CN115054481A - 一种柔性手部康复外骨骼及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性手部康复外骨骼及其工作方法，该外骨骼包括小臂穿戴机构、手指穿戴机构、手掌穿戴机构、电机驱动***和肌电感应***；手指穿戴机构包括五个与人体手指一一对应的手指套；手掌穿戴机构用于穿戴在人体手掌，且手指穿戴机构与手掌穿戴机构之间通过无级调节机构进行连接；电机驱动***与手指穿戴机构连接；肌电感应***用于采集人体手部的肌电信号，且肌电感应***通过中央控制器处理肌肉电信号，同时中央控制器可根据不同状态的肌肉电信号向电机驱动***发出不同的电平信号，从而实现通过肌电信号对电机进行控制。本方案能够进行单指或多指的单独康复训练，同时具有较高的尺寸调节能力，进而提高穿戴舒适性和适应性。

Description

一种柔性手部康复外骨骼及其工作方法

技术领域

本发明涉及可穿戴设备技术领域，具体涉及一种柔性手部康复外骨骼及其工作方法。

背景技术

2015年世界卫生组织指出，全球60岁以上的人群已占总人口的 12. 24%，且这一比例正逐年增加。而脑卒中作为老龄化人群中的高发病，其发病率高达 11. 2%，已经严重影响了人们的日常生活。科学研究发现，人平均每天要进行约1 500次的抓握动作，是人与外界环境沟通交流的重要工具。因此手部康复外骨骼对于偏瘫患者手部的康复与患者的日常生活辅助都有重要意义。

但是目前市面上的手部康复外骨骼种类较少，主要有气动式和电机驱动式，其中气动式的手部康复外骨骼的缺点在于手指关节弯曲角度较小，力度不够，且气泵体积大，不易携带。而电机驱动式的手部康复外骨骼则存在穿戴不舒适且有负重感，关节部位存在刚性冲击，长期佩戴会增加关节损伤的问题。并且现有的手部康复外骨骼基本上都不支持模块化的指套安装，若要进行单指或多指康复训练就需要将手部康复外骨骼穿戴完全，这样会影响单指或多指的康复训练效果，同时现有的手部康复外骨骼的尺寸调节能力不高，由此会影响到穿戴舒适感。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明要解决的技术问题是：如何提供一种能够进行单指或多指的单独康复训练，同时具有较高的尺寸调节能力，进而提高穿戴舒适性的柔性手部康复外骨骼。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种柔性手部康复外骨骼，包括小臂穿戴机构、手指穿戴机构、手掌穿戴机构、电机驱动***和肌电感应***；

所述小臂穿戴机构用于穿戴在人体小臂；

所述手指穿戴机构用于穿戴在人体手指部，以通过所述手指穿戴机构带动人体手指部运动，所述手指穿戴机构采用柔性材料制成，且所述手指穿戴机构包括五个与人体手指一一对应的手指套，且各个所述手指套相互独立安装于所述手掌穿戴机构上，以适应人体不同手指的康复需求；

所述手掌穿戴机构用于穿戴在人体手掌，且所述手指穿戴机构与所述手掌穿戴机构之间通过无级调节机构进行连接，以通过所述无级调节机构适应不同人体的手指长度；

所述电机驱动***与所述手指穿戴机构连接，以通过所述电机驱动***带动所述手指穿戴机构运动；

所述肌电感应***用于采集人体手部的肌电信号，且所述肌电感应***与所述电机驱动***电连接，以使得所述电机驱动***根据所述肌电感应***采集到的人体手部的肌电信号对所述手指穿戴机构进行控制。

在本方案中，以穿戴上本方案后人体的方向作为参考方向，即本方案中的前、后、左、右、上、下分别对应为人体的前、后、左、右、上、下，同时本方案中的轴向为左右方向，竖向为上下方向，纵向为前后方向，且初始状态为人体手指为伸直状态时的各零件的状态。

