CN115399980B - 一种抑制震颤和辅助抓取的可穿戴手套及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种抑制震颤和辅助抓取的可穿戴手套及其控制方法，包括：气动驱动器，可以实现对人体手臂、手腕和手指部位进行震颤抑制和辅助运动两种功能；传感模块，用于检测手指部位的震颤信息；脑机接口，用于检测脑部信号，识别大脑意图；控制模块，用于处理脑机接口与传感模块采集到的信号，切换抑制震颤和辅助运动两种工作模式；多通道比例阀，可以根据控制信号，给气动驱动器输出相应数值的气压。本发明可实现对手臂、手腕和手部震颤的抑制和辅助运动；适用于帕金森病人发病时震颤的抑制、中风和运动损伤病人的康复运动、作为外骨骼增强佩戴部位的稳定性和提供额外抓取力。本发明贴合人体、轻便、可随人脑意图实现抑制震颤和辅助抓取。

Description

一种抑制震颤和辅助抓取的可穿戴手套及其控制方法

技术领域

本发明涉及可穿戴设备和柔性驱动器领域，具体涉及一种抑制震颤和辅助抓取的可穿戴手套及其控制方法。

背景技术

现有可穿戴设备一般基于直流电机或者磁流变液驱动，其刚性转轴与关节处运动的重合度较低，质量较重，体积较大。相比之下，基于软体机器人技术的柔性可穿戴设备更加轻便，且与人贴合更好、交互更加安全。

现有柔性可穿戴设备功能较为单一，不能同时实现抑制震颤和辅助抓取，急需开发一种能同时或者分别实现震颤抑制和辅助抓取功能且具有更高贴合度、更多自由度、更轻便的柔性可穿戴设备结构。现有柔性可穿戴设备的控制也较难适应复杂、精细、高效和快捷的应用需求。脑机接口技术带来的更便捷、更高效可穿戴设备意念控制技术，有望促进柔性可穿戴设备的监测、替代、改善、恢复、增强人体等作用。

发明内容

本发明提供一种基于脑机接口抑制震颤和辅助抓取的可穿戴手套及其控制方法，用于解决上述问题。

本发明通过以下技术方案实现：

一种抑制震颤和辅助抓取的可穿戴手套，所述可穿戴手套包括手套本体9、传感模块4、脑机接口5、控制模块6、多通道比例阀7、气源10、气管8、手臂位置的气动驱动器1、手腕位置的气动驱动器2和手指位置的气动驱动器3；

所述手套本体9的手臂部分设置手臂位置的气动驱动器1，所述手套本体9的手腕部分设置手腕位置的气动驱动器2，所述手套本体9的手指部分设置手指位置的气动驱动器3，所述手套本体9的手指关节处设置传感模块4；

所述气源10通过气管8向比例阀7传输气体；多通道比例阀7分别通过气管8与手臂位置的气动驱动器1、手腕位置的气动驱动器2和手指位置的气动驱动器3相连通；

所述脑机接口5通过数据线与控制模块6相连接；所述传感模块4通过数据线与控制模块6相连接；所述控制模块6通过数据线与多通道比例阀7相连接；

所述气源10包括但不限于活塞式空气压缩机、回转式空气压缩机、离心式空气压缩机或化学反应得到的压缩气体。

一种抑制震颤和辅助抓取的可穿戴手套，所述手臂位置的气动驱动器1包括手臂位置的气动驱动器Ⅰ11、手臂位置的气动驱动器Ⅱ12、手臂位置的气动驱动器Ⅲ13、手臂位置的气动驱动器Ⅳ14；

手腕位置的气动驱动器2包括手腕位置的气动驱动器Ⅰ21、手腕位置的气动驱动器Ⅱ22、手腕位置的气动驱动器Ⅲ23、手腕位置的气动驱动器Ⅳ24；

手指位置的气动驱动器3包括手指位置的气动驱动器Ⅰ31、手指位置的气动驱动器Ⅱ32、手指位置的气动驱动器Ⅲ33、手指位置的气动驱动器Ⅳ34、手指位置的气动驱动器Ⅴ35。

一种抑制震颤和辅助抓取的可穿戴手套，所述传感模块4内置于各手指区指背处对应的手套本体中，用于检测手指震颤的频率与幅值；

所述脑机接口5，其佩戴于头部，经信号预处理、脑信号特征提取、脑活动模式识别与机器学习步骤获取大脑意图；

所述控制模块6，接收所述脑机接口和传感模块输出的信号，并对所述信号进行进一步处理后，控制多通道比例阀7输出不同的气压；

所述多通道比例阀7，其执行控制模块的信号，通过气管输出定额气压到相应位置气动驱动器；

所述气动驱动器，根据气压信号，产生膨胀或者弯曲变形，对相应部位，施加阻尼或弯矩，实现震颤抑制或者辅助运动的功能；

所述控制模块6、传感模块4和脑机接口5之间的通讯包括但不局限于数据线、集成蓝牙或Wi-Fi无线通信模块的方式。

一种抑制震颤和辅助抓取的可穿戴手套，所述可穿戴手套的手臂位置的气动驱动器1、手腕位置的气动驱动器2和手指位置的气动驱动器3均由缝合在一起的无弹力布、单向弹力布和位于中间的弹性气囊组合而成；其中单向弹力布的弹力方向沿着气动驱动器长度方向。

