CN109173182B - 一种便携式手指手腕康复机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种便携式手指手腕康复机器人，包括：运动传递部分、运动控制部分、电源部分、旋转摇臂部分、末端接口部分、手指康复训练部分、手腕康复训练部分、外壳、人机交互部分。本发明所述机器人有两种工作模式：手指康复模式和手腕康复模式，通过手臂护套和手掌护套的组合以及匹配相对应的手指康复训练部分或手腕康复训练部分实现；本发明所述机器人有三种康复模式：主动康复、被动康复和抗阻康复，通过人机交互部分设定相应的指令即可实现。本发明操作方便，结构简单，操作便捷，具有广泛推广意义。

Description

一种便携式手指手腕康复机器人

技术领域

本发明涉及医疗设备领域，具体地，涉及一种便携式手指手腕康复机器人。

背景技术

目前脑卒中患者或者肢体损伤患者术后最有效的恢复方法就是康复训练，而手指手腕康复训练是患者肢体康复运动中非常关键的一个环节。

目前市面上有些一种手指手腕康复的机构出现，比如，申请号为CN201610319764.6的发明专利申请，其公一种上肢康复机器人手指及手腕训练装置，该装置包括安装基座、手腕旋转运动机构和手指抓握及伸展运动机构，所述手腕旋转运动机构由第一伺服电机通过两级减速机构驱动，其中第一级减速机构是齿轮减速箱，安装在第一伺服电机前端，第二级减速机构由轴套和旋转半圆环通过钢丝绳缠绕方式构成，位于第一级减速机构前端；所述第一伺服电机安装在安装基座上；所述手指抓握及伸展运动机构由第二伺服电机通过两级减速机构驱动，其中第一级减速机构是齿轮减速箱，安装在第二伺服电机前端，所述第二伺服电机安装在手掌支撑板上，手掌支撑板固定在手腕旋转运动机构的旋转半圆环上。

但是上述专利存在以下不足：通过两个伺服电机实现手腕的旋转运动以及手指的共同屈曲/伸展运动，结构较为复杂，无法实现手指手腕康复训练中最重要的腕尺偏桡偏和腕屈曲伸展运动；并且没有设置力传感器，无法实现康复训练中的基于扭矩的主动训练和抗阻训练。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种便携式手指手腕康复机器人，使得患者在康复运动过程中得到有效的多自由度手指手腕康复训练。本发明操作方便，通过将患者手臂和/或手掌固定在手臂护套和/或手掌护套上，即能起到手指、手腕康复的作用。

为实现以上目的，本发明提供一种便携式手指手腕康复机器人，包括：运动传递部分、运动控制部分、电源部分、旋转摇臂部分、末端接口部分、手指康复训练部分、手腕康复训练部分、外壳和人机交互部分，所述运动传递部分、运动控制部分和人机交互部分位于所述外壳上，其中：

所述人机交互部分，用于提供电源通断、参数设置、康复启停的操作功能；

所述运动控制部分用于接收所述人机交互部分的命令，控制所述运动传递部分的转速和角度；

所述运动传递部分与所述旋转摇臂部分连接，用于提供旋转动力；

所述旋转摇臂部分固定于所述外壳的两侧，用于为所述运动传递部分的旋转动力传递给末端接口部分；

所述末端接口部分用于接收所述运动传递部分传递的旋转运动，并带动所述手指康复训练部分和/或所述手腕康复训练部分运动；或者，所述末端接口部分用于采集康复者的力量，根据该力量大小判断是否进行旋转；

所述手指康复训练部分与患者手指连接，对每个手指始终施加手指面相垂直的力，以对手指的跖屈和背屈运动提供动力；

所述手腕康复训练部分用于提供患者腕关节的尺偏桡偏运动和/或屈曲伸展运动；

所述电源部分用于为所述运动传递部分、运动控制部分和人机交互部分提供能源动力。

优选地，所述康复机器人有三种康复模式：主动康复、被动康复和抗阻康复，通过人机交互部分设定相应的指令实现；其中：

-所述主动康复模式，即患者手指或手腕运动，通过手指康复训练部分或手腕康复训练部分将康复者的力量进行传递，由末端接口部分进行力量的采集，当力量大于设定阈值时，控制末端接口部分进行旋转，且旋转方向与患者手指或手腕运动方向一致；

-所述被动康复模式，即控制末端接口部分带动手指康复训练部分或手腕康复训练部分运动，强制带动患者手指或手腕进行手指跖屈背屈、手腕尺偏桡偏运动和屈曲伸展运动的训练；

-所述抗阻康复模式，即进行运动传递部分的力矩闭环控制，设定阻力，使得患者进行手指、手腕康复训练的时候始终保持和患者运动方向相反的阻力。

优选地，所述康复机器人还包括用于保护患者手臂的手臂护套、用于固定患者手腕的手掌护套，手掌护套与手臂护套连接；

所述康复机器人有两种工作模式：手指康复模式和手腕康复模式，通过手臂护套和手掌护套的组合以及匹配相对应的手指康复训练部分或手腕康复训练部分实现；

-当进行手指康复训练时，将患者手臂和手掌分别固定在手臂护套和手掌护套上，患者的手指固定在手指康复训练部分上，进行三种康复模式的手指跖屈背屈训练，起到手指康复的作用；

-当进行手腕康复训练时，将患者手臂和手臂护套固定，患者手指固定在手腕康复训练部分上，进行三种模式的手腕尺偏桡偏运动和屈曲伸展训练，起到手腕康复的作用。

更优选地，所述手臂护套包括：手臂护套支架、手臂海绵衬垫、手臂固定部件、外壳连接接口和手掌护套接口，其中：所述手臂护套支架用于包裹患者手臂；所述手臂海绵衬垫放置于手臂护套支架内部，并与患者手臂直接接触；所述手臂固定部件用于固定患者手臂与手臂护套支架；所述外壳连接接口用于与外壳连接并固定；所述手掌护套接口用于方便的与手掌护套装配和拆卸。

