CN220070112U - 一种欠驱动型手部外骨骼 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种欠驱动型手部外骨骼，其特征在于，包括：手背固定平板；多组手指关节组件，其分别铰接在所述手背固定平板的边缘；用于控制手指关节组件屈伸的多组连杆机构，其分别设置在手指关节组件上；用于推拉连杆机构的多个推杆电机，其底部均铰接在所述手背固定平板上，所述推杆电机的一端连接有线缆，另一端与所述连杆机构相铰接；穿戴机构，其设置在所述手背固定平板和多组手指关节组件的下方。本实用新型采用欠驱动结构设计，独立控制变量个数小于系统自由度个数，每个推杆电机控制多个关节的弯曲运动，这大大降低了手外骨骼的复杂度，提高了其能效及便携性。
Description
技术领域
本实用新型涉及康复机器人领域，更具体地说，尤其涉及一种欠驱动型手部外骨骼。
背景技术
康复训练是指对患者瘫痪肢体部位重复特定的康复动作使瘫痪部位肌肉形成肌肉记忆从而达到恢复神经活性的目的；针对手部瘫痪患者的后期康复训练疗程，可使用机械外骨骼代替人工以提高康复训练的效率。
由于人体手部手指的关节自由度较为复杂且关节精细，导致想要实现对手指每个关节同时起到预期弯曲角度的作用成为一个问题；人体单手具有27个自由度，如果每个关节由一个电机驱动，增加机构的复杂程度，同时也增加了控制系统的复杂性，使得康复机器手较为昂贵，难以满足患者使用，现有的手部康复外骨骼存在机构繁重且不易穿戴的技术问题。
例如，申请号为201710108926.6的发明专利公开了一种欠驱动型外骨骼康复机械手，该发明单个手指由两个电机驱动，通过柔性皮带和绳索传递动力，其包含大量的关节组件、弹簧组件和电机组，存在结构复杂，重量大，患者不易穿戴的问题。
实用新型内容
本实用新型的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
为了实现本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种欠驱动型手部外骨骼，包括：手背固定平板；
多组手指关节组件，其分别铰接在所述手背固定平板的边缘；
用于控制手指关节组件屈伸的多组连杆机构，其分别设置在手指关节组件上；
用于推拉连杆机构的多个推杆电机，其底部铰接在所述手背固定平板上，所述推杆电机的一端连接有线缆，另一端为推杆并与所述连杆机构相铰接；
穿戴机构，其设置在所述手背固定平板和多组手指关节组件的下方。
优选的是，其中，所述多组手指关节组件包括：拇指关节组件、食指关节组件、中指关节组件、无名指关节组件和小指关节组件，所述手指关节组件均为：由多个关节块铰接而成的多节条状结构。
优选的是，其中，所述连杆机构包括：多个连杆座，其分别安装在所述关节块上；
多个连杆组，所述连杆组由两根连杆相铰接组成；相邻所述连杆组的端部设置为齿轮结构，所述连杆组之间通过齿轮结构相啮合，所述齿轮结构铰接在连杆座上。
优选的是，其中，所述关节块和手背固定平板上开设有用于固定穿戴机构的固定缝，所述穿戴机构为弹力绑带或魔术扣绑带，其两端穿设在所述固定缝内。
优选的是，其中，所述手背固定平板设置为可相对转动的掌心部和拇指部，其之间通过铰链连接。
优选的是，其中，所述掌心部和拇指部之间设置有防夹手的柔性保护罩。
本实用新型至少包括以下有益效果：
本实用新型采用欠驱动结构设计，独立控制变量个数小于系统自由度个数，每个推杆电机控制多个关节的弯曲运动，这大大降低了手外骨骼的复杂度，提高了其能效及便携性。
本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本实用新型整体结构示意图；
图2为本实用新型仰视图；
图中标记：1、手背固定平板，11、掌心部，12、拇指部，13、柔性保护罩，21、拇指关节组件，22、食指关节组件，23、中指关节组件，24、无名指关节组件，25小指关节组件，26、关节块，31、连杆座，32、连杆组，33、连杆，34、齿轮结构，4、推杆电机，41、线缆，42、推杆，5、穿戴机构，51、固定缝。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
此外，在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下面结合附图对本实验新型做详细描述：
图1-2示出的本实验新型实施例提供了一种欠驱动型手部外骨骼，其特征在于，包括：手背固定平板1；
多组手指关节组件，其分别铰接在所述手背固定平板1的边缘；
用于控制手指关节组件屈伸的多组连杆机构，其分别设置在手指关节组件上；
用于推拉连杆机构的多个推杆电机4，其底部铰接在所述手背固定平板1上，所述推杆电机4的一端连接有线缆41，另一端为推杆42并与所述连杆机构相铰接；
穿戴机构5，其设置在所述手背固定平板1和多组手指关节组件的下方。
工作原理：