一种抑制震颤和辅助抓取的可穿戴手套的控制方法，所述控制方法的抑制震颤过程具体为，传感模块4实时监测手部位置的振动信息，提供信号给控制模块6，当控制模块6识别出震颤信息时，调整多通道比例阀7，控制气源10同时向各个位置的气动驱动器充入200kPa气压以下的气体，气动驱动器产生膨胀，由薄片形变为圆柱形，对响应位置施加阻尼，抑制震颤。

一种抑制震颤和辅助抓取的可穿戴手套及其控制方法，所述控制方法的辅助运动过程具体为，佩戴于头部的脑机接口5将采集到的大脑信号输送给控制模块6，控制模块6根据识别出的大脑意图，实时调整多通道比例阀7各个通道，控制气源10向手臂、手腕和手指位置的相应气动驱动器充入200kPa气压以上的气，使其膨胀，产生弯曲变形，对相应部位施加扭矩，实现辅助运动的目的。

一种抑制震颤和辅助抓取的可穿戴手套及其控制方法，所述气动驱动器的变形方式有两种，分别是在200kPa气压以下膨胀和200kPa气压以上弯曲变形；当充入所述气动驱动器的气体气压小于200kPa时，弹性气囊体积增加，由薄片形渐渐变为圆柱形，单向弹力布和无弹布贴在弹性气囊的两侧，随着弹性气囊的由薄片膨胀为圆柱形，开始压迫相应位置的人体部位，对其施加阻尼，实现震颤抑制的功能；

当充入所述气动驱动器的气体气压大于200kPa时，弹性气囊贴近无弹布的一侧被约束，无法进一步变形，弹性气囊贴近单向弹力布的一侧进一步膨胀且沿着长度方向延展，无弹布和单向弹力布两侧长度不对等，气动驱动器向无弹布一侧弯曲变形。

一种抑制震颤和辅助抓取的可穿戴手套的控制方法，所述控制方法的手臂位置的震颤抑制具体为，所述手臂区均匀分布4个气动驱动器，所述手臂位置的气动驱动器Ⅰ11、手臂位置的气动驱动器Ⅱ12、手臂位置的气动驱动器Ⅲ13和手臂位置的气动驱动器Ⅳ14的单向弹力布一侧朝向手臂，无弹力布朝外侧，同时对手臂位置的气动驱动器1施加气压，弹性气囊体积朝向两侧扩张，对手臂施加阻尼，对手臂位置的震颤进行抑制，随着气压增加，对手臂震颤的抑制越强。

一种抑制震颤和辅助抓取的可穿戴手套的控制方法，所述控制方法的手腕位置的震颤抑制和辅助运动具体为，手腕区均匀分布4个气动驱动器，所述手腕位置的气动驱动器Ⅰ21、手腕位置的气动驱动器Ⅱ22、手腕位置的气动驱动器Ⅲ23、手腕位置的气动驱动器Ⅳ24，无弹力布朝向手腕，单向弹力布朝外侧，同时对手腕位置的气动驱动器2施加气压，能对手腕施加阻尼，实现对震颤的抑制；

对手腕位置的气动驱动器Ⅰ21施加较高气压的同时，不对手腕位置的气动驱动器Ⅲ23供气，实现手腕向左弯曲；对手腕位置的气动驱动器Ⅲ23施加较高气压的同时，不对手腕位置的气动驱动器Ⅰ21供气，实现手腕向右弯曲；

对手腕位置的气动驱动器Ⅱ22施加较高气压的同时，不对手腕位置的气动驱动器Ⅳ24供气，实现手腕向前弯曲；对手腕位置的气动驱动器Ⅳ24施加较高气压的同时，不对手腕位置的气动驱动器Ⅱ22供气，实现手腕向后弯曲。

一种抑制震颤和辅助抓取的可穿戴手套的控制方法，所述控制方法的对手腕位置的环绕运动具体为，所述手腕区均匀分布4个气动驱动器，交替对手腕位置的气动驱动器Ⅰ21、手腕位置的气动驱动器Ⅱ22、手腕位置的气动驱动器Ⅲ23、手腕位置的气动驱动器Ⅳ24施加气压和放气，实现手腕顺时针环绕运动；交替对4个气动驱动器手腕位置的气动驱动器Ⅳ24、手腕位置的气动驱动器Ⅲ23、手腕位置的气动驱动器Ⅱ22、手腕位置的气动驱动器Ⅰ21施加气压和放气，实现手腕逆时针环绕运动。

