CN109646250A - 一种手指康复训练机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种手指康复训练机器人，包括基座，所述基座上至少设有一个手指训练组件，所述手指训练组件包括与待训练手指的各节指骨一一对应设置的指套、能够驱动各指套的连杆机构和能够推动连杆机构以带动指套运动的驱动机构，所述的连杆机构固定在所述基座上，所述驱动机构采用气动驱动的方式进行驱动，本发明的一种手指康复训练机器人具有结构紧凑、工作稳定、控制精确等特点。

Description

一种手指康复训练机器人
技术领域
本发明属于医疗机器人技术领域，具体涉及一种手指康复训练机器人。
背景技术：
随着科技的不断发展，机器人技术在康复医学中的应用变得非常普遍。由于传统的治疗师人数有限，且患者的康复效果受限于医疗师的技术水平，因此利用康复机器人来替代传统的康复治疗师，既可以提高康复效率又可以解决人为因素带来的治疗差异，又效缓解了当前社会因人口老龄化而引起的巨大的疾病康复训练的压力。
手是人体的重要器官，能够完成各种复杂精巧的动作。在日常生活中，手要经常做各种动作以完成人体的一系列生理活动，因此手指特别容易受到损伤。然而，当前的手指康复机器人种类少、成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种手指康复训练机器人，以解决现有技术中导致的上述多项缺陷。
一种手指康复训练机器人，包括基座，所述基座上至少设有一个手指训练组件；
所述手指训练组件包括与待训练手指的各节指骨一一对应设置的指套、能够驱动各指套的连杆机构和能够推动连杆机构以带动指套运动的驱动机构；相邻两所述指套之间铰接；
所述连杆机构包括：与各指套一一对应设置的指骨拉杆，相邻两指骨拉杆之间铰接；
相邻两指骨拉杆的铰接点处还铰接有指骨连杆，所述指骨连杆与两所述指骨拉杆中距离基座较近的指骨拉杆所对应的指套铰接；
距离基座最近的指骨拉杆通过推动连杆与所述驱动机构传动连接，通过驱动连杆、基座连杆与基座铰接；所述驱动连杆分别与推动连杆和基座连杆铰接，驱动连杆与基座连杆的铰接点处还铰接有近端指骨连杆，所述近端指骨连杆与距离基座最近的指套铰接。
优选的，所述驱动机构包括气动肌腱和与所述推动连杆铰接的推动导向杆，所述气动肌腱包括弹性膜片，所述弹性膜片的一端设有与弹性膜片相连通的气源口，另一端设有用于连接推动导向杆的推动导向块；气源通过气源口为所述弹性膜片充气，弹性膜片膨胀变形从而带动推动导向杆运动。
优选的，所述弹性膜片为内部嵌入有纤维栅格网的橡胶织物管。
优选的，所述基座上还设有推动导向架，所述推动导向杆上还连接有推动导向块，所述推动导向块沿推动导向架运动，实现推动导向杆运动导向。
优选的，所述气源口通过比例调压阀连接空气压缩机，所述比例调压阀与控制器信号连接；
空气压缩机将空气压缩至比例调压阀，控制器改变比例调压阀的电压，以实现气动肌腱工作气压调节。
优选的，所述驱动机构通过固定块连接于所述基座上，所述固定块分别与所述驱动机构、基座铰接。
优选的，所述指套的横截面呈C型。
优选的，所述手指训练组件与大拇指、食指、中指、无名指和小拇指分别对应设置有一个。
优选的，与大拇指对应设置的手指训练组件连接于所述基座的侧面。
本发明的优点在于：本发明采用的上述技术方案，发明的一种手指康复训练机器人，通过合理的机构设计，实现了利用连杆机构控制所有手指的弯曲和伸直的动作要求，并可以在控制系统的控制下调节所述手指的弯曲角度，在保证了工作效率的同时也能保证了运动安全平稳、降低生产成本等特点。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明基座结构示意图；
图3为本发明大拇指机构结构示意图；
图4为本发明食指机构结构示意图；
图5为本发明气动肌腱结构示意图；
图6为本发明气动肌腱剖视图；
图7为本发明控制机构流程图。
其中：1-基座、2-小拇指训练组件、3-无名指训练组件、4-中指训练组件、5-食指训练组件、6-大拇指训练组件、21-推动导向架、22-气动肌腱固定块、301-大拇指远指骨拉杆、302-大拇指近指骨连杆II、303-大拇指近指骨拉杆、304-大拇指推动连杆、305-大拇指推动导向杆、306-大拇指气动肌腱、307-大拇指气动肌腱固定块、308-大拇指推动导向架、309-大拇指基座连杆、310-大拇指驱动连杆、311-大拇指近指骨连杆I、312-大拇指近指骨指套、313-大拇指远指骨指套、401-食指远指骨拉杆、402-食指中指骨连杆、403-食指中指骨拉杆、404-食指近指骨拉杆、405-食指推动连杆、406-食指推动导向杆、407-食指气动肌腱、408-食指气动肌腱固定块、409-食指驱动连杆、410-食指基座连杆、411-食指近指骨连杆I、412-食指近指骨连杆II、413-食指近指骨指套、414-食指中指骨指套、415-食指远指骨指套、51-推动导向杆、52-推动导向块、53-弹性膜片、54-气源口、55-气腱固定块、56-气管保护套、61-内螺纹孔、62-联结套、65-内螺纹通孔、66-气管、71-空气压缩机、72-比例调压阀、73-气动肌腱、74-手指康复训练机器人。