CN109172265B - 手指外骨骼机器人 - Google Patents

Abstract

本公开提出一种手指外骨骼机器人，包括支撑板、至少一个手指机构及温控系统。支撑板穿戴在使用者的手背。每个手指机构穿戴在使用者的其中一根手指，且每个手指机构包括多个指套及多个关节驱动器。每个手指机构的多个指套贯序间隔排列且被配置为用以一一对应地穿戴在使用者的该手指的多个指节。每个手指机构的每两个相邻的指套之间分别由一个关节驱动器连接，且支撑板与距其最近的一个指套之间由一个关节驱动器连接。关节驱动器在温度高于或低于一相变温度值时，在一平直状态与一弯曲状态之间转换。温控系统电连接于各关节驱动器且分别控制各关节驱动器的温度。

Description

手指外骨骼机器人

技术领域

本公开涉及医疗康复器械技术领域，尤其涉及一种手指外骨骼机器人。

背景技术

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。然而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，而且也加重了医务工作者的负担。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。

然而，现有的手部康复训练器基本是采用电机或气压缸驱动，设备结构复杂，价格昂贵，而且刚性大、存在安全隐患，无法得到大面积推广，使得广大患者没办法在家中完成日常的康复训练活动，因此亟待开发一款具有成本低廉、针对性强、安全性好，适合广大患者在家中完成日常康复训练的外骨骼机器人康复训练装置。

并且，目前针对手部康复治疗的相关康复设备较少且价格昂贵，很难适用于广大的患者群众。例如专利号为CN_205548938_U的专利申请提出了一种可穿戴便携式手部康复训练装置，仍然是电机驱动的刚性结构，不但价格昂贵，而且柔顺性很差，戴在手上会给患者一种很不舒适的感觉。专利号为CN_205339470_U的专利申请提出了一种医用手部康复护理器械，是一种刚性无驱动的康复训练装置，没有驱动元件，只能让患者自行运动，达到锻炼手部肌肉的目的。专利号为CN_105796283_A的专利申请提出的一种外骨骼手部康复训练装置也是电机带动机构，进而对手指部完成康复训练的装置，同样有造价昂贵，结构复杂的特点。如何设计一种安全性强、结构简单、穿戴舒适，而且造价便宜能够在广大患者中推广的手指康复训练的外骨骼机器人显得尤为重要。

发明内容

本公开的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种结构简单、重量较轻、安全性和适应性较佳的手指外骨骼机器人。

为实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

根据本公开的一个方面，提供一种手指外骨骼机器人。其中，所述手指外骨骼机器人包括支撑板、至少一个手指机构以及温控系统。所述支撑板被配置为固定连接所述手指机构，且用以穿戴在使用者的手背。每个所述手指机构被配置为用以穿戴在使用者的其中一根手指，且每个所述手指机构包括多个指套及多个关节驱动器。每个所述手指机构的多个所述指套贯序间隔排列且被配置为用以一一对应地穿戴在使用者的该手指的多个指节。每个所述手指机构的每两个相邻的所述指套之间分别由一个所述关节驱动器连接，且所述支撑板与距其最近的一个所述指套之间由一个所述关节驱动器连接。所述关节驱动器被配置为在温度高于或低于一相变温度值时，在一平直状态与一弯曲状态之间转换。所述温控系统电连接于各所述关节驱动器且被配置为分别控制各所述关节驱动器的温度。

根据本公开的其中一个实施方式，所述关节驱动器包括连接板。所述连接板连接于相邻的两个所述指套之间，或者连接于所述支撑板与距所述支撑板最近的一个所述指套之间，所述连接板的材质为双程形状记忆合金。

根据本公开的其中一个实施方式，所述关节驱动器还包括柔性隔热薄膜。所述柔性隔热薄膜设于所述连接板的朝向使用者手指的下表面。

根据本公开的其中一个实施方式，所述关节驱动器还包括绝缘层。所述绝缘层设于所述连接板表面。

根据本公开的其中一个实施方式，所述相变温度值为40℃～50℃。

根据本公开的其中一个实施方式，所述支撑板的朝向手背的下表面开设有第一凹槽，所述手指机构的与所述支撑板相邻的所述指套的朝向手指的下表面开设有与所述第一凹槽相对的第二凹槽，所述关节驱动器的两个端部分别可拆装固定于所述第一凹槽和所述第二凹槽内。