一种抑制震颤和辅助抓取的可穿戴手套的控制方法，所述控制方法的对手指位置的震颤抑制和辅助运动具体为，所述手部区每个手指都布置1根气动驱动器，即手指位置的气动驱动器Ⅰ31、手指位置的气动驱动器Ⅱ32、手指位置的气动驱动器Ⅲ33、手指位置的气动驱动器Ⅳ34、手指位置的气动驱动器Ⅴ35，气动驱动器的无弹力布朝向手指背部，单向弹力布朝外侧，对气动驱动器施加较低气压，弹性气囊膨胀，对手指施加阻尼，对手指震颤进行抑制；

进一步施加更高气压，弹性气囊向弹力布一侧膨胀，弹力布伸长，无弹布一侧无变化，气动驱动器向无弹布一侧弯曲，对手指施加弯矩，辅助每个手指运动。

本发明的有益效果是：

本发明重量轻，体积小，多自由度抑制震颤，本专利设计的薄膜-织物型气动驱动器由织物和弹力薄膜构成，手套本体也以织物构成，紧贴人体表面，在布置多个驱动器下对人体负担也很小，可以实现对多个自由度震颤的抑制。

本发明实时跟随人脑意图进行控制，引入脑机接口，通过对大脑信号的采集，实时获取到大脑意图，再结合手部被动信号检测模块得到的震颤信息，可以在抑制震颤前提下为相应位置的运动提供助力，帮助人体精准而有力的实现的复杂动作。

本发明新型薄膜-织物型气动驱动器可以同时实现抑制震颤与辅助抓取两种功能，每一根气动驱动器都具有两种变形模式。本发明当软体手套不充气时，驱动器弹性气囊贴合在一起，完全贴紧人体，充气时，首先膨胀产生阻尼，抑制震颤；随着进一步充气，驱动器弯曲，实现辅助抓取的目的。

本发明作为正常人体的外骨骼，以增强人体前臂的稳定性，提供额外抓取力。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明的手臂区气动驱动器变形示意图；其中，图2-(a)手臂区气动驱动器充气前示意图，图2-(b)手臂区气动驱动器充气后示意图。

图3是本发明的手腕区气动驱动器左右变形示意图；其中，图3-(a)手腕区气动驱动器充气前示意图，图3-(b)为手腕区气动驱动器Ⅰ21、手腕区气动驱动器Ⅱ22、手腕区气动驱动器Ⅲ23和手腕区气动驱动器Ⅳ24充气(气压低于200kPa)示意图，抑制手腕震颤，图3-(c)为手腕区气动驱动器Ⅰ21充气(气压高于200kPa)和气动驱动器Ⅲ23不充气示意图，手腕向左弯曲，图3-(d)为手腕区气动驱动器Ⅰ21不充气和气动驱动器Ⅲ23充气(气压高于200kPa)示意图，手腕向右弯曲。

图4是本发明的手腕区气动驱动器前后变形示意图；其中，图4-(a)手腕区气动驱动器未充气前示意图，图4-(b)为手腕区气动驱动器Ⅰ21、手腕区气动驱动器Ⅱ22、手腕区气动驱动器Ⅲ23和手腕区气动驱动器Ⅳ24充气(气压低于200kPa)示意图，抑制手腕震颤，图4-(c)，为手腕区气动驱动器Ⅱ22不充气和气动驱动器Ⅳ24充气(气压高于200kPa)示意图，手腕向前弯曲，图4-(d)为手腕区气动驱动器Ⅱ22充气(气压高于200kPa)和气动驱动器Ⅳ24不充气示意图，手腕向后弯曲。

图5是本发明的食指区气动驱动器变形示意图；其中，图5-(a)为食指区气动驱动器Ⅱ32不充气，图5-(b)为食指区气动驱动器Ⅱ32充气(气压低于200kPa)，抑制手指震颤，图5-(c)食指区为食指区气动驱动器Ⅱ32充气(气压高于200kPa)，辅助佩戴者进行食指弯曲示意图。

