CN106214425A - 一种外骨骼式创伤手指康复机器人 - Google Patents

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张福海
牟洋
杨磊
刘洪山
王鹏
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Abstract

一种外骨骼式创伤手指康复机器人，它涉及手指康复机器人。本发明解决现有外骨骼式创伤手指康复机器人存在劳动强度大、康复时间长，无法对康复效果进行直接反馈。食指外骨骼的掌指关节单元通过螺钉固定在驱动模块前端的第一正齿轮上，中指外骨骼的掌指关节单元通过螺钉固定在驱动模块前端的第二正齿轮上，无名指外骨骼的掌指关节单元通过螺钉固定在驱动模块前端的第三正齿轮上，小指外骨骼的掌指关节单元通过螺钉固定在驱动模块前端的第四正齿轮上，三根钢丝分别从人工肌肉驱动模块的滑轮组引出，三根钢丝的引出端依次与远侧指间关节单元的第一滑轮、近侧指间关节单元的第二滑轮、掌指关节单元的第三滑轮相连接。本发明用于外骨骼式创伤手指康复。

Description

一种外骨骼式创伤手指康复机器人
技术领域
本发明涉及一种康复机器人，具体涉及一种外骨骼式创伤手指康复机器人，属于生物机械工程领域。
背景技术
作为一种帮助手指创伤患者快速恢复运动功能的新型辅助康复设备，手部外骨骼式康复机械手已经成为生物机械工程领域的一个研究热点。
外骨骼式康复机械手主要由驱动装置和机械手外骨骼机构组成，驱动装置作为康复机械手的动力之源，它的要求是尽可能的使驱动手指关节的运动充分模拟人的手指在自然状态下的运动规律，在避免对创伤手指造成额外伤害的前提之下，使患者尽快恢复手指的运动功能。
测量机构是康复机械手结构设计中必不可少的环节，它通过检测机械手的位置和力的状态来评估机械手的康复治疗效果，并能够避免手指受到额外的伤害。
目前，国内一些康复机械手的驱动装置已经被研制出来，这些驱动装置通常都只考虑了手指关节的弯曲/伸展运动，而忽略了掌指关节的内收/外展运动，未能充分模拟手指关节的自然运动，康复治疗的效果不尽人意。为此，设计了一种仿生肌肉驱动技术的外骨骼手指驱动装置，使机械手外骨骼机构的运动轨迹与手指关节的自然运动轨迹更加贴近，创伤手指更快达到预期的康复效果。
当前，一些外骨骼康复机械手的测量机构已经被研制出来，而这些装置通常都利用了平面四杆机构的测量原理，这种机构的特殊性使其对手指的反作用力不能够与手指骨保持垂直从而导致对手指关节产生牵拉，造成额外的伤害。为此，设计了一种平面齿轮式康复机械手测量机构，几乎消除了康复过程中的横向滑移，整个康复过程更加安全可靠。
研究表明，手指三个关节的运动不是完全独立的，各关节的运动速度之间具有确定的比例关系。本发明正是受这一研究结果的启发，通过对滑轮外径的比例进行合理选取来充分模拟手指三个关节的自然耦合运动，进一步改善了康复效果。
综上，现有的外骨骼式创伤手指康复机器人存在劳动强度大、康复时间长，无法对康复效果进行直接反馈。
发明内容
本发明为解决现有的存在劳动强度大、康复时间长，无法对康复效果进行直接反馈的问题，进而提供一种外骨骼式创伤手指康复机器人。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
