CN217040664U - 多连杆欠驱动手指外骨骼结构及手指外骨骼机械手 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多连杆欠驱动手指外骨骼结构，包括依次向远端连接的基座、弧形臂、一级指套、二级指套和三级指套，还包括第一杠杆系统和第二杠杆系统，基座上开设有弧形滑槽，弧形臂的近端滑动设在弧形滑槽内，弧形臂的远端与一级指套固接，一级指套、二级指套和三级指套依次铰接，且铰接的转动轴线与指间关节的转动轴线一致；第一杠杆系统包括一级拉杆、二级拉杆和三级拉杆，基座、一级拉杆、二级拉杆、三级拉杆和二级指套依次铰接，二级拉杆的中部与一级指套铰接，第二杠杆系统包括次一级拉杆、次二级拉杆和次三级拉杆，一级指套、次一级拉杆、次二级拉杆、次三级拉杆和三级指套依次铰接，次二级拉杆的中部与二级指套铰接。

Description

多连杆欠驱动手指外骨骼结构及手指外骨骼机械手

技术领域

本实用新型属于外骨骼机器人技术领域，尤其涉及一种多连杆欠驱动手指外骨骼结构及手指外骨骼机械手。

背景技术

随着我国逐渐迈入老龄化社会，老年人脑卒中成了困扰社会的一大问题，甚至脑卒中已向年轻化发展。手部障碍在脑卒中患者中是比较常见的，大多数手功能障碍的表现为伸展不开或手指不灵活等，具体体现在手不能很好地抓握、抓捏物体有障碍或者无法进行手指的分离运动、拇指外展和内收功能障碍等。导致了手功能障碍的患者生活质量差、生活不能自理等问题。而手部运动功能因其支配神经复杂，因此恢复难度更大。

手部康复外骨骼机器人的出现，对改善手功能障碍，提高手功能障碍患者的手部灵活性有着重要的意义和作用，如现有专利201910565502.1，公开的一种多驱动模块化外骨骼机构。但现有手部康复外骨骼机器人存在以下缺陷：1、要实现单根手指各个关节的驱动，需要使用多个驱动器，增加成本和控制难度；2、大部分针对掌指关节和近侧指间关节(位于第一指骨(近节)和第二指骨(中节)之间)做被动训练，较少有能针对远侧指间关节(位于第二指骨(中节)和第三指骨(远节)之间)进行被动训练，致使手部康复训练有局限，恢复效果无法突破；3、结构复杂，零件复杂，加工制造难度大，重量大，佩带后给患者带来额外负担。

实用新型内容

为解决现有技术存在的手部康复外骨骼机器人需要使用多个驱动器实现单根手指各个关节的驱动，以及无法对远侧指间关节进行被动训练的问题，本实用新型提供一种多连杆欠驱动手指外骨骼结构及手指外骨骼机械手。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下，一种多连杆欠驱动手指外骨骼结构，包括依次向远端连接的基座、弧形臂、一级指套、二级指套和三级指套，所述基座上开设有弧形滑槽，所述弧形臂的近端滑动设置在弧形滑槽内，且所述弧形臂由驱动件驱动滑动，所述弧形臂的远端与一级指套固定连接，所述一级指套、二级指套和三级指套依次铰接，且铰接的转动轴线与指间关节的转动轴线一致；

该多连杆欠驱动手指外骨骼结构还包括第一杠杆系统和第二杠杆系统，所述第一杠杆系统包括一级拉杆、二级拉杆和三级拉杆，所述基座、一级拉杆、二级拉杆、三级拉杆和二级指套依次铰接，所述二级拉杆的中部与一级指套铰接，所述第二杠杆系统包括次一级拉杆、次二级拉杆和次三级拉杆，所述一级指套、次一级拉杆、次二级拉杆、次三级拉杆和三级指套依次铰接，所述次二级拉杆的中部与二级指套铰接。

