CN117426912A - 一种仿生手 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种仿生手，该仿生手包括：上臂套体，由柔性材料制成，用于套接在残肢；前臂，由刚性材料制成，前臂的一端与上臂套体转动连接，且一端上形成有供伸入套接有上臂套体的残肢的容纳腔；肌电电极，设置在上臂套体的内壁，用于收集残肢表面的肌电信号。与相关技术相比，本发明技术方案的有益效果在于：与上臂接触的上臂套体由柔性材料来制成，因此上臂套体对其内部设置的肌电电极的挤压力度较柔和，从而满足肌电电极与上臂之间的接触的同时，使肌电电极不会过度挤压手臂造成不适感。

Description

一种仿生手

技术领域

本发明涉及仿生肢体技术领域，特别涉及一种改善用户穿戴体验的仿生手。

背景技术

仿生手是适用于肢体残疾用户的辅助装置，仿生手能够感应用户的肌电信号，并根据该肌电信号执行相应的手势，以此辅助用户的日常生活。

在相关技术中，生手臂的与上臂接触的部分和与前臂残肢接触的部分均采用了硬质塑胶材料，从而长时间佩戴仿生手时会发生佩戴不舒适等问题。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种仿生手，旨在解决相关技术中的仿生手穿戴不舒的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种仿生手，该仿生手包括：

上臂套体，由柔性材料制成，用于套接在残肢；

前臂，由刚性材料制成，前臂的一端与上臂套体转动连接，且一端上形成有供伸入套接有上臂套体的残肢的容纳腔；

肌电电极，设置在上臂套体的内壁，用于收集残肢表面的肌电信号。

在一些实施例中，上臂套体的外周上设置有松紧调节机构，松紧调节机构用于调节上臂套体对残肢的挤压程度。

在一些实施例中，还包括控制单元和仿生手掌，控制单元与肌电电极电连接，并根据肌电电极收集的肌电信号确定仿生手掌的动作指令，仿生手掌与前臂的另一端连接，用于执行与动作指令对应的动作。

在一些实施例中，上臂套体的与前臂转动连接的连接处设有转动卡接座，前臂的一端上设有与转动卡接座轴接的卡接轴。

在一些实施例中，控制单元设置在前臂上，转动卡接座和卡接轴分别由导电材料制成，转动卡接座与肌电电极电连接，卡接轴与控制单元电连接，转动卡接座与卡接轴之间轴接时形成电连接。

在一些实施例中，还包括快拆组件，肌电电极通过快拆组件与上臂套体可拆卸连接。

在一些实施例中，快拆组件包括：

电极带，固定在上臂套体的内壁；

胡卡扣，粘接在电极带上；

其中，肌电电极设置在胡卡扣背向电极带的一侧；

或者

快拆组件包括两磁性件，一磁性件固定在上臂套体的内壁，另一磁性件磁吸在一磁性件上，肌电电极设置在另一磁性件背向一磁性件的一侧。

在一些实施例中，还包括伸缩管，仿生手掌通过伸缩管与前臂的另一端连接。

在一些实施例中，上臂套体上开设有至少一个透气口。

在一些实施例中，容纳腔的内壁上设有柔性垫。

与相关技术相比，本发明技术方案的有益效果在于：与上臂接触的上臂套体由柔性材料来制成，因此上臂套体对其内部设置的肌电电极的挤压力度较柔和，从而满足肌电电极与上臂之间的接触的同时，使肌电电极不会过度挤压手臂造成不适感。

附图说明

图1为本发明实施例的仿生手的结构示意图；

图2为本发明实施例的仿生手的分解图；

图3为图2中A-A处的剖面图；

图4为图2中B-B处的剖面图。

附图标号说明：

上臂套体100；肌电电极110；转动卡接座120；透气孔130；前臂200；容纳腔210；卡接轴220；柔性垫230；仿生手掌300；紧调节机构400；控制单元500；快拆组件600；电极带610；胡卡扣620；伸缩管700。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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方案进行清楚完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明中的一部分实施例，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作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。

