申请/专利权人：南京航空航天大学

申请日：2019-03-26

公开（公告）日：2024-02-02

公开（公告）号：CN109907939B

主分类号：A61H1/02

分类号：A61H1/02;A61B5/389

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.02.02#授权;2019.07.16#实质审查的生效;2019.06.21#公开

摘要：本发明公开了一种基于套索驱动和肌电控制的手指运动康复训练机器人，包含肌电感应手环、手指外骨骼组件、驱动模块、控制模块和底座。工作时，患者的手臂直接穿戴肌电感应手环，在控制系统中分别录入自己手指内收和手指外展的肌电信号，佩戴好手指外骨骼组件，肌电手环感应患者的电信号，判断其手指的预期运动是内收外展，反馈给控制系统，单片机控制执行器舵机的运动，从而辅助患者的手指进行康复训练。本发明有效的减少了传输过程中的误差，并且外骨骼手指驱动力始终垂直于指骨，避免对周围软组织造成损伤，并且实现双向驱动。

主权项：1.基于套索驱动和肌电控制的手指运动康复训练机器人，其特征在于，包含肌电感应手环、手指外骨骼组件、驱动模块、控制模块和底座；所述肌电感应手环用于套在需要进行训练的手指所在的小臂上，用于获得手臂的肌电信号并将其传递给所述控制模块；所述手指外骨骼组件包含手背穿戴装置、近端指套、中端指套、远端指套、第一至第三从动绞盘、固定轴承、第一至第二固定杆、第一至第三滑块、以及第一至第三连杆；所述手背穿戴装置、近端指套、中端指套、远端指套分别用于穿戴在需要进行康复训练的手指的手背、近端指节、中端指节、远端指节上；所述第一至第三从动绞盘均呈圆柱状，侧壁上均设有环绕其的圆形凹槽、用于缠绕绞索，且圆形凹槽中均设有用于固定绞索的固定桩；所述第一固定杆的一端和所述第一从动绞盘的中心同轴固连，另一端和所述固定轴承的内圈同轴固连；所述固定轴承的外圈和所述手背穿戴装置固连，且第一固定杆和手指弯曲所在平面垂直，使得第一从动绞盘和手指弯曲所在平面平行；所述近端指套上设有第一至第三滑槽，所述第一至第三滑槽均平行于手指弯曲所在平面；所述第一至第三滑块分别设置在所述第一至第三滑槽中，能够自由滑动；所述第一至第二连杆平行设置；所述第二固定杆一端和所述第一连杆垂直固连、另一端和所述第二连杆垂直固连；所述第一连杆、第二连杆的一端均和所述手背穿戴装置铰接，另一端分别和所述第一滑块、第二滑块固连，且第一连杆、第二连杆均平行于手指弯曲所在平面；所述第三连杆一端和所述第一从动绞盘的侧壁固连，另一端和所述第三滑块固连；所述近端指套的末端和所述中端指套的根部铰接，所述中端指套的末端和所述远端指套的根部铰接，使得近端指套、中端指套之间以及中端指套、远端指套之间能够在手指弯曲所述在平面自由转动；所述第二从动绞盘、第三从动绞盘分别固定设置在中端指套、远端指套上，且第二从动绞盘和近端指套、中端指套之间转动时的旋转轴同轴，第三从动绞盘和中端指套、远端指套之间转动时的旋转轴同轴；所述手背穿戴装置、近端指套、中端指套上均设有两个阶梯孔，分别用于和所述第一至第三从动绞盘相配合；所述驱动模块包含第一至第三驱动单元；所述第一至第三驱动单元均包含主动绞盘、舵机、固定框、滑动框、钢丝索、锁止机构、以及若干预紧螺栓；所述固定框和所述底座固连，所述固定框上设有第四滑槽；所述第四滑槽上设有