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1所示，本发明包括：执行机构、驱动机构、控制机构，通过控制机构实现对驱动机构和执行机构的控制，驱动机构为执行机构提供驱动完成手指康复训练；执行机构包括：大拇指训练组件6、小拇指训练组件2、中指训练组件4、食指训练组件5、无名指训练组件3和基座1，手指训练组件包括指套和连杆机构，指套与连杆机构连接，连杆机构固定在基座1上；驱动机构采用气动驱动的方式进行驱动，大拇指训练组件6固定在基座1的侧面，其余4根手指的训练组件固定在基座1的上端面，每个手指训练组件都由各自气动肌腱配合推动导杆用于驱动；控制机构通过PLC程序实现对手指康复训练机器人的控制。
如图1、3、4所示，大拇指指套分为大拇指近指骨指套312和大拇指远指骨指套313两部分，其余4指的指套分为近指骨指套、中指骨指套和远指骨指套三部分，各指套均为镂空的半圆柱形指套，横截面呈C型，指套选用类塑性材料，大拇指指套中的远指骨指套和近指骨指套按前后顺序采用串联的方式铰接，其余4指的远指骨指套、中指骨指套和近指骨指套按前中后的顺序采用串联的方式铰接。
如图2、3所示，基座1侧面安装大拇指气动肌腱固定块307和大拇指推动导向架308，基座1的上端面安装其余4根手指的气动肌腱固定块和推动导向架，手指训练组件的分布方式对应人类手指的分布特点。
如图1、3所示，大拇指训练组件中的连杆机构包括大拇指远指骨拉杆301、大拇指近指骨拉杆303、大拇指推动连杆304、大拇指近指骨连杆I311、大拇指近指骨连杆II302、大拇指基座连杆309和大拇指驱动连杆310，大拇指推动连杆304的一端与大拇指推动导向杆305铰接，大拇指推动连杆304的另一端与大拇指近指骨拉杆303的一端以及大拇指驱动连杆310的一端共同铰接，大拇指近指骨拉杆303另一端与大拇指远指骨拉杆301的一端以及大拇指近指骨连杆II302的一端共同铰接，大拇指远指骨拉杆301的另一端与大拇指远指骨指套313铰接，大拇指驱动连杆310的另一端与大拇指近指骨连杆I311的一端以及大拇指基座连杆309的一端共同铰接，大拇指近指骨连杆I311和大拇指近指骨连杆II302的另一端与大拇指近指骨指套312铰接，大拇指基座连杆309的另一端与基座1铰接，大拇指推动导向杆305通过连接大拇指气动肌腱306获得动力，沿大拇指推动导向架308直线运动，驱动大拇指推动连杆304运动，实现大拇指连杆机构利用大拇指远指骨拉杆301和大拇指近指骨拉杆303对大拇指远指骨指套和大拇指近指骨指套的控制，完成大拇指的屈伸运动。
食指训练组件中的连杆机构包括：食指远指骨拉杆401、食指中指骨拉杆403、食指近指骨拉杆404、食指推动连杆405、食指近指骨连杆I411、食指近指骨连杆II412、食指中指骨连杆402、食指基座连杆410和食指驱动连杆409,食指推动连杆405一端与食指推动导向杆406铰接，食指推动连杆405另一端与食指近指骨拉杆404的一端以及食指驱动连杆409的一端共同铰接，食指近指骨拉杆404另一端与食指中指骨拉杆403一端以及食指近指骨连杆II412的一端共同铰接，食指中指骨拉杆403的另一端与食指远指骨拉杆401的一端以及食指中指骨连杆402的一端共同铰接，食指远指骨拉杆401的另一端与食指远指骨指套415铰接，食指中指骨连杆402的另一端与食指中指骨指套414铰接，食指驱动连杆409的另一端与食指近指骨连杆I411的一端以及食指基座连杆410的一端共同铰接，食指近指骨连杆I411和食指近指骨连杆II412的另一端与食指近指骨指套413铰接，食指基座连杆410的另一端与基座1铰接。
如图1所示，小拇指训练组件2、中指训练组件4和无名指训练组件3的连杆机构的机械结构和连接方式与食指训练组件的连杆机构相同，各对应零件大小与食指训练组件的连杆机构不同。