本发明的工作原理是：本方案的柔性手部康复外骨骼在进行手部的康复训练时，由于各个手指套是独立安装在手掌穿戴机构上的，故在使用前，使用者可以根据康复训练的需要只将需要进行康复训练的手指套安装在手掌穿戴机构上，其余不需要进行康复训练的手指套则可以从手掌穿戴机构上拆卸下，由此实现单指或多指的单独康复训练；当选择好康复训练需要安装的手指套后，再通过无级调节机构调节手指穿戴机构与手掌穿戴机构之间的相对位置关系，当使用者的手指较长时，可以通过无级调节机构相应的增加手指穿戴机构和手掌穿戴机构之间的距离，而当使用者的手指较短时，则可以通过无级调节机构相应的减小手指穿戴机构和手掌穿戴机构之间的距离，由此使得本方案的柔性手部康复外骨骼具有较高的尺寸调节能力，进而提高穿戴的舒适性。同时由于本方案的手指穿戴机构采用柔性材料制成，故本方案的柔性手部康复外骨骼整体使用时更加的轻柔，使用更加的舒适，同时大大降低了整体的重量，方便携带。

当手指套的数量、以及手指穿戴机构和手掌穿戴机构之间的距离调节到位后，通过小臂穿戴机构、手指穿戴机构和手掌穿戴机构将本方案的柔性手部康复外骨骼穿戴在人体手部，此时可以开始进行康复训练。

在进行康复训练时，由肌电感应***实时将采集到的人体手部的肌电信号传递给电机驱动***，电机驱动***根据人体手部的肌电信号判断人体手部的用力情况；当电机驱动***判断人体手部有握紧的趋势时，电机驱动***通过所述手指穿戴机构带动人体手指弯曲；当电机驱动***判断人体手部有放松的趋势时，电机驱动***通过手指穿戴机构带动人体手指伸直复位，由此完成一个康复训练周期，而当电机驱动***判断人体手部保持为放松状态时，电机驱动***则不通过手指穿戴机构带动人体手指运动。

优选的，各个所述手指套均具有与人体对应位置手指的指骨数量相同的多个开口向下的指骨部，且在每个所述手指套上距离所述手掌穿戴机构最近和最远的指骨部朝向手心的一侧均设有手指托件，以使得所述手指套能够穿戴在人体手指，相邻两个所述指骨部过渡连接，在相邻两个所述指骨部之间还开设有倒三角的槽口，所述槽口沿轴向方向贯穿所述手指套，且所述槽口与人体手指的指骨间关节的位置相对应。

这样，手指套采用一体式的柔性设计，加工简单方便，相邻两个指骨部的过渡连接处还可以在训练时存储一定的弹力，进而为手指伸直时提供助力；同时通过在相邻两个指骨部之间设置倒三角的槽口，使其可以在指骨间关节处的同一位置实现弯曲，同时减少了指骨间关节处的连接件，进而减轻了整个外骨骼的重量。

优选的，各个所述手指套均具有与人体对应位置手指的指骨数量相同的多个开口向下的指骨部，且在每个所述指骨部朝向手心的一侧均设有手指托件，以使得所述手指套能够穿戴在人体手指，相邻两个所述指骨部的下端通过滑动组件进行连接，所述滑动组件包括其中一个所述指骨部上的滑动凸起、以及另一个所述指骨部上的滑槽，所述滑槽沿纵向方向设置，且所述滑动凸起伸入所述滑槽并能够在纵向方向沿所述滑槽滑动，以使得相邻两个所述指骨部能够相对运动来适应对应位置手指指骨的运动。

这样，手指套的各个指骨部单独进行加工设计，相邻两个指骨部采用滑动凸起和滑槽的配合方式进行柔性连接，当人体手指在弯曲和伸直运动时，滑动凸起可以根据人体指骨间关节处的位置变化而在滑槽内自动滑移，以此来提高对人体手指运动的适应性，进而提高穿戴舒适性和康复训练效果。