第四滑块，所述第四滑块能够在所述第四滑槽内自由滑动；所述滑动框和所述第四滑块固连，使得所述滑动框能够相对所述固定框自由滑动；所述锁止机构用于在锁定时使得滑动框不能相对固定框滑动、在松开时使得滑动框能够相对固定框滑动；所述主动绞盘呈圆柱状，侧壁上均设有环绕其的圆形凹槽、用于缠绕绞索，且圆形凹槽中均设有用于固定绞索的固定桩；所述舵机固定在所述固定框上，输出端和所述主动绞盘的中心同轴固连，用于带动所述主动绞盘转动；所述滑动框上设有两个供所述钢丝索穿过的阶梯孔；所述滑动框上设有和所述预紧螺栓一一对应且匹配的螺栓孔；所述预紧螺栓和其相应的螺栓孔螺纹连接、且预紧螺栓的末端穿过其对应的螺纹孔和所述固定框相抵；所述第一驱动单元的钢丝索穿过其滑动框的一个阶梯孔后绕在其主动绞盘的圆形凹槽后，依次穿过其滑动框的另一个阶梯孔、手背穿戴装置上的一个阶梯孔，接着绕在第一从动绞盘后穿过手背穿戴装置上的另一个阶梯孔，形成闭环，且第一驱动单元的钢丝索分别和其主动绞盘的固定桩、第一从动绞盘的固定桩固连，第一驱动单元滑动框和手背穿戴装置之间的钢丝索外设有套管；所述第二驱动单元的钢丝索穿过其滑动框的一个阶梯孔后绕在其主动绞盘的圆形凹槽后，依次穿过其滑动框的另一个阶梯孔、近端指套上的一个阶梯孔，接着绕在第二从动绞盘后穿过近端指套上的另一个阶梯孔，形成闭环，且第二驱动单元的钢丝索分别和其主动绞盘的固定桩、第二从动绞盘的固定桩固连，第二驱动单元滑动框和近端指套之间的钢丝索外设有套管；所述第三驱动单元的钢丝索穿过其滑动框的一个阶梯孔后绕在其主动绞盘的圆形凹槽后，依次穿过其滑动框的另一个阶梯孔、中端指套上的一个阶梯孔，接着绕在第三从动绞盘后穿过中端指套上的另一个阶梯孔，形成闭环，且第三驱动单元的钢丝索分别和其主动绞盘的固定桩、第三从动绞盘的固定桩固连，第三驱动单元滑动框和中端指套之间的钢丝索外设有套管；所述控制模块分别和肌电感应手环、第一驱动单元的舵机、第二驱动单元的舵机、第三驱动单元的舵机电气相连，用于根据肌电感应手环感应到的肌电信号控制第一至第三驱动单元的舵机工作。

全文数据：基于套索驱动和肌电控制的手指运动康复训练机器人技术领域本发明涉及医疗器械领域，尤其涉及一种基于套索驱动和肌电控制的手指运动康复训练机器人。背景技术手是人类重要器官之一，它是人们日常生活中不可或缺的一部分。近年来，脑卒中、意外损伤等因素导致手部神经系统的瘫痪，严重影响患者的正常生活。据《中国脑卒中防治报告（2018）》显示，我国脑卒中发病率、患病率整体仍以不可控制的速度呈上升趋势，脑卒中疾病给医护人员和家属的负担仍不断加重，根据“脑卒中高危人群筛查和干预项目”，40岁及以上人群的脑卒中标化患病率由2012年的1.89%上升至2016年的2.19%，其中超过半数的幸存患者会伴有不同程度的手部功能障碍。神经医学论证了中枢系统具有可塑性，感觉运动康复疗法通过重复性、高频率的运动来刺激皮质层的重组和加强肌肉习得性应用，逐渐恢复受损肢体的运动功能。早期患者需要大量的康复训练来逐渐恢复手部损伤的功能，而传统的人工康复训练方法存在费用昂贵、效率不高等问题，而且治疗和评估依赖于治疗师的经验，这使得康复评估缺乏一定的客观性和准确性。近年来的研究和实践表明，运用机电设备和控制系统相结合的外骨骼设备进行康复训练是可行和有效的。这些装置可以实现重复、精准的运动，并且可以结合适当的传感器对康复效果进行评估。