图6是本发明的控制信号流程图。

图7是本发明的方法流程图。

附图标记说明：

1-手臂位置的气动驱动器，2-手腕位置的气动驱动器，3-手指位置的气动驱动器，4-传感模块、5-脑机接口、6-控制模块、7-多通道比例阀、8-气管、9-手套本体、10-气源、11-手臂区气动驱动器Ⅰ、12-手臂区气动驱动器Ⅱ、13-手臂区气动驱动器Ⅲ、14-手臂区气动驱动器Ⅳ、21-手腕区气动驱动器Ⅰ、22-手腕区气动驱动器Ⅱ、23-手腕区气动驱动器Ⅲ、24-手腕区气动驱动器Ⅳ、31-大拇指区气动驱动器Ⅰ、32-食指区气动驱动器Ⅱ、33-中指区气动驱动器Ⅲ、34-无名指区气动驱动器Ⅳ、35-小拇指区气动驱动器V。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种抑制震颤和辅助抓取的可穿戴手套，所述可穿戴手套包括手套本体9、传感模块4、脑机接口5、控制模块6、多通道比例阀7、气源10、气管8、手臂位置的气动驱动器1、手腕位置的气动驱动器2和手指位置的气动驱动器3；

所述手套本体9的手臂部分设置手臂位置的气动驱动器1，所述手套本体9的手腕部分设置手腕位置的气动驱动器2，所述手套本体9的手指部分设置手指位置的气动驱动器3，所述手套本体9本体上设置气管8；所述手套本体9的手背位置设置多通道比例阀7和控制模块6，所述手套本体9的手指关节处设置传感模块4，所述气源10与多通道比例阀7通过气管8相连通，通过气管8向比例阀7传输气体；

所述控制模块6通过数据线与脑机接口5相连接；所述气动驱动器由缝合在一起的无弹力布和单向弹力布，以及夹在中间的弹性气囊缝合而成；

或所述控制模块6、多通道比例阀7和气源10单独集成，配合手套本体9上的气管8使用。

震颤抑制的功能是控制系统结合传感模块提供的震颤信息完成。辅助运动的功能是控制系统结合脑机接口采集到的脑部信号完成；二者结合可以帮助人体平稳实现多动作的协调运动。

一种抑制震颤和辅助抓取的可穿戴手套，所述手臂位置的气动驱动器1包括手臂位置的气动驱动器Ⅰ11、手臂位置的气动驱动器Ⅱ12、手臂位置的气动驱动器Ⅲ13、手臂位置的气动驱动器Ⅳ14；

手腕位置的气动驱动器2包括手腕位置的气动驱动器Ⅰ21、手腕位置的气动驱动器Ⅱ22、手腕位置的气动驱动器Ⅲ23、手腕位置的气动驱动器Ⅳ24；

手指位置的气动驱动器3包括手指位置的气动驱动器Ⅰ31、手指位置的气动驱动器Ⅱ32、手指位置的气动驱动器Ⅲ33、手指位置的气动驱动器Ⅳ34、手指位置的气动驱动器Ⅴ35；

手臂位置的气动驱动器1、手腕位置的气动驱动器2和手指位置的气动驱动器3均由缝合在一起的无弹力布和/或单向弹力布，以及夹在中间的弹性气囊缝合而成。无弹力布和弹力布，可以是各种棉型织物、麻型织物、丝型织物、毛型织物、纯化纤织物或者由各种织物混纺而成，包括梭织和针织的织造方式。

所述手臂位置的气动驱动器1包括手臂位置的气动驱动器Ⅰ11、手臂位置的气动驱动器Ⅱ12、手臂位置的气动驱动器Ⅲ13、手臂位置的气动驱动器Ⅳ14只执行震颤抑制的功能，结构中的弹力布能统一替换为无弹布。

一种抑制震颤和辅助抓取的可穿戴手套，所述传感模块4内置于各手指区指背处对应的手套本体中，用于检测手指震颤的频率与幅值，并输出响应的信号；

所述脑机接口5，其佩戴于头部，经信号预处理、脑信号特征提取与脑活动模式识别与机器学习步骤获取大脑意图，并输出相应的信号；

所述控制模块6，其接收所述脑机接口和传感模块输出的信号，并对所述信号进行进一步处理后，产生相应的信号输出到多通道比例阀；

所述多通道比例阀7，其执行控制模块的信号，通过气管输出定额气压到气动驱动器；

所述气源10，其通过气管给上述多通道比例阀供气；所述气源10可以是常规的活塞式、回转式、离心式空气压缩机，也可以是通过化学反应膨胀储存得到的压缩气体；

所述气动驱动器，根据气压的不同能施加阻尼或弯矩，对相应部位进行震颤抑制和辅助运动；

所述气动驱动器由无弹力布和单向弹力布中间的弹性气囊缝合而成，在低气压下膨胀和较高气压下弯曲变形，以实现对穿戴手套的相应部位进行震颤抑制和辅助运动。弹性气囊通过气管开始充气，向四周膨胀变形，同时带动两侧弹力布与无弹布向外扩张，压迫相应位置的人体部位，实现对其震颤抑制的功能；随着供向弹性气囊的气压进一步提高，体积只能朝向弹力布一侧扩张，造成两侧长度不对等，气动驱动器向无弹布一侧弯曲，实现对相应部位辅助运动的功能。