根据本公开的其中一个实施方式，相邻的两个所述指套的相对位置的朝向手指的下表面分别开设有两个第二凹槽，所述关节驱动器的两个端部分别可拆装固定于两个所述指套的所述第二凹槽内。

根据本公开的其中一个实施方式，每个所述手指机构还包括电连接于所述温控系统的子线束，每个所述关节驱动器的两个端部分别设有正极引线和负极引线，所述正极引线和所述负极引线分别连接于所述子线束。

根据本公开的其中一个实施方式，所述支撑板的背向手背的上表面凸设有第一架线凸起，所述第一架线凸起与所述手指机构的数量和位置相对应，所述手指机构的所述子线束穿设于其所对应的所述第一架线凸起。

根据本公开的其中一个实施方式，每个所述指套的背向手指的上表面凸设有第二架线凸起，每个所述手指机构的所述子线束穿设于该手指机构的多个所述第二架线凸起，各所述关节驱动器的所述正极引线和所述负极引线分别穿过所述指套并连接于所述子线束。

根据本公开的其中一个实施方式，所述支撑板设有分线器，所述分线器与所述温控系统之间连接有主线束，且各所述手指机构的所述子线束分别连接于所述分线器。其中，所述分线器被配置为选择性地将多根所述子线束的至少其中之一与所述主线束连接。

根据本公开的其中一个实施方式，所述支撑板设有支撑板绑带，所述支撑板通过所述支撑板绑带可调节地穿戴在使用者的手腕。

根据本公开的其中一个实施方式，所述温控系统包括驱动电路、电源以及控制器。所述驱动电路分别电连接于各所述关节驱动器。所述电源电连接于所述驱动电路，所述电源被配置为通过所述驱动电路分别对各所述关节驱动器加热。所述控制器分别电连接于所述驱动电路和所述电源，所述控制器被配置为控制所述驱动电路对所述关节驱动器的加热。

根据本公开的其中一个实施方式，所述温控系统还包括多个温度传感器。多个所述温度传感器分别一一对应地设于多个所述关节驱动器，各所述温度传感器分别电连接于所述控制器，以分别采集各所述关节驱动器的温度。其中，所述控制器被配置为根据所述温度传感器采集的所述关节驱动器的温度，控制所述驱动电路对所述关节驱动器的加热。

根据本公开的其中一个实施方式，所述电源与所述驱动电路之间通过降压稳压电路连接。和/或，所述电源与所述控制器之间通过降压稳压电路连接。

根据本公开的其中一个实施方式，所述温控系统还包括温控盒。所述温控盒被配置为用以穿戴在使用者的手腕或手臂，所述驱动电路、所述电源和所述控制器分别设于所述温控盒内。

根据本公开的其中一个实施方式，所述温控盒设有温控盒绑带，所述温控盒通过所述温控盒绑带可调节地穿戴在使用者的手臂。

根据本公开的其中一个实施方式，所述手指机构对应于使用者的食指、中指、无名指和小指的任一时，每个所述手指机构包括三个所述指套及三个所述关节驱动器，三个所述指套分别为贯序间隔排列的近指套、远指套和指端套，三个所述关节驱动器分别为连接于所述支撑板与所述近指套之间的掌指关节驱动器、连接于所述近指套与所述远指套之间的近指关节驱动器和连接于所述远指套与所述指端套之间的远指关节驱动器。

根据本公开的其中一个实施方式，所述手指机构对应于使用者的拇指时，所述手指机构包括两个所述指套及两个所述关节驱动器，两个所述指套分别为贯序间隔排列的近指套和指端套，两个所述关节驱动器分别为连接于所述支撑板与所述近指套之间的掌指关节驱动器和连接于所述指端套与所述近指套之间的远指关节驱动器。

根据本公开的其中一个实施方式，所述近指套包括扣板以及指套绑带。所述扣板呈半管状结构，用以扣设于使用者的手指的指节。所述扣板通过所述指套绑带可调节地穿戴在使用者的手指的指节。