目前，针对创伤手指康复训练机器人的研究已经成为康复医学领域的热点研究发向之一。手指康复机器人发展前期研制的康复机械设备，大多数采用开环无反馈的控制系统，通过预先固化在控制器中的程序驱动机械结构带动患者手指做固定轨迹的康复运动，对环境没有感知能力并且无法对患者产生康复的代入感，其康复效果不如诱导式的康复策略。开环无反馈型手指康复机器人主要有：法国KINETEC公司研制的手指手腕关节康复器；德国OttoBock公司开发WaveFlex型手指康复装置；随着对开环控制系统不足的认识加深，手指康复机器人逐步加入了角度、位置和力传感器，以形成闭环控制系统，美国Rutgers大学Burdea设计的Rutgers手指康复装置，该机器人每根手指提供高达16N的力反馈，并采用定制的启动执行器配置在掌心以便直接驱动。它采用整合非接触式霍尔效应传感器和红外传感器作为闭环控制的反馈信息。虽然研究已久，但是外骨骼手的研究与设计仍然是一个充满挑战的领域。关键的问题有如何减轻因设备的笨重使患者在长期使用下产生不适感，如何保证输出力矩在不对其他部位产生附加伤害的前提下达到有效的康复目的，还有如何产生人机交互从而使患者主观能动性发挥最大化。发明内容本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于套索驱动和肌电控制的手指运动康复训练机器人，通过肌电感应模块采集患者手臂的肌电信号进而预判患者肌肉的运动趋势，利用提取的肌电信号来控制三个执行器协助手指的内收外展运动，完成患者预想的康复训练。本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：基于套索驱动和肌电控制的手指运动康复训练机器人，包含肌电感应手环、手指外骨骼组件、驱动模块、控制模块和底座；所述肌电感应手环用于套在需要进行训练的手指所在的小臂上，用于获得手臂的肌电信号并将其传递给所述控制模块；所述手指外骨骼组件包含手背穿戴装置、近端指套、中端指套、远端指套、第一至第三从动绞盘、固定轴承、第一至第二固定杆、第一至第三滑块、以及第一至第三连杆；所述手背穿戴装置、近端指套、中端指套、远端指套分别用于穿戴在需要进行康复训练的手指的手背、近端指节、中端指节、远端指节上；所述第一至第三从动绞盘均呈圆柱状，侧壁上均设有环绕其的圆形凹槽、用于缠绕绞索，且圆形凹槽中均设有用于固定绞索的固定桩；所述第一固定杆的一端和所述第一从动绞盘的中心同轴固连，另一端和所述固定轴承的内圈同轴固连；所述固定轴承的外圈和所述手背穿戴装置固连，且第一固定杆和手指弯曲所在平面垂直，使得第一从动绞盘和手指弯曲所在平面平行；所述近端指套上设有第一至第三滑槽，所述第一至第三滑槽均平行于手指弯曲所在平面；所述第一至第三滑块分别设置在所述第一至第三滑槽中，能够自由滑动；所述第一至第二连杆平行设置；所述第二固定杆一端和所述第一连杆垂直固连、另一端和所述第二连杆垂直固连；所述第一连杆、第二连杆的一端均和所述手背穿戴装置铰接，另一端分别和所述第一滑块、第二滑块固连，且第一连杆、第二连杆均平行于手指弯曲所在平面；所述第三连杆一端和所述第一从动绞盘的侧壁固连，另一端和所述第三滑块固连；所述近端指套的末端和所述中端指套的根部铰接，所述中端指套的末端和所述远端指套的根部铰接，使得近端指套、中端指套之间以及中端指套、远端指套之间能够在手指弯曲所述在平面