如图2、5、6所示，驱动机构包括气动肌腱和推动导向杆51，气动肌腱包括推动导向块52、联结套62、弹性膜片53、气源口54、气管保护套56和气腱固定块55，推动导向块52、联结套62成对安装在气动肌腱的两端，气动肌腱一端的推动导向块52设有内螺纹孔61，推动导向杆51一端设有与推动导向块52相配合的外螺纹，推动导向杆51一端利用螺纹锁紧固定在气动肌腱一端的推动导向块52内，推动导向杆51的另一端与手指训练组件的连杆机构铰接，弹性膜片53采用包裹着特殊纤维栅格网的橡胶织物管，纤维栅格网先嵌入在橡胶织物管内，弹性膜片53与推动导向块52相连，气动肌腱的另一端推动导向块52通入气管，气源口54固定在气管保护套56上方，气体经气管66进入弹性膜片53，弹性膜片53在气体压力作用下开始变形膨胀，使纤维栅格网中的纤维网格夹角变大，在长度方向上收缩，气动肌腱变产生拉力，拉动手指训练组件中的连杆机构完成手指的伸直运动，当弹性膜片53内的气体被释放，弹性橡胶材料会使纤维格栅网回复到原来的位置，推动手指连杆机构完成手指的弯曲动作，气管保护套56与气动肌腱另一端推动导向块52固定连接，气腱固定块55与气管保护套56固定连接，气腱固定块55的侧面设有内螺纹通孔65，用于配合基座1上的气动肌腱固定块22，实现气动肌腱的固定。
如图1所示，本发明中小拇指训练组件2、中指训练组件4、食指训练组件5和无名指训练组件3各自对应的驱动机构的机械结构和连接方式相同，各组件对应的驱动机构对应的各部件大小不同。
如图7所示，控制机构包括控制设备PLC、比例调压阀72、空气压缩机71，空气经过空气压缩机71进入比例调压阀72，比例调压阀72通过电压大小实现对气体压力的控制，控制设备PLC可以实现对比例调压阀72的电压控制，从而达到对比例调压阀72的控制，利用对比例调压阀72的控制，得到气动肌腱73所需的工作压力，从而实现对手指弯曲角度的控制。
如图7所示，在使用时，利用控制设备PLC按下开启按钮，并按下空气压缩机71的启动按钮，气动空气经空气压缩机71进入比例调压阀72，通过PLC程序可以控制比例调压阀72的电压大小，比例调压阀72可以根据电压大小控制进入气动肌腱73中的压力大小，经比例调压阀72调节的给定压力的空气进入气动肌腱73，气动肌腱73受压收缩，拉动手指训练组件的连杆机构完成弯曲手指的伸直动作，此时，利用控制设备PLC实现复位功能,气体从比例调压阀73排出，气动肌腱73复位伸直，推动手指训练组件的连杆机构完成伸直手指的弯曲动作。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (9)

1.一种手指康复训练机器人，其特征在于，包括基座，所述基座上至少设有一个手指训练组件；
所述手指训练组件包括与待训练手指的各节指骨一一对应设置的指套、能够驱动各指套的连杆机构和能够推动连杆机构以带动指套运动的驱动机构；相邻两所述指套之间铰接；
所述连杆机构包括：与各指套一一对应设置的指骨拉杆，相邻两指骨拉杆之间铰接；
相邻两指骨拉杆的铰接点处还铰接有指骨连杆，所述指骨连杆与两所述指骨拉杆中距离基座较近的指骨拉杆所对应的指套铰接；
距离基座最近的指骨拉杆通过推动连杆与所述驱动机构传动连接，通过驱动连杆、基座连杆与基座铰接；所述驱动连杆分别与推动连杆和基座连杆铰接，驱动连杆与基座连杆的铰接点处还铰接有近端指骨连杆，所述近端指骨连杆与距离基座最近的指套铰接。
2.根据权利要求1所述的手指康复训练机器人，其特征在于，所述驱动机构包括气动肌腱和与所述推动连杆铰接的推动导向杆，所述气动肌腱包括弹性膜片，所述弹性膜片的一端设有与弹性膜片相连通的气源口，另一端设有用于连接推动导向杆的推动导向块；气源通过气源口为所述弹性膜片充气，弹性膜片膨胀变形从而带动推动导向杆运动。
3.根据权利要求2所述的手指康复训练机器人，其特征在于，所述弹性膜片为内部嵌入有纤维栅格网的橡胶织物管。
4.根据权利要求2所述的手指康复训练机器人，其特征在于，所述基座上还设有推动导向架，所述推动导向杆上还连接有推动导向块，所述推动导向块沿推动导向架运动，实现推动导向杆运动导向。
5.根据权利要求2所述的手指康复训练机器人，其特征在于，所述气源口通过比例调压阀连接空气压缩机，所述比例调压阀与控制器信号连接；
空气压缩机将空气压缩至比例调压阀，控制器改变比例调压阀的电压，以实现气动肌腱工作气压调节。
6.根据权利要求1至5任一项所述的手指康复训练机器人，其特征在于，所述驱动机构通过固定块连接于所述基座上，所述固定块分别与所述驱动机构、基座铰接。
7.根据权利要求1所述的手指康复训练机器人，其特征在于，所述指套的横截面呈C型。
8.根据权利要求1所述的手指康复训练机器人，其特征在于，所述手指训练组件与大拇指、食指、中指、无名指和小拇指分别对应设置有一个。
9.根据权利要求8所述的手指康复训练机器人，其特征在于，与大拇指对应设置的手指训练组件连接于所述基座的侧面。
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