优选的，在每个所述指骨部的上端均设有安装柱，且相邻两个安装柱之间套设有弹性件，且所述弹性件在初始状态时为自由伸长状态。

这样，通过设置弹性件，当手指部带动人体手指弯曲时，弹性件被拉长以存储能量，当手指部带动人体手指回到伸直状态时，弹性件通过存储的能量提供回弹力以为手指伸直提供助力效果。

优选的，所述无级调节机构包括多个无级调节组件，所述无极调节组件与所述手指套一一对应，所述无级调节组件包括调节杆和调节座，所述调节杆与所述手指套连接，所述调节座设于所述手掌穿戴机构，在所述调节座上沿纵向方向开设有调节孔，所述调节杆远离其连接所述手指套的一端滑动穿过所述调节孔，以使得所述调节杆沿所述调节孔移动时能够带动所述手指套沿纵向方向移动，在所述调节座上沿竖向方向开设有螺纹孔，所述螺纹孔与所述调节孔相连通，在所述螺纹孔处设有与所述螺纹孔螺纹连接的压紧螺栓，所述压紧螺栓穿过所述螺纹孔并伸入到所述调节孔内，所述压紧螺栓能够在所述螺纹孔内竖向移动，以使得所述压紧螺栓能够与所述调节杆相抵或分离。

这样，当不同的使用者穿戴本方案的外骨骼时，由于不同使用者的手指长度不完全一致，故此时为了提高穿戴的舒适性，需要通过无级调节机构调节手指穿戴机构和手掌穿戴机构之间的距离，此时旋转压紧螺栓，使得压紧螺栓向远离调节杆的方向移动，直到压紧螺栓与调节杆分离，此时调节杆可以沿调节孔移动，调节杆移动将带动手指套移动，当手指套移动到合适的位置时，反向旋转压紧螺栓，使得压紧螺栓向靠近调节杆的方向移动，直到压紧螺栓与调节杆相抵，此时在压紧螺栓的作用下，调节杆的位置保持固定，由此手指套的位置也保持不变，实现了对手指套位置的调节。同时，本方案在调节时，调节杆可以根据需要任意的移动到调节孔的不同位置，从而实现了调节杆位置的无级调节，进而实现手指套位置的无级调节，以更好的满足不同使用者的穿戴需求。

优选的，所述电机驱动***包括控制器、以及多个电机组件，所述电机组件与所述手指套一一对应，所述电机组件包括电机和拉绳，所述电机的转轴上套设有绕线轮，所述拉绳的一端与所述手指套连接，所述拉绳远离其连接所述手指套的一端缠绕在所述绕线轮上，以使得所述电机带动所述绕线轮转动时，所述拉绳能够在所述绕线轮上运动以带动所述手指套运动，所述肌电感应***与所述中央控制器电连接，所述中央控制器与所述电机电连接，以使得所述中央控制器能够根据所述肌电感应***采集到的人体手部的肌电信号对所述电机进行控制。

这样，在进行康复训练时，肌电感应***将采集到的人体手部的肌电信号发送给中央控制器，中央控制器则对该肌电信号进行判断，当中央控制器根据该肌电信号判断人体手部有握紧趋势时，中央控制器控制电机正向转动，使得电机带动绕线轮正向转动，绕线轮正向转动使得拉绳不断缠绕在绕线轮上，则此时拉绳的另一端将带动手指套弯曲，进而手指套带动人体手指弯曲；当中央控制器根据肌电信号判断人体手部有放松的趋势时，中央控制器控制电机反向转动，电机带动绕线轮反向转动，绕线轮反向转动使得拉绳不断从绕线轮上放松，手指套上的弹性件通过回弹力带动手指套回到伸直状态，进而手指套带动人体手指回到伸直状态，由此完成一个康复训练周期。