所述手套本体9穿戴于人体，所述气动驱动器、传感模块和控制模块皆内置于手套本体中。

所述控制模块6、传感模块4和脑机接口5之间的通讯不仅限于数据线，也可以通过集成蓝牙或者Wi-Fi无线通信模块等通信方式。

如图2所示，一种抑制震颤和辅助抓取的可穿戴手套的控制方法，所述控制方法的抑制震颤过程具体为，传感模块4实时监测手部位置的振动信息，包括幅值和频率等，提供被动信号给控制模块6，当控制模块6识别出震颤信息时，相应的调整多通道比例阀7气压，控制气源10同时向各个位置的气动驱动器(手臂、手腕、手部)充入200kPa气压以下的气体，使其膨胀，由薄片形变为圆柱形，对各个位置施加阻尼，抑制震颤；同时会给手臂位置的气动驱动器1和手腕位置的气动驱动器2输出与手部驱动器相同的气压信号，抵消手部带来的震颤。

一种抑制震颤和辅助抓取的可穿戴手套的控制方法，所述控制方法的辅助运动过程具体为，佩戴于头部的脑机接口5将采集到的大脑信号输送给控制模块6，控制模块6根据识别出来的大脑信号实时控制多通道比例阀7输出相应的气压波形，作用于对应位置的各个气动驱动器，通过各驱动器执行相应的变形，实现对相应位置辅助运动的目的。

一种抑制震颤和辅助抓取的可穿戴手套的控制方法，所述控制方法的气动驱动器的变形具体为，在低气压下膨胀和较高气压下弯曲变形，以实现对穿戴手套的相应部位进行震颤抑制和辅助运动；

所述弹性气囊通过气管8开始充气时体积增加，向四周膨胀变形，同时带动两侧弹力布与无弹布向外扩张，压迫相应位置的人体部位，实现对其震颤抑制的功能；

随着供向弹性气囊的气压进一步提高，体积只能朝向弹力布一侧扩张，造成两侧长度不对等，气动驱动器向无弹布一侧弯曲，实现对相应部位辅助运动的功能。

一种抑制震颤和辅助抓取的可穿戴手套的控制方法，所述控制方法的手臂位置的震颤抑制具体为，所述手臂区均匀分布4个气动驱动器，所述手臂位置的气动驱动器Ⅰ11、手臂位置的气动驱动器Ⅱ12、手臂位置的气动驱动器Ⅲ13和手臂位置的气动驱动器Ⅳ14的单向弹力布一侧朝向手臂，无弹力布朝外侧，同时对手臂位置的气动驱动器1施加气压，弹性气囊体积朝向两侧扩张，对手臂施加阻尼，对手臂位置的震颤进行抑制，随着气压增加，对手臂震颤的抑制越强。

如图3和图4所示，一种抑制震颤和辅助抓取的可穿戴手套的控制方法，所述控制方法的手腕位置的震颤抑制和辅助运动具体为，手腕区均匀分布4个气动驱动器，所述手腕位置的气动驱动器Ⅰ21、手腕位置的气动驱动器Ⅱ22、手腕位置的气动驱动器Ⅲ23、手腕位置的气动驱动器Ⅳ24，无弹力布朝向手腕，单向弹力布朝外侧，同时对手腕位置的气动驱动器2施加气压，能对手腕施加阻尼，实现对震颤的抑制；

对手腕位置的气动驱动器Ⅰ21施加较高气压的同时，不对手腕位置的气动驱动器Ⅲ23供气，实现手腕向左弯曲；对手腕位置的气动驱动器Ⅲ23施加较高气压的同时，不对手腕位置的气动驱动器Ⅰ21供气，实现手腕向右弯曲；

对手腕位置的气动驱动器Ⅱ22施加较高气压的同时，不对手腕位置的气动驱动器Ⅳ24供气，实现手腕向前弯曲；对手腕位置的气动驱动器Ⅳ24施加较高气压的同时，不对手腕位置的气动驱动器Ⅱ22供气，实现手腕向后弯曲。

一种抑制震颤和辅助抓取的可穿戴手套的控制方法，所述控制方法的对手腕位置的环绕运动具体为，所述手腕区均匀分布4个气动驱动器，交替对手腕位置的气动驱动器Ⅰ21、手腕位置的气动驱动器Ⅱ22、手腕位置的气动驱动器Ⅲ23、手腕位置的气动驱动器Ⅳ24施加气压和放气，实现手腕顺时针环绕运动；交替对4个气动驱动器手腕位置的气动驱动器Ⅳ24、手腕位置的气动驱动器Ⅲ23、手腕位置的气动驱动器Ⅱ22、手腕位置的气动驱动器Ⅰ21施加气压和放气，实现手腕逆时针环绕运动。

