨骼关节之间且三者可拆卸滑动连接，自适应掌背调整平台盖合在外骨骼手指驱动机构的上表面且二者可拆卸连接，外骨骼拇指、外骨骼食指、外骨骼中指、外骨骼无名指以及外骨骼小指的指根部分别通过钢丝软轴与后置式人工肌肉模块连接，钢丝软轴的一端安装在外骨骼拇指、外骨骼食指、外骨骼中指、外骨骼无名指以及外骨骼小指的钢丝轮上，钢丝软轴的另一端安装在后置式人工肌肉模块的钢丝轮轴上；

所述的掌指外骨骼关节包括第一关节左后侧板、第一关节右后侧板、第一关节前侧板、第一后侧滑块、第一前侧滑块、第一扇形齿轮、第一扇形齿轮轴、第一后侧齿条、第一前侧齿条、第一反向齿轮轴、第一反向齿轮和第一钢丝轮；第一关节左后侧板、第一关节右后侧板及第一关节前侧板三者平行布置，且第一关节前侧板布置在第一关节左后侧板与第一关节右后侧板之间，第一关节前侧板的两侧面上分别加工有滑动槽，第一关节左后侧板的与第一关节前侧板相对的板面上加工有左腔，第一关节右后侧板的与第一关节前侧板相对的板面上加工有右腔，第一关节左后侧板的后侧与第一关节右后侧板的后侧固接，第一后侧滑块安装在第一关节左后侧板上加工的左滑腔内，第一前侧滑块安装在第一关节前侧板上的滑动槽上，第一扇形齿轮轴的轮轴依次穿过第一关节前侧板、第一前侧滑块上的销孔、第一扇形齿轮上的中心孔和第一后侧滑块上的销孔并通过第一扇形齿轮轴上设置的导块安装在第一关节右后侧板的右腔内，第一反向齿轮轴固套在第一后侧滑块的销轴上并与第一扇形齿轮啮合，第一前侧滑块的销轴穿过第一关节前侧板，第一反向齿轮固套在第一前侧滑块的销轴上并与第一扇形齿轮轴啮合，第一后侧齿条安装在第一关节左后侧板的左腔内并与第一反向齿轮轴的齿轮啮合，第一前侧齿条安装在第一关节前侧板的滑动槽上并与第一反向齿轮啮合，第一钢丝轮固装在第一反向齿轮轴的轮轴上；

所述的近侧指间外骨骼关节包括第二关节左后侧板、第二关节右后侧板、第二关节前侧板、第二后侧滑块、第二前侧滑块、第二扇形齿轮、第二扇形齿轮轴、第二后侧齿条、第二前侧齿条、第二反向齿轮轴、第二反向齿轮、第二钢丝轮、倒U形传感器架、垫块和U形环；第二关节左后侧板、第二关节右后侧板和第二关节前侧板三者平行布置，且第二关节前侧板布置在第二关节左后侧板与第二关节右后侧板之间，第二关节左后侧板的后侧与第二关节右后侧板的后侧通过螺钉固连，第二关节前侧板的两侧面上分别加工有滑动槽，第二关节右后侧板的与第二关节前侧板相对的板面上加工有右腔，第二关节左后侧板的与第二关节前侧板相对的板面上加工有左腔；倒U形传感器架卡装在第二关节左后侧板和第二关节右后侧板的后侧，垫块安装在第二关节左后侧板和第二关节右后侧板的下部并与倒U型传感器架固接，U形环固装在垫块的下部，第二后侧滑块安装在第二关节右后侧板上的右腔内，第二前侧滑块安装在第二关节前侧板的滑动槽上，第二扇形齿轮轴的轮轴依次穿过第二关节前侧板、第二前侧滑块上的销孔、第二扇形齿轮上的中心孔和第二后侧滑块上的销孔并通过第二扇形齿轮轴上设置的导块安装在第二关节右后侧板的右腔内，第二反向齿轮轴固套在第二后侧滑块的销轴上并与第二扇形齿轮啮合，第二前侧滑块的销轴穿过第二关节前侧板，第二反向齿轮固套在第二前侧滑块的销轴上并与第二扇形齿轮轴的齿轮啮合，第二后侧齿条安装在第二关节右后侧的右滑腔内并与第二反向齿轮轴的齿轮啮合，第二前侧齿条安装在第二关节前侧板的滑动槽上并与第二反向齿轮啮合，第二钢丝轮固装在第二反向齿轮轴的轮轴上；第一关节前侧板安装在倒U形传感器架内且二者可拆卸滑动连接；