自由转动；所述第二从动绞盘、第三从动绞盘分别固定设置在中端指套、远端指套上，且第二从动绞盘和近端指套、中端指套之间转动时的旋转轴同轴，第三从动绞盘和中端指套、远端指套之间转动时的旋转轴同轴；所述背穿戴装置、近端指套、中端指套上均设有两个阶梯孔，分别用于和所述第一至第三从动绞盘相配合；所述驱动模块包含第一至第三驱动单元；所述第一至第三驱动单元均包含主动绞盘、舵机、固定框、滑动框、钢丝索、锁止机构、以及若干预紧螺栓；所述固定框和所述底座固连，所述固定框上设有第四滑槽；所述第四滑槽上设有第四滑块，所述第四滑块能够在所述第四滑槽内自由滑动；所述滑动框和所述第四滑块固连，使得所述滑动框能够相对所述固定框自由滑动；所述锁止机构用于在锁定时使得滑动框不能相对固定框滑动、在松开时使得滑动框能够相对固定框滑动；所述主动绞盘呈圆柱状，侧壁上均设有环绕其的圆形凹槽、用于缠绕绞索，且圆形凹槽中均设有用于固定绞索的固定桩；所述舵机固定在所述固定框上，输出端和所述主动绞盘的中心同轴固连，用于带动所述主动绞盘转动；所述滑动框上设有两个供所述钢丝索穿过的阶梯孔；所述滑动框上设有和所述预警螺栓一一对应且匹配的螺栓孔；所述预警螺栓和其相应的螺栓孔螺纹连接、且预警螺栓的末端穿过其对应的螺纹孔和所述固定框相抵；所述第一驱动单元的钢丝索穿过其滑动框的一个阶梯孔后绕在其主动绞盘的圆形凹槽后，依次穿过其滑动框的另一个阶梯孔、手背穿戴装置上的一个阶梯孔，接着绕在第一从动绞盘后穿过手背穿戴装置上的另一个阶梯孔，形成闭环，且第一驱动单元的钢丝索分别和其主动绞盘的固定桩、第一从动绞盘的固定桩固连，第一驱动单元滑动框和手背穿戴装置之间的钢丝索外设有套管；所述第二驱动单元的钢丝索穿过其滑动框的一个阶梯孔后绕在其主动绞盘的圆形凹槽后，依次穿过其滑动框的另一个阶梯孔、近端指套上的一个阶梯孔，接着绕在第二从动绞盘后穿过近端指套上的另一个阶梯孔，形成闭环，且第二驱动单元的钢丝索分别和其主动绞盘的固定桩、第二从动绞盘的固定桩固连，第二驱动单元滑动框和近端指套之间的钢丝索外设有套管；所述第三驱动单元的钢丝索穿过其滑动框的一个阶梯孔后绕在其主动绞盘的圆形凹槽后，依次穿过其滑动框的另一个阶梯孔、中端指套上的一个阶梯孔，接着绕在第三从动绞盘后穿过中端指套上的另一个阶梯孔，形成闭环，且第三驱动单元的钢丝索分别和其主动绞盘的固定桩、第三从动绞盘的固定桩固连，第三驱动单元滑动框和中端指套之间的钢丝索外设有套管；所述控制模块分别和肌电感应手环、第一驱动单元的舵机、第二驱动单元的舵机、第三驱动单元的舵机电气相连，用于根据肌电感应手环感应到的肌电信号控制第一至第三驱动单元的舵机工作。作为本发明基于套索驱动和肌电控制的手指运动康复训练机器人进一步的优化方案，所述预紧螺栓的个数为2个。作为本发明基于套索驱动和肌电控制的手指运动康复训练机器人进一步的优化方案，所述锁止机构包含若干个锁止单元，所述锁止单元包含锁止螺栓和锁止螺帽。作为本发明基于套索驱动和肌电控制的手指运动康复训练机器人进一步的优化方案，所述背穿戴装置上的阶梯孔在靠近第一从动绞盘一侧的孔径小于远离第一从动绞盘一侧的孔径；所述近端指套上的阶梯孔在靠近第二从动绞盘一侧的孔径小于远离第二从动绞盘一侧的孔径；所述中端指套上的阶梯孔在靠近第三从动绞盘一侧的孔径小于远离第三从动绞盘一侧的孔径；所述第一至第三驱动单元滑动框上的阶梯孔在靠近主动绞盘一侧的孔径小于远离主动绞盘一侧的孔径。