如图5所示，一种抑制震颤和辅助抓取的可穿戴手套的控制方法，所述控制方法的对手指位置的震颤抑制和辅助运动具体为，所述手部区每个手指都分布1根气动驱动器，即大拇指位置的气动驱动器Ⅰ31、食指位置的气动驱动器Ⅱ32、中指位置的气动驱动器Ⅲ33、无名指位置的气动驱动器Ⅳ34、小拇指位置的气动驱动器Ⅴ35，气动驱动器的无弹力布朝向手指背部，单向弹力布朝外侧，对气动驱动器施加较低气压，弹性气囊膨胀，对手指施加阻尼，对手指震颤进行抑制；

进一步施加更高气压，弹性气囊向弹力布一侧膨胀，弹力布伸长，无弹布一侧无变化，气动驱动器向无弹布一侧弯曲，对手指施加弯矩，辅助每个手指运动。

可穿戴软体手套以及设置于可穿戴软体手套上的气动驱动器，传感模块，配合机器人手套的控制模块、脑机接口、多通道比例阀和气源。手背部的控制模块通过数据总线分别与头部的脑机接口，手背部的多通道比例阀，指部位的传感模块相连；手臂、手腕和手指部位的气动驱动器分别通过气管经多通道比例阀与外部气源相连；其中：可穿戴软体手套穿戴于患者肢体上。

如图6所示，所述脑机接口可以实时采集大脑的数据，对其进行初步的信号预处理、提取脑特征信号，对脑活动进行识别，经充分的机器学习后可获取到大脑意图，输出主动信号给控制系统。所述手部的传感模块组成传感网络，实时检测手部的震颤信息，提供被动信号给控制系统。控制系统由控制模块、多通道比例阀和各个气动驱动器组成，可以实时执行相应的操作，以实现对震颤部位的精准抑制以及运动的主动控制，在此基础上，平稳实现多动作的协调运动，辅助穿戴者日常生活。

本发明的工作过程为：

传感模块实时监测手部位置的振动信息，包括幅值、频率等，提供被动信号给控制模块，当控制模块识别出震颤信息时，相应的调整多通道比例阀气压，可以实时抑制手部位置的震颤；同时会给手臂和手腕部位的气动驱动器输出与手部驱动器相同的气压信号，抵消手部带来的震颤，实现震颤抑制的功能；佩戴于头部的脑机接口将采集到的大脑信号输送给控制模块，控制模块根据识别出来的大脑信号实时控制多通道比例阀输出相应的气压波形，作用于对应位置的各个气动驱动器，通过各驱动器执行相应的变形，实现对相应位置辅助运动的目的。震颤抑制与辅助运动相结合能帮助人体平稳实现多动作的协调运动。

如图7所示，分为如下步骤：

步骤1：将手套本体9佩戴在手上，将脑机接口5佩戴于头部；

步骤2：将佩戴好的设备打开电源开关；

步骤3：传感模块4检测是否有震颤信号，若有震颤信号，则进行步骤4；若没有震颤信号，则进行步骤6；

步骤4：控制模块6发出相应的信号，

步骤5：控制多通道比例阀7充气，使气动驱动器充气从而抑制震颤；

步骤6：脑机接口5识别是否有运动信号，若有运动信号，则判断是哪个运动信号，分别进入步骤7、步骤8、步骤9、步骤10、步骤11；若没有运动信号，则进入步骤12；

步骤7：手腕向左弯曲，则控制多通道比例阀7给手腕位置的气动驱动器Ⅰ21充气，手腕位置的气动驱动器Ⅲ23放气，则手腕向左弯曲；

步骤8：手腕向右弯曲，则控制多通道比例阀7给手腕位置的气动驱动器Ⅲ23充气，手腕位置的气动驱动器Ⅰ21放气，则手腕向右弯曲；

步骤9：手腕向前弯曲，则控制多通道比例阀7给手腕位置的气动驱动器Ⅱ22充气，手腕位置的气动驱动器Ⅳ24放气，则手腕向前弯曲；

步骤10：手腕向后弯曲，则控制多通道比例阀7给手腕位置的气动驱动器Ⅳ24充气，手腕位置的气动驱动器Ⅱ22放气，则手腕向后弯曲；

步骤11：手指弯曲，则控制多通道比例阀7给手指位置的气动驱动器Ⅰ31、气动驱动器Ⅱ32、气动驱动器Ⅲ33、气动驱动器Ⅳ34或气动驱动器Ⅴ35充气，则手指弯曲；

步骤12：结束控制。

Claims (9)

