[发明专利]可调控末端指尖力的自适应冗余驱动外骨骼康复机器人

说明书

本发明公开一种可调控末端指尖力的自适应冗余驱动外骨骼康复机器人，包括：掌背平台，以及设于掌背平台的手指连杆机构和控制模块；手指连杆机构由单独的第一舵机驱动，且具有多个关节，每个关节由单独的第二舵机驱动；手指连杆机构的指尖位置设有压力传感器，用于检测与物体交互时的指尖力；控制模块接收指尖力，根据指尖力和指尖力的施加时间调整训练动作，根据训练动作确定指尖目标位置；根据当前运动到达的位置和手指连杆机构的关节角度得到指尖当前位置，根据指尖当前位置和指尖目标位置得到目标指尖力，并形成控制指令，以驱动第一舵机和第二舵机动作。具有主动、被动两种训练模式，通过力反馈对指尖力进行调节，提高抓握稳定性。

技术领域

本发明涉及康复机器人技术领域，特别是涉及一种可调控末端指尖力的自适应冗余驱动外骨骼康复机器人。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

大部分的脑卒中患者会丧失单侧的手功能，一些神经肌肉损伤等疾病也会造成手功能丧失，所以术后要进行长期的康复训练。目前康复训练主要采取康复训练师辅助训练的方法，目前康复训练师的数目远远满足不了康复训练需求。可穿戴式外骨骼手功能康复机器人已被证明可以对康复训练起到有益效果，并且极大的提高了康复训练效率，降低了康复训练成本。

外骨骼手功能康复机器人只能进行单指康复训练或是只能进行辅助抓握。随着技术手段的不断发展，未来的外骨骼手功能康复机器人不应只有单一的功能，而是尽可能全面，既能进行康复训练又能辅助抓握；同时应具有穿戴舒适方便、能够长期持续运转的特点；并且外骨骼手功能康复机器人还应对于所有手部尺寸的患者均适用。但是目前并没有一款外骨骼手功能康复机器人可以具有多自由度、多种训练功能以及可以提供人机交互功能。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种可调控末端指尖力的自适应冗余驱动外骨骼康复机器人，在指尖接触部位加入压力传感器，对指尖力进行实时调控，使其具有主动、被动两种训练模式，并可自适应切换；根据指尖位置估计运动轨迹，并通过力反馈对抓握过程中的指尖力进行估计并精准调节，提高抓握过程的稳定性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种可调控末端指尖力的自适应冗余驱动外骨骼康复机器人，包括：掌背平台，以及设于掌背平台的手指连杆机构和控制模块；

所述手指连杆机构由单独的第一舵机驱动，且具有多个关节，每个关节由单独的第二舵机驱动；所述手指连杆机构的指尖位置设有压力传感器，用于检测与物体交互时的指尖力；

所述控制模块接收指尖力，被配置为根据指尖力和指尖力的施加时间调整训练动作，根据训练动作确定指尖目标位置；根据当前运动到达的位置和手指连杆机构的关节角度得到指尖当前位置，根据指尖当前位置和指尖目标位置得到目标指尖力，并形成控制指令，以驱动第一舵机和第二舵机动作。

作为可选择的实施方式，所述手指连杆机构具有4个自由度，包括手指底部连杆、近端指间关节、远端指间关节、指尖连杆；

所述手指底部连杆通过连接第一舵机设于掌背平台上；

所述手指底部连杆与近端指间关节通过第二舵机连接，实现近端指间关节的弯曲伸展功能；

所述近端指间关节与远端指间关节通过第二舵机连接，以水平面内的旋转自由度，实现手指的打开与并拢；

所述远端指间关节与指尖连杆通过锥齿轮模块连接，实现远端指尖关节的弯曲；

所述指尖连杆上设有压力传感器。

作为可选择的实施方式，所述手指底部连杆通过球面杆状关节与第一舵机连接，实现掌指关节的弯曲伸展功能。