作为优选，所述一级指套、二级指套和三级指套均呈向下开口的n形，所述一级指套、二级指套和三级指套依次通过指套转轴铰接。便于设置一级指套、二级指套和三级指套依次铰接的转动轴线与指间关节的转动轴线一致，有效防止一级指套、二级指套和三级指套的转动轴线卡死或一级指套、二级指套和三级指套夹手指，提高该多连杆欠驱动手指外骨骼结构的使用舒适度，且节省材料，减少重量，降低成本。

作为优选，所述一级指套、二级指套和三级指套的上部均设置有供绑带穿过的穿绳孔，所述一级指套捆绑固定在第一近节指骨上，所述二级指套捆绑固定在第二中节指骨上，所述三级指套捆绑固定在第三远节指骨上。便于该多连杆欠驱动手指外骨骼结构穿戴在手指上，且穿戴后安全舒适。

作为优选，所述一级指套上设置有第一支架，所述二级拉杆的中部和次一级拉杆远离次二级拉杆的一端均与第一支架铰接，且铰接的转动轴线重合；所述二级指套上沿手指轴向设置有第二支架和第三支架，所述三级拉杆远离二级拉杆的一端与第二支架铰接，所述次二级拉杆的中部与第三支架铰接；所述三级指套上设置有第四支架，所述次三级拉杆远离次二级拉杆的一端与第四支架铰接。便于设置第一杠杆系统和第二杠杆系统，提高第一杠杆系统和第二杠杆系统的可靠性和稳定性。

进一步地，所述驱动件包括减速电机和伞齿轮，所述伞齿轮与减速电机的输出端传动连接，所述减速电机通过电机座设置在基座上，所述弧形臂的侧壁上设置有与伞齿轮啮合的齿条。伞齿轮和齿条配合的传动结构简单可靠，传动平稳，齿条设置在弧形滑槽的侧壁上，承载力更强。

进一步地，所述基座、弧形臂、一级指套、二级指套、三级指套、第一杠杆系统和第二杠杆系统的材料均为工程塑料。工程塑料是轻质高强度的材料，使该多连杆欠驱动手指外骨骼结构非常轻巧，便于患者穿戴，并便于随时进行被动康复训练或辅助患者进行主动康复训练。

进一步地，所述工程塑料为尼龙或ABS。尼龙或ABS等工程塑料的选择，材质轻巧又具有一定强度，使该多连杆欠驱动手指外骨骼结构穿戴更加可靠和舒适。

一种手指外骨骼机械手，包括手背外壳和若干任一种上述的多连杆欠驱动手指外骨骼结构，所述基座设置在手背外壳上，所述多连杆欠驱动手指外骨骼结构的数量为1～5个，若干所述多连杆欠驱动手指外骨骼结构分别与对应的手指匹配设置，且每组所述一级指套、二级指套、三级指套均套设在对应的单根手指上。

作为优选，所述手背外壳与手背贴合，所述手背外壳的两侧均向下延伸有侧耳，所述侧耳上贯穿有供绑带穿过的绑带孔，所述手背外壳通过绑带与手掌固定连接。便于手背外壳的穿戴，又保证舒适度和安全性。

进一步地，所述多连杆欠驱动手指外骨骼结构的数量为5个，5个所述多连杆欠驱动手指外骨骼结构的数量分别与5根手指相匹配，位于大拇指的所述多连杆欠驱动手指外骨骼结构去掉所述的三级指套和次三级拉杆。除大拇指外其余手指均具有3节指骨，因此大拇指处的多连杆欠驱动手指外骨骼结构去掉三级指套和次三级拉杆，能更好的与大拇指匹配。

有益效果：

1、本实用新型的手指外骨骼机械手，驱动件驱动弧形臂沿弧形滑槽滑动，弧形臂再依次带动一级指套、二级指套和三级指套活动，同时二级指套和三级指套在第一杠杆系统和第二杠杆系统的作用下活动，从而使得一级指套驱动掌指关节活动，二级指套驱动近侧指间关节活动，三级指套驱动远侧指间关节活动，实现手指的各个关节均得到活动训练，且承载能力强，大大提高手部康复训练的效果；