1.一种抑制震颤和辅助抓取的可穿戴手套，其特征在于，所述可穿戴手套包括手套本体（9）、传感模块（4）、脑机接口（5）、控制模块（6）、多通道比例阀（7）、气源（10）、气管（8）、手臂位置的气动驱动器（1）、手腕位置的气动驱动器（2）和手指位置的气动驱动器（3）；

所述手套本体（9）的手臂部分设置手臂位置的气动驱动器（1），所述手套本体（9）的手腕部分设置手腕位置的气动驱动器（2），所述手套本体（9）的手指部分设置手指位置的气动驱动器（3），所述手套本体（9）的手指关节处设置传感模块（4）；

所述气源（10）与多通道比例阀（7）通过气管（8）相连通，通过气管（8）向比例阀（7）传输气体；多通道比例阀（7）分别通过气管（8）与手臂位置的气动驱动器（1）、手腕位置的气动驱动器（2）和手指位置的气动驱动器（3）相连通；

所述脑机接口（5）通过数据线与控制模块（6）相连接；所述传感模块（4）通过数据线与控制模块（6）相连接；所述控制模块（6）通过数据线与多通道比例阀（7）相连接；

所述气源（10）包括但不限于活塞式空气压缩机、回转式空气压缩机、离心式空气压缩机或为通过化学反应得到的压缩气体；

所述传感模块（4）内置于各手指区指背处对应的手套本体中，用于检测手指震颤的频率与幅值；

所述脑机接口（5），其佩戴于头部，经信号预处理、脑信号特征提取、脑活动模式识别与机器学习步骤获取大脑意图；

所述控制模块（6），接收所述脑机接口和传感模块输出的信号，并对所述信号进行进一步处理后，控制多通道比例阀（7）输出不同的气压；

所述多通道比例阀（7），其执行控制模块的信号，通过气管输出定额气压到相应位置气动驱动器；

所述气动驱动器，根据气压信号，产生膨胀或者弯曲变形，分别是在200kPa气压以下膨胀和200kPa气压以上弯曲变形，对相应部位，施加阻尼或弯矩，实现震颤抑制或者辅助运动的功能；

所述控制模块（6）、传感模块（4）和脑机接口（5）之间的通讯包括但不局限于数据线、集成蓝牙或Wi-Fi无线通信模块的方式；

所述可穿戴手套的手臂位置的气动驱动器（1）、手腕位置的气动驱动器（2）和手指位置的气动驱动器（3）均由缝合在一起的无弹力布和单向弹力布和位于中间的弹性气囊组合而成；其中单向弹力布的弹力方向沿着气动驱动器长度方向。

2.根据权利要求1所述一种抑制震颤和辅助抓取的可穿戴手套，其特征在于，所述手臂位置的气动驱动器（1）包括手臂位置的气动驱动器Ⅰ（11）、手臂位置的气动驱动器Ⅱ（12）、手臂位置的气动驱动器Ⅲ（13）、手臂位置的气动驱动器Ⅳ（14）；

手腕位置的气动驱动器（2）包括手腕位置的气动驱动器Ⅰ（21）、手腕位置的气动驱动器Ⅱ（22）、手腕位置的气动驱动器Ⅲ（23）、手腕位置的气动驱动器Ⅳ（24）；

手指位置的气动驱动器（3）包括手指位置的气动驱动器Ⅰ（31）、手指位置的气动驱动器Ⅱ（32）、手指位置的气动驱动器Ⅲ（33）、手指位置的气动驱动器Ⅳ（34）、手指位置的气动驱动器Ⅴ（35）。

3.根据权利要求1-2任一所述一种抑制震颤和辅助抓取的可穿戴手套的控制方法，所述可穿戴手套作为正常人体外骨骼，其特征在于，所述控制方法的抑制震颤过程具体为，传感模块（4）实时监测手部位置的振动信息，提供信号给控制模块（6），当控制模块（6）识别出震颤信息时，调整多通道比例阀（7），控制气源（10）同时向各个位置的气动驱动器充入200kPa气压以下的气体，气动驱动器产生膨胀，由薄片形变为圆柱形，对响应位置施加阻尼，抑制震颤。

4.根据权利要求3所述一种抑制震颤和辅助抓取的可穿戴手套的控制方法，其特征在于，所述控制方法的辅助运动过程具体为，佩戴于头部的脑机接口（5）将采集到的大脑信号输送给控制模块（6），控制模块（6）根据识别出的大脑意图，实时调整多通道比例阀（7）各个通道，控制气源（10）向手臂、手腕和手指位置的相应气动驱动器充入200kPa气压以上的气体，使其膨胀，产生弯曲变形，对相应部位施加扭矩，实现辅助运动的目的。

