CN114010459B - 一种外骨骼康复机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种外骨骼康复机械手，包括手部支撑单元和设置于手部支撑单元上的手指单元、协同驱动单元，手指组件包括活动相连的指掌支撑架、第一指段、第二指段和第三指段，从而实现机械手的指掌关节、手指近端关节、以及手指远端关节的运动，与此同时，第一指段能够在垂直于手掌面和平行于手掌面的平面内相对于指掌支撑架转动，从而实现机械手的手指侧摆运动，提高机械手的灵活性。与此同时，本发明中若干组手指组件分别与协同驱动单元传动相连，协同驱动单元能够同时带动全部手指组件运动，本发明能够实现多指协同运动以满足抓握自适应性，实现了手掌基关节的二自由度自适应运动，保证了外骨骼机械手的运动灵活性，提升了外骨骼的增力效果。

Description

一种外骨骼康复机械手

技术领域

本发明涉及外骨骼机器人技术领域，特别是涉及一种外骨骼康复机械手。

背景技术

可穿戴外骨骼机械手一直都是康复型机器人领域研究的重点，旨在帮助需要康复训练的中风病人、肌无力患者和需要提升手部力量的工人等。外骨骼机械手主要用于提升目标人群手部的抓握能力，因此对手指的独立控制需求较低。现有技术中的外骨骼机械手采用全驱动机构实现指关节的独立控制和协同控制机构等。

公开号为CN103750977B的中国专利，公开了一种外骨骼式的手部功能康复机器人，它涉及一种应用于创伤手指术后康复的医疗设备，以解决现有手部功能改善与康复方式存在手部康复难度大，它包括外骨骼手指驱动机构、自适应掌背调整平台和后置式人工肌肉模块。该机构驱动数量多且侧重于单独关节的控制，增加了驱动控制的复杂性与机械手的重量。

公开号为CN105796283B的中国专利，公开了一种外骨骼手部康复训练装置，旨在实现中风病人的手部康复训练，通过钢丝软轴组件将电机的动力传递到指部驱动装置上，通过齿轮传动实现指部关节的运动，能够独立的驱动四根手指，结构简单且易于实现，电机驱动装置后置以及钢丝软轴驱动的方式减轻了指部外骨骼结构的重量。指部驱动装置可根据病人的手指的长度和半径进行调节外骨骼手指的长度和更换指部固定环。但是该发明各手指仍采用独立驱动，电机数量仍较多，且不具有指间侧摆活动能力，该发明中的钢丝软轴不适用于大力矩传动。

名为“The Hannes handprosthesis replicates the keybiologicalpropertiesof the human hand”的文章公开了一种单电机驱动假肢手，该手通过绳轮协同机构实现假肢手的动作控制，但是该手没有应用到外骨骼手的应用，且手指没有侧摆功能，指内末端关节被简化，假肢手灵活性不佳。

因此，如何改变现有技术中，外骨骼机械手驱动机构复杂以及灵活性不佳的现状，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种外骨骼康复机械手，以解决上述现有技术存在的问题，简化外骨骼机械手驱动结构，提高外骨骼机械手的灵活性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种外骨骼康复机械手，包括手部支撑单元和设置于所述手部支撑单元上的：

手指单元，所述手指单元包括若干组手指组件，所述手指组件包括指掌支撑架、第一指段、第二指段和第三指段，所述指掌支撑架与所述手部支撑单元相连，所述第一指段可转动地与所述指掌支撑架相连，定义所述指掌支撑架与所述手部支撑单元的连接面所在平面为手掌面，所述第一指段能够在平行于所述手掌面的平面内相对于所述指掌支撑架转动，所述第一指段还能够在垂直于所述手掌面的平面内相对于所述指掌支撑架转动；所述第二指段可转动地与所述第一指段相连，所述第三指段可转动地与所述第二指段转动，所述第二指段和所述第三指段能够在垂直于所述手掌面的平面内相对于所述第一指段转动，所述第一指段位于所述第二指段与所述指掌支撑架之间，所述第三指段位于所述第二指段远离所述第一指段的一端；