还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

针对相关技术中存在的技术缺陷，本实施例提供了一种仿生手，如图1和图2所示，该仿生手包括上臂套体100、前臂200、肌电电极110以及仿生手掌300。其中，

上臂套体100由柔性材料制成，用于套接在残肢。可选地，本实施例的上臂套体100由尼龙氨纶复合布料来制成。在一些示例中，尼龙氨纶复合布料可被氨纶弹力网布材料或腈氨共混纤维所代替。

前臂200由刚性材料制成，该刚性材料可以是硬质塑料或者合金材料，但不限于此。前臂200的一端与上臂套体100转动连接，且前臂200的一端上形成有供伸入套接有上臂套体100的残肢的容纳腔210（如图4所示）。

肌电电极110设置在上臂套体100的内壁，用于收集肌电信号。肌电电极110与上臂或者前臂残肢进行接触，并收集用于控制手指的肌电信号。

仿生手掌300与前臂200的另一端连接，用于接收上述的肌电信号，并执行与肌电信号对应的动作，以此辅助残疾用户的日常活动。

在穿戴本实施例的仿生手时，将前臂残肢从上臂套体100的端口伸入，直至前臂残肢伸入至前臂200的容纳腔210。前臂残肢伸入容纳腔210时，肌电电极110与手臂进行接触，从而可以收集肌电信号。

本实施例中，与上臂接触的上臂套体100由柔性材料来制成，因此上臂套体100对其内部设置的肌电电极110的挤压力度较柔和，从而满足肌电电极110与上臂之间的接触的同时，使肌电电极110不会过度挤压手臂造成不适感。

继续参照图1和图2所示，在一些实施例中，上臂套体100的外周上设置有松紧调节机构400，松紧调节机构400用于调节上臂套体100的内径，以此调整上臂套体100对残肢的挤压程度。

可选地，本实施例的松紧调节机构400位于手臂的大臂位置，该松紧调节机构400为编制于上臂套体100上或者与上臂套体100一体成型的弹性带、绑带、扎带、皮带、搭扣带中的一种，但不限于此。使用时，将手臂伸入仿生手中，手臂伸入后，通过缩松紧调节机构400使上臂套体100贴合于手臂。将松紧调节机构400缩到适当程度后，固定松紧调节机构400，完成仿生手的穿戴。最后尝试活动手肘关节，如果主体位置稳固不移位，则表示调整良好。如果主体松动或过紧，继续进行微调。

在一些实施例中，仿生手还包括控制单元500，控制单元500与肌电电极110连接，并根据肌电电极110收集的肌电信号确定仿生手掌300的动作指令。

示例性地，控制单元500可以包括依次电连接的信号接收子单元、信号处理子单元和信号发送子单元，信号接收子单元电连接肌电电极110，用于接收肌电信号并向信号处理子单元转发，信号处理子单元接收并处理转发的肌电信号转换为动作指令，信号发送子单元将动作指令传输至仿生手掌300，使仿生手掌300执行与动作指令对应的动作。

信号接收子单元与肌电电极110直接电连接，可以在控制单元500上设置肌电检测芯片，将肌肉活动产生的微弱生物电信号转化为电压信号进行采集。信号处理子单元将采集到的原始肌电信号，首先进行放大过滤去噪提高信噪比，然后进行数字化采样，得到数字序列信号，接着使用DSP或MCU对信号进行特征提取、参数计算等处理得到动作指令。信号发送子单元将动作指令，通过数据接口的方式发送给仿生手掌300。

可选地，信号处理子单元也可以只作为信号转发单元使用，直接转发信号接收子单元所收集的肌电信号，并通过信号发送子单元向仿生手掌300发送肌电信号，具体设置可根据本领域技术人员实际所需进行设置，在此不做限定。信号发送子单元可以包括无线通信子单元，无线通信子单元用于将肌电信号通过无线方式传输至外部设备。