所述的远侧指间外骨骼关节包括第三关节左后侧板、第三关节右后侧板、第三关节前侧板、第三后侧滑块、第三前侧滑块、第三扇形齿轮、第三扇形齿轮轴、第三后侧齿条、第三前侧齿条、第三反向齿轮轴、第三反向齿轮、第三钢丝轮、指尖传感器架和盖子；第三关节左后侧板、第三关节右后侧板和第三关节前侧板三者平行布置，且第三关节前侧板布置在第三关节左后侧板、第三关节右后侧板之间，第三关节前侧板的两侧面分别安装有滑动槽，第三关节右后侧板的与第三关节前侧板相对的板面上加工有右腔，第三关节左后侧板的与第三关节前侧板相对的板面上加工有左腔，第三关节左后侧板的后侧与第三关节右后侧板的后侧固接，第三后侧滑块安装在第三关节左后侧板的左腔内，第三前侧滑块安装在第三关节前侧的滑动槽上，第三扇形齿轮轴的轮轴依次穿过第三关节前侧板、第三前侧滑块上的销孔、第三扇形齿轮上的中心孔和第三后侧滑块上的销孔并通过第三扇形齿轮轴上设置的导块安装在第三关节右后侧板的右腔内，第三反向齿轮轴固套在第三后侧滑块的销轴上并与第三扇形齿轮啮合，第三前侧滑块的销轴穿过第三关节前侧板，第三反向齿轮固套在第三前侧滑块的销轴上并与第三扇形齿轮轴的齿轮啮合，第三后侧齿条安装在第三关节左后侧的左滑腔内并与第三反向齿轮轴的齿轮啮合，第三前侧齿条安装在第三关节前侧的滑动槽上并与第三反向齿轮啮合，第三钢丝轮固装在第三反向齿轮轴的轮轴，指尖传感器架安装在第三关节前侧板的前侧，盖子盖合在第三关节右后侧板的外侧，第二关节前侧板与第三关节前侧板可拆卸滑动连接；

所述的自适应掌背调整平台包括外骨骼拇指平台、外骨骼食指平台、外骨骼中指平台、外骨骼无名指平台及外骨骼小指平台；外骨骼中指平台包括中指掌骨杆和中指滑动架，中指滑动架与中指掌骨杆滑动连接；外骨骼食指平台包括食指旋转块、食指掌骨杆和食指滑动架，食指旋转块与中指掌骨杆滑动连接，食指掌骨杆的后端与食指旋转块铰接，食指掌骨杆的前端与食指滑动架滑动连接；外骨骼无名指平台包括无名指旋转块、无名指掌骨杆和无名指滑动架，无名指旋转块与中指掌骨杆滑动连接，无名指掌骨杆与无名指旋转块铰接，无名指掌骨杆与无名指滑动架滑动连接；外骨骼小指平台包括小指旋转块、小指掌骨杆和小指滑动架，小指旋转块与无名指旋转块滑动连接，小指掌骨杆的后端与小指旋转块铰接，小指掌骨杆的前端与小指滑动架滑动连接；外骨骼拇指平台包括拇指旋转架、拇指连杆和拇指滑动架，拇指旋转架的一端与中指掌骨杆后端滑动连接，拇指旋转架的另一端与拇指连杆的一端铰接，拇指连杆的另一端与拇指滑动架滑动连接；拇指滑动架通过第一销子与外骨骼拇指上的第一关节右后侧板连接，食指滑动架通过第二销子与外骨骼食指上的第一关节右后侧板连接，中指滑动架通过第三销子与外骨骼中指上的第一关节右后侧板连接，无名指滑动架通过第四销子与外骨骼无名指上的第一关节右后侧板连接，小指滑动架通过第五销子与外骨骼小指上的第一关节右后侧板连接；

所述的后置式人工肌肉模块包括环抱式电机盒、直插式钢丝轮单元和八个电机，每四个电机并列设置构成一套电机组，两套电机组安装在环抱式电机盒的两侧，每个电机的输出轴朝上设置，每个电机的输出轴上安装有一个直插式钢丝轮单元；所述直插式钢丝轮单元包括底壳、上盖、钢丝轮轴、电位计、电位计支架、两个钢丝腱鞘和两个螺钉，上盖盖合在底壳上且二者形成空腔，空腔内安装有钢丝轮轴，钢丝轮轴的输出轴朝上设置，钢丝轮轴通过轴承支撑在上盖与底壳上，钢丝轮轴的输出轴伸出上盖，钢丝轮轴的下端沿其轴向加工有轴孔，每个电机的输出轴安装在轴孔内，电位计通过电位计支架安装在上盖的上表面上，且电位计的转子固套在钢丝轮轴上，两个螺钉水平设置，两个螺钉水平设置并与底壳的侧壁螺纹连接，每个螺钉的外端面上插装有一个钢丝腱鞘，钢丝软轴分别安装在第一钢丝轮、第二钢丝轮和第三钢丝轮上，钢丝软轴穿过钢丝腱鞘和螺钉缠绕在钢丝轮轴上且与钢丝轮轴固接。

本发明的有益效果是：

一、本发明利用关节功能锻炼的康复医学概念并结合机器人技术研制创伤手指康复机器人，有效克服传统方法的缺陷，能好地促进创伤患者的手部功能恢复，使恢复运动更加有效，恢复过程更短，康复时间缩短了30％以上，通过提供定量的测评信息还能辅助医生进行康复治疗。

二、本发明采用外骨骼技术，并依照人手的关节数目及分布情况设置了手部功能康复机器人的自由度，采用五根4自由度外骨骼手指作为手指的驱动机构，能充分对人手各手指关节进行全范围的连续被动康复训练；因此，能够充分地对手指各个关节实施连续被动康复训练，且结构紧凑，便携，制造成本降低了25％-35％；用钢丝软轴作为机器人的传动件，能将电机等部件后置到患者的小臂以此来减轻对患者腕部的负担和限制。