根据本公开的其中一个实施方式，所述远指套包括扣板以及指套绑带。所述扣板呈半管状结构，用以扣设于使用者的手指的指节。所述扣板通过所述指套绑带可调节地穿戴在使用者的手指的指节。

根据本公开的其中一个实施方式，所述指端套呈管状结构，用以套设于使用者的手指的指节。

由上述技术方案可知，本公开提出的外骨骼机器人的优点和积极效果在于：

本公开提出的外骨骼机器人，通过“关节驱动器被配置为在温度高于或低于一相变温度值时，在一平直状态与一弯曲状态之间转换，以分别对应使用者的手指关节的平直与弯曲”的设计，即采用具有记忆效应的智能材料，双程形状记忆合金制作关节驱动器，作为外骨骼机器人的仿生手指关节，通过对各个关节驱动器单独控制，能够实现关节驱动器的弯曲运动和回复直立运动，从而驱动五指各关节完成伸展/屈曲康复训练运动，既可以对单个手指关节康复训练，也可对所有关节同步康复训练。本公开具有穿戴式结构简单、重量轻、安全性和适应性好的优点，尤其适用于偏瘫患者手部关节疾病，运动损伤后的功能康复训练治疗。

附图说明

通过结合附图考虑以下对本公开的优选实施方式的详细说明，本公开的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本公开的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：

图1是根据一示例性实施方式示出的一种外骨骼机器人的结构示意图；

图2是图1示出的外骨骼机器人的另一角度的结构示意图；

图3是图1示出的外骨骼机器人的手指机构的结构示意图；

图4是图1示出的外骨骼机器人的支撑板的结构示意图；

图5是图4示出的支撑板的另一角度的结构示意图；

图6是图1示出的外骨骼机器人的关节驱动器处于平直状态时的结构示意图；

图7是图1示出的外骨骼机器人的关节驱动器处于弯曲状态时的结构示意图；

图8是图1示出的外骨骼机器人的指套的结构示意图；

图9是图1示出的外骨骼机器人的控制原理图。

附图标记说明如下：

100.支撑板；

110.分线器；

120.支撑板绑带；

130.第一凹槽；

140.第一架线凸起；

200.手指机构；

210.指套；

2101.近指套；

2102.远指套；

2103.指端套；

211.扣板；

2111.第二凹槽；

2112.第一线孔；

212.指套绑带；

220.关节驱动器；

221.连接板；

2211.第二线孔；

231.子线束；

232.第二架线凸起；

233.正极引线；

234.负极引线；

310.温控盒；

311.温控盒绑带；

320.驱动电路；

330.电源；

340.控制器；

350.温度传感器；

360.降压稳压电路；

400.主线束。

具体实施方式

体现本公开特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本公开能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本公开的范围，且其中的说明及附图在本质上是作说明之用，而非用以限制本公开。

在对本公开的不同示例性实施方式的下面描述中，参照附图进行，所述附图形成本公开的一部分，并且其中以示例方式显示了可实现本公开的多个方面的不同示例性结构、系统和步骤。应理解的是，可以使用部件、结构、示例性装置、系统和步骤的其他特定方案，并且可在不偏离本公开范围的情况下进行结构和功能性修改。而且，虽然本说明书中可使用术语“之间”、“中心”、“外”等来描述本公开的不同示例性特征和元件，但是这些术语用于本文中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。本说明书中的任何内容都不应理解为需要结构的特定三维方向才落入本公开的范围内。

参阅图1，其代表性地示出了本公开提出的外骨骼机器人的结构示意图。在该示例性实施方式中，本公开提出的外骨骼机器人是以应用于治疗手部僵硬等症状的医疗器械为例进行说明的。本领域技术人员容易理解的是，为将该外骨骼机器人的相关设计应用于其他领域中，而对下述的具体实施方式做出多种改型、添加、替代、删除或其他变化，这些变化仍在本公开提出的外骨骼机器人的原理的范围内。