本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1.选择树脂为材料采用3D打印技术，满足强度高、质量轻的特点，在满足克服康复过程中的一系列阻力前提下尽可能减小患者的表面肌肉负担，避免造成二次伤害；2.合理的驱动结构，采用套索驱动，经预紧后套索处处都在线速度等，有效的减少了传输过程中的误差，并且外骨骼手指驱动力始终垂直于指骨，避免对周围软组织造成损伤，并且实现双向驱动；3.以肌电感应模块代替传统的固定的训练模式，感应患者的手臂肌电信号预判其想要完成的手指运动方向，进而控制驱动系统使外骨骼手指带动患者完成相应的内收外展运动，实现人机交互功能。附图说明图1是本发明的整体结构示意图；图2是本发明中手指外骨骼组件在弯曲状态下的立体结构示意图；图3是本发明中手指外骨骼组件的爆炸图；图4是本发明中第一驱动单元的结构示意图；图5是本发明的控制系统实现过程示意图。图中，1-肌电感应手环，2-手指外骨骼组件，3-底座，4-第三驱动单元，5-第二驱动单元，6-第一驱动单元，7-手背穿戴装置，8-近端指套，9-中端指套，10-远端指套，11-第一从动绞盘，12-第二从动绞盘，13-第三从动绞盘，14-固定轴承，15-第一固定杆，16-第二固定杆，17-第一滑块，18-第二滑槽，19-第三滑块，20-第三滑槽，21-第一连杆，22-第二连杆，23-第三连杆，24-中端指套上的阶梯孔，25-主动绞盘，26-舵机，27-固定框，28-滑动框，29-钢丝索，30-锁止机构，31-预紧螺栓，32-套管。具体实施方式下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。如图1、图2、图3所示，本发明公开了一种基于套索驱动和肌电控制的手指运动康复训练机器人，包含肌电感应手环、手指外骨骼组件、驱动模块、控制模块和底座；所述肌电感应手环用于套在需要进行训练的手指所在的小臂上，用于获得手臂的肌电信号并将其传递给所述控制模块；所述手指外骨骼组件包含手背穿戴装置、近端指套、中端指套、远端指套、第一至第三从动绞盘、固定轴承、第一至第二固定杆、第一至第三滑块、以及第一至第三连杆；所述手背穿戴装置、近端指套、中端指套、远端指套分别用于穿戴在需要进行康复训练的手指的手背、近端指节、中端指节、远端指节上；所述第一至第三从动绞盘均呈圆柱状，侧壁上均设有环绕其的圆形凹槽、用于缠绕绞索，且圆形凹槽中均设有用于固定绞索的固定桩；所述第一固定杆的一端和所述第一从动绞盘的中心同轴固连，另一端和所述固定轴承的内圈同轴固连；所述固定轴承的外圈和所述手背穿戴装置固连，且第一固定杆和手指弯曲所在平面垂直，使得第一从动绞盘和手指弯曲所在平面平行；所述近端指套上设有第一至第三滑槽，所述第一至第三滑槽均平行于手指弯曲所在平面；所述第一至第三滑块分别设置在所述第一至第三滑槽中，能够自由滑动；所述第一至第二连杆平行设置；所述第二固定杆一端和所述第一连杆垂直固连、另一端和所述第二连杆垂直固连；所述第一连杆、第二连杆的一端均和所述手背穿戴装置铰接，另一端分别和所述第一滑块、第二滑块固连，且第一连杆、第二连杆均平行于手指弯曲所在平面；所述第三连杆一端和所述第一从动绞盘的侧壁固连，另一端和所述第三滑块固连；所述近端指套的末端和所述中端指套的根部铰接，所述中端指套的末