三、本发明基于滑动可拆卸设计的外骨骼手指的掌指外骨骼关节、近侧指间外骨骼关节和远侧指间外骨骼关节，能够实现绕手指关节中心的远心运动且作用力始终垂直于指骨，因此，能够精准地对手指各个关节实施连续被动康复训练，且不会对创伤手指关节造成挤压、牵扯等二次伤害；通过自适应掌背调整平台的设计，也能适应不同患者不同形状的掌背。

附图说明

图1为本发明的整体结构立体图，图2为本发明的外骨骼手指驱动机构的分解图，图3为本发明的掌指外骨骼关节的分解图，图4为本发明的近侧指间外骨骼关节的分解图，图5为本发明的远侧指间外骨骼关节的分解图，图6为本发明的自适应掌背调整平台整体结构立体图，图7为本发明的自适应掌背调整平台内部结构示意图，图8为本发明的后置式人工肌肉模块结构立体图，图9为本发明的直插式钢丝轮单元结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1-图9说明，本实施方式的一种外骨骼式的手部功能康复机器人包括外骨骼手指驱动机构1、自适应掌背调整平台2和后置式人工肌肉模块3，所述外骨骼手指驱动机构1包括外骨骼拇指4、外骨骼食指5、外骨骼中指6、外骨骼无名指7以及外骨骼小指8，外骨骼拇指4、外骨骼食指5、外骨骼中指6、外骨骼无名指7以及外骨骼小指8均主要由掌指外骨骼关节9、近侧指间外骨骼关节10及远侧指间外骨骼关节11组成，近侧指间外骨骼关节10设置在掌指外骨骼关节9与远侧指间外骨骼关节11之间且三者可拆卸滑动连接，自适应掌背调整平台2盖合在外骨骼手指驱动机构1的上表面且二者可拆卸连接，外骨骼拇指4、外骨骼食指5、外骨骼中指6、外骨骼无名指7以及外骨骼小指8的指根部分别通过钢丝软轴25与后置式人工肌肉模块3连接，钢丝软轴25的一端安装在外骨骼拇指4、外骨骼食指5、外骨骼中指6、外骨骼无名指7以及外骨骼小指8的钢丝轮上，钢丝软轴25的另一端安装在后置式人工肌肉模块3的钢丝轮轴86上。

本实施方式的外骨骼拇指、外骨骼食指、外骨骼中指、外骨骼无名指以及外骨骼小指分别匹配一定数量的钢丝软轴。

本实施方式的外骨骼拇指、外骨骼食指、外骨骼中指、外骨骼无名指以及外骨骼小指均由掌指外骨骼关节、近侧指间外骨骼关节及远侧指间外骨骼关节组成，是指外骨骼拇指、外骨骼食指、外骨骼中指、外骨骼无名指以及外骨骼小指的结构相同，各自的结构包括掌指外骨骼关节、近侧指间外骨骼关节及远侧指间外骨骼关节。

具体实施方式二：结合图2和图3说明，本实施方式所述的掌指外骨骼关节9包括第一关节左后侧板26、第一关节右后侧板27、第一关节前侧板28、第一后侧滑块29、第一前侧滑块30、第一扇形齿轮31、第一扇形齿轮轴32、第一后侧齿条33、第一前侧齿条34、第一反向齿轮轴35、第一反向齿轮36和第一钢丝轮37；第一关节左后侧板26、第一关节右后侧板27及第一关节前侧板28三者平行布置，且第一关节前侧板28布置在第一关节左后侧板26与第一关节右后侧板27之间，第一关节前侧板28的两侧面上分别加工有滑动槽，第一关节左后侧板26的与第一关节前侧板28相对的板面上加工有左腔，第一关节右后侧板27的与第一关节前侧板28相对的板面上加工有右腔，第一关节左后侧板26的后侧与第一关节右后侧板27的后侧固接，第一后侧滑块29安装在第一关节左后侧板26上加工的左滑腔内，第一前侧滑块30安装在第一关节前侧板28上的滑动槽上，第一扇形齿轮轴32的轮轴依次穿过第一关节前侧板28、第一前侧滑块30上的销孔、第一扇形齿轮31上的中心孔和第一后侧滑块29上的销孔并通过第一扇形齿轮轴32上设置的导块安装在第一关节右后侧板27的右腔内，第一反向齿轮轴35固套在第一后侧滑块29的销轴上并与第一扇形齿轮31啮合，第一前侧滑块30的销轴穿过第一关节前侧板28，第一反向齿轮36固套在第一前侧滑块30的销轴上并与第一扇形齿轮轴32啮合，第一后侧齿条33安装在第一关节左后侧板26的左腔内并与第一反向齿轮轴35的齿轮啮合，第一前侧齿条34安装在第一关节前侧板28的滑动槽上并与第一反向齿轮36啮合，第一钢丝轮37固装在第一反向齿轮轴35的轮轴上。

