申请/专利权人：北京因时机器人科技有限公司

申请日：2019-04-17

公开（公告）日：2024-04-05

公开（公告）号：CN109893400B

主分类号：B25J9/00

分类号：B25J9/00;A61H1/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.05#授权;2019.07.12#实质审查的生效;2019.06.18#公开

摘要：本发明提供了一种用于外骨骼手部康复机器人的手指屈伸运动机构，所述外骨骼手部康复机器人包括覆盖在单只手的掌骨区域的固定板1，所述手指屈伸运动机构设置有与四指分别一一对应的第一屈伸单元A以及与拇指对应的第二屈伸单元B，第一屈伸单元A和第二屈伸单元B均采用直线驱动器作为动力，并配以由杆件构成的传动机构，如此，本发明提供的手指屈伸运动机构以较少的零部件即可完成手指的屈伸动作，因而能够降低设备整体的复杂程度，而且，通过将第一屈伸单元A和第二屈伸单元B安装在覆盖掌骨区域的固定板上，使得部件布置更为紧凑，高效利用了手背的有限空间，穿戴后不会对手腕运动形成干涉。

主权项：1.一种用于外骨骼手部康复机器人的手指屈伸运动机构，所述外骨骼手部康复机器人包括覆盖在单只手的掌骨区域的固定板1，其特征在于，包括：安装在所述固定板1的四指区上的四套第一屈伸单元A，四套所述第一屈伸单元A与四指分别一一对应，每套所述第一屈伸单元A均包括沿手指前伸方向布置的第一直线驱动器51和由相互铰接的杆件构成的第一活动弓，所述第一活动弓的前端铰接有用于夹固在对应手指的中节上的第一指夹42，所述第一活动弓的后端与所述固定板1铰接，且所述第一活动弓相对所述固定板1的转动运动与对应手指的蜷曲运动位于同一平面内；与拇指对应的第二屈伸单元B，所述第二屈伸单元B包括沿拇指前伸方向布置的第二直线驱动器34和由相互铰接的杆件构成的第二活动弓，所述第二活动弓由依次铰接的辅助杆31、驱动杆32和被动杆33组成，所述驱动杆32为所述第二活动弓的主动杆，所述被动杆33远离所述驱动杆32的一端铰接有用于夹固在拇指的远节上的第二指夹41，所述辅助杆31远离所述驱动杆32的一端安装在所述固定板1的拇指区，所述第二直线驱动器34的一端与所述固定板1的拇指区铰接，另一端与所述驱动杆32铰接。