更优选地，所述手掌护套包括：手掌护套支架、手掌海绵衬垫、手掌固定部件和手臂护套接口，其中：所述手掌护套支架用于包裹患者手掌；所述手掌海绵衬垫放置于手掌护套支架内部并与患者手掌直接接触；所述手掌固定部件用于将患者手掌和手掌护套支架相固定；所述手臂护套接口用于方便与手臂护套装配和拆卸。

优选地，所述运动传递部分包括：旋转电机、减速器、编码器、输入轮、皮带、输出轮，其中：旋转电机的旋转输出端与减速器连接，旋转电机末端与编码器连接，输入轮与减速器连接，输出轮通过皮带与输入轮连接，且输出轮与末端接口部分连接；

旋转电机提供具有扭矩的旋转力，编码器获取当前旋转电机的旋转角度和速度，减速器将旋转电机输出的转速降低、扭矩提高后输送给输入轮，输入轮通过皮带将旋转运动传递给输出轮，最终输出至末端接口部分。

优选地，所述运动控制部分包括：电机驱动部件、编码器接口部件、通讯接口部件和运动计算部件，其中：

所述电机驱动部件用于接收运动计算部件的指令，根据运动计算部件的指令为运动传递部分的旋转电机提供动力，并根据编码器所反馈的旋转速度和角度进行闭环的电机驱动；

所述编码器接口部件用于接收编码器的信号，并将接收到的信号调理后传递给运动计算部件，有A、B或A、B、Index两种方式；

所述通讯接口部件通过有线和无线方式，建立人机交互部分和运动控制部之间的数据交互，接收人机交互部分的指令，并将当前的旋转速度、旋转角度和扭矩的运动状态传递给人机交互部分；

所述运动计算部件为一具有计算能力的处理器，用于通过通讯接口部件接收人机交互部分发送的运动参数，控制旋转电机实现速度环、位置环或力量环的运动。

优选地，所述电源部分为嵌入在外壳内部的锂电池，或者通过外接直流电源进行电能提供。

优选地，所述旋转摇臂部分用于将运动传递部分输出的旋转运动按照设定角度传递给末端接口部分；旋转摇臂部分与外壳具有一角度并通过人工设置和固定，使得末端接口部分的输出轴和人体关节轴重合。

更优选地，当处于手指康复模式时，将旋转摇臂部分所带动的末端接口部分输出轴和人体手部的执掌关节运动关节轴重合；当处于手腕康复模式时，将旋转摇臂部分所带动的末端接口部分输出轴和人体手部的腕关节的运动关节轴重合。

优选地，所述末端接口部分呈扁平圆柱形结构，圆柱形的圆心和运动传递部分的输出轮同心；具体的，所述末端接口部分包括：旋转接口部件、力传感器部件、光电开关部件、末端快速接口部件，其中：

所述旋转接口部件连接运动传递部分的输出轮，输出轮带动旋转接口部件进行圆周运动；

所述力传感器部件包括两个压力传感器并安装在旋转接口部件的周向，用于采集旋转接口部件受到的周向正向力和反向力，并把采集的力信号传递给运动控制部分的运动计算部件，从而实现力闭环控制；

所述光电开关部件固定于运动传递部分上，并不受末端接口部分旋转的影响，由光电开关部件进行位置初始化的设定；光电开关部件的对射U型凹槽包裹旋转接口部件的挡片，旋转接口部件的挡片上设定一个凹口，凹口的位置与末端接口部分的初始化位置对应，当末端接口部分旋转到旋转接口部件挡片的凹口与光电开关部件的U型凹槽对应时，即说明末端接口部分到达初始化位置，此时停止末端接口部分的旋转动作，即可在整个康复机器人初始化时，将末端接口部分旋转到固定的初始化位置；

所述末端快速接口部件设置一卡扣，用于将末端接口部分与手指康复训练部分、手腕康复训练部分快速装卸，并将运动传递部分产生的旋转力传递给手指康复训练部分、手腕康复训练部分。

优选地，所述手指康复训练部分包括：手指康复快速连接部件、手指旋转摇臂部件、手指链条固定杆、手指链条锁紧部件、手指链条部件和手指快装板，其中：

所述手指康复快速连接部件用于将手指康复训练部分与末端接口部分快速安装，接收运动传递部分输出的旋转力，并与末端接口部分的力传感器部件接触，为手指康复训练部分提供周向力；

所述手指旋转摇臂部件有两个并呈对称布置，与手指康复快速连接部件连接作为力臂，带动手指链条部件；

所述手指链条固定杆呈长方体结构，手指链条固定杆的两端连接于两个对称的手指旋转摇臂部件末端并固定；手指链条固定杆连接最多四个手指链条部件的末端，并带动四个手指链条柔性运动；

所述手指链条锁紧部件用于将手指链条固定杆锁定在对称的手指旋转摇臂部件的两端，并方便手指链条固定杆的快速拆卸；

所述手指链条部件有四条且结构相同用于分别对应患者的食指、中指、无名指和小拇指，包括链条固定接口、链节、末端轴承、钢丝绳和钢丝绳锁：链条固定接口的一端安装于链条固定杆上，链条固定接口的另一端连接链节一端；链节为具有滚子和旋转衬套的单元模块，若干链节相连接以形成一柔性链条；末端轴承安装在若干链节组成的柔性链条的末端；钢丝绳的一端固定在链条固定接口上方并通过钢丝绳锁固定，钢丝绳的另一端围绕整段柔性链条上方，并围绕末端轴承后继续围绕整段柔性链条下方后固定在链条固定接口下方，且通过钢丝绳锁固定；钢丝绳锁位于链条固定接口上、下方，用于将钢丝绳的两端与其固定；

所述手指快装板连接于手指链条部件末端，包括L型接口板、扭簧、压片和指套：L型接口板设有挂钩并通过挂钩与手指链条部件连接；扭簧固定于L型接口板下方，用于为压片提供扭力；压片的一端设有挂钩，压片的另一端连接L型接口板并绕L型接口板旋转，并同时受扭簧的扭力影响，压片的挂钩和L型接口板的挂钩配合与手指链条部件末端快速连接；指套为一O型环，指套穿过L型接口板并套住患者手指，患者手指穿过指套后与手指链条快速装卸。