本实施方式的有益效果是：本实施方式基于齿轮和齿条的平行滑动的掌指外骨骼关节设计，能够实现绕手指关节中心的远心运动且作用力始终垂直于指骨，能够在一定范围内自动适应不同厚度的手指关节，因此，能够精准地对手指各个关节实施连续被动康复训练，且不会对创伤手指关节造成挤压、牵扯等二次伤害。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图2和图4说明，本实施方式所述的近侧指间外骨骼关节10包括第二关节左后侧板38、第二关节右后侧板39、第二关节前侧板40、第二后侧滑块41、第二前侧滑块42、第二扇形齿轮43、第二扇形齿轮轴44、第二后侧齿条45、第二前侧齿条46、第二反向齿轮轴47、第二反向齿轮48、第二钢丝轮49、倒U形传感器架50、垫块51和U形环52；第二关节左后侧板38、第二关节右后侧板39和第二关节前侧板40三者平行布置，且第二关节前侧板40布置在第二关节左后侧板38与第二关节右后侧板39之间，第二关节左后侧板38的后侧与第二关节右后侧板39的后侧通过螺钉固连，第二关节前侧板40的两侧面上分别加工有滑动槽，第二关节右后侧板39的与第二关节前侧板40相对的板面上加工有右腔，第二关节左后侧板38的与第二关节前侧板40相对的板面上加工有左腔；倒U形传感器架50卡装在第二关节左后侧板38和第二关节右后侧板39的后侧，垫块51安装在第二关节左后侧板38和第二关节右后侧板39的下部并与倒U型传感器架50固接，U形环52固装在垫块51的下部，第二后侧滑块41安装在第二关节右后侧板上39的右腔内，第二前侧滑块42安装在第二关节前侧板40的滑动槽上，第二扇形齿轮轴44的轮轴依次穿过第二关节前侧板40、第二前侧滑块42上的销孔、第二扇形齿轮43上的中心孔和第二后侧滑块41上的销孔并通过第二扇形齿轮轴44上设置的导块安装在第二关节右后侧板39的右腔内，第二反向齿轮轴47固套在第二后侧滑块41的销轴上并与第二扇形齿轮43啮合，第二前侧滑块42的销轴穿过第二关节前侧板40，第二反向齿轮48固套在第二前侧滑块42的销轴上并与第二扇形齿轮轴44的齿轮啮合，第二后侧齿条45安装在第二关节右后侧39的右滑腔内并与第二反向齿轮轴47的齿轮啮合，第二前侧齿条46安装在第二关节前侧板40的滑动槽上并与第二反向齿轮48啮合，第二钢丝轮49固装在第二反向齿轮轴47的轮轴上；第一关节前侧板28安装在倒U形传感器架50内且二者可拆卸滑动连接。

本实施方式的有益效果是：本实施方式基于齿轮和齿条的平行滑动的近侧指间外骨骼关节设计，能够实现绕手指关节中心的远心运动且作用力始终垂直于指骨，能够在一定范围内自动适应不同厚度的手指关节，因此，能够精准地对手指各个关节实施连续被动康复训练，且不会对创伤手指关节造成挤压、牵扯等二次伤害。其它与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：结合图2和图5说明，本实施方式所述的远侧指间外骨骼关节11包括第三关节左后侧板53、第三关节右后侧板54、第三关节前侧板55、第三后侧滑块56、第三前侧滑块57、第三扇形齿轮58、第三扇形齿轮轴59、第三后侧齿条60、第三前侧齿条61、第三反向齿轮轴62、第三反向齿轮63、第三钢丝轮64、指尖传感器架65和盖子66；第三关节左后侧板53、第三关节右后侧板54和第三关节前侧板55三者平行布置，且第三关节前侧板55布置在第三关节左后侧板53、第三关节右后侧板54之间，第三关节前侧板55的两侧面分别安装有滑动槽，第三关节右后侧板54的与第三关节前侧板55相对的板面上加工有右腔，第三关节左后侧板53的与第三关节前侧板55相对的板面上加工有左腔，第三关节左后侧板53的后侧与第三关节右后侧板54的后侧固接，第三后侧滑块56安装在第三关节左后侧板53的左腔内，第三前侧滑块57安装在第三关节前侧55的滑动槽上，第三扇形齿轮轴59的轮轴依次穿过第三关节前侧板55、第三前侧滑块57上的销孔、第三扇形齿轮58上的中心孔和第三后侧滑块56上的销孔并通过第三扇形齿轮轴59上设置的导块安装在第三关节右后侧板54的右腔内，第三反向齿轮轴62固套在第三后侧滑块56的销轴上并与第三扇形齿轮58啮合，第三前侧滑块57的销轴穿过第三关节前侧板55，第三反向齿轮63固套在第三前侧滑块57的销轴上并与第三扇形齿轮轴59的齿轮啮合，第三后侧齿条60安装在第三关节左后侧53的左滑腔内并与第三反向齿轮轴62的齿轮啮合，第三前侧齿条61安装在第三关节前侧55的滑动槽上并与第三反向齿轮63啮合，第三钢丝轮64固装在第三反向齿轮轴62的轮轴，指尖传感器架65安装在第三关节前侧板55的前侧，盖子66盖合在第三关节右后侧板54的外侧，第二关节前侧板40与第三关节前侧板55可拆卸滑动连接。