全文数据：一种用于外骨骼手部康复机器人的手指屈伸运动机构技术领域本发明涉及医疗设备技术领域，特别是涉及一种用于外骨骼手部康复机器人的手指屈伸运动机构。背景技术人手是一个解剖结构极为精细且极容易受到创伤的器官，临床上手外伤术后多需要将患指固定于某体位3～4周，因而常致使淤积于关节内肌腱周围的淤血形成纤维变性，并直接导致手指关节及肌腱的粘连，这将在很大程度上影响患者手部的功能。外骨骼手部康复机器人是一种帮助患者进行手部被动康复训练的穿戴式设备，但目前的外骨骼手部康复机器人采用的手指屈伸运动机构通常较为复杂，不易安装，而且占用空间较大，因此，如何改进手指屈伸运动机构，以便于安装及减小占用空间，成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。发明内容有鉴于此，本发明提供了一种用于外骨骼手部康复机器人的手指屈伸运动机构，该手指屈伸运动机构降低了设备整体的复杂程度，具有布置紧凑、空间利用率高的优点，使用时便于安装且不会对手腕运动形成干涉。为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于外骨骼手部康复机器人的手指屈伸运动机构，所述外骨骼手部康复机器人包括覆盖在单只手的掌骨区域的固定板，所述手指屈伸运动机构包括：安装在所述固定板的四指区上的四套第一屈伸单元，四套所述第一屈伸单元与四指分别一一对应，每套所述第一屈伸单元均包括沿手指前伸方向布置的第一直线驱动器和由相互铰接的杆件构成的第一活动弓，所述第一活动弓的前端铰接有用于夹固在对应手指的中节上的第一指夹，所述第一活动弓的后端与所述固定板铰接，且所述第一活动弓相对所述固定板的转动运动与对应手指的蜷曲运动位于同一平面内；与拇指对应的第二屈伸单元，所述第二屈伸单元包括沿拇指前伸方向布置的第二直线驱动器和由相互铰接的杆件构成的第二活动弓，所述第二活动弓由依次铰接的辅助杆、驱动杆和被动杆组成，所述驱动杆为所述第二活动弓的主动杆，所述被动杆远离所述驱动杆的一端铰接有用于夹固在拇指的远节上的第二指夹，所述辅助杆远离所述驱动杆的一端安装在所述固定板的拇指区，所述第二直线驱动器的一端与所述固定板的拇指区铰接，另一端与所述驱动杆铰接。优选地，在上述手指屈伸运动机构中，所述第一屈伸单元包括设置在所述固定板的四指区靠近前端位置的固定支座和设置在四指区靠近后端位置的固定底座，所述第一活动弓由一个联动杆和一个以所述固定支座为机架的双摇杆机构组成，所述联动杆的一端铰接所述双摇杆机构的连杆，另一端铰接所述第一指夹；所述第一直线驱动器的一端铰接在所述固定底座上，另一端与所述双摇杆机构的作为主动杆的任一摇杆铰接。优选地，在上述手指屈伸运动机构中，所述第一直线驱动器和所述固定底座作为整体被舵机替换，所述舵机的摆臂通过连杆与所述双摇杆机构的作为主动杆的摇杆连接。优选地，在上述手指屈伸运动机构中，所述第一屈伸单元包括设置在所述固定板的四指区靠近前端位置的固定支座，所述第一活动弓由一个联动杆和一个以所述固定支座为机架的双摇杆机构组成，所述联动杆的一端铰接所述双摇杆机构的连杆，另一端铰接所述第一指夹；所述第一直线驱动器的一端安装在所述固定支座上，另一端连接在所述双摇杆机构的连杆上，且所述双摇杆机构的连杆为所述第一活动弓的主动杆。优选地，在上述手指屈伸运动机构中，所述双摇杆机构的连杆靠近所述联动杆的一端设置有限位块，当所述联动杆相对所述双摇杆机构的连杆转动时，所述联动杆与所述限位块接触后停止转动。优选地，在上述手指屈伸运动机构中，所述联动杆由相互插接在一起的公件和母件组成，所述公件和所述母件以弹性卡扣结构连接，所述公件与所述双摇杆机构的连杆铰接，所述母件与所述第一指夹铰接。优选地，在上述手指屈伸运动机构中，所述驱动杆靠近所述被动杆的一端为包括两个端头的虎口形，其中一个端头与所述被动杆铰接，另一个端头在所述被动杆相对所述驱动杆转动的过程中起限位作用。优选地，在上述手指屈伸运动机构中，所述被动杆包括本体和与所述本体通过无头螺丝连接的球头连杆，所述球头连杆的球端与所述第二指夹铰接，所述本体与所述驱动杆铰接。