协同驱动单元，若干组所述手指组件均分别与所述协同驱动单元传动相连，所述协同驱动单元能够带动所述手指组件运动。

优选地，所述指掌支撑架与所述第一指段之间设置第一球副关节和第二球副关节，所述指掌支撑架连接有第一驱动曲杆，所述第一指段连接有第一球副短杆，所述第一球副短杆可转动地与所述第一驱动曲杆相连形成所述第一球副关节，所述第一指段连接有球副半圆杆，所述球副半圆杆可转动地与所述指掌支撑架相连形成所述第二球副关节，所述第一球副短杆与所述第一驱动曲杆的抵接面以及所述球副半圆杆与所述指掌支撑架的抵接面均为球面，所述第一球副短杆、所述第一驱动曲杆以及所述球副半圆杆所在平面均垂直于所述手掌面。

优选地，所述第一驱动曲杆可滑动地与所述指掌支撑架相连，所述球副半圆杆可转动地与所述第一指段相连，所述第一球副短杆与所述第一球副半圆杆之间设置第一旋转杆，所述第一旋转杆的一端与所述第一球副短杆铰接，所述第一旋转杆的另一端与所述球副半圆杆铰接，所述第一指段与所述指掌支撑架之间设置第一单弹簧。

优选地，所述第一旋转杆连接有第一从动曲杆，所述第一旋转杆和所述第一从动曲杆的铰接轴线与所述第一旋转杆和所述第一球副短杆的铰接轴线重合，所述第一从动曲杆远离所述第一旋转杆的一端与第二驱动曲杆铰接，所述第一从动曲杆与所述第一驱动曲杆的铰接轴线处设置有第二滚轮，所述第二滚轮可滑动地与所述第一指段相连，所述第二驱动曲杆远离所述第一指段的一端与第二从动曲杆铰接，所述第二驱动曲杆还连接有第二旋转杆，所述第二旋转杆和所述第二驱动曲杆的铰接轴线与所述第二驱动曲杆和所述第二从动曲杆的铰接轴线重合，所述第二旋转杆的另一端可转动地与所述第二指段相连，所述第二指段相对于所述第一指段的转动轴线与所述第二旋转杆和所述第二指段的铰接轴线重合；所述第一指段与所述第二指段之间设置第二单弹簧；所述第二从动曲杆远离所述第二旋转杆的一端连接有第三驱动曲杆，所述第二从动曲杆与所述第三驱动曲杆的铰接轴线处设置有第三滚轮，所述第三滚轮可滑动地与所述第二指段相连，所述第三驱动曲杆远离所述第二从动曲杆的一端可转动地与所述第三指段相连，所述第二指段与所述第三指段之间设置第三单弹簧。

优选地，第一驱动曲杆与所述指掌支撑架相连的一端连接有第一滚轮，所述第一滚轮可滑动地与所述指掌支撑架相连，所述指掌支撑架连接有第一定滑轮和第二定滑轮，所述第一滚轮位于所述第一定滑轮与所述第二定滑轮之间，指驱动绳绕过所述第一定滑轮以及所述第二定滑轮与所述第一滚轮相连，所述指驱动绳远离所述指掌支撑架的一端与所述协同驱动单元相连；所述指掌支撑架与所述球副半圆杆之间还设置双弹簧。

优选地，所述第一指段、所述第二指段和所述第三指段均连接有允许人体手指穿过的固定指环；所述第一指段、所述第二指段和所述第三指段朝向所述固定指环的一侧均为与人体手指形状相一致的弧面。