如图1所示，在本实施方式中，本公开提出的手指外骨骼机器人主要包括支撑板、五个手指机构以及温控系统。配合参阅图2至图9，图2中代表性地示出了能够体现本公开原理的外骨骼机器人的另一角度的结构示意图；图3中代表性地示出了能够体现本公开原理的外骨骼机器人的手指机构的结构示意图；图4中代表性地示出了能够体现本公开原理的外骨骼机器人的支撑板的结构示意图；图5代表性地示出了图4示出的支撑板的另一角度的结构示意图；图6中代表性地示出了能够体现本公开原理的外骨骼机器人的关节驱动器处于平直状态时的结构示意图；图7中代表性地示出了能够体现本公开原理的外骨骼机器人的关节驱动器处于弯曲状态时的结构示意图；图8中代表性地示出了能够体现本公开原理的外骨骼机器人的指套的结构示意图；图9中代表性地示出了能够体现本公开原理的外骨骼机器人的控制原理图。以下结合上述附图，对本公开提出的外骨骼机器人的各主要组成部分的结构、连接方式和功能关系进行详细说明。

如图1和图2所示，在本实施方式中，支撑板固定连接各手指机构，且用以穿戴在使用者的手背。其中，支撑板上设置有分线器，该分线器与温控系统之间连接有主线束，且各手指机构的子线束分别连接于该分线器。据此，分线器可以根据不同需要选择性地将多根子线束的至少其中之一与主线束连接，即调节各手指机构的至少其中之一工作。另外，支撑板设有支撑板绑带，支撑板通过支撑板绑带可调节地穿戴在使用者的手腕。据此，使用者能够通过调节支撑板绑带的松紧程度，使支撑板更加舒适地穿戴在使用者的手背。在其他实施方式中，支撑板上亦可不设置分线器，即将主线束与各子线束通过其他结构连接，或者直接连接，且各子线束与主线束之间连接关系的调节亦可通过其他结构实现，或者通过温控系统实现。

如图1至图3所示，在本实施方式中，五个手指机构分别用于穿戴在使用者的其中一根手指，且每个手指机构包括多个指套及多个关节驱动器。其中，由于人体各手指的生理结构不同，五个手指机构的结构略有不同。例如，穿戴在拇指的手指机构包括两个指套及两个关节驱动器，穿戴在其余四根手指(食指、中指、无名指和小指)的手指机构分别包括三个指套及三个关节驱动器。

具体而言，如图1至图3所示，在本实施方式中，当手指机构对应于使用者的食指、中指、无名指和小指的任一时，每个手指机构包括三个指套及三个关节驱动器。其中，三个指套分别为贯序间隔排列的近指套、远指套和指端套，三个关节驱动器分别为连接于支撑板与近指套之间的掌指关节驱动器、连接于近指套与远指套之间的近指关节驱动器和连接于远指套与指端套之间的远指关节驱动器。

再者，如图1和图2所示，在本实施方式中，当手指机构对应于使用者的拇指时，手指机构包括两个指套及两个关节驱动器。其中，两个指套分别为贯序间隔排列的近指套和指端套，两个关节驱动器分别为连接于支撑板与近指套之间的掌指关节驱动器和连接于指端套与近指套之间的远指关节驱动器。

如图1至图3所示，在本实施方式中，每个手指机构的指套的数量与其所套设的手指的指节的数量相同，多个指套贯序间隔排列且被配置为一一对应地穿戴在使用者的该手指的多个指节。每个手指机构的每两个相邻的指套之间分别由一个关节驱动器连接，且支撑板与距其最近的一个指套之间由一个关节驱动器连接。关节驱动器被配置为在温度高于或低于一相变温度值时，在一平直状态与一弯曲状态之间转换，以分别对应使用者的手指关节的平直与弯曲。

在本实施方式中，温控系统电连接于(例如通过主线束和各子线束)各关节驱动器，用于分别控制各关节驱动器的温度，从而分别控制各手指机构，实现对使用者各手指的训练。

通过本公开的上述设计，本公开提出的外骨骼机器人采用具有记忆效应的智能材料，双程形状记忆合金制作关节驱动器，作为外骨骼机器人的仿生手指关节，通过对各个关节驱动器单独控制，能够实现关节驱动器的弯曲运动和回复直立运动，从而驱动五指各关节完成伸展/屈曲康复训练运动，既可以对单个手指关节康复训练，也可对所有关节同步康复训练。