本实施方式的有益效果是：本实施方式基于齿轮和齿条平行滑动的掌指外骨骼关节(MCP外骨骼关节)、近侧指间外骨骼关节(PIP外骨骼关节)和远侧指间外骨骼关节(DIP外骨骼关节)设计，能够实现绕手指关节中心的远心运动且作用力始终垂直于指骨，因此，能够精准地对手指各个关节实施连续被动康复训练，且不会对创伤手指关节造成挤压、牵扯等二次伤害；能够在一定范围内自动适应不同厚度的手指关节，同时，通过调节掌指外骨骼关节(MCP外骨骼关节)、近侧指间外骨骼关节(PIP外骨骼关节)和远侧指间外骨骼关节(DIP外骨骼关节)三者之间的连接长度，还能够适应不同长度的手指指节，此外，通过自适应掌背调整平台的设计，也能适应不同患者不同形状的掌背。其它与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：结合图6和图7说明，本实施方式所述的自适应掌背调整平台2包括外骨骼拇指平台、外骨骼食指平台、外骨骼中指平台、外骨骼无名指平台及外骨骼小指平台；外骨骼中指平台包括中指掌骨杆67和中指滑动架68，中指滑动架68与中指掌骨杆67滑动连接；外骨骼食指平台包括食指旋转块69、食指掌骨杆70和食指滑动架71，食指旋转块69与中指掌骨杆67滑动连接，食指掌骨杆70的后端与食指旋转块69铰接，食指掌骨杆70的前端与食指滑动架71滑动连接；外骨骼无名指平台包括无名指旋转块72、无名指掌骨杆73和无名指滑动架74，无名指旋转块72与中指掌骨杆67滑动连接，无名指掌骨杆73与无名指旋转块72铰接，无名指掌骨杆73与无名指滑动架74滑动连接；外骨骼小指平台包括小指旋转块75、小指掌骨杆76和小指滑动架77，小指旋转块75与无名指旋转块72滑动连接，小指掌骨杆76的后端与小指旋转块75铰接，小指掌骨杆76的前端与小指滑动架77滑动连接；外骨骼拇指平台包括拇指旋转架78、拇指连杆79和拇指滑动架80，拇指旋转架78的一端与中指掌骨杆67后端滑动连接，拇指旋转架78的另一端与拇指连杆79的一端铰接，拇指连杆79的另一端与拇指滑动架80滑动连接；拇指滑动架80通过第一销子20与外骨骼拇指4上的第一关节右后侧板27连接，食指滑动架71通过第二销子21与外骨骼食指5上的第一关节右后侧板27连接，中指滑动架68通过第三销子22与外骨骼中指6上的第一关节右后侧板27连接，无名指滑动架74通过第四销子23与外骨骼无名指7上的第一关节右后侧板27连接，小指滑动架77通过第五销子24与外骨骼小指8上的第一关节右后侧板27连接。

本实施方式的有益效果是：本实施方式采用18自由度外骨骼掌骨作为掌背调整平台，能很好地适应不同患者手背的形状；采用钢丝软轴作为机器人的传动机构，能将电机等部件后置到患者的小臂以此来减轻对患者腕部的负担和限制。其它与具体实施方式一、二、三或四相同。

具体实施方式六：结合图8和图9说明，本实施方式所述的后置式人工肌肉模块3包括环抱式电机盒82、直插式钢丝轮单元83和八个电机81，每四个电机81并列设置构成一套电机组，两套电机组安装在环抱式电机盒82的两侧，每个电机81的输出轴朝上设置，每个电机81的输出轴上安装有一个直插式钢丝轮单元83；所述直插式钢丝轮单元包括底壳84、上盖85、钢丝轮轴86、电位计88、电位计支架89、两个钢丝腱鞘92和两个螺钉87，上盖85盖合在底壳84上且二者形成空腔，空腔内安装有钢丝轮轴86，钢丝轮轴86的输出轴朝上设置，钢丝轮轴86通过轴承90支撑在上盖85与底壳84上，钢丝轮轴86的输出轴伸出上盖85，钢丝轮轴86的下端沿其轴向加工有轴孔86-1，每个电机81的输出轴安装在轴孔86-1内，电位计88通过电位计支架89安装在上盖85的上表面上，且电位计88的转子固套在钢丝轮轴86上，两个螺钉87水平设置，两个螺钉87水平设置并与底壳84的侧壁螺纹连接，每个螺钉87的外端面上插装有一个钢丝腱鞘92，钢丝软轴25安装在第一钢丝轮37或第二钢丝轮49或第三钢丝轮64上，钢丝软轴25的两端分别穿过钢丝腱鞘93和螺钉87缠绕在钢丝轮轴86上且与钢丝轮轴86固接。

本实施方式的有益效果是：本实施方式的后置式人工肌肉模块采用腱鞘式传动方式，将电机等动力部件后置到患者的小臂之上，压缩了外骨骼手指驱动机构和自适应掌背调整平台的尺寸，使康复训练活动更加灵活，同时，降低了对患者腕部的负担并且不限制患者患部的运动。其它与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：结合图2-图4说明，本实施方式的第一关节前侧板(28)的板面上加工有向其长度方向延伸的两个第一长条孔16，倒U形传感器架50的与第一关节前侧板28相邻的侧壁上加工有与两个第一长条孔16对应的两个螺纹孔，第一关节前侧板28通过安装在两个第一长条孔16内并与螺纹孔螺纹连接的两个第一螺栓12与倒U形传感器架50可拆卸滑动连接。

本实施方式的有益效果是：第一关节前侧板能相对于倒U形传感器架沿手指的的长度方向往复移动，实现掌指外骨骼关节能相对于近侧指间外骨骼关节的长度可调，调节方便，制造成本低，能够适应不同长度的手指指节。其它与具体实施方式三或六相同。