优选地，所述手指组件的数量为五组，五组所述手指组件与人体手指的分布相一致。

优选地，所述协同驱动单元包括驱动组件、双滑道组件和绳轮组件，所述驱动组件为电机减速器，所述双滑道组件包括平行设置的第一滑道和第二滑道，所述绳轮组件包括第三定滑轮、第一动滑轮、第二动滑轮、第三动滑轮和第四动滑轮，所述第三定滑轮可转动地设置于所述手部支撑单元上，所述第一动滑轮和所述第四动滑轮可滑动地设置于所述第一滑道内，所述第二动滑轮和所述第三动滑轮可滑动地设置于所述第二滑道内，所述驱动组件的输出端利用驱动绳与所述第三定滑轮传动相连，所述驱动绳绕过所述第三定滑轮与所述第四动滑轮相连，所述第四动滑轮绕设有第四滑轮绳，所述第四滑轮绳的一端作为第一绳驱动端，所述第四滑轮绳的另一端绕过所述第四动滑轮与所述第三动滑轮相连，所述第三动滑轮绕设有第三滑轮绳，所述第三滑轮绳的一端连接第二动滑轮，所述第三滑轮绳的另一端绕过所述第三动滑轮与所述第一动滑轮相连，所述第一动滑轮和所述第二动滑轮均分别绕设有第一滑轮绳、第二滑轮绳，绕过所述第一动滑轮的所述第一滑轮绳的两端和绕过所述第二动滑轮的所述第二滑轮绳的两端作为四个第二绳驱动端，所述第一绳驱动端和四个所述第二绳驱动端均能够与所述手指组件相连。

优选地，所述手部支撑单元包括相连的手掌支撑件和腕部支撑件，所述手掌支撑件与人体手掌形状相一致，所述手指单元与所述手掌支撑件相连，所述协同驱动单元设置于所述手掌支撑件上。

优选地，所述腕部支撑件连接有腕部固定环，所述腕部支撑件和所述手掌支撑件朝向所述腕部固定环的一侧均为曲面。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明的外骨骼康复机械手，包括手部支撑单元和设置于手部支撑单元上的手指单元、协同驱动单元，其中，手指单元包括若干组手指组件，手指组件包括指掌支撑架、第一指段、第二指段和第三指段，指掌支撑架与手部支撑单元相连，第一指段可转动地与指掌支撑架相连，定义指掌支撑架与手部支撑单元的连接面所在平面为手掌面，第一指段能够在平行于手掌面的平面内相对于指掌支撑架转动，第一指段还能够在垂直于手掌面的平面内相对于指掌支撑架转动；第二指段可转动地与第一指段相连，第三指段可转动地与第二指段转动，第二指段和第三指段能够在垂直于手掌面的平面内相对于第一指段转动，第一指段位于第二指段与指掌支撑架之间，第三指段位于第二指段远离第一指段的一端；若干组手指组件均分别与协同驱动单元传动相连，协同驱动单元能够带动手指组件运动。

本发明的外骨骼康复机械手，手部支撑单元为手指单元和协同驱动单元提供了安装基础，其中，手指组件包括活动相连的指掌支撑架、第一指段、第二指段和第三指段，从而实现机械手的指掌关节、手指近端关节、以及手指远端关节的运动，与此同时，第一指段能够在垂直于手掌面和平行于手掌面的平面内相对于指掌支撑架转动，从而实现机械手的手指侧摆运动，以最简机构运动形式提高机械手的灵活性，满足了人手指灵活运动的需要。与此同时，本发明中若干组手指组件分别与协同驱动单元传动相连，协同驱动单元能够同时带动每一组手指组件运动，本发明能够实现单驱动机构驱动多指协同运动以满足抓握自适应性，同时实现了手掌基关节的二自由度自适应运动，保证了外骨骼机械手的运动灵活性，指关节的驱动机构还提升了外骨骼的增力效果。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的外骨骼康复机械手的整体结构示意图；