进一步地，如图3和图8所示，在本实施方式中，近指套主要包括扣板以及指套绑带。其中，扣板呈半管状结构，用于扣设在使用者的手指的根部指节，且扣板能够通过指套绑带可调节地穿戴在使用者的手指的指节。据此，使用者能够通过调节指套绑带的松紧程度，使指套更加舒适地穿戴在使用者的指节。

类似地，如图3和图8所示，在本实施方式中，远指套主要包括扣板以及指套绑带。其中，扣板呈半管状结构，用于扣设在使用者的手指的中间指节，且扣板通过指套绑带可调节地穿戴在使用者的手指的指节。

进一步地，如图3所示，在本实施方式中，指端套大致呈管状结构，用于套设在使用者的手指的末端指节。

进一步地，如图3、图6和图7所示，在本实施方式中，关节驱动器主要包括连接板。其中，对于一个手指机构而言，连接板连接在相邻的两个指套之间，或者连接在支撑板与距支撑板最近的一个指套之间，连接板的材质为双程形状记忆合金，且当连接板的温度高于双程形状记忆合金的相变温度值时，连接板呈弯曲状态，其内部组织结构呈奥氏体状态，当连接板的温度低于双程形状记忆合金的相变温度值时，连接板呈平直状态，其内部组织结构呈马氏体状态。据此，电连接于连接板的温控系统能够通过改变通入连接板的电流大小，而使其温度发生改变，从而控制连接板在平直状态与弯曲状态之间转换。温控系统通过对各手指机构的各连接板温度的独立控制，能够分别控制对应于使用者各手指关节的各连接板的形变状态，从而单独模拟各手指关节的生理动作。另外，由于双程形状记忆合金的变形是通过内部组织结构的相变，产生形变量和驱动力，其变形速率较为平缓，而非瞬间性的变化，适合于人体手指的驱动动作，避免突然形变而引起手指的肌肉损伤。

进一步地，在本实施方式中，基于支撑板的第一凹槽和指套的第二凹槽的设计，第一凹槽的宽度优选地等于连接板与支撑板连接的端部的尺寸，第二凹槽的宽度优选地等于连接板与指套连接的端部的尺寸。据此，能够防止连接板相对支撑板或指套相对转动。

进一步地，在本实施方式中，关节驱动器还包括柔性隔热薄膜。具体而言，柔性隔热薄膜优选地设置在连接板的朝向使用者手指的下表面。据此，在关节驱动器受热发生形变的工作过程中，柔性隔热薄膜能够阻挡热量传递至使用者的手指，避免低温烫伤的情形发生。

进一步地，在本实施方式中，关节驱动器还包括绝缘层，该绝缘层设置在连接板的表面。据此，基于温控系统是通过改变通入连接板的电流大小而控制连接板的温度的设计，绝缘层的设置能够在连接板与使用者手指之间提供绝缘保护。

进一步地，在本实施方式中，关节驱动器的连接板的相变温度值，即本实施方式中双程形状记忆合金的相变温度值优选为40℃～50℃。据此，上述相变温度值的范围较为接近人体正常生理体温，避免温度过高造成烫伤。同时，由于人体温度为36.5℃左右，考虑到四季环境温度的影响，把相变温度设定在40℃～50℃之间的范围，一方面不需要双程形状记忆合金的温度值过高产生形变，另一方面也不至于过低而造成环境温度对工作状态的影响。

更进一步地，在本实施方式中，在对双程形状记忆合金的最大弯曲形变的热处理工艺中，优选地采用仿生学原理，结合人体手指弯曲时的最大形变量来控制双程形状记忆合金的形变量，使其在人体手指的活动范围内进行弯曲形变，一方面不至于形变量太小而达不到康复训练的目的，另一方面也不至于由于形变过大而对手指造成伤害。