具体实施方式八：结合图2、图4和图5说明，本实施方式的第二关节前侧板40的板面上加工有向其长度方向延伸的两个第二长条孔18，第三关节前侧板55的板面上加工有向其长度方向延伸的两个第三长条孔，第二关节前侧板40通过安装在两个第二长条孔18和两个第三长条孔内的两个第二螺栓14与第三关节前侧板55可拆卸滑动连接。

本实施方式的有益效果是：第二关节前侧板能相对于第三关节前侧板沿手指的长度方向往复移动，实现近侧指间外骨骼关节相对于远侧指间外骨骼关节的长度可调，调节方便，制造成本低，配合掌指外骨骼关节的移动，能够适应不同长度的手指指节。其它与具体实施方式四或六相同。

具体实施方式九：结合图9说明，本实施方式所述轴孔86-1的横截面呈D形，所述钢丝轮轴86的输出轴为六棱柱。本实施方式的有益效果是：电位计的转子与钢丝轮轴上部六角结构配合，连接可靠稳定，D形轴孔的设计有利于电机的传动，满足设计要求和实际需要。其它与具体实施方式相同。

工作过程

结合图1-图9说明，使用时，患者首先将手套式的外骨骼手指驱动机构及自适应掌背调整平台佩戴于患者的手指上，然后将环抱式电机盒佩戴到小臂之上，最后将与外骨骼手指驱动机构相连的各直插式钢丝轮单元插入到电机的输出轴上。采用钢丝软轴驱动，钢丝软轴的一端安装在各个关节的钢丝轮，而另一端则安装在钢丝轮轴上。为减少电机单元配置数量及符合手指实际生理运动情况，掌指外骨骼关节由单独一个电机驱动，近侧指间外骨骼关节与远侧指间外骨骼关节则由一个电机来同时驱动，其中其耦合比通过连接在同一电机轴上的钢丝轮轴的半径比来调节。当接通电源并启动设备之后，各电机通过腱鞘式带动各外骨骼手指的各个外骨骼关节进行有规律的运动，从而实现手部功能康复机器人对人手的损伤持续被动运动(CPM)康复训练。

Claims (4)

1.一种外骨骼式的手部功能康复机器人，它包括外骨骼手指驱动机构(1)、自适应掌背调整平台(2)和后置式人工肌肉模块(3)，所述外骨骼手指驱动机构(1)包括外骨骼拇指(4)、外骨骼食指(5)、外骨骼中指(6)、外骨骼无名指(7)以及外骨骼小指(8)，外骨骼拇指(4)、外骨骼食指(5)、外骨骼中指(6)、外骨骼无名指(7)以及外骨骼小指(8)均主要由掌指外骨骼关节(9)、近侧指间外骨骼关节(10)及远侧指间外骨骼关节(11)组成，近侧指间外骨骼关节(10)设置在掌指外骨骼关节(9)与远侧指间外骨骼关节(11)之间且三者可拆卸滑动连接，自适应掌背调整平台(2)盖合在外骨骼手指驱动机构(1)的上表面且二者可拆卸连接，外骨骼拇指(4)、外骨骼食指(5)、外骨骼中指(6)、外骨骼无名指(7)以及外骨骼小指(8)的指根部分别通过钢丝软轴(25)与后置式人工肌肉模块(3)连接，钢丝软轴(25)的一端安装在外骨骼拇指(4)、外骨骼食指(5)、外骨骼中指(6)、外骨骼无名指(7)以及外骨骼小指(8)的钢丝轮上，钢丝软轴(25)的另一端安装在后置式人工肌肉模块(3)的钢丝轮轴(86)上；

所述的掌指外骨骼关节(9)包括第一关节左后侧板(26)、第一关节右后侧板(27)、第一关节前侧板(28)、第一后侧滑块(29)、第一前侧滑块(30)、第一扇形齿轮(31)、第一扇形齿轮轴(32)、第一后侧齿条(33)、第一前侧齿条(34)、第一反向齿轮轴(35)、第一反向齿轮(36)和第一钢丝轮(37)；第一关节左后侧板(26)、第一关节右后侧板(27)及第一关节前侧板(28)三者平行布置，且第一关节前侧板(28)布置在第一关节左后侧板(26)与第一关节右后侧板(27)之间，第一关节前侧板(28)的两侧面上分别加工有滑动槽，第一关节左后侧板(26)的与第一关节前侧板(28)相对的板面上加工有左腔，第一关节右后侧板(27)的与第一关节前侧板(28)相对的板面上加工有右腔，第一关节左后侧板(26)的后侧与第一关节右后侧板(27)的后侧固接，第一后侧滑块(29)安装在第一关节左后侧板(26)上加工的左滑腔内，第一前侧滑块(30)安装在第一关节前侧板(28)上的滑动槽上，第一扇形齿轮轴(32)的轮轴依次穿过第一关节前侧板(28)、第一前侧滑块(30)上的销孔、第一扇形齿轮(31)上的中心孔和第一后侧滑块(29)上的销孔并通过第一扇形齿轮轴(32)上设置的导块安装在第一关节右后侧板(27)的右腔内，第一反向齿轮轴(35)固套在第一后侧滑块(29)的销轴上并与第一扇形齿轮(31)啮合，第一前侧滑块(30)的销轴穿过第一关节前侧板(28)，第一反向齿轮(36)固套在第一前侧滑块(30)的销轴上并与第一扇形齿轮轴(32)啮合，第一后侧齿条(33)安装在第一关节左后侧板(26)的左腔内并与第一反向齿轮轴(35)的齿轮啮合，第一前侧齿条(34)安装在第一关节前侧板(28)的滑动槽上并与第一反向齿轮(36)啮合，第一钢丝轮(37)固装在第一反向齿轮轴(35)的轮轴上；