优选地，所述手腕康复训练部分包括：手腕康复快速连接部件、手腕旋转摇臂部件、手柄接口部件、C型环、把手部件和手指固定部件，其中：

所述手腕康复快速连接部件用于将手腕康复训练部分和末端接口部分快速安装，接收运动传递部分输出的旋转力，并与末端接口部分的力传感器部件接触，为手腕康复训练部分提供周向力；

所述手腕旋转摇臂部件为一长方形平板，手腕旋转摇臂部件与手腕康复快速连接部件连接作为力臂，带动手柄接口部件、C型环、把手部件和手指固定部件；

所述手柄接口部件连接手腕旋转摇臂部件，手柄接口部件设有一凹槽用于将C型环装入，并使C形环围绕凹槽转动；

所述C形环为一半圆环并绕手柄接口部件旋转，C形环的末端连接把手部件，使得把手部件围绕手柄接口部件旋转：当进行手腕的屈曲伸展运动时，C形环带动把手部件的轴心与手腕旋转摇臂部件的平板平面垂直；当进行手腕的尺偏桡偏运动时，C形环带动把手部件的轴心与手腕旋转摇臂部件的平板平面平行；

所述把手部件连接于C形环的半圆两端，用于让患者抓握；

所述手指固定部件用于将患者的食指、无名指、中指或小拇指一起或其中若干与把手部件固定，起到患者手部与把手部件固定的效果；手指固定部件为魔术贴、粘扣带，或者绑带、尼龙带加插扣。

优选地，所述外壳包括：壳体部件和位于壳体部件两侧的旋转摇臂锁定部件，其中：

所述壳体部件与手臂护套连接，并为运动传递部分、运动控制部分、电源部分和人机交互部分提供支持外壳；

所述旋转摇臂锁定部件包括：拨扭、弹簧、运动导轨和卡舌，其中：弹簧的一端与壳体部件内侧连接，弹簧的另一端顶住卡舌；拨扭与卡舌连接，并在运动导轨的引导下将卡舌伸出或收入，当卡舌伸出则将旋转摇臂部分与外壳的运动锁定，当卡舌收入则锁定解除，旋转摇臂部分与外壳旋转。

与现有技术相比，本发明具有以下的有益效果：

本发明操作方便，当进行手指康复训练时，只需将患者手臂和手掌固定在手臂护套和手掌护套上，患者的手指固定在手指康复训练部分的每一个链条机构的末端手指快装机构上，就可以进行三种康复模式的手指跖屈背屈训练，起到手指康复的作用；当进行手腕康复训练时，只需将患者手臂和手臂护套相固定，患者手指固定在手腕康复训练部分上，就可以进行三种模式的手腕尺偏桡偏运动和屈曲伸展训练，起到手腕康复的作用。本发明结构简单，操作便捷，具有广泛推广意义。

本发明结构小巧方便，仅需要一个小型直流减速电机并通过更换手指康复训练部分和手腕康复训练部分就可以实现手指的共同屈曲/伸展运动和手腕的尺偏桡偏和腕屈曲伸展等康复运动。本结构安装便捷，仅通过手臂固定部件即可快速将患者手臂与手臂护套支架固定。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1a、图1b、图1c为本发明一优选实施例的结构示意图，

图中：010-手臂护套，020-手掌护套，030-运动传递部分，040-运动控制部分，050-电源部分，060-旋转摇臂部分，070-末端接口部分，080-手指康复训练部分，090-手腕康复训练部分，100-外壳，110-人机交互部分；

图2为本发明一优选实施例的手臂护套结构示意图，

图中：011-手臂护套支架，012-手臂海绵衬垫，013-手臂固定部件，014-外壳连接接口，015-手掌护套接口；

图3为本发明一优选实施例的手掌护套结构示意图，

图中：021-手掌护套支架，022-手掌海绵衬垫，023-手掌固定部件，024-手臂护套接口；

图4为本发明一优选实施例的运动传递部分结构示意图；

图中：031-旋转电机，032-减速器，033-编码器，034-输入轮，035-皮带，036-输出轮；

图5a、图5b为本发明一优选实施例的旋转摇臂部分不同康复模式下的位置示意图；

图6为本发明一优选实施例的运动控制部分结构示意图；

图中：041-电机驱动部件，042-编码器接口部件，043-通讯接口部件，044-运动计算部件；

图7为本发明一优选实施例的电源部分结构示意图，

图中：051-锂电池部件，052-充电保护部件，053-外接电源部件，054-电源输出部件；

图8a、图8b为本发明一优选实施例的末端接口部分结构示意图，

图中：071-旋转接口部件，072-力传感器部件，073-光电开关部件，074-末端快速接口部件；

图9为本发明一优选实施例的手指康复训练部分结构示意图，

图中：081-手指康复快速连接部件，082-手指旋转摇臂部件，083-手指链条固定杆，084-手指链条锁紧部件，085-手指链条部件，086-手指快装板

图10为本发明一优选实施例的手指链条部件结构示意图，

图中：0851-链条固定接口，0852-链节，0853-末端轴承，0854-钢丝绳，0855-钢丝绳锁；

图11为本发明一优选实施例的手指快装板结构示意图，

图中：0861-L型接口板，0862-扭簧，0863-压片，0864-指套；

图12a、图12b、图12c为本发明一优选实施例的手腕康复训练部分结构示意图，

图中：091-手腕康复快速连接部件，092-手腕旋转摇臂部件，093-手柄接口部件，094-C型环，095-把手部件，096-手指固定部件；

图13为本发明一优选实施例的外壳结构示意图，

图中：101-壳体部件，102-旋转摇臂锁定部件；

图14为本发明一优选实施例的人机交互部分结构示意图，

图中：111-电源按钮，112-功能按钮113-启停按钮，114-触摸屏，115-上位机处理器。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1a、图1b、图1c所示，一种便携式手指手腕康复机器人的优选实施例示意图，包括：手臂护套010、手掌护套020、运动传递部分030、运动控制部分040、电源部分050、旋转摇臂部分060、末端接口部分070、手指康复训练部分080、手腕康复训练部分090、外壳100、人机交互部分110，其中：