端和所述远端指套的根部铰接，使得近端指套、中端指套之间以及中端指套、远端指套之间能够在手指弯曲所述在平面自由转动；所述第二从动绞盘、第三从动绞盘分别固定设置在中端指套、远端指套上，且第二从动绞盘和近端指套、中端指套之间转动时的旋转轴同轴，第三从动绞盘和中端指套、远端指套之间转动时的旋转轴同轴；所述背穿戴装置、近端指套、中端指套上均设有两个阶梯孔，分别用于和所述第一至第三从动绞盘相配合；所述驱动模块包含第一至第三驱动单元；如图4所示，所述第一至第三驱动单元均包含主动绞盘、舵机、固定框、滑动框、钢丝索、锁止机构、以及若干预紧螺栓；所述固定框和所述底座固连，所述固定框上设有第四滑槽；所述第四滑槽上设有第四滑块，所述第四滑块能够在所述第四滑槽内自由滑动；所述滑动框和所述第四滑块固连，使得所述滑动框能够相对所述固定框自由滑动；所述锁止机构用于在锁定时使得滑动框不能相对固定框滑动、在松开时使得滑动框能够相对固定框滑动；所述主动绞盘呈圆柱状，侧壁上均设有环绕其的圆形凹槽、用于缠绕绞索，且圆形凹槽中均设有用于固定绞索的固定桩；所述舵机固定在所述固定框上，输出端和所述主动绞盘的中心同轴固连，用于带动所述主动绞盘转动；所述滑动框上设有两个供所述钢丝索穿过的阶梯孔；所述滑动框上设有和所述预警螺栓一一对应且匹配的螺栓孔；所述预警螺栓和其相应的螺栓孔螺纹连接、且预警螺栓的末端穿过其对应的螺纹孔和所述固定框相抵；所述第一驱动单元的钢丝索穿过其滑动框的一个阶梯孔后绕在其主动绞盘的圆形凹槽后，依次穿过其滑动框的另一个阶梯孔、手背穿戴装置上的一个阶梯孔，接着绕在第一从动绞盘后穿过手背穿戴装置上的另一个阶梯孔，形成闭环，且第一驱动单元的钢丝索分别和其主动绞盘的固定桩、第一从动绞盘的固定桩固连，第一驱动单元滑动框和手背穿戴装置之间的钢丝索外设有套管；所述第二驱动单元的钢丝索穿过其滑动框的一个阶梯孔后绕在其主动绞盘的圆形凹槽后，依次穿过其滑动框的另一个阶梯孔、近端指套上的一个阶梯孔，接着绕在第二从动绞盘后穿过近端指套上的另一个阶梯孔，形成闭环，且第二驱动单元的钢丝索分别和其主动绞盘的固定桩、第二从动绞盘的固定桩固连，第二驱动单元滑动框和近端指套之间的钢丝索外设有套管；所述第三驱动单元的钢丝索穿过其滑动框的一个阶梯孔后绕在其主动绞盘的圆形凹槽后，依次穿过其滑动框的另一个阶梯孔、中端指套上的一个阶梯孔，接着绕在第三从动绞盘后穿过中端指套上的另一个阶梯孔，形成闭环，且第三驱动单元的钢丝索分别和其主动绞盘的固定桩、第三从动绞盘的固定桩固连，第三驱动单元滑动框和中端指套之间的钢丝索外设有套管；所述控制模块分别和肌电感应手环、第一驱动单元的舵机、第二驱动单元的舵机、第三驱动单元的舵机电气相连，用于根据肌电感应手环感应到的肌电信号控制第一至第三驱动单元的舵机工作。所述预紧螺栓的个数优先设置为2个，锁止机构包含若干个锁止单元，锁止单元可以只使用锁止螺栓，也可以采用锁止螺栓和锁止螺帽的形式。所述背穿戴装置上的阶梯孔在靠近第一从动绞盘一侧的孔径小于远离第一从动绞盘一侧的孔径；所述近端指套上的阶梯孔在靠近第二从动绞盘一侧的孔径小于远离第二从动绞盘一侧的孔径；所述中端指套上的阶梯孔在靠近第三从动绞盘一侧的孔径小于远离第三从动绞盘一侧的孔径；所述第一至第三驱动单元滑动框上的阶梯孔在靠近主动绞盘一侧的孔径小于远离主动绞盘一侧的孔径。