无线通信子单元的工作原理为：无线通信子单元接收信号处理子单元所发送的信号后，无线通信子单元对该信号进行模数转换，无线通信子单元首先将处理后的数字肌电信号进行模数转换转换为模拟信号，然后使用相应的调制方式(如FSK、PSK等)对信号进行调制编码，以便无线传输。将编码后的信号送入射频模块，进行上变频、功率放大等过程，最后通过天线发送出去。

本实施例的仿生手掌300中设置有与无线通信子单元对应的装置，两者无线通讯连接传输肌电信号。

继续参照图2所示，在一些实施例中，上臂套体100的与前臂200转动连接的连接处设有转动卡接座120，前臂200的一端上设有与转动卡接座120轴接的卡接轴220。示例性地，控制单元500设置在前臂200上，转动卡接座120和卡接轴220分别由导电材料制成。其中，转动卡接座120与肌电电极110电连接，卡接轴220与控制单元500电连接。当为了使上臂套体100的与前臂200之间转动连接，轴接转动卡接座120与卡接轴220之间时，由于轴接转动卡接座120和卡接轴220均由导电材料制成，因此转动卡接座120与卡接轴220之间形成电连接，从而肌电电极110采集的肌电信号依序经过转动卡接座120和卡接轴220达到控制单元500。

其中，控制单元500可以是微型PCB，该微型PCB上设置有插口，该插口与卡接轴220的内环相适配。而肌电电极110的连接端与转动卡接座120相适配，当上臂套体100和前臂200之间连接时，微型PCB的插口和肌电电极110的连接端之间相互连接，以此实现肌电电极110与控制单元500之间的电连接。

在一些实施例中，仿生手还包括快拆组件600，肌电电极110通过快拆组件600与上臂套体100可拆卸连接。快拆组件600的设置为了便于更换上臂套体100上的肌电电极110，肌电电极110为柔性的环形电极，可套设在手臂残肢的小臂上，如有需要更换不同直径的环形电极时，可以通过快拆组件600进行快速拆装更换肌电电极110，以达到快速更换肌电电极110的效果。

在一可选示例中，如图3所示，快拆组件600包括电极带610和胡卡扣620。其中，电极带610固定在上臂套体100的内壁，上臂套体100的内壁上设有安装槽或连接环，用于固定电极带610，或者直接将电极带610编制于主体上。电极带610采用柔软舒适的材质，如包布、橡胶等。电极带610的带体中间开孔可供电线通过。胡卡扣620粘接在电极带610上。肌电电极110设置在胡卡扣620背向电极带610的一侧。使用时，先将电极带610安装固定在主体内侧，然后与肌电电极110通过胡卡扣620钩接连接在一起。胡卡扣620可以为钩毛毡形式，电极带610上设置有与钩毛毡对应的绒面，两者粘接在一些，钩毛与绒面上的绒毛相互勾连完成连接，可通过外力撕扯将两者分离。

在另一可选示例中，快拆组件600包括两磁性件，一磁性件固定在上臂套体100的内壁，另一磁性件磁吸在一磁性件上，肌电电极110设置在另一磁性件背向一磁性件的一侧。具体地，在上臂套体100内侧嵌入小型磁铁，肌电电极110上也对应嵌入小磁铁。利用磁力的吸引作用，上臂套体100上的磁铁吸附肌电电极110上的磁铁，实现可拆卸固定。通过转动或者直接拉开就可以断开磁吸连接。磁铁可选择强力稀土永磁材料，小而薄方便嵌入。可以设置多个磁吸点，确保固定牢靠。

在一些实施例中，如图2所示，仿生手还包括伸缩管700，仿生手掌300通过伸缩管700与前臂200的另一端连接。伸缩管700包括相对设置的两连接端，其中一端连接前臂200，另一端连接仿生手掌300，伸缩管700可沿两连接端的设置方向伸展或缩回，从而可以调整仿生手的整体长度。