手臂护套010与患者手臂进行连接固定，并对其进行保护；手掌护套020与手臂护套010进行连接，用于对患者手腕进行固定；当处于手指康复状态时，将手臂护套010和手掌护套020进行连接并对患者手臂和手掌进行固定，当处于手腕康复状态是，仅需手臂护套010单独工作，与患者手臂进行固定；运动传递部分030用于提供旋转动力，并经过旋转摇臂部分060传递给末端接口部分070，从而带动手指康复训练部分080或手腕康复训练部分090进行手指或手腕的康复训练；运动控制部分040连接人机交互部分110和运动传递部分030，用于接收人机交互部分110的命令，以控制运动传递部分030的转速和角度；电源部分050为整个运动传递部分030、运动控制部分040和人机交互部分110提供能源动力，电源部分050是嵌入于外壳100内部的锂电池，或者通过外接直流电源进行电能提供；运动传递部分030连接旋转摇臂部分060，旋转摇臂部分060固定于外壳100的两侧，旋转摇臂部分060为运动传递部分030的旋转动力传递给末端接口部分070提供通道，以将运动传递部分030的旋转位置传递到患者关节的位置；末端接口部分070一端连接旋转摇臂部分060，另一端连接手指康复训练部分080和手腕康复训练部分090，末端接口部分070接收运动传递部分030所传递的旋转运动，并带动手指康复训练部分080和手腕康复训练部分090运动；手指康复训练部分080与患者的手指连接，保证对每个手指始终施加手指面相垂直的力，对手指的跖屈和背屈运动提供动力；手腕康复训练部分090用于提供患者腕关节的尺偏桡偏运动和屈曲伸展运动；外壳100用于将运动传递部分030、运动控制部分040和人机交互部分110进行保护支持，外壳100上还可以设置机械调节部件，用于旋转摇臂部分060和外壳100相对角度的设置或调节功能；人机交互部分110用于提供电源通断、参数设置、康复启停的操作功能。

上述实施例的康复机器人有两种工作模式：手指康复模式和手腕康复模式，通过手臂护套010和手掌护套的组合以及匹配相对应的手指康复训练部分080或手腕康复训练部分090实现；具体的：

当进行手指康复训练时，只需将患者手臂和手掌分别固定在手臂护套010和手掌护套020上，患者的手指固定在手指康复训练部分080的每一个链条机构的末端手指快装机构上，就可以进行三种康复模式的手指跖屈背屈训练，起到手指康复的作用；

当进行手腕康复训练时，只需将患者手臂和手臂护套010相固定，患者手指固定在手腕康复训练部分090上，就可以进行三种模式的手腕尺偏桡偏运动和屈曲伸展训练，起到手腕康复的作用。

上述实施例的所述康复机器人有三种康复模式：主动康复、被动康复和抗阻康复，通过人机交互部分110设定相应的指令即可实现；具体的：

-主动康复模式就是患者手指或手腕运动，通过手指康复训练部分080或手腕康复训练部分090将康复者的力量进行传递，由末端接口部分070进行力量的采集，当力量大于设定的阈值时，控制末端接口部分070进行旋转，旋转方向与患者手指或手腕方向一致；

-被动康复模式就是控制末端接口部分070带动手指康复训练部分080或手腕康复训练部分090运动，强制的带动患者手指或手腕进行手指跖屈背屈、手腕尺偏桡偏运动和屈曲伸展运动的训练；

-抗阻康复模式就是进行运动传递部分030的力矩闭环控制，设定阻力，使得患者进行手指手腕康复训练的时候始终保持一个和患者运动方向相反的阻力。

如图2所示，在一优选的实施例里，所述手臂护套010包括：手臂护套支架011、手臂海绵衬垫012、手臂固定部件013、外壳连接接口014和手掌护套接口015，其中：手臂护套支架011用于将患者手臂进行包裹；手臂护套支架011可以采用具有一定机械强度的出来比如塑料、碳纤维、铝合金等中的一种制成；手臂海绵衬垫012放置于手臂护套支架011的内部并与患者手臂直接接触，手臂海绵衬垫012具有一定柔性以起到保护患者手臂和运动缓冲的作用；手臂固定部件013可以采用魔术贴、粘扣带，或者采用绑带、尼龙带加插扣的方式等中任一种，将患者手臂与手臂护套支架011固定；外壳连接接口014用于与手指手腕康复机器人的外壳100快速连接并固定；手掌护套接口015用于方便与手掌护套020在不同的工作模式下进行快速装配和拆卸。

如图3所示，在一优选的实施例里，所述手掌护套020包括：手掌护套支架021、手掌海绵衬垫022、手掌固定部件023和手臂护套接口024，其中：

手掌护套支架021用于将患者手掌进行包裹；手掌护套支架021可以采用具有一定机械强度的出来比如塑料、碳纤维、铝合金等中的一种制成；手掌海绵衬垫022放置于手掌护套支架021内部并与患者手掌直接接触，手掌海绵衬垫022具有柔性以起到保护患者手掌和运动缓冲的作用；手掌固定部件023可以采用魔术贴、粘扣带，或者绑带、尼龙带加插扣的方式，将患者手掌与手掌护套支架021固定；手臂护套接口024用于在不同的工作模式下方便与手臂护套010进行快速装配和拆卸。

如图4所示，在一优选的实施例里，所述运动传递部分030包括旋转电机031、减速器032、编码器033、输入轮034、皮带035、输出轮036；其中：旋转电机031旋转输出端与减速器032连接，旋转电机031末端与编码器033连接，输入轮034与减速器032连接，输出轮036通过皮带035与输入轮034连接，输出轮036连接末端接口部分070；旋转电机031用于提供扭矩的旋转力，编码器033用于实时获取当前旋转电机031的旋转角度和速度，减速器032用于将旋转电机031输出的转速降低、扭矩提高后输送给输入轮034，输入轮034通过皮带035将旋转运动传递给输出轮036，最终输出给末端接口部分070。