如图5所示为本装置控制系统的工作原理，患者的手臂直接穿戴肌电感应手环，在控制系统中分别录入自己手指内收和手指外展的肌电信号，佩戴好手指外骨骼组件，外骨骼机构与手指通过绷带固定，这种半开放性机构能使患者进行康复训练过程中更舒适。手背穿戴装置与手背仍是以绷带固定，绷带设置有魔术贴，可根据患者手背大小调节松紧程度。分别调节三个驱动单元中的预紧螺栓改变旋进深度，从而给系统提供适当预紧力，保证驱动钢丝索在传动过程中处于张紧状态，保证传动过程中力和位移的准确性。根据患者瘫痪程度设置康复训练模式，设计训练时手指运动的速度、弯曲程度等，适当改变Arduino控制程序里的参数。肌电手环感应患者的电信号，判断其手指的预期运动是内收外展，反馈给控制系统，单片机控制执行器舵机的运动，从而辅助患者的手指进行康复训练。本发明结构简单，操作方便，成本低。利用套索驱动的方式使驱动装置与外骨骼机构相距一定距离，有效减小运动关节的负担，实现轻量化结构设计，改善系统的控制性能和安全性能。针对不同瘫痪程度的患者制定合理的运动参数，更具有针对性，实现康复训练效果的最大化。以肌电感应模块代替传统的固定的训练模式，感应患者的手臂肌电信号预判其想要完成的手指运动方向，进而控制驱动系统使外骨骼手指带动患者完成相应的内收外展运动，实现人机交互功能。本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.基于套索驱动和肌电控制的手指运动康复训练机器人，其特征在于，包含肌电感应手环、手指外骨骼组件、驱动模块、控制模块和底座；所述肌电感应手环用于套在需要进行训练的手指所在的小臂上，用于获得手臂的肌电信号并将其传递给所述控制模块；所述手指外骨骼组件包含手背穿戴装置、近端指套、中端指套、远端指套、第一至第三从动绞盘、固定轴承、第一至第二固定杆、第一至第三滑块、以及第一至第三连杆；所述手背穿戴装置、近端指套、中端指套、远端指套分别用于穿戴在需要进行康复训练的手指的手背、近端指节、中端指节、远端指节上；所述第一至第三从动绞盘均呈圆柱状，侧壁上均设有环绕其的圆形凹槽、用于缠绕绞索，且圆形凹槽中均设有用于固定绞索的固定桩；所述第一固定杆的一端和所述第一从动绞盘的中心同轴固连，另一端和所述固定轴承的内圈同轴固连；所述固定轴承的外圈和所述手背穿戴装置固连，且第一固定杆和手指弯曲所在平面垂直，使得第一从动绞盘和手指弯曲所在平面平行；所述近端指套上设有第一至第三滑槽，所述第一至第三滑槽均平行于手指弯曲所在平面；所述第一至第三滑块分别设置在所述第一至第三滑槽中，能够自由滑动；所述第一至第二连杆平行设置；所述第二固定杆一端和所述第一连杆垂直固连、另一端和所述第二连杆垂直固连；所述第一连杆、第二连杆的一端均和所述手背穿戴装置铰接，另一端分别和所述第一滑块、第二滑块固连，且第一连杆、第二连杆均平行于手指弯曲所在平面；所述第三连杆一端和所述第一从动绞盘的侧壁固连，另一端和所述第三滑块固连；所述近端指套的末端和所述中端指套的根部铰接，所述中端指套的末端和所述远端指套的根部铰接，使得近端指套、中端指套之间以及中端指套、远端指套之间能够在手指弯曲所述在平面自由转动；所述第二从动绞盘、第三从动绞盘分别固定设置在中端指套、远端指套上，且第二从动绞盘和近端指套、中端指套之间转动时的旋转轴同轴，第三从动绞盘和中端指套、远端指套之间转动时的旋转轴同轴；所述背穿戴装置、近端指套、中端指套上均设有两个阶梯孔，分别