[发明专利]一种七自由度联动多关节可穿戴式康复机械手套

说明书

本发明属于医疗康复机器领域，具体涉及一种七自由度联动多关节可穿戴式康复机械手套，包括掌部安装总成、拇指总成、四个手指总成以及四指联动传动总成，所述拇指总成包括拇指支链和拇指驱动组件，所述拇指驱动组件用以驱动拇指支链实现弯曲和伸展动作，所述手指总成包括手指支链和手指驱动组件，所述手指驱动组件用以驱动手指支链实现弯曲和伸展动作，所述四指联动传动总成用以同步驱动四根手指支链实现外展和内收动作。本发明具有结构新颖、原动机数量少、重量轻、尺寸小、运动灵活等特点。

技术领域

本发明属于医疗康复机器领域，更具体的说，尤其涉及一种七自由度联动多关节可穿戴式康复机械手套。

背景技术

手指运动功能障碍主要是由于各类事故、脑损伤、小儿麻痹等多种原因引起的。在手指康复训练中，按照训练阶段的先后，训练模式可以分为被动训练和主动训练。被动训练是指在训练初期，依靠外界对手指、主要是对手指关节的大量重复性的弯曲运动刺激受损的神经，加强手指肌肉的力量和关节灵活度。这一过程需要专业理疗师和医师的指导及陪护，耗时耗力。经过这一阶段后患者手指具有一定程度上的自我活动能力，在主动训练阶段依靠患者自觉地手指的运动即可进行康复训练。

针对被动训练中患者所需的大量重复的手指弯曲活动的特点，大量以机械式的手指康复训练机代替理疗师重复劳动的方案应运而生。目前市面上的手指康复训练机根据机械结构的设计大致可以分为以下几种：

1.柔性钢缆驱动的链式多关节机械手：

该种方案驱动的手指为欠驱动，一般以一台电机操纵一根手指的弯曲运动，由于是柔性的钢缆，在控制手指弯曲的过程中，穿戴者的手指具体关节不需要沿着特定的轨迹，可在机构允许的范围内自我调整手指3个关节的运动顺序和角度来达到机构运动位置的终点，在运动过程可以避免刚性冲击带来的损伤。该方案的缺点，其一是在该设计中，无法实现四指的近节指骨之间的外展与内收，只能实现单个手指近节指骨与中节指骨、中节指骨与远节指骨之间的弯曲与伸展；其二该方案所驱动的柔性钢缆,需要特殊的伺服电机和钢缆推挤装置来实现钢缆在链式手指的通道中的移动和力的传递，体积较大；同时每一根手指都需要一台同样的上述机构组合，使得体积更为庞大。因此该装置适用于在固定场合的固定位置使用，缺乏随身便携性。

2.气动肌肉多关节机械手：

该种方案通常包含可伸缩的褶皱型气囊结构。通气后，指节之间通过气动关节的伸缩来带动指节部转动模拟手指的弯曲与伸展。由于气体具有可压缩性，该种装置的优点是在突然运动和突然停止时产生的冲击载荷较小，穿着较为舒适。但是由于气动肌肉体积的限制，难以安装在四近节指骨之间，故该方案难以完成四指之间的外展与内收；其次，气动肌肉较为昂贵，且使用气源装置会增加噪声污染

3.关节电机式完全自由度机械手：

根据人的单个手掌具有21个自由度，该方案即是在每个关节由一个单独电机驱动，优点是每一根手指的每一处自由度可以单独控制，可根据不同手指的不同关节的受伤情况，定制不同关节的运动角度，进行精细化的康复治疗。缺点电机数量十分巨大，大大增加机构的复杂度，同时也增加控制系统的复杂性，使得康复机器手较为昂贵，同时大量的电机不可避免的增加了设备的重量，也不利于穿着时的便携运动。

4.连杆式外骨骼机械手：

该方案由于使用了连杆，相比关节电机式机械手可以将各电机集中布置，便于将机械手做到随身便携化，同时由于减小了在机械手关节处的重量，使得关节在转动时具有更小的转动惯量，运动时平稳性得到提高。且由于连杆的体积较小，可以在手掌中加入使四指相对手掌外展与内收的自由度。但与之对应的，连杆式外骨骼机械手由同一个舵机或者是电机通过多连杆控制单个手指的弯曲与伸展，由于连杆的长度固定，所以手指的运动轨迹、弯曲的角度相对时间的曲线固定。在突然启动和停止时会对手产生较大的冲击载荷。