进一步地，如图4所示，在本实施方式中，支撑板的朝向使用者手背的下表面开设有五个第一凹槽，这些第一凹槽分别对应于各手指机构，用于供连接板的一端可拆装固定于支撑板的第一凹槽内，且可优选地采用例如对锁螺丝等固定元件实现上述固定关系。类似地，如图8所示，在本实施方式中，相邻的两个指套的相对位置的下表面分别开设有两个第二凹槽，连接板的两个端部分别可拆装固定于两个指套的第二凹槽内，且可优选地采用例如对锁螺丝等固定元件实现上述固定关系。

进一步地，如图3所示，在本实施方式中，每个手指机构还包括电连接于温控系统的子线束，且每个连接板的两个端部分别设有正极引线和负极引线，正极引线和负极引线分别连接于子线束。具体而言，指套的第二凹槽的槽底开设有第一线孔，连接板的端部开设有与第一线孔对应的第二线孔，连接板的正极引线或负极引线即穿过上述第一线孔和第二线孔连接至手指机构的子线束。类似地，如图4所示，在本实施方式中，支撑板的第一凹槽的槽底亦开设有线孔，其功能和结构与上述设计大致相同，在此不予赘述。

更进一步地，如图3所示，基于每个手指机构包括子线束的设计，在本实施方式中，每个指套的上表面凸设有第二架线凸起。其中，每个手指机构的子线束穿设于该手指机构的各指套的第二架线凸起，各连接板的正极引线和负极引线分别穿过指套并连接于子线束。类似地，如图5所示，在本实施方式中，支撑板的上表面亦凸设有第一架线凸起，其功能和结构与上述设计大致相同，在此不予赘述。

如图9所示，在本实施方式中，温控系统主要包括驱动电路、电源以及控制器。其中，驱动电路分别电连接于各关节驱动器。电源电连接于驱动电路，用于通过驱动电路分别对各关节驱动器加热。控制器分别电连接于驱动电路和电源，用于控制驱动电路对关节驱动器的加热。具体而言，驱动电路可以通过主线束和各子线束分别电连接于各关节驱动器的正极引线和负极引线，从而实现温控系统对各关节驱动器的独立控制。

进一步地，如图9所示，在本实施方式中，温控系统优选地包括多个温度传感器。其中，多个温度传感器分别一一对应地设于多个关节驱动器，各温度传感器分别电连接于控制器，用于分别采集各关节驱动器的温度。据此，控制器能够根据温度传感器采集的关节驱动器的温度，控制驱动电路对关节驱动器的加热。

进一步地，如图9所示，在本实施方式中，电源与驱动电路之间优选地通过降压稳压电路连接。

类似地，如图9所示，在本实施方式中，电源与控制器之间优选地通过降压稳压电路连接。

进一步地，在本实施方式中，每块连接板的弯曲动作频率和弯曲角度，可以根据每个使用者的手指不同位置的病患状态，由医生给出一个合理建议，然后根据控制器的程序命令实现具体需要的弯曲动作频率和弯曲角度，根据使用者的不同，病患状态的不同，控制器可以采用对应不同的程序模式。

进一步地，如图1和图2所示，在本实施方式中，温控系统还包括温控盒。其中，温控盒能够穿戴在使用者的手腕或手臂，驱动电路、电源和控制器分别设置在该温控盒内。

更进一步地，如图1和图2所示，在本实施方式中，温控盒优选地设置有温控盒绑带，以供温控盒可以通过温控盒绑带可调节地穿戴在使用者的手腕或手臂。据此，使用者能够通过调节温控盒绑带的松紧程度，使温控盒更加舒适地穿戴在使用者的手腕或手臂上。

承上，以一个对应于食指的手指单元为例，其工作原理大致如下：

当三个关节驱动器通过PWM信号，通入电流，使其内部温度达到相变温度值，由双程形状记忆合金制成的连接板的内部组织结构由马氏体向奥氏体开始转变，连接板发生弯曲运动，带动使用者的手指的相应的指节进行屈曲运动。当对三个关节驱动器进行断电处理时，由双程形状记忆合金材质制成的连接板的温度降低到相变温度值以下，连接板开始恢复至原来的平直状态，带动使用者的手指进行伸展运动。通过带动使用者的手指各指节成组的屈曲/伸展运动，可以帮助手指没有主动运动能力的使用者完成肌肉的伸展/回缩运动，防止其手部肌肉因为长时间的弯曲、蜷缩状态而造成的肌肉的肌无力、痉挛萎缩等症状。