本发明的外骨骼式创伤手指康复机器人包括人工肌肉驱动模块1和外骨骼执行模块2，所述外骨骼执行模块2包括食指外骨骼3、中指外骨骼4、无名指外骨骼5和小指外骨骼6；食指外骨骼3、中指外骨骼4、无名指外骨骼5和小指外骨骼6均主要由远侧指间关节单元7、近侧指间关节单元8和掌指关节单元9组成，远侧指间关节单元7、近侧指间关节单元8和掌指关节单元9分别通过螺钉固定在相应的第一指套10、第二指套11、第三指套12上，食指外骨骼3的掌指关节单元9通过螺钉固定在驱动模块1前端的第一正齿轮63上，中指外骨骼4的掌指关节单元9通过螺钉固定在驱动模块1前端的第二正齿轮64上，无名指外骨骼5的掌指关节单元9通过螺钉固定在驱动模块1前端的第三正齿轮65上，小指外骨骼6的掌指关节单元9通过螺钉固定在驱动模块1前端的第四正齿轮66上，三根钢丝分别从人工肌肉驱动模块1的滑轮组55引出，三根钢丝的引出端依次与远侧指间关节单元7的第一滑轮14、近侧指间关节单元的第二滑轮28、掌指关节单元9的第三滑轮33相连接。
进一步地，所述的远侧指间关节单元7包括第一关节弧形齿条13、第一关节滑轮14、第一关节轴15、第一关节弹簧挡板16、第一关节支架17、第一关节测量齿轮18、第一关节角位移传感器19和第一连接板22；第一关节弧形齿条13的一端与第一连接板22焊接成一体，第一连接板22与相应的指套10固连，第一关节支架17通过螺钉与相应的指套11固连，第一关节支架17的两侧壁上沿其长度方向均加工有滑动槽，第一关节弹簧挡板16和第一关节滑轮14通过螺钉固定在第一关节支架17的一侧壁上，第一关节角位移传感器19通过螺钉固定在第一关节支架17的另一侧壁上，第一关节轴15通过两个第一关节轴承安装在第一关节支架17上，第一关节测量齿轮18固套在第一关节支架17上且位于第一关节支架17两个侧壁之间，第一关节滑轮14安装在第一关节轴15的一端上。
进一步地，所述的近侧指间关节单元8包括第二关节弧形齿条23、第二关节调整轴24、第二关节滑轮28、第二关节轴26、第二关节弹簧挡板29、第二关节支架30、第二关节测量齿轮31、第二关节角位移传感器32和第二关节弧形齿轮支撑轴45；第二关节支架30通过螺钉固定在指套12上端面上，第二关节支架30的两侧壁上沿其长度方向均加工有滑动槽，第二关节弧形齿条23的一端通过第二关节调整轴24安装在第一关节支架17的滑动槽上，第二关节弧形齿轮支撑轴45安装在第二关节支架30上，第二关节弧形齿条23支撑在第二关节弧形齿轮支撑轴45上，第二关节弹簧挡板29和第二关节滑轮28通过螺钉固定在第二关节支架30的一侧壁上，第二关节角位移传感器32通过螺钉固定在第二关节支架30的另一侧壁上，第二关节轴26通过两个第二关节轴承安装在第二关节支架30上，第二关节测量齿轮31固套在第二关节轴26上且位于第二关节支架30两个侧壁之间，第二关节滑轮28安装在第二关节轴26的一端上，第二关节测量齿轮31与第二关节弧形齿条23啮合。
进一步地，所述掌指关节单元9包括第三关节弧形齿条42、第三关节调整轴41、第三关节滑轮33、D形轴43、第三关节轴39、第三关节弹簧挡板34、第三关节支架35、第三关节测量齿轮40、第三关节角位移传感器37、第三关节弧形齿轮支撑轴46和驱动模块底板47；四根手指外骨骼的第三关节支架35通过螺钉依次固定在驱动模块前端的第一正齿轮63、第二正齿轮64、第三正齿轮65和第四正齿轮66上，D形轴43的下部通过轴承44安装在驱动模块底板47上，D形轴43的上部套装有相应的正齿轮上；第三关节支架35的两侧壁上沿其长度方向均加工有滑动槽，第三关节弧形齿条42的一端通过第三关节调整轴41安装在第二关节支架30的滑动槽上，第三关节弧形齿轮支撑轴46安装在第三关节支架35上，第三关节弧形齿条42支撑在第三关节弧形齿轮支撑轴46上，第三关节弹簧挡板34和第三关节滑轮33通过螺钉固定在第三关节支架34的一侧壁上，第三关节角位移传感器36通过螺钉固定在第三关节支架35的另一侧壁上，第三关节轴39通过两个第三关节轴承安装在第三关节支架35上，第三关节测量齿轮40固套在第三关节轴39上且位于第三关节支架35两个侧壁之间，第三关节滑轮33安装在第三关节轴39的一端上，第三关节测量齿轮40与第三关节弧形齿条42啮合。
