本發(fā)明涉及機(jī)械外骨骼，尤其涉及一種手部外骨骼設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、隨著科技的快速發(fā)展和人口老齡化的加劇，手部運(yùn)動(dòng)功能障礙已成為一個(gè)日益嚴(yán)重的社會(huì)問(wèn)題。無(wú)論是因肢體殘疾、老年性肌肉退化還是因疾病(如中風(fēng))導(dǎo)致的神經(jīng)損傷，手部運(yùn)動(dòng)功能的損失都會(huì)對(duì)個(gè)體的日常生活造成嚴(yán)重影響。針對(duì)這一問(wèn)題，傳統(tǒng)的手部康復(fù)治療方法雖然在一定程度上有所成效，但受限于醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)和技能，其訓(xùn)練效率和效果往往不盡如人意。因此，開(kāi)發(fā)一種能夠輔助手部康復(fù)訓(xùn)練和提供助力的手部外骨骼機(jī)器人顯得尤為迫切。

2、目前，市面上的手部外骨骼機(jī)器人大多存在以下問(wèn)題：大多數(shù)手部外骨骼機(jī)器人缺乏內(nèi)收外展的自由度，且難以實(shí)現(xiàn)對(duì)所有手指關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)，這限制了其在復(fù)雜手部運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用。由于機(jī)械設(shè)計(jì)和控制算法的限制，現(xiàn)有手部外骨骼機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)控制精度上往往無(wú)法滿足高精度康復(fù)訓(xùn)練的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實(shí)施例提供一種手部外骨骼設(shè)備，用于解決現(xiàn)有手部外骨骼機(jī)器人缺乏內(nèi)收外展的自由度，且難以實(shí)現(xiàn)對(duì)所有手指關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)，以及運(yùn)動(dòng)控制精度上無(wú)法滿足高精度康復(fù)訓(xùn)練的需求的問(wèn)題。

2、本發(fā)明實(shí)施例提供一種手部外骨骼設(shè)備，包括：

3、手背安裝基座，用于穿戴在人體的手掌的背面；

4、指關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置在所述手背安裝基座上，以實(shí)現(xiàn)手指的內(nèi)收外展過(guò)程；所述指關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)包括多個(gè)依次可轉(zhuǎn)動(dòng)連接的指節(jié)基座和第一驅(qū)動(dòng)件，各所述指節(jié)基座用于穿戴于人體對(duì)應(yīng)的手指關(guān)節(jié)上，所述第一驅(qū)動(dòng)件與對(duì)應(yīng)的所述指節(jié)基座傳動(dòng)連接，所述第一驅(qū)動(dòng)件用于驅(qū)動(dòng)其中至少一所述指節(jié)基座相對(duì)于其相鄰的所述指節(jié)基座旋轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)手指的屈曲伸展過(guò)程；

5、第二驅(qū)動(dòng)件，與鄰近所述手背安裝基座的所述指節(jié)基座連接，用于驅(qū)動(dòng)全部所述指節(jié)基座相對(duì)于所述手背安裝基座旋轉(zhuǎn)。

6、根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的手部外骨骼設(shè)備，所述指關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)有五個(gè)，分別對(duì)應(yīng)穿戴于人體的大拇指、食指、中指、環(huán)指和小拇指。

7、根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的手部外骨骼設(shè)備，所述第二驅(qū)動(dòng)件設(shè)有五個(gè)，分別為四個(gè)直線電機(jī)組件和第一微電機(jī)組件；

8、四個(gè)所述直線電機(jī)組件分別與穿戴于人體的食指、中指、環(huán)指和小拇指的所述指關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)連接；所述第一微電機(jī)組件與穿戴于人體的大拇指的所述指關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)連接。

9、根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的手部外骨骼設(shè)備，所述直線電機(jī)組件包括：電機(jī)連接軸、第一旋轉(zhuǎn)軸承、第二旋轉(zhuǎn)軸承、手背基座、第一連桿、第一滑桿、手指基座蓋板和直線電機(jī)；