在此应注意，附图中示出而且在本说明书中描述的外骨骼机器人仅仅是能够采用本公开原理的许多种外骨骼机器人中的几个示例。应当清楚地理解，本公开的原理绝非仅限于附图中示出或本说明书中描述的外骨骼机器人的任何细节或外骨骼机器人的任何部件。

综上所述，本公开提出的外骨骼机器人，通过“关节驱动器被配置为在温度高于或低于一相变温度值时，在一平直状态与一弯曲状态之间转换，以分别对应使用者的手指关节的平直与弯曲”的设计，即采用具有记忆效应的智能材料，双程形状记忆合金制作关节驱动器，作为外骨骼机器人的仿生手指关节，通过对各个关节驱动器单独控制，能够实现关节驱动器的弯曲运动和回复直立运动，从而驱动五指各关节完成伸展/屈曲康复训练运动，既可以对单个手指关节康复训练，也可对所有关节同步康复训练。本公开具有穿戴式结构简单、重量轻、安全性和适应性好的优点，尤其适用于偏瘫患者手部关节疾病，运动损伤后的功能康复训练治疗。

以上详细地描述和/或图示了本公开提出的外骨骼机器人的示例性实施方式。但本公开的实施方式不限于这里所描述的特定实施方式，相反，每个实施方式的组成部分和/或步骤可与这里所描述的其它组成部分和/或步骤独立和分开使用。一个实施方式的每个组成部分和/或每个步骤也可与其它实施方式的其它组成部分和/或步骤结合使用。在介绍这里所描述和/或图示的要素/组成部分/等时，用语“一个”、“一”和“上述”等用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等。术语“包含”、“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。此外，权利要求书及说明书中的术语“第一”和“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数字限制。

虽然已根据不同的特定实施例对本公开提出的外骨骼机器人进行了描述，但本领域技术人员将会认识到可在权利要求的精神和范围内对本公开的实施进行改动。

Claims (17)

1.一种手指外骨骼机器人，其特征在于：

所述手指外骨骼机器人包括可穿戴在使用者手背的支撑板、至少一个手指机构以及温控系统；

所述支撑板被配置为固定连接所述手指机构；

每个所述手指机构被配置为用以穿戴在使用者的其中一根手指，每个所述手指机构包括多个指套及多个关节驱动器；

每个所述手指机构的多个所述指套依次间隔排列且被配置为用以一一对应地穿戴在使用者的该手指的多个指节；

每个所述手指机构的每两个相邻的所述指套之间分别由一个所述关节驱动器连接，且所述支撑板与距其最近的一个所述指套之间由一个所述关节驱动器连接；

所述关节驱动器包括连接板，所述连接板连接于相邻的两个所述指套之间，或者连接于所述支撑板与距所述支撑板最近的一个所述指套之间，所述连接板的材质为双程形状记忆合金，所述关节驱动器被配置为在温度高于或低于一相变温度值时，在一平直状态与一弯曲状态之间转换；

所述温控系统电连接于各所述关节驱动器且被配置为分别控制各所述关节驱动器的温度。

2.根据权利要求1所述的手指外骨骼机器人，其特征在于，所述相变温度值为40℃～50℃。

3.根据权利要求1所述的手指外骨骼机器人，其特征在于，所述支撑板的朝向手背的下表面开设有第一凹槽，所述手指机构的与所述支撑板相邻的所述指套的朝向手指的下表面开设有与所述第一凹槽相对的第二凹槽，所述关节驱动器的两个端部分别可拆装固定于所述第一凹槽和所述第二凹槽内。

4.根据权利要求1所述的手指外骨骼机器人，其特征在于，相邻的两个所述指套的相对位置的朝向手指的下表面分别开设有两个第二凹槽，所述关节驱动器的两个端部分别可拆装固定于两个所述指套的所述第二凹槽内。

5.根据权利要求1所述的手指外骨骼机器人，其特征在于，每个所述手指机构还包括电连接于所述温控系统的子线束，每个所述关节驱动器的两个端部分别设有正极引线和负极引线，所述正极引线和所述负极引线分别连接于所述子线束。

