[发明专利]一种具有力反馈机制的外骨骼康复机械手及方法

摘要

本发明公开了一种具有力反馈机制的外骨骼康复机械手及方法，包括控制系统、光电编码器、PWM调速器、直线电机、外骨骼机械手本体、人机交互界面和压力传感器，外骨骼机械手本体包括掌背平台，所述直线电机包括五个，分别配置控制不同手指的机械单元；压力传感器包括五个，分别设置在使用者五指远端指节指腹，随绷带固定在外骨骼手指远端指套，测量五个手指所受压力；控制系统接收各个手指的压力值，比较各直线电机在指定位置的压力传感器测量值与设定力值的大小，控制每个直线电机的运动和/或停止，最终实现压力传感器的测试值与设定力值一致。

主权项

1.一种具有力反馈机制的外骨骼康复机械手，其特征是：包括控制系统、光电编码器、PWM调速器、直线电机、外骨骼机械手本体和压力传感器，其中：所述外骨骼机械手本体包括掌背平台，所述掌背平台上的对应位置处依次布设有外骨骼拇指、外骨骼食指、外骨骼中指、外骨骼无名指和外骨骼小指的机械单元，所述直线电机包括五个，且均设置于掌背平台上，每个直线电机单独驱动每个机械单元的运动；所述压力传感器包括五个，分别设置在使用者五指远端指节指腹，随绷带固定在外骨骼手指远端指套，测量五个手指所受压力；所述控制系统包括T‑S模糊逆模型和模糊控制器，采集速度误差和误差改变量输入T‑S模糊逆模型，T‑S模糊逆模型的输出值进入模糊控制器，模糊控制器同时接收速度误差和速度误差改变量，输出控制值给直线电机，改变实际速度，同时，不断采集该实际速度，将其和参考速度不断比较，得到新的速度误差；所述控制系统接收各个手指的压力值，比较各直线电机在指定位置的压力传感器测量值与设定力值的大小，根据手指压力参数、最大压力参数和力的反馈值，控制每个直线电机的运动和/或停止，调整直线电机给予的辅助力的大小程度，最终实现压力传感器的测试值与设定力值一致；所述控制系统根据设定所要求的手指受力值，启动直线电机完成抓握动作的过程中实时显示力传感器值，达到最终位置后比较力传感器值与设定力值的大小，并且调整直线电机的运动使得力传感器值与设定力值一致；所述控制系统将各个手指的压力，将其转换为直线电机应当施加的力，且该施加力为B/A，且A为压力差参数与1的和，B为对应手指的手指压力、压力参数和压力差参数的乘积和反馈开关参数、最大压力参数以及对应手指用力最大时测得的手指压力的乘积之和，利用得到的各个直线电机应当施加的力和速度，进行各直线电机的控制；所述直线电机上安装光电编码器实时反馈速度信号；所述PWM调速器接收控制系统的速度设定值，改变输出的脉冲占空比，调节直线电机的速度。