[发明专利]基于套索驱动和肌电控制的手指运动康复训练机器人

说明书

本发明公开了一种基于套索驱动和肌电控制的手指运动康复训练机器人，包含肌电感应手环、手指外骨骼组件、驱动模块、控制模块和底座。工作时，患者的手臂直接穿戴肌电感应手环，在控制系统中分别录入自己手指内收和手指外展的肌电信号，佩戴好手指外骨骼组件，肌电手环感应患者的电信号，判断其手指的预期运动是内收/外展，反馈给控制系统，单片机控制执行器舵机的运动，从而辅助患者的手指进行康复训练。本发明有效的减少了传输过程中的误差，并且外骨骼手指驱动力始终垂直于指骨，避免对周围软组织造成损伤，并且实现双向驱动。

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，尤其涉及一种基于套索驱动和肌电控制的手指运动康复训练机器人。

背景技术

手是人类重要器官之一，它是人们日常生活中不可或缺的一部分。近年来，脑卒中、意外损伤等因素导致手部神经系统的瘫痪，严重影响患者的正常生活。据《中国脑卒中防治报告（2018）》显示，我国脑卒中发病率、患病率整体仍以不可控制的速度呈上升趋势，脑卒中疾病给医护人员和家属的负担仍不断加重，根据“脑卒中高危人群筛查和干预项目”，40岁及以上人群的脑卒中标化患病率由2012年的1.89%上升至2016年的2.19%，其中超过半数的幸存患者会伴有不同程度的手部功能障碍。

神经医学论证了中枢系统具有可塑性，感觉运动康复疗法通过重复性、高频率的运动来刺激皮质层的重组和加强肌肉习得性应用，逐渐恢复受损肢体的运动功能。早期患者需要大量的康复训练来逐渐恢复手部损伤的功能，而传统的人工康复训练方法存在费用昂贵、效率不高等问题，而且治疗和评估依赖于治疗师的经验，这使得康复评估缺乏一定的客观性和准确性。

近年来的研究和实践表明，运用机电设备和控制系统相结合的外骨骼设备进行康复训练是可行和有效的。这些装置可以实现重复、精准的运动，并且可以结合适当的传感器对康复效果进行评估。目前，针对创伤手指康复训练机器人的研究已经成为康复医学领域的热点研究发向之一。

手指康复机器人发展前期研制的康复机械设备，大多数采用开环无反馈的控制系统，通过预先固化在控制器中的程序驱动机械结构带动患者手指做固定轨迹的康复运动，对环境没有感知能力并且无法对患者产生康复的代入感，其康复效果不如诱导式的康复策略。开环无反馈型手指康复机器人主要有：法国 KINETEC 公司研制的手指手腕关节康复器；德国Otto Bock公司开发Wave Flex型手指康复装置；随着对开环控制系统不足的认识加深，手指康复机器人逐步加入了角度、位置和力传感器，以形成闭环控制系统，美国Rutgers 大学 Burdea设计的 Rutgers 手指康复装置，该机器人每根手指提供高达 16N的力反馈，并采用定制的启动执行器配置在掌心以便直接驱动。它采用整合非接触式霍尔效应传感器和红外传感器作为闭环控制的反馈信息。

虽然研究已久，但是外骨骼手的研究与设计仍然是一个充满挑战的领域。关键的问题有如何减轻因设备的笨重使患者在长期使用下产生不适感，如何保证输出力矩在不对其他部位产生附加伤害的前提下达到有效的康复目的，还有如何产生人机交互从而使患者主观能动性发挥最大化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于套索驱动和肌电控制的手指运动康复训练机器人，通过肌电感应模块采集患者手臂的肌电信号进而预判患者肌肉的运动趋势，利用提取的肌电信号来控制三个执行器协助手指的内收/外展运动，完成患者预想的康复训练。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于套索驱动和肌电控制的手指运动康复训练机器人，包含肌电感应手环、手指外骨骼组件、驱动模块、控制模块和底座；

所述肌电感应手环用于套在需要进行训练的手指所在的小臂上，用于获得手臂的肌电信号并将其传递给所述控制模块；

所述手指外骨骼组件包含手背穿戴装置、近端指套、中端指套、远端指套、第一至第三从动绞盘、固定轴承、第一至第二固定杆、第一至第三滑块、以及第一至第三连杆；