进一步地，在一些可选示例中，伸缩管700内还设有伸缩调节杆，伸缩调节杆可拆卸连接于伸缩管700内，用于调节伸缩管700伸展或缩回。伸缩调节杆可以是细长的金属或塑料调节棒，可以拆卸连接在伸缩管700内部。它通过螺纹或挂钩等方式，与伸缩管700内壁相连，可以滑动或旋转。用户可以从伸缩管700外部操控伸缩调节杆，驱动它沿伸缩管700轴线方向滑动或旋转。伸缩调节杆的滑动或旋转会通过机械传动作用，驱动伸缩管700内部的传动机构运动。从而带动伸缩管700的弹性组件发生相应的收缩或伸展变形，实现了对伸缩量的精确调节。通过伸缩调节杆的调节，用户可以根据需要控制转接件的长度，适应不同的使用环境。

继续参照图1和图2所示，在一些实施例中，上臂套体100上开设有透气孔130。可选地，透气孔130开设在上臂套体100的周侧，对应手臂残肢的肘部内侧的位置设置。可选地，为了避免小臂朝向大臂转动时，手肘内侧位置折堆柔性材料，透气孔130的设置对应手臂的手肘内侧，提高通透性的同时，改善了手肘处的穿戴感。

继续参照图4所示，在一些实施例中，容纳腔210的内壁上设有柔性垫230。柔性垫230用于在容纳腔210内伸入前臂残肢时，填充容纳腔210内壁与前臂残肢之间的缝隙，使前臂残肢伸入接收腔后直接与容纳腔210内壁的柔性垫230接触。

通过活动前臂残肢来挪动前臂200时，柔性垫230起到了缓冲作用，从而减少刚性的前臂200对前臂残肢的挤压和不适感，进一步改善了仿生手的穿戴感。

在一些实施例中，前臂200与仿生手掌300之间通过转接件来彼此连接。转接件的作用在于，当需要更换不同型号的仿生手掌300时，可以通过更换不同规格的转接件来进行更换仿生手掌300的适配，具体的，转接件的两端中其中之一可以适配前臂200的连接端，另一端设计为适配仿生手掌300的连接端，转接件的用途即为标准与非标准之间的转换，起到承接转换的作用。转接件可通过设置转轴与外部装置连接，使外部装置可相对主体转动。

在一些实施例中，前臂200还包括包覆件，包覆件与容置腔仿形设置，包覆件包覆容置腔，柔性垫230填充于包覆件和容置腔之间。示例性地，包覆件可以是编织于容置腔上的布料，具有一定的透气性，且包覆件于容置腔仿形设计，即包覆件与容置腔的形态一致，在包覆件和容置腔之间填充有柔性垫230，该设计是为了在一些柔性垫230无法直接固定在前臂200的容置腔中的时候可以给柔性垫230进行位置限制和包裹，且有利于保护柔性垫230。

包覆件一般选择网面或者透气性好的材质，因为需要与手臂或手臂残肢接触，还需要一定的散热能力，选择网面或透气性好的材质可以避免因为手臂或手臂残肢接触产生的热量造成的捂汗等情况发生，使佩戴者的佩戴体验更加舒适。作为参考，可以选用气流编制物编制，气流编制物即为气流纺纱，通风排汗，可用性高。

在一些实施例中，柔性垫230可以选择气凝胶，作为填充材料，气凝胶是一种高孔隙率的轻质凝胶材料，具有像固体一样的形状，又像液体和气体一样可以流动的特性。气凝胶的主要原料是二氧化硅，经过溶胶凝胶化过程制备而成。它的孔隙率通常在90%以上，密度仅为传统塑料的百分之一至千分之一。气凝胶拥有低密度、高弹性和吸热性，是良好的弹性材质。