2、本实用新型的手指外骨骼机械手，第一杠杆系统和第二杠杆系统的设置合理巧妙，结构简单可靠，提高一级指套驱动掌指关节活动、二级指套驱动近侧指间关节活动和三级指套驱动远侧指间关节活动的控制精度；

3、本实用新型的手指外骨骼机械手，每根手指由单独的驱动件驱动，使得每根手指均可单独控制，又因每根手指的各个关节均得到活动训练，各手指可自由伸展，大大提高手指的灵活性，提高患者自理能力和生活质量；

4、本实用新型的手指外骨骼机械手，结构简单可靠，设计巧妙，整体轻巧，承载能力强，便于穿戴，控制难度低，制造成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是本实用新型多连杆欠驱动手指外骨骼结构的立体结构示意图；

图2是图1中隐藏基座的立体结构示意图；

图3是本实用新型多连杆欠驱动手指外骨骼结构的侧视示意图；

图4是本实用新型手指外骨骼机械手的立体结构示意图；

图中：1、多连杆欠驱动手指外骨骼结构，11、基座，111、电机座，12、弧形臂，13、一级指套，131、指套转轴，132、穿绳孔，133、第一支架，14、二级指套，141、第二支架，142、第三支架，15、三级指套，151、第四支架，16、驱动件，161、减速电机，162、伞齿轮，163、齿条，17、第一杠杆系统，171、一级拉杆，172、二级拉杆，173、三级拉杆，18、第二杠杆系统，181、次一级拉杆，182、次二级拉杆，183、次三级拉杆；21、第一近节指骨，22、第二中节指骨，23、第三远节指骨；3、手背外壳，31、侧耳，32、绑带孔。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例

如图1～4所示，一种多连杆欠驱动手指外骨骼结构1，包括依次向远端连接的基座11、弧形臂12、一级指套13、二级指套14和三级指套15，所述基座11上开设有弧形滑槽，所述弧形臂12的近端滑动设置在弧形滑槽内，且所述弧形臂12由驱动件16驱动滑动，所述弧形臂12的远端与一级指套13固定连接，所述一级指套13、二级指套14和三级指套15依次铰接，且铰接的转动轴线与指间关节的转动轴线一致；该多连杆欠驱动手指外骨骼结构1还包括第一杠杆系统17和第二杠杆系统18，所述第一杠杆系统17包括一级拉杆171、二级拉杆172和三级拉杆173，所述基座11、一级拉杆171、二级拉杆172、三级拉杆173和二级指套14依次铰接，所述二级拉杆172的中部与一级指套13铰接，所述第二杠杆系统18包括次一级拉杆181、次二级拉杆182和次三级拉杆183，所述一级指套13、次一级拉杆181、次二级拉杆182、次三级拉杆183和三级指套15依次铰接，所述次二级拉杆182的中部与二级指套14铰接。

为了便于该多连杆欠驱动手指外骨骼结构1的穿戴，以及穿戴后安全、灵活和舒适，在本实施例中，所述一级指套13、二级指套14和三级指套15均呈向下开口的n形，所述一级指套13、二级指套14和三级指套15依次通过指套转轴131铰接；所述一级指套13、二级指套14和三级指套15的上部均设置有供绑带穿过的穿绳孔132，所述一级指套13捆绑固定在第一近节指骨21上，所述二级指套14捆绑固定在第二中节指骨22上，所述三级指套15捆绑固定在第三远节指骨23上。

为了保证第一杠杆系统17和第二杠杆系统18的布局合理和结构可靠稳定，在本实施例中，所述一级指套13上设置有第一支架133，所述二级拉杆172的中部和次一级拉杆181远离次二级拉杆182的一端均与第一支架133铰接，且铰接的转动轴线重合；所述二级指套14上沿手指轴向设置有第二支架141和第三支架142，所述三级拉杆173远离二级拉杆172的一端与第二支架141铰接，所述次二级拉杆182的中部与第三支架142铰接；所述三级指套15上设置有第四支架151，所述次三级拉杆183远离次二级拉杆182的一端与第四支架151铰接。