10、所述第一旋轉(zhuǎn)軸承的內(nèi)圈與所述手背安裝基座連接，所述第一旋轉(zhuǎn)軸承的外圈與所述手背基座連接，所述手指基座蓋板設(shè)置在手背基座上，用于限制所述手背基座的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍；所述直線電機(jī)通過(guò)所述第一連桿和所述第一滑桿與所述手背基座連接，所述直線電機(jī)通過(guò)所述電機(jī)連接軸和所述第二旋轉(zhuǎn)軸承與所述手背安裝基座連接，所述手背基座與穿戴于人體的食指、中指、環(huán)指和小拇指的所述指關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)連接，以通過(guò)所述直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)所述指關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)相對(duì)于所述手背安裝基座旋轉(zhuǎn)。

11、根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的手部外骨骼設(shè)備，所述直線電機(jī)的伸出桿上設(shè)有魚(yú)眼孔，所述第一連桿的一端可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接在所述魚(yú)眼孔中。

12、根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的手部外骨骼設(shè)備，所述指關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)包括：近掌端指節(jié)基座、遠(yuǎn)掌端指節(jié)基座、第二連桿、第二滑桿；所述第一驅(qū)動(dòng)件包括第二微電機(jī)結(jié)構(gòu)；所述近掌端指節(jié)基座與所述遠(yuǎn)掌端指節(jié)基座可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接，所述第二微電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述近掌端指節(jié)基座上，所述第二微電機(jī)結(jié)構(gòu)通過(guò)所述第二連桿和所述第二滑桿與所述遠(yuǎn)掌端指節(jié)基座連接。

13、根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的手部外骨骼設(shè)備，所述指關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)還包括：指尖指節(jié)基座、連桿組件和彈性連接繩；

14、所述彈性連接繩的一端與所述近掌端指節(jié)基座，所述彈性繩的另一端通過(guò)所述連桿組件與所述指尖指節(jié)基座傳動(dòng)連接，以在所述近掌端指節(jié)基座和所述遠(yuǎn)掌端指節(jié)基座相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，帶動(dòng)所述指尖指節(jié)基座轉(zhuǎn)動(dòng)。

15、根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的手部外骨骼設(shè)備，所述連桿組件包括：第三連桿、第四連桿、第五連桿和第六連桿；所述彈性連接繩依次通過(guò)所述第三連桿、所述第四連桿、所述第五連桿和所述第六連桿與所述指尖指節(jié)基座傳動(dòng)連接。

16、根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的手部外骨骼設(shè)備，所述第一微電機(jī)組件包括：第一微電機(jī)結(jié)構(gòu)、固定基座、旋轉(zhuǎn)基座；

17、所述第一微電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)基座上，所述固定基座連接在所述手背安裝基座上，所述旋轉(zhuǎn)基座與所述指關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)連接，所述第一微電機(jī)結(jié)構(gòu)用于驅(qū)動(dòng)所述旋轉(zhuǎn)基座相對(duì)于所述固定基座旋轉(zhuǎn)。

18、根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的手部外骨骼設(shè)備，所述第一微電機(jī)組件還包括：第七連桿和第三滑桿；所述旋轉(zhuǎn)基座通過(guò)所述第七連桿和所述第三滑桿與所述指關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)連接。

19、本發(fā)明提供的手部外骨骼設(shè)備，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、關(guān)節(jié)輔助幅度大、可完成各種動(dòng)作姿態(tài)。具有較高的自動(dòng)化水平、較好的力量轉(zhuǎn)移效率，可以進(jìn)行較高的重復(fù)、高強(qiáng)度的康復(fù)訓(xùn)練、靈活的手部。能夠更好地滿足手部運(yùn)動(dòng)功能障礙患者的康復(fù)訓(xùn)練需求。該手部外骨骼設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)驅(qū)動(dòng)大拇指、食指、中指、無(wú)名指和小拇指進(jìn)行屈曲伸展運(yùn)動(dòng)，一共包含16個(gè)主動(dòng)自由度和4個(gè)被動(dòng)自由度，具有全自由度，保證了外骨骼手的靈活。