在一些实施例中，柔性垫230可以使用记忆棉作为填充的柔性垫230使用，记忆棉具有很好的回弹性能，可以提供良好的弹力支撑，亦具备一定的导热性。

在一些实施例中，仿生手掌300包括若干手指，每一手指设有力度传感器，力度传感器用于检测仿生手掌300的抓握力度。而且每一手指还设有温度传感器，温度传感器用于检测仿生手掌300抓握的物体的温度。

仿生手掌300设有微处理器，用于接收肌电信号、力度传感器检测力度信号和温度传感器检测温度信号，一般微处理器为PCB。每个仿生手指指头端都设置有薄型的压阻式力传感器。当仿生手抓握物体时，传感器会检测到来自物体的压力。传感器的电阻值随压力的增大而变化。传感器通过电路将电阻值转换为对应的电压信号。信号被送入手掌中的微处理器进行分析，计算出抓握力度的大小。如果抓握过大或过小，微处理器会相应地控制仿生手的抓握力度。

每个手指指腹处还嵌入了热电偶温度探头作为温度传感器。当仿生手抓握物体时，传感器接触物体表面，检测其温度。不同温度下，热电偶产生不同的热电动势。这一电压信号被转换为数字信号输入微处理器。微处理器分析物体的具体温度，如过热、低温等，并作出相应反馈。以调整抓握力道，或向用户发出警告。

以上所述的仅为本发明的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本发明保护的范围，凡是在与本发明一个整体的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明保护的范围内。

Claims (10)

1.一种仿生手，其特征在于，包括：

上臂套体，由柔性材料制成，用于套接在残肢；

前臂，由刚性材料制成，所述前臂的一端与所述上臂套体转动连接，且所述一端上形成有供伸入套接有所述上臂套体的残肢的容纳腔；

肌电电极，设置在所述上臂套体的内壁，用于收集所述残肢表面的肌电信号。

2.根据权利要求1所述的仿生手，其特征在于，所述上臂套体的外周上设置有松紧调节机构，所述松紧调节机构用于调节所述上臂套体对残肢的挤压程度。

3.根据权利要求1所述的仿生手，其特征在于，还包括控制单元和仿生手掌，所述控制单元与所述肌电电极电连接，并根据所述肌电电极收集的所述肌电信号确定所述仿生手掌的动作指令，所述仿生手掌与所述前臂的另一端连接，用于执行与所述动作指令对应的动作。

4.根据权利要求3所述的仿生手，其特征在于，所述上臂套体的与所述前臂转动连接的连接处设有转动卡接座，所述前臂的所述一端上设有与所述转动卡接座轴接的卡接轴。

5.根据权利要求4所述的仿生手，其特征在于，所述控制单元设置在所述前臂上，所述转动卡接座和所述卡接轴分别由导电材料制成，所述转动卡接座与所述肌电电极电连接，所述卡接轴与所述控制单元电连接，所述转动卡接座与所述卡接轴之间轴接时形成电连接。

6.根据权利要求1所述的仿生手，其特征在于，还包括快拆组件，所述肌电电极通过所述快拆组件与所述上臂套体可拆卸连接。

7.根据权利要求5所述的仿生手，其特征在于，所述快拆组件包括：

电极带，固定在所述上臂套体的内壁；

胡卡扣，粘接在所述电极带上；

其中，所述肌电电极设置在所述胡卡扣背向所述电极带的一侧；

或者

所述快拆组件包括两磁性件，一所述磁性件固定在所述上臂套体的内壁，另一所述磁性件磁吸在一所述磁性件上，所述肌电电极设置在另一所述磁性件背向一所述磁性件的一侧。

8.根据权利要求1所述的仿生手，其特征在于，还包括伸缩管，所述仿生手掌通过所述伸缩管与所述前臂的所述另一端连接。

9.根据权利要求1所述的仿生手，其特征在于，所述上臂套体上开设有至少一个透气口。

10.根据权利要求1所述的仿生手，其特征在于，所述容纳腔的内壁上设有柔性垫。