优选地，在上述手指屈伸运动机构中，还包括套在拇指上的软胶指套，所述软胶指套包括与拇指近节对应的第一套段和与拇指远节对应的第二套段，所述第一套段与所述第二套段之间由软体筋条连接，所述第二套段的表面具有多个凸起，所述第二指夹具有多个与所述凸起配合连接的孔洞。优选地，在上述手指屈伸运动机构中，所述第一直线驱动器和所述第二直线驱动器上设置有用于测力的传感器。根据上述技术方案可知，本发明提供的用于外骨骼手部康复机器人的手指屈伸运动机构中，设置有与四指分别一一对应的第一屈伸单元以及与拇指对应的第二屈伸单元，第一屈伸单元和第二屈伸单元均采用直线驱动器作为动力，并配以由杆件构成的传动机构，如此，本发明提供的手指屈伸运动机构以较少的零部件即可完成手指的屈伸动作，因而能够降低设备整体的复杂程度，而且，通过将第一屈伸单元和第二屈伸单元安装在覆盖掌骨区域的固定板上，使得部件布置更为紧凑，高效利用了手背的有限空间，穿戴后不会对手腕运动形成干涉。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1是本发明实施例一提供的一种用于外骨骼手部康复机器人的手指屈伸运动机构的示意图；图2是图1中与中指对应的屈伸单元A的示意图；图3是图2所示屈伸单元A使中指处于伸展状态下的示意图；图4是图2所示屈伸单元A使中指处于弯曲状态下的示意图；图5是本发明实施例二提供的手指屈伸运动机构中的屈伸单元A的示意图；图6是本发明实施例三提供的手指屈伸运动机构中的屈伸单元A的示意图；图7是图1中与拇指对应的屈伸单元B的示意图；图8是图7所示屈伸单元B使拇指处于伸展状态下的示意图；图9是图7所示屈伸单元B使拇指处于弯曲状态下的示意图；图10是图1中件55的拆解示意图；图11是图7中件41的示意图；图12是图2中件51的示意图。图中标记为：A、屈伸单元；B、屈伸单元；1、固定板；11、食指；12、中指；121、中指中节；122、中指近节；13、无名指；14、小指；21、拇指远节；22、拇指近节；31、辅助杆；32、驱动杆；33、被动杆；331、本体；332、球头连杆；34、直线驱动器；41、指夹；42、指夹；43、软胶指套；51、直线驱动器；511、伸缩杆；52、摇杆；53、摇杆；54、连杆；541、限位块；55、联动杆；551、公件；552、母件；61、固定支座；62、固定底座；7、舵机；71、摆臂；8、连杆；9、传感器。具体实施方式为了便于理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述。实施例一参见图1和图2，图1是本发明实施例一提供的一种用于外骨骼手部康复机器人的手指屈伸运动机构的示意图，图2是图1中与中指对应的屈伸单元A的示意图。外骨骼手部康复机器人包括固定板1，固定板1包括四指区和拇指区，使用时覆盖在单只手的掌骨区域。为了便于展示手指屈伸运动机构的使用状态，图中用杆件模拟了人的手指及指节，例如图中所示的食指11、中指12、无名指13、小指14、拇指远节21、拇指近节22、中指中节121和中指近节122。实施例一提供的手指屈伸运动机构包括安装在固定板1上的屈伸单元A和屈伸单元B，其中，屈伸单元A为四套，位于固定板1的四指区，与四指分别一一对应，屈伸单元B为一套，与拇指相对应。四套屈伸单元A结构相同，仅尺寸略有区别，工作原理是完全一样的，因此以中指12对应的屈伸单元A为例进行说明，如图2所示，屈伸单元A包括沿手指前伸方向布置的直线驱动器51和由相互铰接的杆件构成的活动弓，活动弓的前端铰接有用于夹固在中指中节121上的指夹42，活动弓的后端与固定板1铰接，且活动弓相对固定板1的转动运动与中指12的蜷曲运动位于同一平面内。在实施例一中，屈伸单元A包括设置在固定板1的四指区靠近前端位置的固定支座61和设置在四指区靠近后端位置的固定底座62，活动弓由一个联动杆55和一个双摇杆机构组成，该双摇杆机构以固定支座61为机架，还包括摇杆52、摇杆53和连杆54，联动杆55的一端铰接连杆54，另一端铰接指夹42。直线驱动器51的一端铰接在固定底座62上，另一端与双摇杆机构的作为主动杆的摇杆53铰接。参见图3和图4，图3是图2所示屈伸单元A使中指处于伸展状态下的示意图，图4是图2所示屈伸单元A使中指处于弯曲状态下的示意图。当直线驱动器51的伸缩杆511伸长时，手指弯曲；当直线驱动器51的伸缩杆511缩回时，手指伸展。参见图7，为图1中与拇指对应的屈伸单元B的示意图，屈伸单元B包括沿拇指前伸方向布置的直线驱动器34和由相互铰接的杆件构成的活动弓，活动弓由依次铰接的辅助杆31、驱动杆32和被动杆33组成。其中，驱动杆32为活动弓的主动杆，被动杆33远离驱动杆32的一端铰接有用于夹固在拇指远节21上的指夹41，辅助杆31远离驱动杆32的一端安装在固定板1的拇指区，直线驱动器34的一端与固定板1的拇指区铰接，另一端与驱动杆32铰接，驱动杆32在直线驱动器34的作用下绕着与辅助杆31的铰接点转动，屈伸单元B使拇指伸展的状态如图8所示，而屈伸单元B使拇指弯曲的状态如图9所示。本发明提供的用于外骨骼手部康复机器人的手指屈伸运动机构中，设置有与四指分别一一对应的屈伸单元A以及与拇指对应的屈伸单元B，屈伸单元A和屈伸单元B均采用直线驱动器作为动力，并配以由杆件构成的传动机构，如此，本发明提供的手指屈伸运动机构以较少的零部件即可完成手指的屈伸动作，因而能够降低设备整体的复杂程度，而且，通过将屈伸单元A和屈伸单元B安装在覆盖掌骨区域的固定板1上，使得部件布置更为紧凑，高效利用了手背的有限空间，穿戴后不会对手腕运动形成干涉。实施例二实施例二设计了一种与实施例一不同的屈伸单元A，不同之处在于，直线驱动器51布置方案不同，如图5所示，在实施例二中，为了安装直线驱动器51，屈伸单元A仅设置了固定支座61，省去了固定底座62，直线驱动器51的一端安装在固定支座61上，另一端连接在双摇杆机构的连杆54上，此时，连杆54成为了活动弓的主动杆。实施例三实施例三设计了一种与实施例一不同的屈伸单元A，不同之处在于，驱动活动弓运动的动力单元不同，在实施例一中，动力单元是直线驱动器51，而在实施例三中，直线驱动器51和固定底座62作为整体被舵机7替换，如图6所示，舵机7的摆臂通过连杆8与双摇杆机构的作为主动杆的摇杆53连接。在以上各实施例中，屈伸单元A和屈伸单元B均依靠手指关节的联动作用推动手指弯曲，指夹41和指夹42对手指的推力可能导致手指关节在运动中上翻，为了有效避免此种情况的发生，针对屈伸单元A，可以在双摇杆机构的连杆54靠近联动杆55的一端设置限位块541，如图3所示，当联动杆55相对连杆54转动时，联动杆55与限位块541接触后停止转动；针对屈伸单元B，可以将驱动杆32靠近被动杆33的一端设计为包括两个端头的虎口形，如图9所示，其中一个端头与被动杆33铰接，另一个端头在被动杆33相对驱动杆32转动的过程中起限位作用。为了便于更换屈伸单元A中的指夹，以适应粗细不同的手指，可以将联动杆55设计为可拆卸结构，如图2和图10所示，联动杆55可以由相互插接在一起的公件551和母件552组成，公件551和母件552以弹性卡扣结构连接，公件551与双摇杆机构的连杆54铰接，母件552与指夹42铰接。为了便于屈伸单元B适应不同长度的拇指，可以将被动杆33设计为长度可调的，如图7所示，被动杆33包括本体331和与本体331通过无头螺丝图中未标记连接的球头连杆332，球头连杆332的球端与指夹41铰接，本体331与驱动杆32铰接。具体实际应用中，为了能更好地将拇指固定到屈伸单元B上，可以设置一个套在拇指上的软胶指套43，如图8和图11所示，本实施例中，软胶指套43包括与拇指近节22对应的第一套段和与拇指远节21对应的第二套段，在图中第二套段被指夹41遮盖住了，第二套段和第一套段由软体筋条连为一体，第二套段的表面具有多个凸起，而指夹41具有多个与这些凸起配合连接的孔洞。在其他的实施例中，也可以将指夹41的夹体遮盖软胶指套43的第二套段的部分去掉，只保留与被动杆33铰接的部分，并将这部分与软胶指套43的第二套段粘结在一起，这样第二套段便代替了指夹41原来的夹体部分。为了测量手指末端的受力，可以在直线驱动器上设置用于测力的传感器，传感器一般安装在直线驱动器的尾部，如图12所示，直线驱动器51靠近固定底座62的一端设置有传感器9。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