所述的近侧指间外骨骼关节(10)包括第二关节左后侧板(38)、第二关节右后侧板(39)、第二关节前侧板(40)、第二后侧滑块(41)、第二前侧滑块(42)、第二扇形齿轮(43)、第二扇形齿轮轴(44)、第二后侧齿条(45)、第二前侧齿条(46)、第二反向齿轮轴(47)、第二反向齿轮(48)、第二钢丝轮(49)、倒U形传感器架(50)、垫块(51)和U形环(52)；第二关节左后侧板(38)、第二关节右后侧板(39)和第二关节前侧板(40)三者平行布置，且第二关节前侧板(40)布置在第二关节左后侧板(38)与第二关节右后侧板(39)之间，第二关节左后侧板(38)的后侧与第二关节右后侧板(39)的后侧通过螺钉固连，第二关节前侧板(40)的两侧面上分别加工有滑动槽，第二关节右后侧板(39)的与第二关节前侧板(40)相对的板面上加工有右腔，第二关节左后侧板(38)的与第二关节前侧板(40)相对的板面上加工有左腔；倒U形传感器架(50)卡装在第二关节左后侧板(38)和第二关节右后侧板(39)的后侧，垫块(51)安装在第二关节左后侧板(38)和第二关节右后侧板(39)的下部并与倒U型传感器架(50)固接，U形环(52)固装在垫块(51)的下部，第二后侧滑块(41)安装在第二关节右后侧板上(39)的右腔内，第二前侧滑块(42)安装在第二关节前侧板(40)的滑动槽上，第二扇形齿轮轴(44)的轮轴依次穿过第二关节前侧板(40)、第二前侧滑块(42)上的销孔、第二扇形齿轮(43)上的中心孔和第二后侧滑块(41)上的销孔并通过第二扇形齿轮轴(44)上设置的导块安装在第二关节右后侧板(39)的右腔内，第二反向齿轮轴(47)固套在第二后侧滑块(41)的销轴上并与第二扇形齿轮(43)啮合，第二前侧滑块(42)的销轴穿过第二关节前侧板(40)，第二反向齿轮(48)固套在第二前侧滑块(42)的销轴上并与第二扇形齿轮轴(44)的齿轮啮合，第二后侧齿条(45)安装在第二关节右后侧(39)的右滑腔内并与第二反向齿轮轴(47)的齿轮啮合，第二前侧齿条(46)安装在第二关节前侧板(40)的滑动槽上并与第二反向齿轮(48)啮合，第二钢丝轮(49)固装在第二反向齿轮轴(47)的轮轴上；第一关节前侧板(28)安装在倒U形传感器架(50)内且二者可拆卸滑动连接；

所述的远侧指间外骨骼关节(11)包括第三关节左后侧板(53)、第三关节右后侧板(54)、第三关节前侧板(55)、第三后侧滑块(56)、第三前侧滑块(57)、第三扇形齿轮(58)、第三扇形齿轮轴(59)、第三后侧齿条(60)、第三前侧齿条(61)、第三反向齿轮轴(62)、第三反向齿轮(63)、第三钢丝轮(64)、指尖传感器架(65)和盖子(66)；第三关节左后侧板(53)、第三关节右后侧板(54)和第三关节前侧板(55)三者平行布置，且第三关节前侧板(55)布置在第三关节左后侧板(53)、第三关节右后侧板(54)之间，第三关节前侧板(55)的两侧面分别安装有滑动槽，第三关节右后侧板(54)的与第三关节前侧板(55)相对的板面上加工有右腔，第三关节左后侧板(53)的与第三关节前侧板(55)相对的板面上加工有左腔，第三关节左后侧板(53)的后侧与第三关节右后侧板(54)的后侧固接，第三后侧滑块(56)安装在第三关节左后侧板(53)的左腔内，第三前侧滑块(57)安装在第三关节前侧(55)的滑动槽上，第三扇形齿轮轴(59)的轮轴依次穿过第三关节前侧板(55)、第三前侧滑块(57)上的销孔、第三扇形齿轮(58)上的中心孔和第三后侧滑块(56)上的销孔并通过第三扇形齿轮轴(59)上设置的导块安装在第三关节右后侧板(54)的右腔内，第三反向齿轮轴(62)固套在第三后侧滑块(56)的销轴上并与第三扇形齿轮(58)啮合，第三前侧滑块(57)的销轴穿过第三关节前侧板(55)，第三反向齿轮(63)固套在第三前侧滑块(57)的销轴上并与第三扇形齿轮轴(59)的齿轮啮合，第三后侧齿条(60)安装在第三关节左后侧(53)的左滑腔内并与第三反向齿轮轴(62)的齿轮啮合，第三前侧齿条(61)安装在第三关节前侧(55)的滑动槽上并与第三反向齿轮(63)啮合，第三钢丝轮(64)固装在第三反向齿轮轴(62)的轮轴，指尖传感器架(65)安装在第三关节前侧板(55)的前侧，盖子(66)盖合在第三关节右后侧板(54)的外侧，第二关节前侧板(40)与第三关节前侧板(55)可拆卸滑动连接；