进一步地，所述的第一关节支架17和第二关节支架30的两侧壁为对称的悬臂梁结构。
进一步地，所述的人工肌肉驱动模块1主要包括驱动电机51、传动机构48、张紧机构49和支承机构组成，驱动电机51的数量为五个，驱动电机51上下交错地安装在电机支承板52上，驱动电机51与传动机构48连接，其中四个驱动电机用于实现四个手指的弯曲伸展运动，余下的一个驱动电机用于驱动四个手指的内收外展运动，所述张紧机构由四套大、中、小的张紧滑块71和张紧板70组成，张紧滑块71用螺钉固定在张紧板70上，张紧滑块71两端开设有两个小孔用于穿过钢丝绳，调整张紧滑块71的偏角实现对钢丝绳的张紧。
进一步地，传动机构48分为第一传动机构和第二传动机构，第一传动机构主要由第一锥齿轮54、第一小锥齿轮57、滑轮组55和钢丝绳索组成，第一小锥齿轮57安装在相应的驱动电机的输出轴上，第一大锥齿轮54同轴滑轮组55固定连接，第一小锥齿轮57与第一大锥齿轮54相互啮合；第二传动机构主要由第二大锥齿轮68、第二小锥齿轮69、大直齿轮61、第一正齿轮63、第二正齿轮64、第三正齿轮65、第四正齿轮66和双边齿条67组成，第二小锥齿轮69安装在相应的驱动电机的输出轴上，第二大锥齿轮68同轴与大直齿轮61固定连接，第二小锥齿轮69与第二大锥齿轮68相互啮合，大直齿轮61与双边齿条67的一边相互啮合，双边齿条67的另一边与第一正齿轮63、第二正齿轮64、第三正齿轮65和第四正齿轮66分别啮合。
进一步地，所述的滑轮组55为三层滑轮结构，每一层均有两根钢丝通过紧定螺钉固连在滑轮组55上，三层滑轮分别控制着手指三个关节弯曲伸展运动，通过三层滑轮外径比例来模拟手指三个关节的自然耦合运动。
进一步地，第一关节轴15、第二关节轴26和第三关节轴39的一端部的横截面均为“D”字形。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明的外骨骼式创伤手指康复机器人利用了仿生肌肉的驱动技术，采用了钢丝传动，可以实现远距离的驱动，与现有的机械手的外骨骼机构紧密结合，大大减小了整套装置的空间体积；采用了两套传动机构，实现了手指关节的弯曲/伸展和内收/外展的双向运动，更加贴合了人手指的自然运动过程，改善了康复效果；采用了简便可靠的张紧机构，巧妙地解决了绳索驱动过程中的张紧问题；
本发明采用了平面齿轮的外骨骼结构，将弧形齿条做成了悬臂梁结构，弧形齿条的圆心与手指关节保持重合，使得手指的反作用力与手指骨时刻保持垂直，消除了对创伤手指关节产生的牵拉作用，避免手指受到额外的伤害；改变调整轴在直槽口中的位置，可以迎合不同患者的手指长度。
附图说明
图1是本发明外骨骼式创伤手指康复机器人的整体结构立体图；
图2为本发明单根手指外骨骼执行模块结构立体图；
图3为本发明具体实施方式一中外骨骼远侧指间关节单元7分解图；
图4为本发明具体实施方式一中外骨骼近侧指间关节单元8分解图；
图5为本发明具体实施方式一中外骨骼掌指关节单元9分解图；
图6为外骨骼远、近侧指间关节单元的关节支架结构图；
图7为外骨骼掌指关节单元的关节支架结构图；
图8为具体实施方式六中人工肌肉驱动模块结构图；
图9为具体实施方式七中第一传动机构结构图；
图10为具体实施方式七中第二传动机构结构图；
图11为张紧机构结构图；