进一步的，所述输入轮034、皮带035、输出轮036均嵌入于旋转摇臂部分060中。

进一步的，所述旋转电机031、减速器032、编码器033均嵌入于外壳100中。

更进一步的，所述旋转电机031采用直流永磁电机、直流无刷电机、直流步进电机、交流伺服电机中的一种。

更进一步的，所述减速器032采用RV减速器、谐波减速器、新星齿轮减速器、齿轮减速器、蜗轮蜗杆减速器中的一种。

更进一步的，所述编码器033采用光电编码器、磁编码器中的一种。

如图6所示，在一优选的实施例里，所述运动控制部分040包括：电机驱动部件041、编码器接口部件042、通讯接口部件043和运动计算部件044；其中：电机驱动部件041的输入端连接运动计算部件044，输出端连接运动传递部分030的旋转电机，电机驱动部件041用于接收运动计算部件044的指令，为运动传递部分030中的旋转电机031提供动力，并根据编码器033所反馈的速度和角度进行闭环电机驱动；编码器接口部件042的输入端连接编码器033，用于接收编码器033的信号，并将信号调理后传递给运动计算部件044；通讯接口部件043通过有线和无线方式建立人机交互部分110和运动控制部分040之间的通讯，用于接收人机交互部分110的指令，并将当前的运动状态传递给人机交互部分110；运动计算部件044为一具有计算能力的处理器，用于接收人机交互部分110发送的运动参数，控制运动传递部分030的旋转电机031进行速度环、位置环或力量环的运动控制。

进一步的，所述编码器接口部件042有A、B，或A、B、Index两种方式。

如图7所示，在一优选的实施例里，所述电源部分050包括锂电池部件051、充电保护部件052、外接电源部件053和电源输出部件054；其中：

锂电池部件051嵌入于外壳100内部，用于为整个康复机器人提供电能；

充电保护部件052用于避免锂电池部件051在充电过程中出现过压、欠压、过电流情况；

外接电源部件053用于连接外部直流电源以为锂电池部件051充电；

电源输出部件054为一电压转换电路，用于将锂电池部件051输出的电压转换成人机交互部分110和运动控制部分040中芯片所适用的电源电压。

如图5a、图5b所示，在一优选的实施例里，所述旋转摇臂部分060用于将运动传递部分030输出的旋转运动按照设定角度传递给末端接口部分070，旋转摇臂部分060与外壳100具有一角度并通过人工设置和固定，使得末端接口部分070的输出轴和人体关节轴重合；具体的：

当处于手指康复模式时，将旋转摇臂部分060带动的末端接口部分070输出轴和人体手部执掌关节的运动关节轴重合；

当处于手腕康复模式时，将旋转摇臂部分060带动的末端接口部分070输出轴和人体手部腕关节的运动关节轴重合。

如图8a、图8b所示，在一优选的实施例里，所述末端接口部分070呈扁平圆柱形结构，圆柱形的圆心和运动传递部分030中的输出轮036同心；

所述末端接口部分070包括：旋转接口部件071、力传感器部件072、光电开关部件073、末端快速接口部件074组成，其中：

旋转接口部件071用于连接运动传递部分030中的输出轮036，输出轮036带动旋转接口部件071进行圆周运动；

力传感器部件072包括两个压力传感器并安装于旋转接口部件071的周向位置，力传感器部件072用于采集旋转接口部件071受到的周向正向力和反向力，并把采集到的力信号传递给运动控制部分040的运动计算部件044，以实现力闭环控制；

光电开关部件073固定于运动传递部分030上，并不受末端接口部分070旋转的影响，由光电开关部件073进行位置初始化的设定。光电开关部件073的对射U型凹槽包裹旋转接口部件071的挡片，旋转接口部件071的挡片上设定一个凹口，凹口的位置与末端接口部分070的初始化位置对应，当末端接口部分070旋转到旋转接口部件071挡片的凹口与光电开关部件073的U型凹槽对应时，即说明末端接口部分070到达初始化位置，此时停止末端接口部分070的旋转动作，即可在整个康复机器人初始化时，将末端接口部分070旋转到固定的初始化位置；

末端快速接口部件074设置一卡扣，通过卡扣实现末端接口部分070与手指康复训练部分080、手腕康复训练部分090的快速装卸，同时通过末端快速接口部件074将运动传递部分030产生的旋转力传递给手指康复训练部分080、手腕康复训练部分090。

如图9所示，在一优选的实施例里，所述手指康复训练部分080包括：手指康复快速连接部件081、手指旋转摇臂部件082、手指链条固定杆083、手指链条锁紧部件084、手指链条部件085和手指快装板086，其中：手指康复快速连接部件081用于将手指康复训练部分080和末端接口部分070快速安装，接收运动传递部分030输出的旋转力，并与末端接口部分070的力传感器部件072接触，为手指康复训练部分提供周向力；手指旋转摇臂部件082有两个并对称布置，其与手指康复快速连接部件081连接作为力臂，以带动手指链条部件085；手指链条固定杆083呈长方体结构，手指链条固定杆083的两端连接于两个对称的手指旋转摇臂部件082末端并固定；手指链条固定杆083连接最多四个手指链条部件085的末端，并带动四个手指链条部件085柔性运动；手指链条锁紧部件084用于将手指链条固定杆083锁定在对称的手指旋转摇臂部件082的两端，并方便手指链条固定杆083的快速拆卸。

在一具体实施例中，手指链条部件085包括链条固定接口0851、链节0852、末端轴承0853、钢丝绳0854和钢丝绳锁0855(如图10所示)：链条固定接口0851的一端安装在手指链条固定杆083上并方便拆卸，链条固定接口0851另一端连接链节0852；链节0852为具有滚子和旋转衬套的单元模块，若干链节0852相连接形成一个柔性链条；末端轴承0853安装在若干链节0852组成的柔性链条末端；钢丝绳0854的一端固定在链条固定接口0851的上方并由被钢丝绳锁0855固定，钢丝绳0854的另一端围绕整段柔性链条上方并围绕末端轴承0853后继续围绕整段柔性链条下方后固定在链条固定接口0851下方，再由钢丝绳锁0855固定；钢丝绳锁0855位于链条固定接口0851的上、下方，用于将钢丝绳0854的两端与链条固定接口0851固定。