将推杆电机4的线缆41与计算机通信连接；手部外骨骼使用时，通过穿戴机构5将佩戴者的手背固定在手背固定板1的下方，将佩戴者的手指分别固定在手指关节组件的下方，通过计算机控制推杆42的推拉，从而调节连杆机构的姿态，最终实现手指关节组件弯曲与伸展并带动佩戴者手部活动。本实用新型的每个推杆电机4控制一组手指关节组件，能够同时使多个关节弯曲运动，这大大降低了手外骨骼的复杂度，提高了其能效及便携性；操作人员可以通过计算机实现人机交互操作，通过线缆41传输的数据可见佩戴者手部关节弯曲状态以及手指指节受力情况，也可以对各个关节设定固定弯曲角度值或者最大限度弯曲角度值；由操作人员设定外骨骼的各项动作，实现个性化针对性的手部训练；
也可以结合现有的体感技术，利用体感手套对操作人员的手部手指弯曲数据进行采集，经由计算机、线缆41将数据传输到推杆电机4，实现佩戴者与操作人员完成相同的手部动作。
上述技术方案中，所述多组手指关节组件包括：拇指关节组件21、食指关节组件22、中指关节组件23、无名指关节组件24和小指关节组件25，所述手指关节组件均为：由多个关节块26铰接而成的多节条状结构。每组手指关节组件的关节块26根据成年人手部基本尺寸的均值和标准值来进行设计，其中拇指关节组件21由连两个关节块26铰接而成，其与手指关节组件均由三个关节块26铰接而成。采用这种技术方法，能够使设备与佩戴者的手部尺寸更加吻合。
上述技术方案中，所述连杆机构包括：多个连杆座31，其分别安装在所述关节块26上；多个连杆组32，所述连杆组32由两根连杆33相铰接组成；相邻所述连杆组32的端部设置为齿轮结构34，所述连杆组32之间通过齿轮结构34相啮合，所述齿轮结构34铰接在连杆座31上。靠近手背固定板1的连杆33的端部可以铰接在手背固定板1上，当推杆42伸长时，由于受到靠近手背固定板1的连杆33的限制，推杆42伸缩时其端部会以靠近手背固定板1的连杆33为半径做圆弧运动，以此改变手背固定板1与手指关节组件之间的角度；
当靠近手背固定板1的连杆33受推杆42的影响转动后，能够带动与其处于同一连杆组32上的连杆33转动，连杆组32之间再由不同齿比的齿轮结构34进行传动，最终实现同组手指关节组件上的关节块26同步弯曲运动；
可以理解的是，可以通过改变齿轮结构34之间的齿比来调整手指关节组件的屈伸幅度和速度。
上述技术方案中，所述关节块26和手背固定平板1上开设有用于固定穿戴机构5的固定缝51，所述穿戴机构5为弹力绑带或魔术扣绑带，其两端穿设在所述固定缝51内。采用这种技术方法，可调节松紧的弹力绑带或魔术扣绑带能够使佩戴者的手部更加舒适的贴合在设备上。
上述技术方案中，所述手背固定平板1设置为可相对转动的掌心部11和拇指部12，其之间通过铰链连接。相较于一体式的手背固定板1，采用这种技术方法能够增加手掌部位的自由度，使佩戴者能够更加灵活地活动拇指。
上述技术方案中，所述掌心部11和拇指部12之间设置有防夹手的柔性保护罩13。采用这种技术方法，能够有效避免掌心部11和拇指部12之间相对活动时发生夹手的情况。
以上方案只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本实用新型时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本实用新型的说明的。对本实用新型的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (6)
1.一种欠驱动型手部外骨骼，其特征在于，包括：手背固定平板；
多组手指关节组件，其分别铰接在所述手背固定平板的边缘；
用于控制手指关节组件屈伸的多组连杆机构，其分别设置在手指关节组件上；
用于推拉连杆机构的多个推杆电机，其底部铰接在所述手背固定平板上，所述推杆电机的一端连接有线缆，另一端为推杆并与所述连杆机构相铰接；
穿戴机构，其设置在所述手背固定平板和多组手指关节组件的下方。
2.根据权利要求1所述的欠驱动型手部外骨骼，其特征在于，所述多组手指关节组件包括：拇指关节组件、食指关节组件、中指关节组件、无名指关节组件和小指关节组件，所述手指关节组件均为：由多个关节块铰接而成的多节条状结构。
3.根据权利要求2所述的欠驱动型手部外骨骼，其特征在于，所述连杆机构包括：多个连杆座，其分别安装在所述关节块上；
多个连杆组，所述连杆组由两根连杆相铰接组成；相邻所述连杆组的端部设置为齿轮结构，所述连杆组之间通过齿轮结构相啮合，所述齿轮结构铰接在连杆座上。
4.根据权利要求2所述的欠驱动型手部外骨骼，其特征在于，所述关节块和手背固定平板上开设有用于固定穿戴机构的固定缝，所述穿戴机构为弹力绑带或魔术扣绑带，其两端穿设在所述固定缝内。
5.根据权利要求1所述的欠驱动型手部外骨骼，其特征在于，所述手背固定平板设置为可相对转动的掌心部和拇指部，其之间通过铰链连接。
6.根据权利要求5所述的欠驱动型手部外骨骼，其特征在于，所述掌心部和拇指部之间设置有防夹手的柔性保护罩。
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