用于和所述第一至第三从动绞盘相配合；所述驱动模块包含第一至第三驱动单元；所述第一至第三驱动单元均包含主动绞盘、舵机、固定框、滑动框、钢丝索、锁止机构、以及若干预紧螺栓；所述固定框和所述底座固连，所述固定框上设有第四滑槽；所述第四滑槽上设有第四滑块，所述第四滑块能够在所述第四滑槽内自由滑动；所述滑动框和所述第四滑块固连，使得所述滑动框能够相对所述固定框自由滑动；所述锁止机构用于在锁定时使得滑动框不能相对固定框滑动、在松开时使得滑动框能够相对固定框滑动；所述主动绞盘呈圆柱状，侧壁上均设有环绕其的圆形凹槽、用于缠绕绞索，且圆形凹槽中均设有用于固定绞索的固定桩；所述舵机固定在所述固定框上，输出端和所述主动绞盘的中心同轴固连，用于带动所述主动绞盘转动；所述滑动框上设有两个供所述钢丝索穿过的阶梯孔；所述滑动框上设有和所述预警螺栓一一对应且匹配的螺栓孔；所述预警螺栓和其相应的螺栓孔螺纹连接、且预警螺栓的末端穿过其对应的螺纹孔和所述固定框相抵；所述第一驱动单元的钢丝索穿过其滑动框的一个阶梯孔后绕在其主动绞盘的圆形凹槽后，依次穿过其滑动框的另一个阶梯孔、手背穿戴装置上的一个阶梯孔，接着绕在第一从动绞盘后穿过手背穿戴装置上的另一个阶梯孔，形成闭环，且第一驱动单元的钢丝索分别和其主动绞盘的固定桩、第一从动绞盘的固定桩固连，第一驱动单元滑动框和手背穿戴装置之间的钢丝索外设有套管；所述第二驱动单元的钢丝索穿过其滑动框的一个阶梯孔后绕在其主动绞盘的圆形凹槽后，依次穿过其滑动框的另一个阶梯孔、近端指套上的一个阶梯孔，接着绕在第二从动绞盘后穿过近端指套上的另一个阶梯孔，形成闭环，且第二驱动单元的钢丝索分别和其主动绞盘的固定桩、第二从动绞盘的固定桩固连，第二驱动单元滑动框和近端指套之间的钢丝索外设有套管；所述第三驱动单元的钢丝索穿过其滑动框的一个阶梯孔后绕在其主动绞盘的圆形凹槽后，依次穿过其滑动框的另一个阶梯孔、中端指套上的一个阶梯孔，接着绕在第三从动绞盘后穿过中端指套上的另一个阶梯孔，形成闭环，且第三驱动单元的钢丝索分别和其主动绞盘的固定桩、第三从动绞盘的固定桩固连，第三驱动单元滑动框和中端指套之间的钢丝索外设有套管；所述控制模块分别和肌电感应手环、第一驱动单元的舵机、第二驱动单元的舵机、第三驱动单元的舵机电气相连，用于根据肌电感应手环感应到的肌电信号控制第一至第三驱动单元的舵机工作。2.根据权利要求1所述的基于套索驱动和肌电控制的手指运动康复训练机器人，其特征在于，所述预紧螺栓的个数为2个。3.根据权利要求1所述的基于套索驱动和肌电控制的手指运动康复训练机器人，其特征在于，所述锁止机构包含若干个锁止单元，所述锁止单元包含锁止螺栓和锁止螺帽。4.根据权利要求1所述的基于套索驱动和肌电控制的手指运动康复训练机器人，其特征在于，所述背穿戴装置上的阶梯孔在靠近第一从动绞盘一侧的孔径小于远离第一从动绞盘一侧的孔径；所述近端指套上的阶梯孔在靠近第二从动绞盘一侧的孔径小于远离第二从动绞盘一侧的孔径；所述中端指套上的阶梯孔在靠近第三从动绞盘一侧的孔径小于远离第三从动绞盘一侧的孔径；所述第一至第三驱动单元滑动框上的阶梯孔在靠近主动绞盘一侧的孔径小于远离主动绞盘一侧的孔径。

百度查询： 南京航空航天大学 基于套索驱动和肌电控制的手指运动康复训练机器人

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD