CN110037890B - 一种基于双四杆机构的手功能康复外骨骼机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明属于康复医疗器械领域，是一种基于双四杆机构的手功能康复外骨骼机器人，整体由双四杆机构、直线电机、穿戴部分组成。本发明的目的是开发一种结构简单、控制简单的可穿戴式手功能外骨骼，以成本低、重量轻、便携的优点方便患者进行康复训练。该外骨骼的每根手指使用一个直线电机和一个电动推杆联合控制掌指关节与近端指间关节的弯曲和伸直，使用一个舵机控制每根手指的左右晃动，进而完成整个手部的外展和内收。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于双四杆机构的手功能康复外骨骼机器人，属于康复医疗器械领域。
背景技术
手是人体非常重要的结构之一，它对人类的整体功能的协调发挥，以及外在美观的体现，都有着举足轻重的影响。对于脑卒中患者手部病症除了必要的手术和药物治疗外，科学有效的康复训练对患者肢体功能的恢复起着不容忽视的重要作用。神经中枢系统具有高度的可塑性。实验表明，特定的训练可以促进中枢神经系统的重组和代偿，恢复肢体运动功能。传统的治疗方法多以按摩、理疗、针灸为主，治疗效果不稳定且从长期效果来看并没有实际意义。目前，中风患者手部运动功能的康复治疗主要基于神经重塑、强化肌肉训练，从动式的促使手指重复性完成大量常规动作从而达到改善或修复受损神经的目的。
对于手部的康复机器人主要分为外骨骼式和末端牵引式。相比于后者，外骨骼式康复机器人是根据人体工程学原理并结合仿生技术设计的，与人体的契合度高，穿戴舒适方便。本发明中手功能康复外骨骼机器人的主要作用是通过机器人带动患者的手部关节运动，对患者进行手部运动功能的康复训练。目前，大多数外骨骼上肢康复机器人仍存在一些问题，例如：体积大、结构复杂、使用不方便、多为单关节康复设备，集成度不高等。为了驱动手部的许多自由度，大多数手部康复装置都是使用大量传感器和执行器开发，他们可以实现精确的位置控制，但是伴随着的是一个复杂的系统，所以这些设备是作为台式开发的，患者需频繁定期前往固定场所接受治疗。本发明改正了上述缺点，具有明显的优化特性。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于双四杆机构的手功能康复外骨骼机器人，以结构简单、控制简单且成本低、重量轻、便携的优点可用于任何场所。
一种基于双四杆机构的手功能康复外骨骼机器人的每根手指包括直线电机、双四杆机构、电动推杆、舵机和指套。
手部外骨骼的手背覆盖有壳体，壳体之上安装五个基座，每个基座连接有双四杆机构分别控制每根手指的运动。
对于每根手指，从手背一侧向指尖一侧开始，由一个杆件(形状似阿拉伯数字7)和一个直线电机分别转动连接在手背基座的不同位置，每个直线电机的输出端与该杆件的中间部分转动连接。远离手背基座一端的上述杆件连接有一个舵机，舵机输出轴的转动可驱使后述所有结构整体的转动，舵机的另一端与一个电动推杆连接。电动推杆的输出端与一直杆刚性连接，在连接处该直杆与另一直杆转动连接，后者直杆的另一端与缠绕近节指骨的指套连接，近节指套可以相对该直杆沿指套轴线方向微调位置。与电动推杆刚性连接的直杆与一弯杆相连，弯杆末端与缠绕中节指骨的指套转动连接，同时，中节指套可以相对弯杆沿指套轴线方向微调位置。
优选的：第一个四杆机构由基座、杆件、电动推杆(包括舵机)和直杆(与进节指骨指套连接)组成。
优选的：第二个四杆机构由直杆(与近节指骨指套连接)、直杆(与电动推杆刚性连接)、弯杆和中节指骨指套组成。
两个四杆机构通过与电动推杆刚性连接的直杆联系在一起。
本发明与现有产品相比具有以下效果：通过使用手功能康复外骨骼机器人，以其质量轻，控制简单，成本低的优点，患者不必频繁定期前往固定场所接受康复训练，也不必支付高额的治疗费用；整个外骨骼可以针对不同患者手型特点做出微调，适应性良好。
附图说明
图1是一种基于双四杆机构的手功能康复外骨骼机器人单根手指的结构示意图；
图2是电动推杆和直杆刚性连接示意图；
图3是一种基于双四杆机构的手功能康复外骨骼机器人的结构示意图；
图中：1-掌套、2-基座、3-直线电机、4-杆件、5-舵机、6-电动推杆、7-直杆II、8-直杆I、9-弯杆、10-直杆III、11-指套、12-绑带。
具体实施方式
下面根据附图详细阐述本发明优选的实施方式。
如图1至图2所示，本发明所述的一种基于双四杆机构的手功能康复外骨骼机器人包括穿戴部分(1，10，12)和每根手指都具有的直线电机(3)与双四杆机构(2，4，5，6，7，8，9，10)；
穿戴部分中的掌套上安装有五根手指的相应机构，每根手指的机械结构除尺寸外均相同，对于每根手指来说，双四杆机构驱动端安装在穿戴部分中掌套(1)的近掌指关节处。
进一步：双四杆机构包括基座(2)、杆件(4)、舵机(5)、电动推杆(6)、直杆II(7)、直杆I(8)、弯杆(9)、直杆III(10)；
基座(2)沿手指轴心方向安装在掌套(1)上，基座(2)近手指端转动连接有杆件(4)，杆件(4)与舵机(5)输出轴转动连接，舵机(5)与电动推杆(6)固定端转动连接，电动推杆(6)输出端与直杆I(8)刚性连接，连接处直杆I(8)与直杆II(7)转动连接，直杆I(8)与弯杆(9)转动连接，弯杆(9)与直杆III(10)转动连接；
进一步：穿戴部分包括掌套(1)、指套(11)和绑带(12)；
掌套位置如前所述，指套(11)分为近节指套和中节指套，分别安装在双四杆机构中的直杆II(7)和直杆III(10)之下，指套可相对各自所连接的直杆沿手指轴心方向微调位置，绑带两端固定在掌套(1)大致平行于基座(2)的两侧；
直线电机(3)固定端安装在基座(2)的另一端，并可绕基座(2)转动，输出端与杆件(4)中间部位构成转动铰链连接。
工作原理：
通过直线电机(3)和电动推杆(6)联合控制双四杆机构输出端直杆II(7)和直杆III(10)的位置，实现手指的伸展和弯曲，舵机(5)控制手指实现垂直于伸展、弯曲方向的左右晃动，五根手指的五个舵机联合实现手部外骨骼的外展和内收。
本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。
Claims (1)
1.一种基于双四杆机构的手功能康复外骨骼机器人，每根手指包括穿戴部分、直线电机、双四杆机构，所述双四杆机构和直线电机安装于穿戴部分之上，所述穿戴部分包括掌套(1)、指套(11)和绑带(12)，所述每根手指的双四杆机构的基座(2)安装在掌套(1)上，双四杆机构的输出端直杆II(7)和直杆III(10)安装在指套(11)上控制手指的运动，指套(11)包括近节指套和中节指套，绑带(12)固定在掌套(1)的两端用于将外骨骼固定在手掌上，所述每根手指的直线电机(3)的固定端与基座(2)构成转动铰链连接，输出端与双四杆机构中的杆件(4)的中间部位构成转动铰链连接，其特征在于，所述每根手指的双四杆机构包括基座(2)、杆件(4)、舵机(5)、电动推杆(6)、直杆II(7)、直杆I(8)、弯杆(9)、直杆III(10)，所述双四杆机构的杆件(4)一端与基座(2)构成转动铰链连接，另一端与舵机(5)输出端转动连接，舵机(5)与电动推杆(6)固定端转动连接，电动推杆(6)输出端与直杆I(8)刚性连接，连接处与直杆II(7)构成转动铰链连接，至此基座(2)、杆件(4)、舵机(5)、电动推杆(6)和直杆II(7)组成双四杆机构中的第一个四杆机构，直杆I(8)另一端与弯杆(9)构成转动铰链连接，弯杆(9)与直杆III(10)构成转动铰链连接，至此，直杆II(7)、直杆I(8)、弯杆(9)和直杆III(10)组成双四杆机构中的第二个四杆机构，所述舵机(5)的输出轴的转动驱使双四杆机构的电动推杆(6)、直杆II(7)、直杆I(8)、弯杆(9)、直杆III(10)整体摆动。
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