在一具体实施例中，手指快装板086连接于手指链条部件末端085，包括L型接口板0861、扭簧0862、压片0863和指套0864(如图11所示)：L型接口板0861设有挂钩并通过挂钩与手指链条部件085连接；扭簧0862固定于L型接口板0861的下方，用于为压片0863提供一定的扭力；压片0863的一端设有挂钩，压片0863的另一端连接L型接口板0861并绕L型接口板0861旋转，同时受扭簧0862的扭力影响，压片0863的挂钩和L型接口板0861的挂钩相配合与手指链条部件085的末端快速连接；指套0864为一个O型环，指套0864穿过L型接口板0861并套住患者手指，患者手指穿过指套0864，然后就可以和手指链条部件085快速装卸。

如图12a、图12b、图12c所示，在一优选的实施例里，所述手腕康复训练部分090包括：手腕康复快速连接部件091、手腕旋转摇臂部件092、手柄接口部件093、C型环094、把手部件095和手指固定部件096，其中：手腕康复快速连接部件091用于将手腕康复训练部分090和末端接口部分070快速安装，接收运动传递部分030输出的旋转力，并与末端接口部分070的力传感器部件072相接触，为其提供周向力；手腕旋转摇臂部件092为一长方形平板，其与手腕康复快速连接部件091连接一体作为力臂，用于带动手柄接口部件093、C型环094、把手部件095和手指固定部件096；手柄接口部件093连接手腕旋转摇臂部件092，手柄接口部件093包含有一凹槽用于将C型环094装入并使C形环094围绕凹槽转动；C形环094为一标准半圆环，半圆环围绕手柄接口部件093旋转，C形环094的末端连接把手部件095，使得把手部件095随C形环094围绕手柄接口部件093旋转；当进行手腕的屈曲伸展运动时，C形环094带动把手部件095的轴心与手腕旋转摇臂部件092的长方形平板平面相垂直；当进行手腕的尺偏桡偏运动时，C形环094带动把手部件095的轴心与手腕旋转摇臂部件092的长方形平板平面相平行；把手部件095连接在C形环094的半圆两端，当患者抓握把手部件095时，通过手指固定部件096将患者的食指、中指、无名指或小拇指一起或其中若干进行固定，最终起到患者手部和把手部件095固定的效果；手指固定部件096可以采用魔术贴、粘扣带，或者绑带、尼龙带加插扣的方式，将患者手指与把手部件095相固定。

如图13所示，在一优选的实施例里，所述外壳100包括：壳体部件101和旋转摇臂锁定部件102，其中：壳体部件101与手臂护套010相连接，并给运动传递部分030、运动控制部分040、电源部分050和人机交互部分110提供支持；旋转摇臂锁定部件102位于壳体部件101两侧，旋转摇臂部分060通过旋转摇臂锁定部件102与外壳100实现连接固定。

在一具体实施例中，所述旋转摇臂锁定部件102包括：拨扭、弹簧、运动导轨和卡舌，其中：弹簧的一端与壳体部件101的内侧连接，弹簧的另一端顶住卡舌；拨扭与卡舌连接，并在运动导轨的引导下将卡舌伸出或收入，当卡舌伸出则将旋转摇臂部分060与外壳100的运动锁定；当卡舌收入，则锁定解除，旋转摇臂部分060与外壳100旋转。

如图14所示，在一优选的实施例里，所述人机交互部分110包括：电源按钮111、功能按钮112、启停按钮113、触摸屏114、上位机处理器115，其中：电源按钮111用于启动和关闭整个手指手腕康复机器人的电压系统；功能按钮112位于外壳100的上表面，用于进行参数设置；启停按钮113位于外壳100的上表面，用于启动和停止当前的康复运动；触摸屏114位于外壳100的上表面，使用者通过触摸屏114设置康复参数；上位机处理器115与运动控制部分或外部智能终端通过有线或无线方式进行通讯。

在一些实施例中，上位机处理器115可以采用具有一定计算能力的处理器，与运动控制部分040通过有线或无线方式进行数据交互，将使用者设置的运动参数传递给运动控制部分040，并接受运动控制部分040的运动状态，实时显示给使用者；上位机处理器115与外部智能终端通过无线形式进行数据交互，下载康复课程、运动脚本，或者将使用者的康复参数和康复日志进行数据交流。

进一步的，所述上位机处理器115与外部智能终端进行无线数据交互时，采用wifi、蓝牙、zigbee、433MHZ、125KHZ中的一种进行。

进一步的，所述上位机处理器115与运动控制部分040进行有线的数据交互，采用RS232、RS485、SPI、I2C、CAN总线、LIN总线、IO端口中的一种或几种进行。

本发明上述实施例操作方便，当进行手指康复训练时，只需将患者手臂和手掌固定在手臂护套010和手掌护套020上，患者手指固定在手指康复训练部分080的每一个链条机构的末端手指快装机构上，就可以进行三种康复模式的手指跖屈背屈训练，起到手指康复的作用；当进行手腕康复训练时，只需将患者手臂和手臂护套010相固定，患者手指固定在手腕康复训练部分090上，就可以进行三种模式的手腕尺偏桡偏运动和屈曲伸展训练，起到手腕康复的作用。

本发明上述实施例结构简单，仅需一个小型直流减速电机通过更换手指康复训练部分和手腕康复训练部分就可以进行手指的共同屈曲/伸展运动和手腕的尺偏桡偏和腕屈曲伸展运动，并且设定了力传感器，实时检测输出扭矩，可以实现康复训练中非常重要的主动康复和抗阻康复。本发明结构简单、操作便捷，具有广泛推广意义。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (12)

1.一种便携式手指手腕康复机器人，其特征在于，包括：运动传递部分、运动控制部分、电源部分、旋转摇臂部分、末端接口部分、手指康复训练部分、手腕康复训练部分、外壳和人机交互部分，所述运动传递部分、运动控制部分和人机交互部分位于所述外壳上，其中：