图2为本发明的外骨骼康复机械手的手指组件的结构示意图；

图3为本发明的外骨骼康复机械手的手指组件的轴测图；

图4为本发明的外骨骼康复机械手的协同驱动单元的结构示意图；

图5为本发明的外骨骼康复机械手的手部支撑单元的结构示意图；

其中，1为手部支撑单元，101为手掌支撑件，102为腕部支撑件，103为腕部固定环，2为手指组件，201为指掌支撑架，202为第一指段，203为第二指段，204为第三指段，205为第一球副关节，206为第二球副关节，207为第一驱动曲杆，208为第一球副短杆，209为球副半圆杆，210为第一旋转杆，211为第一单弹簧，212为第一从动曲杆，213为第二驱动曲杆，214为第二滚轮，215为第二从动曲杆，216为第二旋转杆，217为第二单弹簧，218为第三驱动曲杆，219为第三滚轮，220为第三单弹簧，221为第一滚轮，222为第一定滑轮，223为第二定滑轮，224为指驱动绳，225为双弹簧，226为固定指环，3为协同驱动单元，301为驱动组件，302为第一滑道，303为第二滑道，304为第三定滑轮，305为第一动滑轮，306为第二动滑轮，307为第三动滑轮，308为第四动滑轮，309为驱动绳，310为第四滑轮绳，311为第三滑轮绳，312为第二滑轮绳，313为第一滑轮绳，314为第一绳驱动端，315为第二绳驱动端。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种外骨骼康复机械手，以解决上述现有技术存在的问题，简化外骨骼机械手驱动结构，提高外骨骼机械手的灵活性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

请参考图1-5，其中，图1为本发明的外骨骼康复机械手的整体结构示意图，图2为本发明的外骨骼康复机械手的手指组件的结构示意图，图3为本发明的外骨骼康复机械手的手指组件的轴测图，图4为本发明的外骨骼康复机械手的协同驱动单元的结构示意图，图5为本发明的外骨骼康复机械手的手部支撑单元的结构示意图。

本发明提供一种外骨骼康复机械手，包括手部支撑单元1和设置于手部支撑单元1上的手指单元、协同驱动单元3，其中，手指单元包括若干组手指组件2，手指组件2包括指掌支撑架201、第一指段202、第二指段203和第三指段204，指掌支撑架201与手部支撑单元1相连，第一指段202可转动地与指掌支撑架201相连，定义指掌支撑架201与手部支撑单元1的连接面所在平面为手掌面(与人体手掌面相平行)，第一指段202能够在平行于手掌面的平面内相对于指掌支撑架201转动，第一指段202还能够在垂直于手掌面的平面内相对于指掌支撑架201转动；第二指段203可转动地与第一指段202相连，第三指段204可转动地与第二指段203转动，第二指段203和第三指段204能够在垂直于手掌面的平面内相对于第一指段202转动，第一指段202位于第二指段203与指掌支撑架201之间，第三指段204位于第二指段203远离第一指段202的一端；若干组手指组件2均分别与协同驱动单元3传动相连，协同驱动单元3能够带动手指组件2运动。

本发明的外骨骼康复机械手，手部支撑单元1为手指单元和协同驱动单元3提供了安装基础，其中，手指组件2包括活动相连的指掌支撑架201、第一指段202、第二指段203和第三指段204，从而实现机械手的指掌关节、手指近端关节、以及手指远端关节的运动，与此同时，第一指段202能够在垂直于手掌面和平行于手掌面的平面内相对于指掌支撑架201转动，从而实现机械手的手指侧摆运动，以最简机构运动形式提高机械手的灵活性，满足了人手指灵活运动的需要。与此同时，本发明中若干组手指组件2分别与协同驱动单元3传动相连，协同驱动单元3能够同时带动每一组手指组件2运动，本发明实现单驱动机构驱动多指协同运动以满足抓握自适应性，同时实现了手掌基关节的二自由度自适应运动，保证了外骨骼机械手的运动灵活性，指关节的驱动机构还提升了外骨骼的增力效果。

具体地，指掌支撑架201与第一指段202之间设置第一球副关节205和第二球副关节206，指掌支撑架201连接有第一驱动曲杆207，第一指段202连接有第一球副短杆208，第一球副短杆208可转动地与第一驱动曲杆207相连形成第一球副关节205，第一指段202连接有球副半圆杆209，球副半圆杆209可转动地与指掌支撑架201相连形成第二球副关节206，第一球副短杆208与第一驱动曲杆207的抵接面以及球副半圆杆209与指掌支撑架201的抵接面均为球面，第一球副短杆208、第一驱动曲杆207以及球副半圆杆209所在平面均垂直于手掌面。利用第一球副关节205和第二球副关节206，实现第一指段202在垂直于手掌面和平行于手掌面的平面内相对于指掌支撑架201转动，从而实现手掌基关节的二自由度自适应运动，使手指组件2能够满足人手指的任意灵活运动，提高外骨骼机械手的灵活性。

更具体地，第一驱动曲杆207可滑动地与指掌支撑架201相连，球副半圆杆209可转动地与第一指段202相连，第一球副短杆208与第一球副半圆杆209之间设置第一旋转杆210，第一旋转杆210的一端与第一球副短杆208铰接，第一旋转杆210的另一端与球副半圆杆209铰接，第一指段202与指掌支撑架201之间设置第一单弹簧211。

相应地，第一旋转杆210连接有第一从动曲杆212，第一旋转杆210和第一从动曲杆212的铰接轴线与第一旋转杆210和第一球副短杆208的铰接轴线重合，第一从动曲杆212远离第一旋转杆210的一端与第二驱动曲杆213铰接，第一从动曲杆212与第一驱动曲杆207的铰接轴线处设置有第二滚轮214，第二滚轮214可滑动地与第一指段202相连，第二驱动曲杆213远离第一指段202的一端与第二从动曲杆215铰接，第二驱动曲杆213还连接有第二旋转杆216，第二旋转杆216和第二驱动曲杆213的铰接轴线与第二驱动曲杆213和第二从动曲杆215的铰接轴线重合，第二旋转杆216的另一端可转动地与第二指段203相连，第二指段203相对于第一指段202的转动轴线与第二旋转杆216和第二指段203的铰接轴线重合；第一指段202与第二指段203之间设置第二单弹簧217；第二从动曲杆215远离第二旋转杆216的一端连接有第三驱动曲杆218，第二从动曲杆215与第三驱动曲杆218的铰接轴线处设置有第三滚轮219，第三滚轮219可滑动地与第二指段203相连，第三驱动曲杆218远离第二从动曲杆215的一端可转动地与第三指段204相连，第二指段203与第三指段204之间设置第三单弹簧220。本发明的手指组件2采用曲柄滑块机构联动的方式，实现关节增力与指内关节协同运动。另外，指内关节指件的各单弹簧(第一单弹簧211、第二单弹簧217、第三单弹簧220)能够帮助关节复位，还具有帮助手指组件2实现差分运动的功能，使各手指组件2在单驱动机构驱动下实现各关节协同控制模型变化。在本发明的其他具体实施方式中，各单弹簧(第一单弹簧211、第二单弹簧217、第三单弹簧220)还能够设置为可更换模块形式，以满足不同使用者的训练需求。

第一驱动曲杆207与指掌支撑架201相连的一端连接有第一滚轮221，第一滚轮221可滑动地与指掌支撑架201相连，指掌支撑架201连接有第一定滑轮222和第二定滑轮223，第一滚轮221位于第一定滑轮222与第二定滑轮223之间，指驱动绳224绕过第一定滑轮222以及第二定滑轮223与第一滚轮221相连，指驱动绳224远离指掌支撑架201的一端与协同驱动单元3相连。

指驱动绳224在协同驱动单元3的带动下，绕过第一定滑轮222和第二定滑轮223，拉动第一滚轮221，使第一滚轮221于指掌支撑架201上往复运动，进而利用第一驱动曲杆207带动第二滚轮214运动，第二滚轮214于第一指段202上往复运动，与第二滚轮214相连的第二驱动曲杆213带动第三滚轮219运动，第三滚轮219与第二指段203上往复运动，继续带动与之相连的第三驱动曲杆218，第三驱动曲杆218带动第三指段204相对于第二指段203转动，第一旋转杆210、第二旋转杆216能够限制第一指段202、第二指段203以及第三指段204的极限位置，提高手指组件2的运动安全系数。需要说明的，第一滚轮221、第二滚轮214和第二滚轮214的运动方向均平行于手指组件2的长度方向，本发明采用欠驱动连杆机构实现单指的单自由度驱动。另外，在指掌支撑架201与第一指段202之间设置第一单弹簧211，第一指段202与第二指段203之间设置第二单弹簧217，第二指段203与第三指段204之间设置第三单弹簧220，能够提高各零部件的自复位功能，同时还能够增加手指抓握过程的阻滞感；同样地，指掌支撑架201与球副半圆杆209之间设置双弹簧225，从而实现手指组件2左右侧摆与上下屈伸的自复位并提供足够的阻滞感，进而有助于患者加强指部侧摆动作的肌肉训练，另外，采用双球副(第一球副关节205和第二球副关节206)的双转动关节还能够为正常人提供灵活运动条件。

更具体地，第一指段202、第二指段203和第三指段204均连接有允许人体手指穿过的固定指环226，方便使用者利用固定指环226穿戴机械手；第一指段202、第二指段203和第三指段204朝向固定指环226的一侧均为与人体手指形状相一致的弧面，提高手指组件2与人体手指的贴合度，提升用户体验。

另外，手指组件2的数量为五组，五组手指组件2与人体手指的分布相一致，可将其中一组手指组件2设置于人体拇指位置，另外四组手指组件2分别对应人体食指、中指、无名指和小指的位置。在本发明的其他具体实施方式中，还可以根据实际需要设置手指组件2的数量和位置。

进一步地，协同驱动单元3包括驱动组件301、双滑道组件和绳轮组件，驱动组件301为电机减速器，双滑道组件包括平行设置的第一滑道302和第二滑道303，绳轮组件包括第三定滑轮304、第一动滑轮305、第二动滑轮306、第三动滑轮307和第四动滑轮308，第三定滑轮304可转动地设置于手部支撑单元1上，第一动滑轮305和第四动滑轮308可滑动地设置于第一滑道302内，第二动滑轮306和第三动滑轮307可滑动地设置于第二滑道303内，驱动组件301的输出端利用驱动绳309与第三定滑轮304传动相连，驱动组件301的输出端与驱动绳309传动相连(实际操作中驱动组件301的输出端可以利用卷轮等部件与驱动绳309相连，驱动组件301带动卷轮转动使驱动绳309缠绕在卷轮上，或放松卷轮上的驱动绳309)，驱动绳309绕过第三定滑轮304与第四动滑轮308相连，第四动滑轮308绕设有第四滑轮绳310，第四滑轮绳310的一端作为第一绳驱动端314，第四滑轮绳310的另一端绕过第四动滑轮308与第三动滑轮307相连，第三动滑轮307绕设有第三滑轮绳311，第三滑轮绳311的一端连接第二动滑轮306，第三滑轮绳311的另一端绕过第三动滑轮307与第一动滑轮305相连，第一动滑轮305和第二动滑轮306均分别绕设有第一滑轮绳313、第二滑轮绳312，绕过第一动滑轮305的第一滑轮绳313的两端和绕过第二动滑轮306的第二滑轮绳312的两端作为四个第二绳驱动端315，第一绳驱动端314和四个第二绳驱动端315均能够与手指组件2相连。

驱动组件301利用驱动绳309和绳轮组件，从而带动各组手指组件2运动，驱动绳309绕过第三定滑轮304与第四动滑轮308相连，绕过第四动滑轮308的第四滑轮绳310，一端作为第一绳驱动端314，另一端与第三动滑轮307相连，绕过第三动滑轮307的第三滑轮绳311，一端与第一动滑轮305相连，另一端与第二动滑轮306相连，绕过第一动滑轮305和第二动滑轮306的第四滑轮绳310的四个端部作为四个第二绳驱动端315，本具体实施方式以设置五组手指组件2为例，一个第一绳驱动端314和四个第二绳驱动端315，与五组手指组件2一一对应，与手指组件2的指驱动绳224相连，以实现驱动组件301同时带动五组手指组件2协同运动，适应任意物体包络，满足抓握自适应性。第一动滑轮305、第二动滑轮306、第三动滑轮307以及第四动滑轮308均为双层滑轮结构，下层滑轮与第一滑道302或第二滑道303相配合组成移动副，上层滑轮与绳(包含第四滑轮绳310、第三滑轮绳311、第二滑轮绳312以及第一滑轮绳313)相配合以带动手指组件2运动。

在本具体实施方式中，手部支撑单元1包括相连的手掌支撑件101和腕部支撑件102，手掌支撑件101与人体手掌形状相一致，提高机械手的使用舒适度，手指单元与手掌支撑件101相连，协同驱动单元3设置于手掌支撑件101上，实际应用中，手掌支撑件101能够支撑使用者手掌，腕部支撑件102能够支撑使用者的腕部，提高外骨骼康复机械手穿戴后的牢固度，同时减轻使用者负担，提高使用舒适度。

为了增强外骨骼康复机械手与使用者手部的连接稳定性，腕部支撑件102连接有腕部固定环103，固定环可采用魔术贴或腕带的形式，提升使用便捷度，腕部支撑件102和手掌支撑件101朝向腕部固定环103的一侧均为曲面，适应人体手掌以及腕部形态，提升用户体验。

本发明的外骨骼康复机械手，能够通过连杆结构实现指内关节协同运动，从而完成对抓握物体的表面自适应过程，充分利用了指段长度变化的特征来驱动指关节转动。另外，连接结构的半圆形空间结构(各驱动曲杆与从动曲杆形成的结构)在提高可穿戴性的同时，还保证了机构可穿戴性与机构自适应运动的协调与平衡。与此同时，手指组件2将双球副关节(第一球副关节205和第二球副关节206)与指关节驱动组件有效的融合，从而简化了复杂的指掌关节机构，且具有通用性。进一步地，通过协同驱动单元3实现其抓握运动的自适应的同时还能提供稳定的抓取力，结构简单且可靠，简化了复杂的多电机控制。本发明的外骨骼康复机械手，能够帮助残疾人实现基本抓握功能，还能够帮助使用者进行康复训练，除此之外，还能够使正常人实现手部力量增强。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种外骨骼康复机械手，其特征在于，包括手部支撑单元和设置于所述手部支撑单元上的：

手指单元，所述手指单元包括若干组手指组件，所述手指组件包括指掌支撑架、第一指段、第二指段和第三指段，所述指掌支撑架与所述手部支撑单元相连，所述第一指段可转动地与所述指掌支撑架相连，定义所述指掌支撑架与所述手部支撑单元的连接面所在平面为手掌面，所述第一指段能够在平行于所述手掌面的平面内相对于所述指掌支撑架转动，所述第一指段还能够在垂直于所述手掌面的平面内相对于所述指掌支撑架转动；所述第二指段可转动地与所述第一指段相连，所述第三指段可转动地与所述第二指段转动，所述第二指段和所述第三指段能够在垂直于所述手掌面的平面内相对于所述第一指段转动，所述第一指段位于所述第二指段与所述指掌支撑架之间，所述第三指段位于所述第二指段远离所述第一指段的一端；所述指掌支撑架与所述第一指段之间设置第一球副关节和第二球副关节，所述指掌支撑架连接有第一驱动曲杆，所述第一指段连接有第一球副短杆，所述第一球副短杆可转动地与所述第一驱动曲杆相连形成所述第一球副关节，所述第一指段连接有球副半圆杆，所述球副半圆杆可转动地与所述指掌支撑架相连形成所述第二球副关节，所述第一球副短杆与所述第一驱动曲杆的抵接面以及所述球副半圆杆与所述指掌支撑架的抵接面均为球面，所述第一球副短杆、所述第一驱动曲杆以及所述球副半圆杆所在平面均垂直于所述手掌面；

协同驱动单元，若干组所述手指组件均分别与所述协同驱动单元传动相连，所述协同驱动单元能够带动所述手指组件运动；所述协同驱动单元包括驱动组件、双滑道组件和绳轮组件，所述驱动组件为电机减速器，所述双滑道组件包括平行设置的第一滑道和第二滑道，所述绳轮组件包括第三定滑轮、第一动滑轮、第二动滑轮、第三动滑轮和第四动滑轮，所述第三定滑轮可转动地设置于所述手部支撑单元上，所述第一动滑轮和所述第四动滑轮可滑动地设置于所述第一滑道内，所述第二动滑轮和所述第三动滑轮可滑动地设置于所述第二滑道内，所述驱动组件的输出端利用驱动绳与所述第三定滑轮传动相连，所述驱动绳绕过所述第三定滑轮与所述第四动滑轮相连，所述第四动滑轮绕设有第四滑轮绳，所述第四滑轮绳的一端作为第一绳驱动端，所述第四滑轮绳的另一端绕过所述第四动滑轮与所述第三动滑轮相连，所述第三动滑轮绕设有第三滑轮绳，所述第三滑轮绳的一端连接第二动滑轮，所述第三滑轮绳的另一端绕过所述第三动滑轮与所述第一动滑轮相连，所述第一动滑轮和所述第二动滑轮均分别绕设有第一滑轮绳、第二滑轮绳，绕过所述第一动滑轮的所述第一滑轮绳的两端和绕过所述第二动滑轮的所述第二滑轮绳的两端作为四个第二绳驱动端，所述第一绳驱动端和四个所述第二绳驱动端均能够与所述手指组件相连。

2.根据权利要求1所述的外骨骼康复机械手，其特征在于：所述第一驱动曲杆可滑动地与所述指掌支撑架相连，所述球副半圆杆可转动地与所述第一指段相连，所述第一球副短杆与所述第一球副半圆杆之间设置第一旋转杆，所述第一旋转杆的一端与所述第一球副短杆铰接，所述第一旋转杆的另一端与所述球副半圆杆铰接，所述第一指段与所述指掌支撑架之间设置第一单弹簧。

3.根据权利要求2所述的外骨骼康复机械手，其特征在于：所述第一旋转杆连接有第一从动曲杆，所述第一旋转杆和所述第一从动曲杆的铰接轴线与所述第一旋转杆和所述第一球副短杆的铰接轴线重合，所述第一从动曲杆远离所述第一旋转杆的一端与第二驱动曲杆铰接，所述第一从动曲杆与所述第一驱动曲杆的铰接轴线处设置有第二滚轮，所述第二滚轮可滑动地与所述第一指段相连，所述第二驱动曲杆远离所述第一指段的一端与第二从动曲杆铰接，所述第二驱动曲杆还连接有第二旋转杆，所述第二旋转杆和所述第二驱动曲杆的铰接轴线与所述第二驱动曲杆和所述第二从动曲杆的铰接轴线重合，所述第二旋转杆的另一端可转动地与所述第二指段相连，所述第二指段相对于所述第一指段的转动轴线与所述第二旋转杆和所述第二指段的铰接轴线重合；所述第一指段与所述第二指段之间设置第二单弹簧；所述第二从动曲杆远离所述第二旋转杆的一端连接有第三驱动曲杆，所述第二从动曲杆与所述第三驱动曲杆的铰接轴线处设置有第三滚轮，所述第三滚轮可滑动地与所述第二指段相连，所述第三驱动曲杆远离所述第二从动曲杆的一端可转动地与所述第三指段相连，所述第二指段与所述第三指段之间设置第三单弹簧。

4.根据权利要求2所述的外骨骼康复机械手，其特征在于：第一驱动曲杆与所述指掌支撑架相连的一端连接有第一滚轮，所述第一滚轮可滑动地与所述指掌支撑架相连，所述指掌支撑架连接有第一定滑轮和第二定滑轮，所述第一滚轮位于所述第一定滑轮与所述第二定滑轮之间，指驱动绳绕过所述第一定滑轮以及所述第二定滑轮与所述第一滚轮相连，所述指驱动绳远离所述指掌支撑架的一端与所述协同驱动单元相连；所述指掌支撑架与所述球副半圆杆之间还设置双弹簧。

5.根据权利要求1所述的外骨骼康复机械手，其特征在于：所述第一指段、所述第二指段和所述第三指段均连接有允许人体手指穿过的固定指环；所述第一指段、所述第二指段和所述第三指段朝向所述固定指环的一侧均为与人体手指形状相一致的弧面。

6.根据权利要求1所述的外骨骼康复机械手，其特征在于：所述手指组件的数量为五组，五组所述手指组件与人体手指的分布相一致。

7.根据权利要求1所述的外骨骼康复机械手，其特征在于：所述手部支撑单元包括相连的手掌支撑件和腕部支撑件，所述手掌支撑件与人体手掌形状相一致，所述手指单元与所述手掌支撑件相连，所述协同驱动单元设置于所述手掌支撑件上。

8.根据权利要求7所述的外骨骼康复机械手，其特征在于：所述腕部支撑件连接有腕部固定环，所述腕部支撑件和所述手掌支撑件朝向所述腕部固定环的一侧均为曲面。