图12为具体实施方式四中驱动模块底板47结构图。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1～12所示，本实施方式的外骨骼式创伤手指康复机器人包括人工肌肉驱动模块1和外骨骼执行模块2，所述外骨骼执行模块2包括食指外骨骼3、中指外骨骼4、无名指外骨骼5和小指外骨骼6；食指外骨骼3、中指外骨骼4、无名指外骨骼5和小指外骨骼6均主要由远侧指间关节单元7、近侧指间关节单元8和掌指关节单元9组成，远侧指间关节单元7、近侧指间关节单元8和掌指关节单元9分别通过螺钉固定在相应的第一指套10、第二指套11、第三指套12上，食指外骨骼3的掌指关节单元9通过螺钉固定在驱动模块1前端的第一正齿轮63上，中指外骨骼4的掌指关节单元9通过螺钉固定在驱动模块1前端的第二正齿轮64上，无名指外骨骼5的掌指关节单元9通过螺钉固定在驱动模块1前端的第三正齿轮65上，小指外骨骼6的掌指关节单元9通过螺钉固定在驱动模块1前端的第四正齿轮66上，三根钢丝分别从人工肌肉驱动模块1的滑轮组55引出，三根钢丝的引出端依次与远侧指间关节单元7的第一滑轮14、近侧指间关节单元的第二滑轮28、掌指关节单元9的第三滑轮33相连接。
本实施方式的食指外骨骼、中指外骨骼、无名指外骨骼和小指外骨骼都分别配有6根钢丝软轴。
本实施方式的食指外骨骼、中指外骨骼、无名指外骨骼和小指外骨骼有着相同的结构，均由远侧指间关节单元、近侧指间关节单元和掌指关节单元组成，只是尺寸略有差别。
具体实施方式二：如图1和图2所示，本实施方式所述的远侧指间关节单元7包括第一关节弧形齿条13、第一关节滑轮14、第一关节轴15、第一关节弹簧挡板16、第一关节支架17、第一关节测量齿轮18、第一关节角位移传感器19和第一连接板22；第一关节弧形齿条13的一端与第一连接板22焊接成一体，第一连接板22与相应的指套10固连，第一关节支架17通过螺钉与相应的指套11固连，第一关节支架17的两侧壁上沿其长度方向均加工有滑动槽，第一关节弹簧挡板16和第一关节滑轮14通过螺钉固定在第一关节支架17的一侧壁上，第一关节角位移传感器19通过螺钉固定在第一关节支架17的另一侧壁上，第一关节轴15通过两个第一关节轴承安装在第一关节支架17上，第一关节测量齿轮18固套在第一关节支架17上且位于第一关节支架17两个侧壁之间，第一关节滑轮14安装在第一关节轴15的一端上。如此设计，通过第一关节角位移传感器19检测第一关节测量齿轮18的角位移可以间接得到手指关节角位移。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：如图1和图3所示，本实施方式所述近侧指间关节单元8包括第二关节弧形齿条23、第二关节调整轴24、第二关节滑轮28、第二关节轴26、第二关节弹簧挡板29、第二关节支架30、第二关节测量齿轮31、第二关节角位移传感器32和第二关节弧形齿轮支撑轴45；第二关节支架30通过螺钉固定在指套12上端面上，第二关节支架30的两侧壁上沿其长度方向均加工有滑动槽，第二关节弧形齿条23的一端通过第二关节调整轴24安装在第一关节支架17的滑动槽上，第二关节弧形齿轮支撑轴45安装在第二关节支架30上，第二关节弧形齿条23支撑在第二关节弧形齿轮支撑轴45上，第二关节弹簧挡板29和第二关节滑轮28通过螺钉固定在第二关节支架30的一侧壁上，第二关节角位移传感器32通过螺钉固定在第二关节支架30的另一侧壁上，第二关节轴26通过两个第二关节轴承安装在第二关节支架30上，第二关节测量齿轮31固套在第二关节轴26上且位于第二关节支架30两个侧壁之间，第二关节滑轮28安装在第二关节轴26的一端上，第二关节测量齿轮31与第二关节弧形齿条23啮合。如此设计，通过第二关节角位移传感器32检测第二关节测量齿轮31的角位移可以间接得到手指关节角位移，改变调整轴24在第一关节支架的滑动槽中的位置，可以迎合不同患者的手指长度。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：如图1和4所示，本实施方式所述掌指关节单元9包括第三关节弧形齿条42、第三关节调整轴41、第三关节滑轮33、D形轴43、第三关节轴39、第三关节弹簧挡板34、第三关节支架35、第三关节测量齿轮40、第三关节角位移传感器37、第三关节弧形齿轮支撑轴46和驱动模块底板47；四根手指外骨骼的第三关节支架35通过螺钉依次固定在驱动模块前端的第一正齿轮63、第二正齿轮64、第三正齿轮65和第四正齿轮66上，D形轴43的下部通过轴承44安装在驱动模块底板47上，D形轴43的上部套装有相应的正齿轮上；第三关节支架35的两侧壁上沿其长度方向均加工有滑动槽，第三关节弧形齿条42的一端通过第三关节调整轴41安装在第二关节支架30的滑动槽上，第三关节弧形齿轮支撑轴46安装在第三关节支架35上，第三关节弧形齿条42支撑在第三关节弧形齿轮支撑轴46上，第三关节弹簧挡板34和第三关节滑轮33通过螺钉固定在第三关节支架34的一侧壁上，第三关节角位移传感器36通过螺钉固定在第三关节支架35的另一侧壁上，第三关节轴39通过两个第三关节轴承安装在第三关节支架35上，第三关节测量齿轮40固套在第三关节轴39上且位于第三关节支架35两个侧壁之间，第三关节滑轮33安装在第三关节轴39的一端上，第三关节测量齿轮40与第三关节弧形齿条42啮合。如此设计，第三关节弧形齿条42与第三关节测量齿轮40做啮合运动，通过第三关节角位移传感器37检测第三关节测量齿轮40的角位移可以间接得到手指关节角位移，改变调整轴41在第二关节支架的滑动槽中的位置，可以迎合不同患者的手指长度。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二或三相同。
具体实施方式五：如图3和图4所示，本实施方式所述的第一关节支架17和第二关节支架30的两侧壁为对称的悬臂梁结构。如此设计，本身可以作为力传感器的弹性体，将支架的中间部分固定在手指上，利用应变测量的原理来检测手指的反作用力。其它组成及连接关系与具体实施方式二或三相同。
具体实施方式六：如图8所示，本实施方式所述的人工肌肉驱动模块1主要包括驱动电机51、传动机构48、张紧机构49和支承机构组成，驱动电机51的数量为五个，驱动电机51上下交错地安装在电机支承板52上，驱动电机51与传动机构48连接，其中四个驱动电机用于实现四个手指的弯曲伸展运动，余下的一个驱动电机用于驱动四个手指的内收外展运动，所述张紧机构由四套大、中、小的张紧滑块71和张紧板70组成，张紧滑块71用螺钉固定在张紧板70上，张紧滑块71两端开设有两个小孔用于穿过钢丝绳，调整张紧滑块71的偏角实现对钢丝绳的张紧。如此设计，利用了仿生肌肉的驱动技术，采用了钢丝传动，可以实现远距离的驱动，与机械手的外骨骼机构紧密结合，大大减小了整套装置的空间体积；可完全实现四个手指的弯曲运动和内收外展运动。此模块佩戴患指手背上，与手掌尺寸相当，和仿生手指紧密结合。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：如图9和图10所示，本实施方式传动机构48分为第一传动机构和第二传动机构，第一传动机构主要由第一锥齿轮54、第一小锥齿轮57、滑轮组55和钢丝绳索组成，第一小锥齿轮57安装在相应的驱动电机的输出轴上，第一大锥齿轮54同轴滑轮组55固定连接，第一小锥齿轮57与第一大锥齿轮54相互啮合；第二传动机构主要由第二大锥齿轮68、第二小锥齿轮69、大直齿轮61、第一正齿轮63、第二正齿轮64、第三正齿轮65、第四正齿轮66和双边齿条67组成，第二小锥齿轮69安装在相应的驱动电机的输出轴上，第二大锥齿轮68同轴与大直齿轮61固定连接，第二小锥齿轮69与第二大锥齿轮68相互啮合，大直齿轮61与双边齿条67的一边相互啮合，双边齿条67的另一边与第一正齿轮63、第二正齿轮64、第三正齿轮65和第四正齿轮66分别啮合。如此设计，请补充有益效果。其它组成及连接关系与具体实施方式六相同。
第一小锥齿轮57通过一体的轴套与电机输出轴过盈配合，第一大锥齿轮54的轴孔与滑轮组9一体的轴过盈配合，轴的两端都配置有轴承，两端的轴承安装在轴承座53、56上，轴承座53、56用螺钉固定在电机挡板50和张紧板70之间，电机输出轴驱动第一小锥齿轮57转动，第一小锥齿轮57与第一锥齿轮54作啮合运动，从而带动滑轮组55旋转，滑轮组55有三层，每一层都有两根钢丝通过紧定螺钉固连在滑轮组55上，三层滑轮分别控制着手指三个关节弯曲伸展运动，滑轮组55上的钢丝带动远侧指间关节单元7、近侧指间关节单元8和掌指关节单元9上的第一滑轮14、第二滑轮28、第三滑轮33旋转，使食指外骨骼3、中指外骨骼4、无名指外骨骼5和小指外骨骼6带动四指作弯曲伸展的双向运动。
第二小锥齿轮69与电机输出轴过盈配合，第二锥齿轮68和大直齿轮61都穿过轴60且与轴60过盈配合，轴60的另一端穿过轴承62，轴承62安装在底座47的轴承孔里，双边齿条67的背面配置两个滑块，两个滑块放置在底座47的导向槽中，电机输出轴驱动第二小锥齿轮69，第二小锥齿轮69与第二大锥齿轮68作啮合运动，从而带动大直齿轮61转动，双边齿条67的一边与大直齿轮61做啮合运动，另一边和第一正齿轮63、第二正齿轮64、第三正齿轮65和第四正齿轮66作啮合运动，使食指外骨骼3、中指外骨骼4、无名指外骨骼5和小指外骨骼6带动四指作内收/外展运动。
滑轮组55上的钢丝带动远侧指间关节单元7、近侧指间关节单元8和掌指关节单元9的第一滑轮14、第二滑轮28、第三滑轮33转动，使食指外骨骼3、中指外骨骼4、无名指外骨骼5和小指外骨骼6带动四指做弯曲伸展运动。
用于实现手指的弯曲伸展运动，通过啮合运动，带动与第一锥齿轮54固连的滑轮组55旋转，用于实现手指的内收外展运动。
具体实施方式八：如图9所示，本实施方式所述的滑轮组55为三层滑轮结构，每一层均有两根钢丝通过紧定螺钉固连在滑轮组55上，三层滑轮分别控制着手指三个关节弯曲伸展运动，通过三层滑轮外径比例来模拟手指三个关节的自然耦合运动。其它组成及连接关系与具体实施方式七相同。
具体实施方式九：如图3、图4和图5所示，本实施方式第一关节轴15、第二关节轴26和第三关节轴39的一端部的横截面均为“D”字形。如此设计，线轮与关节轴通过D型轴孔连接，带着关节轴一起转动。其它组成及连接关系与具体实施方式二、三或四相同。
工作过程：
驱动电机输出轴驱动小锥齿轮，小锥齿轮和锥齿轮啮合，带动与锥齿轮固连的滑轮组旋转，滑轮组上的钢丝带动固连在机械手外骨骼机构各指关节上的小滑轮旋转，各小滑轮分别与各关节轴通过D型轴孔连接，带着关节轴一起转动，从而带动着关节轴上的齿轮转动，而齿轮又与弧形齿条啮合，进而弧形齿条绕关节中心旋转，其固定端带动穿戴在手指上的支架运动，从而带动手指作弯曲/伸展的双向运动；另一部分主要由锥齿轮、正齿轮和双边齿条组成，用于实现手指的内收/外展运动，电机输出轴驱动小锥齿轮，小锥齿轮和锥齿轮啮合，从而带动与锥齿轮固连的正齿轮转动，而正齿轮与双边齿条的一边做啮合运动，使得双边齿条移动，齿条另一边又与小正齿轮作啮合运动，小正齿轮与机械手外骨骼机构的掌指关节一端固连，使机械手外骨骼机构带动手指作内收/外展运动。

Claims (9)

1.一种外骨骼式创伤手指康复机器人，所述康复机械手测量机构包括人工肌肉驱动模块(1)和外骨骼执行模块(2)，其特征在于：所述外骨骼执行模块(2)包括食指外骨骼(3)、中指外骨骼(4)、无名指外骨骼(5)和小指外骨骼(6)；食指外骨骼(3)、中指外骨骼(4)、无名指外骨骼(5)和小指外骨骼(6)均主要由远侧指间关节单元(7)、近侧指间关节单元(8)和掌指关节单元(9)组成，远侧指间关节单元(7)、近侧指间关节单元(8)和掌指关节单元(9)分别通过螺钉固定在相应的第一指套(10)、第二指套(11)、第三指套(12)上，食指外骨骼(3)的掌指关节单元(9)通过螺钉固定在驱动模块(1)前端的第一正齿轮(63)上，中指外骨骼(4)的掌指关节单元(9)通过螺钉固定在驱动模块(1)前端的第二正齿轮(64)上，无名指外骨骼(5)的掌指关节单元(9)通过螺钉固定在驱动模块(1)前端的第三正齿轮(65)上，小指外骨骼(6)的掌指关节单元(9)通过螺钉固定在驱动模块(1)前端的第四正齿轮(66)上，三根钢丝分别从人工肌肉驱动模块(1)的滑轮组(55)引出，三根钢丝的引出端依次与远侧指间关节单元(7)的第一滑轮(14)、近侧指间关节单元的第二滑轮(28)、掌指关节单元(9)的第三滑轮(33)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种外骨骼式创伤手指康复机器人，其特征在于：所述的远侧指间关节单元(7)包括第一关节弧形齿条(13)、第一关节滑轮(14)、第一关节轴(15)、第一关节弹簧挡板(16)、第一关节支架(17)、第一关节测量齿轮(18)、第一关节角位移传感器(19)和第一连接板(22)；第一关节弧形齿条(13)的一端与第一连接板(22)焊接成一体，第一连接板(22)与相应的指套(10)固连，第一关节支架(17)通过螺钉与相应的指套(11)固连，第一关节支架(17)的两侧壁上沿其长度方向均加工有滑动槽，第一关节弹簧挡板(16)和第一关节滑轮(14)通过螺钉固定在第一关节支架(17)的一侧壁上，第一关节角位移传感器(19)通过螺钉固定在第一关节支架(17)的另一侧壁上，第一关节轴(15)通过两个第一关节轴承安装在第一关节支架(17)上，第一关节测量齿轮(18)固套在第一关节支架(17)上且位于第一关节支架(17)两个侧壁之间，第一关节滑轮(14)安装在第一关节轴(15)的一端上。
3.根据权利要求1所述的一种外骨骼式创伤手指康复机器人，其特征在于：所述的近侧指间关节单元(8)包括第二关节弧形齿条(23)、第二关节调整轴(24)、第二关节滑轮(28)、第二关节轴(26)、第二关节弹簧挡板(29)、第二关节支架(30)、第二关节测量齿轮(31)、第二关节角位移传感器(32)和第二关节弧形齿轮支撑轴(45)；第二关节支架(30)通过螺钉固定在指套(12)上端面上，第二关节支架(30)的两侧壁上沿其长度方向均加工有滑动槽，第二关节弧形齿条(23)的一端通过第二关节调整轴(24)安装在第一关节支架(17)的滑动槽上，第二关节弧形齿轮支撑轴(45)安装在第二关节支架(30)上，第二关节弧形齿条(23)支撑在第二关节弧形齿轮支撑轴(45)上，第二关节弹簧挡板(29)和第二关节滑轮(28)通过螺钉固定在第二关节支架(30)的一侧壁上，第二关节角位移传感器(32)通过螺钉固定在第二关节支架(30)的另一侧壁上，第二关节轴(26)通过两个第二关节轴承安装在第二关节支架(30)上，第二关节测量齿轮(31)固套在第二关节轴(26)上且位于第二关节支架(30)两个侧壁之间，第二关节滑轮(28)安装在第二关节轴(26)的一端上，第二关节测量齿轮(31)与第二关节弧形齿条(23)啮合。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种外骨骼式创伤手指康复机器人，其特征在于：所述掌指关节单元(9)包括第三关节弧形齿条(42)、第三关节调整轴(41)、第三关节滑轮(33)、D形轴(43)、第三关节轴(39)、第三关节弹簧挡板(34)、第三关节支架(35)、第三关节测量齿轮(40)、第三关节角位移传感器(37)、第三关节弧形齿轮支撑轴(46)和驱动模块底板(47)；四根手指外骨骼的第三关节支架(35)通过螺钉依次固定在驱动模块前端的第一正齿轮(63)、第二正齿轮(64)、第三正齿轮(65)和第四正齿轮(66)上，D形轴(43)的下部通过轴承(44)安装在驱动模块底板(47)上，D形轴(43)的上部套装有相应的正齿轮上；第三关节支架(35)的两侧壁上沿其长度方向均加工有滑动槽，第三关节弧形齿条(42)的一端通过第三关节调整轴(41)安装在第二关节支架(30)的滑动槽上，第三关节弧形齿轮支撑轴(46)安装在第三关节支架(35)上，第三关节弧形齿条(42)支撑在第三关节弧形齿轮支撑轴(46)上，第三关节弹簧挡板(34)和第三关节滑轮(33)通过螺钉固定在第三关节支架(34)的一侧壁上，第三关节角位移传感器(36)通过螺钉固定在第三关节支架(35)的另一侧壁上，第三关节轴(39)通过两个第三关节轴承安装在第三关节支架(35)上，第三关节测量齿轮(40)固套在第三关节轴(39)上且位于第三关节支架(35)两个侧壁之间，第三关节滑轮(33)安装在第三关节轴(39)的一端上，第三关节测量齿轮(40)与第三关节弧形齿条(42)啮合。
5.根据权利要求2或3所述的一种外骨骼式创伤手指康复机器人，其特征在于：所述的第一关节支架(17)和第二关节支架(30)的两侧壁为对称的悬臂梁结构。
6.根据权利要求1所述的一种外骨骼式创伤手指康复机器人，其特征在于：
所述的人工肌肉驱动模块(1)主要包括驱动电机(51)、传动机构(48)、张紧机构(49)和支承机构组成，驱动电机(51)的数量为五个，驱动电机(51)上下交错地安装在电机支承板(52)上，驱动电机(51)与传动机构(48)连接，其中四个驱动电机用于实现四个手指的弯曲伸展运动，余下的一个驱动电机用于驱动四个手指的内收外展运动，所述张紧机构由四套大、中、小的张紧滑块(71)和张紧板(70)组成，张紧滑块(71)用螺钉固定在张紧板(70)上，张紧滑块(71)两端开设有两个小孔用于穿过钢丝绳，调整张紧滑块(71)的偏角实现对钢丝绳的张紧。
7.根据权利要求6所述的一种外骨骼式创伤手指康复机器人，其特征在于：
传动机构(48)分为第一传动机构和第二传动机构，第一传动机构主要由第一锥齿轮(54)、第一小锥齿轮(57)、滑轮组(55)和钢丝绳索组成，第一小锥齿轮(57)安装在相应的驱动电机的输出轴上，第一大锥齿轮(54)同轴滑轮组(55)固定连接，第一小锥齿轮(57)与第一大锥齿轮(54)相互啮合；第二传动机构主要由第二大锥齿轮(68)、第二小锥齿轮(69)、大直齿轮(61)、第一正齿轮(63)、第二正齿轮(64)、第三正齿轮(65)、第四正齿轮(66)和双边齿条(67)组成，第二小锥齿轮(69)安装在相应的驱动电机的输出轴上，第二大锥齿轮(68)同轴与大直齿轮(61)固定连接，第二小锥齿轮(69)与第二大锥齿轮(68)相互啮合，大直齿轮(61)与双边齿条(67)的一边相互啮合，双边齿条(67)的另一边与第一正齿轮(63)、第二正齿轮(64)、第三正齿轮(65)和第四正齿轮(66)分别啮合。
8.根据权利要求7所述的一种外骨骼式创伤手指康复机器人，其特征在于：所述的滑轮组(55)为三层滑轮结构，每一层均有两根钢丝通过紧定螺钉固连在滑轮组(55)上，三层滑轮分别控制着手指三个关节弯曲伸展运动，通过三层滑轮外径比例来模拟手指三个关节的自然耦合运动。
9.根据权利要求所述2、3或4的一种外骨骼式创伤手指康复机器人，其特征在于：第一关节轴(15)、第二关节轴(26)和第三关节轴(39)的一端部的横截面均为“D”字形。
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