所述人机交互部分，用于提供电源通断、参数设置、康复启停的操作功能；

所述运动控制部分用于接收所述人机交互部分的命令，控制所述运动传递部分的转速和角度；

所述运动传递部分与所述旋转摇臂部分连接，用于提供旋转动力；

所述旋转摇臂部分固定于所述外壳的两侧，用于为所述运动传递部分的旋转动力传递给末端接口部分；

所述末端接口部分用于接收所述运动传递部分传递的旋转运动，并带动所述手指康复训练部分和/或所述手腕康复训练部分运动；或者，所述末端接口部分用于采集康复者的力量，根据该力量大小判断是否进行旋转；

所述手指康复训练部分与患者手指连接，对每个手指始终施加手指面相垂直的力，以对手指的跖屈和背屈运动提供动力；

所述手腕康复训练部分用于提供患者腕关节的尺偏桡偏运动和/或屈曲伸展运动；

所述电源部分用于为所述运动传递部分、运动控制部分和人机交互部分提供能源动力；

所述手腕康复训练部分包括：手腕康复快速连接部件、手腕旋转摇臂部件、手柄接口部件、C型环、把手部件和手指固定部件，其中：

所述手腕康复快速连接部件用于将手腕康复训练部分和末端接口部分快速安装，接收运动传递部分输出的旋转力，并与末端接口部分的力传感器部件接触，为手腕康复训练部分提供周向力；

所述手腕旋转摇臂部件与手腕康复快速连接部件连接作为力臂，带动手柄接口部件、C型环、把手部件和手指固定部件；

所述手柄接口部件连接手腕旋转摇臂部件，手柄接口部件设有一凹槽用于将C型环装入，并使C形环围绕凹槽转动；

所述C形环为一半圆环并绕手柄接口部件旋转，C形环的末端连接把手部件，使得把手部件围绕手柄接口部件旋转：当进行手腕的屈曲伸展运动时，C形环带动把手部件的轴心与手腕旋转摇臂部件的平板平面垂直；当进行手腕的尺偏桡偏运动时，C形环带动把手部件的轴心与手腕旋转摇臂部件的平板平面平行；

所述把手部件连接于C形环的半圆两端，用于让患者抓握；

所述手指固定部件用于将患者的食指、无名指、中指或小拇指一起或其中若干与把手部件固定。

2.根据权利要求1所述一种便携式手指手腕康复机器人，其特征在于，所述康复机器人有三种康复模式：主动康复模式、被动康复模式和抗阻康复模式，通过人机交互部分设定相应的指令实现；其中：

-所述主动康复模式，即患者手指或手腕运动，通过手指康复训练部分或手腕康复训练部分将康复者的力量进行传递，由末端接口部分进行力量的采集，当力量大于设定阈值时，控制末端接口部分进行旋转，且旋转方向与患者手指或手腕运动方向一致；

-所述被动康复模式，即控制末端接口部分带动手指康复训练部分或手腕康复训练部分运动，强制带动患者手指或手腕进行手指跖屈背屈、手腕尺偏桡偏运动和屈曲伸展运动的训练；

-所述抗阻康复模式，即进行运动传递部分的力矩闭环控制，设定阻力，使得患者进行手指、手腕康复训练的时候始终保持和患者运动方向相反的阻力。

3.根据权利要求2所述一种便携式手指手腕康复机器人，其特征在于，还包括用于保护患者手臂的手臂护套、用于固定患者手腕的手掌护套，手掌护套与手臂护套连接；

所述康复机器人有两种工作模式：手指康复模式和手腕康复模式，通过手臂护套和手掌护套的组合以及匹配相对应的手指康复训练部分或手腕康复训练部分实现；

-当进行手指康复训练时，将患者手臂和手掌分别固定在手臂护套和手掌护套上，患者的手指固定在手指康复训练部分上，进行三种康复模式的手指跖屈背屈训练，起到手指康复的作用；

-当进行手腕康复训练时，将患者手臂和手臂护套相固定，患者手指固定在手腕康复训练部分上，进行三种康复模式的手腕尺偏桡偏运动和屈曲伸展训练，起到手腕康复的作用。

4.根据权利要求3所述一种便携式手指手腕康复机器人，其特征在于，包括：

所述手臂护套包括：手臂护套支架、手臂海绵衬垫、手臂固定部件、外壳连接接口和手掌护套接口，其中：所述手臂护套支架用于将患者手臂包裹；所述手臂海绵衬垫放置于手臂护套支架内部，与患者手臂直接接触，手臂海绵衬垫采用柔性材料；所述手臂固定部件将患者手臂与手臂护套支架固定；所述外壳连接接口用于与外壳快速连接并固定；所述手掌护套接口用于与手掌护套在不同的工作模式下快速装配或拆卸；

和/或，所述手掌护套包括：手掌护套支架、手掌海绵衬垫、手掌固定部件和手臂护套接口，其中：所述手掌护套支架用于将患者手掌包裹；所述手掌海绵衬垫放置于手掌护套支架内部，用于与患者手掌直接接触，手掌海绵衬垫采用柔性材料；所述手掌固定部件将患者的手掌与手掌护套支架固定；所述手臂护套接口用于与手臂护套在不同工作模式下快速装配或拆卸。

5.根据权利要求1所述一种便携式手指手腕康复机器人，其特征在于，所述运动传递部分包括：旋转电机、减速器、编码器、输入轮、皮带、输出轮，其中：

旋转电机的旋转输出端与减速器连接，旋转电机末端与编码器连接，输入轮与减速器连接，输出轮通过皮带与输入轮连接，且输出轮与末端接口部分连接；

旋转电机提供具有扭矩的旋转力，编码器获取当前旋转电机的旋转角度和速度，减速器将旋转电机输出的转速降低、扭矩提高后输送给输入轮，输入轮通过皮带将旋转运动传递给输出轮，最终输出至末端接口部分。