6.根据权利要求5所述的手指外骨骼机器人，其特征在于，所述支撑板的背向手背的上表面凸设有第一架线凸起，所述第一架线凸起与所述手指机构的数量和位置相对应，所述手指机构的所述子线束穿设于其所对应的所述第一架线凸起。

7.根据权利要求5所述的手指外骨骼机器人，其特征在于，每个所述指套的背向手指的上表面凸设有第二架线凸起，每个所述手指机构的所述子线束穿设于该手指机构的多个所述第二架线凸起，各所述关节驱动器的所述正极引线和所述负极引线分别穿过所述指套并连接于所述子线束。

8.根据权利要求5所述的手指外骨骼机器人，其特征在于，所述支撑板设有分线器，所述分线器与所述温控系统之间连接有主线束，且各所述手指机构的所述子线束分别连接于所述分线器；其中，所述分线器被配置为选择性地将多根所述子线束的至少其中之一与所述主线束连接。

9.根据权利要求1所述的手指外骨骼机器人，其特征在于，所述支撑板设有支撑板绑带，所述支撑板通过所述支撑板绑带可调节地穿戴在使用者的手腕。

10.根据权利要求1所述的手指外骨骼机器人，其特征在于，所述温控系统包括：

驱动电路，分别电连接于各所述关节驱动器；

电源，电连接于所述驱动电路，所述电源被配置为通过所述驱动电路分别对各所述关节驱动器加热；以及

控制器，分别电连接于所述驱动电路和所述电源，所述控制器被配置为控制所述驱动电路对所述关节驱动器的加热。

11.根据权利要求10所述的手指外骨骼机器人，其特征在于，所述温控系统还包括：

多个温度传感器，分别一一对应地设于多个所述关节驱动器，各所述温度传感器分别电连接于所述控制器，以分别采集各所述关节驱动器的温度；

其中，所述控制器被配置为根据所述温度传感器采集的所述关节驱动器的温度，控制所述驱动电路对所述关节驱动器的加热。

12.根据权利要求10所述的手指外骨骼机器人，其特征在于，所述电源与所述驱动电路之间通过降压稳压电路连接；和/或，所述电源与所述控制器之间通过降压稳压电路连接。

13.根据权利要求10所述的手指外骨骼机器人，其特征在于，所述温控系统还包括：

温控盒，被配置为用以穿戴在使用者的手腕或手臂，所述驱动电路、所述电源和所述控制器分别设于所述温控盒内。

14.根据权利要求1所述的手指外骨骼机器人，其特征在于，所述手指机构对应于使用者的食指、中指、无名指和小指的任一时，每个所述手指机构包括三个所述指套及三个所述关节驱动器，三个所述指套分别为依次间隔排列的近指套、远指套和指端套，三个所述关节驱动器分别为连接于所述支撑板与所述近指套之间的掌指关节驱动器、连接于所述近指套与所述远指套之间的近指关节驱动器和连接于所述远指套与所述指端套之间的远指关节驱动器。

15.根据权利要求1所述的手指外骨骼机器人，其特征在于，所述手指机构对应于使用者的拇指时，所述手指机构包括两个所述指套及两个所述关节驱动器，两个所述指套分别为依次间隔排列的近指套和指端套，两个所述关节驱动器分别为连接于所述支撑板与所述近指套之间的掌指关节驱动器和连接于所述指端套与所述近指套之间的远指关节驱动器。

16.根据权利要求14或15所述的手指外骨骼机器人，其特征在于，所述近指套包括：

扣板，呈半管状结构，用以扣设于使用者的手指的指节；以及

指套绑带，所述扣板通过所述指套绑带可调节地穿戴在使用者的手指的指节；

所述指端套呈管状结构，用以套设于使用者的手指的指节。

17.根据权利要求14所述的手指外骨骼机器人，其特征在于，所述远指套包括：

扣板，呈半管状结构，用以扣设于使用者的手指的指节；以及

指套绑带，所述扣板通过所述指套绑带可调节地穿戴在使用者的手指的指节。

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