为了提高该多连杆欠驱动手指外骨骼结构1的承载能力，在本实施例中，所述驱动件16包括减速电机161和伞齿轮162，所述伞齿轮162与减速电机161的输出端传动连接，所述减速电机161通过电机座111设置在基座11上，所述弧形臂12的侧壁上设置有与伞齿轮162啮合的齿条163。

为了进一步使该多连杆欠驱动手指外骨骼结构1轻巧可靠，在本实施例中，所述基座11、弧形臂12、一级指套13、二级指套14、三级指套15、第一杠杆系统17和第二杠杆系统18的材料均为工程塑料；具体的所述工程塑料为尼龙或ABS。

在本实施例中为了便于描述，记从手臂到手指指向远端，手背朝上，手心朝下。

如图4所示，一种手指外骨骼机械手，包括手背外壳3和上述的多连杆欠驱动手指外骨骼结构1，所述基座11设置在手背外壳3上，所述多连杆欠驱动手指外骨骼结构1的数量为1～5个，若干所述多连杆欠驱动手指外骨骼结构1分别与对应的手指匹配设置，且每组所述一级指套13、二级指套14、三级指套15均套设在对应的单根手指上；具体地，在本实施例中，所述手背外壳3与手背贴合，所述手背外壳3的两侧均向下延伸有侧耳31，所述侧耳31上贯穿有供绑带穿过的绑带孔32，所述手背外壳3通过绑带与手掌固定连接；具体地，在本实施例中，所述多连杆欠驱动手指外骨骼结构1的数量为5个，5个所述多连杆欠驱动手指外骨骼结构1的数量分别与5根手指相匹配，位于大拇指的所述多连杆欠驱动手指外骨骼结构1去掉所述的三级指套15和次三级拉杆183，以能更好的与大拇指匹配，因除大拇指外其余手指均具有3节指骨。

工作原理如下：

首先将该手指外骨骼机械手放置在手背上，再用绑带将手背外壳3与手掌捆绑固定，此时手背外壳3与手背贴合，再用绑带将一级指套13捆绑固定在第一近节指骨21上，再用绑带将二级指套14捆绑固定在第二中节指骨22上，再用绑带将三级指套15捆绑固定在第三远节指骨23上，直至五组多连杆欠驱动手指外骨骼结构1均与对应的手指捆绑固定，完成该手指外骨骼机械手的穿戴，此时，弧形臂12的转动轴线与掌指关节的转动轴线重合，一级指套13和二级指套14之间的转动轴线近侧指间关节的转动轴线重合，二级指套14和三级指套15之间的转动轴线远侧指间关节的转动轴线重合；

再启动减速电机161，减速电机161驱动伞齿轮162旋转，伞齿轮162与齿条163啮合驱动弧形臂12沿弧形滑槽滑动，弧形臂12再依次带动一级指套13、二级指套14和三级指套15活动，同时二级指套14和三级指套15在第一杠杆系统17和第二杠杆系统18的作用下活动，从而使得一级指套13驱动掌指关节活动，二级指套14驱动近侧指间关节活动，三级指套15驱动远侧指间关节活动。

以上，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多连杆欠驱动手指外骨骼结构，其特征在于：包括依次向远端连接的基座(11)、弧形臂(12)、一级指套(13)、二级指套(14)和三级指套(15)，所述基座(11)上开设有弧形滑槽，所述弧形臂(12)的近端滑动设置在弧形滑槽内，且所述弧形臂(12)由驱动件(16)驱动滑动，所述弧形臂(12)的远端与一级指套(13)固定连接，所述一级指套(13)、二级指套(14)和三级指套(15)依次铰接，且铰接的转动轴线与指间关节的转动轴线一致；