权利要求：1.一种用于外骨骼手部康复机器人的手指屈伸运动机构，所述外骨骼手部康复机器人包括覆盖在单只手的掌骨区域的固定板1，其特征在于，包括：安装在所述固定板1的四指区上的四套第一屈伸单元A，四套所述第一屈伸单元A与四指分别一一对应，每套所述第一屈伸单元A均包括沿手指前伸方向布置的第一直线驱动器51和由相互铰接的杆件构成的第一活动弓，所述第一活动弓的前端铰接有用于夹固在对应手指的中节上的第一指夹42，所述第一活动弓的后端与所述固定板1铰接，且所述第一活动弓相对所述固定板1的转动运动与对应手指的蜷曲运动位于同一平面内；与拇指对应的第二屈伸单元B，所述第二屈伸单元B包括沿拇指前伸方向布置的第二直线驱动器34和由相互铰接的杆件构成的第二活动弓，所述第二活动弓由依次铰接的辅助杆31、驱动杆32和被动杆33组成，所述驱动杆32为所述第二活动弓的主动杆，所述被动杆33远离所述驱动杆32的一端铰接有用于夹固在拇指的远节上的第二指夹41，所述辅助杆31远离所述驱动杆32的一端安装在所述固定板1的拇指区，所述第二直线驱动器34的一端与所述固定板1的拇指区铰接，另一端与所述驱动杆32铰接。2.根据权利要求1所述的手指屈伸运动机构，其特征在于，所述第一屈伸单元A包括设置在所述固定板1的四指区靠近前端位置的固定支座61和设置在四指区靠近后端位置的固定底座62，所述第一活动弓由一个联动杆55和一个以所述固定支座61为机架的双摇杆机构组成，所述联动杆55的一端铰接所述双摇杆机构的连杆54，另一端铰接所述第一指夹42；所述第一直线驱动器51的一端铰接在所述固定底座62上，另一端与所述双摇杆机构的作为主动杆的任一摇杆铰接。3.根据权利要求2所述的手指屈伸运动机构，其特征在于，所述第一直线驱动器51和所述固定底座62作为整体被舵机7替换，所述舵机7的摆臂通过连杆8与所述双摇杆机构的作为主动杆的摇杆连接。4.根据权利要求1所述的手指屈伸运动机构，其特征在于，所述第一屈伸单元A包括设置在所述固定板1的四指区靠近前端位置的固定支座61，所述第一活动弓由一个联动杆55和一个以所述固定支座61为机架的双摇杆机构组成，所述联动杆55的一端铰接所述双摇杆机构的连杆54，另一端铰接所述第一指夹42；所述第一直线驱动器51的一端安装在所述固定支座61上，另一端连接在所述双摇杆机构的连杆54上，且所述双摇杆机构的连杆54为所述第一活动弓的主动杆。5.根据权利要求2～4中任意一项所述的手指屈伸运动机构，其特征在于，所述双摇杆机构的连杆54靠近所述联动杆55的一端设置有限位块541，当所述联动杆55相对所述双摇杆机构的连杆54转动时，所述联动杆55与所述限位块541接触后停止转动。6.根据权利要求5所述的手指屈伸运动机构，其特征在于，所述联动杆55由相互插接在一起的公件551和母件552组成，所述公件551和所述母件552以弹性卡扣结构连接，所述公件551与所述双摇杆机构的连杆54铰接，所述母件552与所述第一指夹42铰接。7.根据权利要求1所述的手指屈伸运动机构，其特征在于，所述驱动杆32靠近所述被动杆33的一端为包括两个端头的虎口形，其中一个端头与所述被动杆33铰接，另一个端头在所述被动杆33相对所述驱动杆32转动的过程中起限位作用。8.根据权利要求1所述的手指屈伸运动机构，其特征在于，所述被动杆33包括本体331和与所述本体331通过无头螺丝连接的球头连杆332，所述球头连杆332的球端与所述第二指夹41铰接，所述本体331与所述驱动杆32铰接。9.根据权利要求1所述的手指屈伸运动机构，其特征在于，还包括套在拇指上的软胶指套43，所述软胶指套43包括与拇指近节22对应的第一套段和与拇指远节21对应的第二套段，所述第一套段和所述第二套段由软体筋条连为一体，所述第二套段的表面具有多个凸起，所述第二指夹41具有多个与所述凸起配合连接的孔洞。10.根据权利要求7～9中任意一项所述的手指屈伸运动机构，其特征在于，所述第一直线驱动器51和所述第二直线驱动器34上设置有用于测力的传感器9。

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