5.根据权利要求4所述一种抑制震颤和辅助抓取的可穿戴手套的控制方法，其特征在于，所述气动驱动器的变形有两种形式，分别是在200kPa气压以下膨胀和200kPa气压以上弯曲变形；具体为，所述气管（8）经过所述多通道比例阀（7）把所述气源（10）中的气体充入所述气动驱动器的弹性气囊，当气体气压小于200kPa时，弹性气囊体积增加，由薄片形渐渐变为圆柱形，单向弹力布和无弹布贴在弹性气囊的两侧，随着弹性气囊的由薄片膨胀为圆柱形，开始压迫相应位置的人体部位，对其施加阻尼，实现震颤抑制的功能；

随着所述多通道比例阀（7）的控制，当充入所述气动驱动器的气体气压大于200kPa时，弹性气囊中的气压增加，超过200kPa，弹性气囊贴近无弹布的一侧被约束，无法进一步变形，弹性气囊贴近单向弹力布的一侧进一步膨胀且沿着长度方向延展；无弹布和单向弹力布两侧长度不对等，气动驱动器向无弹布一侧弯曲，实现弯曲变形。

6.根据权利要求4所述一种抑制震颤和辅助抓取的可穿戴手套的控制方法，其特征在于，所述控制方法的手臂位置的震颤抑制具体为，手臂区均匀分布4个气动驱动器，所述手臂位置的气动驱动器Ⅰ（11）、手臂位置的气动驱动器Ⅱ（12）、手臂位置的气动驱动器Ⅲ（13）和手臂位置的气动驱动器Ⅳ（14）的单向弹力布一侧朝向手臂，无弹力布朝外侧，同时对手臂位置的气动驱动器（1）施加气压，弹性气囊体积朝向两侧扩张，对手臂施加阻尼，对手臂位置的震颤进行抑制，随着气压增加，对手臂震颤的抑制越强。

7.根据权利要求4所述一种抑制震颤和辅助抓取的可穿戴手套的控制方法，其特征在于，所述控制方法的手腕位置的震颤抑制和辅助运动具体为，手腕区均匀分布4个气动驱动器，所述手腕位置的气动驱动器Ⅰ（21）、手腕位置的气动驱动器Ⅱ（22）、手腕位置的气动驱动器Ⅲ（23）、手腕位置的气动驱动器Ⅳ（24），无弹力布朝向手腕，单向弹力布朝外侧，同时对手腕位置的气动驱动器（2）施加气压，能对手腕施加阻尼，实现对震颤的抑制；

对手腕位置的气动驱动器Ⅰ（21）施加较高气压的同时，不对手腕位置的气动驱动器Ⅲ（23）供气，实现手腕向左弯曲；对手腕位置的气动驱动器Ⅲ（23）施加较高气压的同时，不对手腕位置的气动驱动器Ⅰ（21）供气，实现手腕向右弯曲；

对手腕位置的气动驱动器Ⅱ（22）施加较高气压的同时，不对手腕位置的气动驱动器Ⅳ（24）供气，实现手腕向前弯曲；对手腕位置的气动驱动器Ⅳ（24）施加较高气压的同时，不对手腕位置的气动驱动器Ⅱ（22）供气，实现手腕向后弯曲。

8.根据权利要求4所述一种抑制震颤和辅助抓取的可穿戴手套的控制方法，其特征在于，所述控制方法的对手腕位置的环绕运动具体为，手腕区均匀分布4个气动驱动器，交替对手腕位置的气动驱动器Ⅰ（21）、手腕位置的气动驱动器Ⅱ（22）、手腕位置的气动驱动器Ⅲ（23）、手腕位置的气动驱动器Ⅳ（24）施加气压和放气，实现手腕顺时针环绕运动；交替对4个气动驱动器手腕位置的气动驱动器Ⅳ（24）、手腕位置的气动驱动器Ⅲ（23）、手腕位置的气动驱动器Ⅱ（22）、手腕位置的气动驱动器Ⅰ（21）施加气压和放气，实现手腕逆时针环绕运动。

9.根据权利要求4所述一种抑制震颤和辅助抓取的可穿戴手套的控制方法，其特征在于，所述控制方法的对手指位置的震颤抑制和辅助运动具体为，手部区每个手指都布置1根气动驱动器，即手指位置的气动驱动器Ⅰ（31）、手指位置的气动驱动器Ⅱ（32）、手指位置的气动驱动器Ⅲ（33）、手指位置的气动驱动器Ⅳ（34）、手指位置的气动驱动器Ⅴ（35），气动驱动器的无弹力布朝向手指背部，单向弹力布朝外侧，对气动驱动器施加较低气压，弹性气囊膨胀，对手指施加阻尼，对手指震颤进行抑制；

进一步施加更高气压，弹性气囊向弹力布一侧膨胀，弹力布伸长，无弹布一侧无变化，气动驱动器向无弹布一侧弯曲，对手指施加弯矩，辅助每个手指运动。

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