所述的自适应掌背调整平台(2)包括外骨骼拇指平台、外骨骼食指平台、外骨骼中指平台、外骨骼无名指平台及外骨骼小指平台；外骨骼中指平台包括中指掌骨杆(67)和中指滑动架(68)，中指滑动架(68)与中指掌骨杆(67)滑动连接；外骨骼食指平台包括食指旋转块(69)、食指掌骨杆(70)和食指滑动架(71)，食指旋转块(69)与中指掌骨杆(67)滑动连接，食指掌骨杆(70)的后端与食指旋转块(69)铰接，食指掌骨杆(70)的前端与食指滑动架(71)滑动连接；外骨骼无名指平台包括无名指旋转块(72)、无名指掌骨杆(73)和无名指滑动架(74)，无名指旋转块(72)与中指掌骨杆(67)滑动连接，无名指掌骨杆(73)与无名指旋转块(72)铰接，无名指掌骨杆(73)与无名指滑动架(74)滑动连接；外骨骼小指平台包括小指旋转块(75)、小指掌骨杆(76)和小指滑动架(77)，小指旋转块(75)与无名指旋转块(72)滑动连接，小指掌骨杆(76)的后端与小指旋转块(75)铰接，小指掌骨杆(76)的前端与小指滑动架(77)滑动连接；外骨骼拇指平台包括拇指旋转架(78)、拇指连杆(79)和拇指滑动架(80)，拇指旋转架(78)的一端与中指掌骨杆(67)后端滑动连接，拇指旋转架(78)的另一端与拇指连杆(79)的一端铰接，拇指连杆(79)的另一端与拇指滑动架(80)滑动连接；拇指滑动架(80)通过第一销子(20)与外骨骼拇指(4)上的第一关节右后侧板(27)连接，食指滑动架(71)通过第二销子(21)与外骨骼食指(5)上的第一关节右后侧板(27)连接，中指滑动架(68)通过第三销子(22)与外骨骼中指(6)上的第一关节右后侧板(27)连接，无名指滑动架(74)通过第四销子(23)与外骨骼无名指(7)上的第一关节右后侧板(27)连接，小指滑动架(77)通过第五销子(24)与外骨骼小指(8)上的第一关节右后侧板(27)连接；

其特征在于：所述的后置式人工肌肉模块(3)包括环抱式电机盒(82)、直插式钢丝轮单元(83)和八个电机(81)，每四个电机(81)并列设置构成一套电机组，两套电机组安装在环抱式电机盒(82)的两侧，每个电机(81)的输出轴朝上设置，每个电机(81)的输出轴上安装有一个直插式钢丝轮单元(83)；所述直插式钢丝轮单元包括底壳(84)、上盖(85)、钢丝轮轴(86)、电位计(88)、电位计支架(89)、两个钢丝腱鞘(92)和两个螺钉(87)，上盖(85)盖合在底壳(84)上且二者形成空腔，空腔内安装有钢丝轮轴(86)，钢丝轮轴(86)的输出轴朝上设置，钢丝轮轴(86)通过轴承(90)支撑在上盖(85)与底壳(84)上，钢丝轮轴(86)的输出轴伸出上盖(85)，钢丝轮轴(86)的下端沿其轴向加工有轴孔(86-1)，每个电机(81)的输出轴安装在轴孔86-1内，电位计(88)通过电位计支架(89)安装在上盖(85)的上表面上，且电位计(88)的转子固套在钢丝轮轴(86)上，两个螺钉(87)水平设置，两个螺钉(87)水平设置并与底壳(84)的侧壁螺纹连接，每个螺钉(87)的外端面上插装有一个钢丝腱鞘(92)，钢丝软轴(25)分别安装在第一钢丝轮(37)、第二钢丝轮(49)和第三钢丝轮(64)上，钢丝软轴(25)穿过钢丝腱鞘(93)和螺钉(87)缠绕在钢丝轮轴(86)上且与钢丝轮轴(86)固接。

2.根据权利要求1所述的一种外骨骼式的手部功能康复机器人，其特征在于：第一关节前侧板(28)的板面上加工有向其长度方向延伸的两个第一长条孔(16)，倒U形传感器架(50)的与第一关节前侧板(28)相邻的侧壁上加工有与两个第一长条孔(16)对应的两个螺纹孔，第一关节前侧板(28)通过安装在两个第一长条孔(16)内并与螺纹孔螺纹连接的两个第一螺栓(12)与倒U形传感器架(50)可拆卸滑动连接。

3.根据权利要求1所述的一种外骨骼式的手部功能康复机器人，其特征在于：第二关节前侧板(40)的板面上加工有向其长度方向延伸的两个第二长条孔(18)，第三关节前侧板(55)的板面上加工有向其长度方向延伸的两个第三长条孔，第二关节前侧板(40)通过安装在两个第二长条孔(18)和两个第三长条孔内的两个第二螺栓(14)与第三关节前侧板(55)可拆卸滑动连接。

4.根据权利要求1所述的一种外骨骼式的手部功能康复机器人，其特征在于：所述轴孔(86-1)的横截面呈D形，所述钢丝轮轴(86)的输出轴为六棱柱。