技術(shù)特征：

1.一種手部外骨骼設(shè)備，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手部外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述指關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)有五個(gè)，分別對(duì)應(yīng)穿戴于人體的大拇指、食指、中指、環(huán)指和小拇指。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的手部外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述第二驅(qū)動(dòng)件設(shè)有五個(gè)，分別為四個(gè)直線電機(jī)組件和第一微電機(jī)組件；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的手部外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述直線電機(jī)組件包括：電機(jī)連接軸、第一旋轉(zhuǎn)軸承、第二旋轉(zhuǎn)軸承、手背基座、第一連桿、第一滑桿、手指基座蓋板和直線電機(jī)；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的手部外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述直線電機(jī)的伸出桿上設(shè)有魚(yú)眼孔，所述第一連桿的一端可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接在所述魚(yú)眼孔中。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手部外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述指關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)包括：近掌端指節(jié)基座、遠(yuǎn)掌端指節(jié)基座、第二連桿、第二滑桿；所述第一驅(qū)動(dòng)件包括第二微電機(jī)結(jié)構(gòu)；所述近掌端指節(jié)基座與所述遠(yuǎn)掌端指節(jié)基座可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接，所述第二微電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述近掌端指節(jié)基座上，所述第二微電機(jī)結(jié)構(gòu)通過(guò)所述第二連桿和所述第二滑桿與所述遠(yuǎn)掌端指節(jié)基座連接。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的手部外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述指關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)還包括：指尖指節(jié)基座、連桿組件和彈性連接繩；

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的手部外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述連桿組件包括：第三連桿、第四連桿、第五連桿和第六連桿；所述彈性連接繩依次通過(guò)所述第三連桿、所述第四連桿、所述第五連桿和所述第六連桿與所述指尖指節(jié)基座傳動(dòng)連接。

9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的手部外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述第一微電機(jī)組件包括：第一微電機(jī)結(jié)構(gòu)、固定基座、旋轉(zhuǎn)基座；

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的手部外骨骼設(shè)備，其特征在于，所述第一微電機(jī)組件還包括：第七連桿和第三滑桿；所述旋轉(zhuǎn)基座通過(guò)所述第七連桿和所述第三滑桿與所述指關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)連接。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種手部外骨骼設(shè)備，包括：手背安裝基座，用于穿戴在人體的手掌的背面；指關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置在手背安裝基座上；指關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)包括多個(gè)依次可轉(zhuǎn)動(dòng)連接的指節(jié)基座和第一驅(qū)動(dòng)件，各指節(jié)基座用于穿戴于人體對(duì)應(yīng)的手指關(guān)節(jié)上，第一驅(qū)動(dòng)件與對(duì)應(yīng)的指節(jié)基座傳動(dòng)連接，用于驅(qū)動(dòng)其中至少一指節(jié)基座相對(duì)于其相鄰的指節(jié)基座旋轉(zhuǎn)；第二驅(qū)動(dòng)件，與鄰近手背安裝基座的指節(jié)基座連接，用于驅(qū)動(dòng)全部指節(jié)基座相對(duì)于手背安裝基座旋轉(zhuǎn)。整體結(jié)構(gòu)緊湊，關(guān)節(jié)輔助幅度大、可完成各種動(dòng)作姿態(tài)。本發(fā)明具有較高的自動(dòng)化水平、較好的力量轉(zhuǎn)移效率，可以進(jìn)行高重復(fù)、高強(qiáng)度的康復(fù)訓(xùn)練、靈活的手部運(yùn)動(dòng)輔助。能夠更好地滿足手部運(yùn)動(dòng)功能障礙患者的康復(fù)訓(xùn)練需求。

技術(shù)研發(fā)人員：鄒永向,程龍,張煜,李正偉,孫寧,韓立君,李偉,李厚成,劉澤宇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9