该多连杆欠驱动手指外骨骼结构(1)还包括第一杠杆系统(17)和第二杠杆系统(18)，所述第一杠杆系统(17)包括一级拉杆(171)、二级拉杆(172)和三级拉杆(173)，所述基座(11)、一级拉杆(171)、二级拉杆(172)、三级拉杆(173)和二级指套(14)依次铰接，所述二级拉杆(172)的中部与一级指套(13)铰接，所述第二杠杆系统(18)包括次一级拉杆(181)、次二级拉杆(182)和次三级拉杆(183)，所述一级指套(13)、次一级拉杆(181)、次二级拉杆(182)、次三级拉杆(183)和三级指套(15)依次铰接，所述次二级拉杆(182)的中部与二级指套(14)铰接。

2.根据权利要求1所述的多连杆欠驱动手指外骨骼结构，其特征在于：所述一级指套(13)、二级指套(14)和三级指套(15)均呈向下开口的n形，所述一级指套(13)、二级指套(14)和三级指套(15)依次通过指套转轴(131)铰接。

3.根据权利要求2所述的多连杆欠驱动手指外骨骼结构，其特征在于：所述一级指套(13)、二级指套(14)和三级指套(15)的上部均设置有供绑带穿过的穿绳孔(132)，所述一级指套(13)捆绑固定在第一近节指骨(21)上，所述二级指套(14)捆绑固定在第二中节指骨(22)上，所述三级指套(15)捆绑固定在第三远节指骨(23)上。

4.根据权利要求1所述的多连杆欠驱动手指外骨骼结构，其特征在于：所述一级指套(13)上设置有第一支架(133)，所述二级拉杆(172)的中部和次一级拉杆(181)远离次二级拉杆(182)的一端均与第一支架(133)铰接，且铰接的转动轴线重合；所述二级指套(14)上沿手指轴向设置有第二支架(141)和第三支架(142)，所述三级拉杆(173)远离二级拉杆(172)的一端与第二支架(141)铰接，所述次二级拉杆(182)的中部与第三支架(142)铰接；所述三级指套(15)上设置有第四支架(151)，所述次三级拉杆(183)远离次二级拉杆(182)的一端与第四支架(151)铰接。

5.根据权利要求1～4任一项所述的多连杆欠驱动手指外骨骼结构，其特征在于：所述驱动件(16)包括减速电机(161)和伞齿轮(162)，所述伞齿轮(162)与减速电机(161)的输出端传动连接，所述减速电机(161)通过电机座(111)设置在基座(11)上，所述弧形臂(12)的侧壁上设置有与伞齿轮(162)啮合的齿条(163)。

6.根据权利要求1～4任一项所述的多连杆欠驱动手指外骨骼结构，其特征在于：所述基座(11)、弧形臂(12)、一级指套(13)、二级指套(14)、三级指套(15)、第一杠杆系统(17)和第二杠杆系统(18)的材料均为工程塑料。

7.根据权利要求6所述的多连杆欠驱动手指外骨骼结构，其特征在于：所述工程塑料为尼龙或ABS。

8.一种手指外骨骼机械手，其特征在于：包括手背外壳(3)和若干权利要求1～7任一项所述的多连杆欠驱动手指外骨骼结构(1)，所述基座(11)设置在手背外壳(3)上，所述多连杆欠驱动手指外骨骼结构(1)的数量为1～5个，若干所述多连杆欠驱动手指外骨骼结构(1)分别与对应的手指匹配设置，且每组所述一级指套(13)、二级指套(14)、三级指套(15)均套设在对应的单根手指上。

9.根据权利要求8所述的手指外骨骼机械手，其特征在于：所述手背外壳(3)与手背贴合，所述手背外壳(3)的两侧均向下延伸有侧耳(31)，所述侧耳(31)上贯穿有供绑带穿过的绑带孔(32)，所述手背外壳(3)通过绑带与手掌固定连接。

10.根据权利要求8或9所述的手指外骨骼机械手，其特征在于：所述多连杆欠驱动手指外骨骼结构(1)的数量为5个，5个所述多连杆欠驱动手指外骨骼结构(1)的数量分别与5根手指相匹配，位于大拇指的所述多连杆欠驱动手指外骨骼结构(1)去掉所述的三级指套(15)和次三级拉杆(183)。

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