6.根据权利要求5所述一种便携式手指手腕康复机器人，其特征在于，所述运动控制部分包括：电机驱动部件、编码器接口部件、通讯接口部件和运动计算部件，其中：

所述电机驱动部件用于接收运动计算部件的指令，根据运动计算部件的指令为运动传递部分的旋转电机提供动力，并根据编码器所反馈的旋转速度和角度进行闭环的电机驱动；

所述编码器接口部件用于接收编码器的信号，并将接收到的信号调理后传递给运动计算部件；

所述通讯接口部件，用于人机交互部分和运动计算部件之间的数据交互，接收人机交互部分的指令，并将当前的旋转速度、旋转角度和扭矩的运动状态传递给人机交互部分；

所述运动计算部件，通过通讯接口部件接收人机交互部分发送的运动参数，控制旋转电机实现速度环、位置环或力量环的运动。

7.根据权利要求1所述一种便携式手指手腕康复机器人，其特征在于，所述末端接口部分包括：旋转接口部件、力传感器部件、光电开关部件、末端快速接口部件，其中：

所述旋转接口部件连接所述运动传递部分，所述运动传递部分带动所述旋转接口部件进行圆周运动；

所述力传感器部件包括两个压力传感器，安装在所述旋转接口部件的周向，用于采集所述旋转接口部件受到的周向正向力和反向力，并把采集的力信号输出到所述运动控制部分；

所述光电开关部件固定于所述运动传递部分上，并不受所述末端接口部分旋转的影响；所述光电开关部件的对射U型凹槽包裹所述旋转接口部件的挡片，所述旋转接口部件的挡片上设定一个凹口，所述凹口的位置与所述末端接口部分的初始化位置对应，当所述末端接口部分旋转到所述旋转接口部件挡片的凹口与所述光电开关部件的U型凹槽对应时，即为末端接口部分到达初始化位置；

所述末端快速接口部件设置一卡扣，用于将末端接口部分与手指康复训练部分、手腕康复训练部分快速装卸，并将运动传递部分产生的旋转力传递给手指康复训练部分、手腕康复训练部分。

8.根据权利要求1所述一种便携式手指手腕康复机器人，其特征在于，所述电源部分为嵌入在外壳内部的锂电池，或者通过外接直流电源进行电能提供；

所述电源部分包括：锂电池部件、充电保护部件、外接电源部件、电源输出部件组成，其中：

所述锂电池部件嵌入在外壳内部，用于为整个康复机器人提供电能；

所述充电保护部件用于避免锂电池部件在充电过程中出现过压、欠压、过电流情况；

所述外接电源部件连接外部直流电源，用于为锂电池部件充电；

所述电源输出部件用于将锂电池部件输出的电压转换成人机交互部分和运动控制部分中芯片所适用的电源电压。

9.根据权利要求1所述一种便携式手指手腕康复机器人，其特征在于，所述旋转摇臂部分用于将运动传递部分输出的旋转运动按照设定角度传递给末端接口部分；旋转摇臂部分与外壳具有一角度并通过人工设置和固定，使得末端接口部分的输出轴和人体关节轴重合：

当处于手指康复模式时，将旋转摇臂部分所带动的末端接口部分输出轴和人体手部的执掌关节运动关节轴重合；

当处于手腕康复模式时，将旋转摇臂部分所带动的末端接口部分输出轴和人体手部的腕关节的运动关节轴重合。

10.根据权利要求1所述一种便携式手指手腕康复机器人，其特征在于，所述手指康复训练部分包括：手指康复快速连接部件、手指旋转摇臂部件、手指链条固定杆、手指链条锁紧部件、手指链条部件和手指快装板，其中：

所述手指康复快速连接部件用于将手指康复训练部分与末端接口部分快速安装，接收运动传递部分输出的旋转力，并与末端接口部分的力传感器部件接触，为手指康复训练部分提供周向力；

所述手指旋转摇臂部件有两个并呈对称布置，与手指康复快速连接部件连接作为力臂，带动手指链条部件；

所述手指链条固定杆的两端连接于两个对称的手指旋转摇臂部件末端并固定，手指链条固定杆连接手指链条部件的末端并带动手指链条柔性运动；

所述手指链条锁紧部件用于将手指链条固定杆锁定在对称的手指旋转摇臂部件的两端，并方便手指链条固定杆的快速拆卸；

所述手指快装板连接于所述手指链条部件末端。

11.根据权利要求10所述一种便携式手指手腕康复机器人，其特征在于，还包括：

所述手指链条部件包括链条固定接口、链节、末端轴承、钢丝绳和钢丝绳锁：链条固定接口的一端安装于链条固定杆上，链条固定接口的另一端连接链节一端；链节为具有滚子和旋转衬套的单元模块，若干链节相连接以形成一柔性链条；末端轴承安装在若干链节组成的柔性链条的末端；钢丝绳的一端固定在链条固定接口上方并通过钢丝绳锁固定，钢丝绳的另一端围绕整段柔性链条上方，并围绕末端轴承后继续围绕整段柔性链条下方后固定在链条固定接口下方，且通过钢丝绳锁固定；钢丝绳锁位于链条固定接口上、下方，用于将钢丝绳的两端与其固定；

和/或，所述手指快装板连接于手指链条部件末端，包括L型接口板、扭簧、压片和指套：L型接口板设有挂钩并通过挂钩与手指链条部件连接；扭簧固定于L型接口板下方，用于为压片提供扭力；压片的一端设有挂钩，压片的另一端连接L型接口板并绕L型接口板旋转，同时受扭簧的扭力影响，压片的挂钩和L型接口板的挂钩配合与手指链条部件的末端快速连接；指套为一O型环，指套穿过L型接口板并套住患者手指，患者手指穿过指套后与手指链条部件快速装卸。

12.根据权利要求1-11任一项所述一种便携式手指手腕康复机器人，其特征在于，所述外壳包括：壳体部件和位于壳体部件两侧的旋转摇臂锁定部件，其中：

所述壳体部件与手臂护套连接，并为运动传递部分、运动控制部分、电源部分和人机交互部分提供支持外壳；

所述旋转摇臂锁定部件包括：拨扭、弹簧、运动导轨和卡舌，其中：弹簧的一端与壳体部件内侧连接，弹簧的另一端顶住卡舌；拨扭与卡舌连接，并在运动导轨的引导下将卡舌伸出或收入，当卡舌伸出则将旋转摇臂部分与外壳的运动锁定，当卡舌收入则锁定解除，旋转摇臂部分与外壳旋转。