优选的，在所述电机的转轴上套设有绕线轮，在每个所述指骨部的轴向两侧对称设有安装凸起，所述安装凸起上开设有沿纵向方向贯穿所述安装凸起的安装孔，所述拉绳的一端缠绕在所述绕线轮上，所述拉绳的另一端依次穿过各个所述指骨部其中一侧的所述安装孔、各个所述指骨部另一侧的所述安装孔后再次缠绕在所述绕线轮上，以使得所述拉绳能够同时对所述手指套的轴向两侧产生作用力。

这样，通过在电机转轴上设置绕线轮，同时将拉绳的依次穿过各个指骨部两侧的安装孔后缠绕在绕线轮上，这样使得在进行康复训练时，拉绳可以对手指的轴向两侧同时产生作用力，由此使得手指各个位置的两侧均具有相同的运动趋势，进而保证康复训练的效果。

优选的，所述肌电感应***包括肌电传感器，且所述肌电传感器放置在小臂承载台内部。

优选的，所述小臂穿戴机构包括小臂承载台和电机装载台，所述小臂承载台和所述电机装载台通过小臂绑带进行连接，且所述小臂承载台、所述电机装载台和所述小臂绑带之间形成用于容纳人体小臂的空间，且在所述小臂承载台朝向所述电机装载台的一侧设有第一海绵垫片，所述电机装载台朝向所述小臂承载台的一侧设有第二海绵垫片；

所述中央控制器设于所述小臂承载台内，所述电机设于所述电机装载台内，在所述电机装载台上还设有多个控制按钮，所述控制按钮与所述电机一一对应连接，以通过所述控制按钮对相应的所述电机进行控制。

这样，第一海绵垫片和第二海绵垫片的设置可以提高穿戴的舒适性，控制按钮与电机一一对应，可以通过各个控制按钮实现对电机的单独控制。

优选的，所述手掌穿戴机构包括手背包覆件和手心托板，所述手背包覆件和所述手心托板之间通过手部绑带进行连接，且所述手背包覆件、所述手心托板和所述手部绑带之间形成用于容纳人体手部的空间。

一种如上述柔性手部康复外骨骼的工作方法，所述肌电感应***将采集到的人体手部的肌电信号传递给所述电机驱动***，所述电机驱动***根据人体手部的肌电信号判断人体手部的用力情况；

当所述电机驱动***判断人体手部有握紧的趋势时，所述电机驱动***通过所述手指穿戴机构带动人体手指弯曲；

当所述电机驱动***判断人体手部有放松的趋势时，所述电机驱动***通过所述手指穿戴机构带动人体手指伸直复位；

当所述电机驱动***判断人体手部保持为放松状态时，所述电机驱动***不通过所述手指穿戴机构带动人体手指运动。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明通过肌电传感器检测人体手部的肌电信号，通过中央控制器判断手部的用力情况，进而控制电机带动绕线轮做出相应运动。本方案在检测到手部有握紧趋势的肌电信号时，拉绳在绕线轮的运动下收紧，带动手指弯曲，此时手指套上方的弹性件拉长绷紧；在检测到手部有放松趋势的肌电信号时，绕线轮反转，拉绳放松，手指套上方的弹性件通过回弹力带动手指回到伸直的状态，由此完成一个康复训练周期。

2、本发明以人体手部的肌电信号作为驱动信号，提升使用者康复训练的参与感，主要用于手部运动功能障碍患者的康复治疗和日常生活辅助，通过康复辅助训练的手段提高患者手部运动功能。其驱动方式为使用电机-拉绳驱动，拉绳捆绑于与电机装配的绕线轮上，在检测到相应的肌电信号的情况下，电机相应进行工作，绕线轮随着电机的运动带动拉绳收放，并在手指套的弹性件的作用下，带动手指的屈伸。

3、本方案的手指套部分可水洗，同时本发明具有两种不同特点的手指套，第一种是具有大回弹特性的手指套，第二种是可自适应调节关节位置的手指套，用户可根据实际需求进行拆卸安装，同时，模块化的设计也可进行多指及单指康复训练，以满足不同的训练模式，并且，可以通过无级调节机构实现手指套位置的调节，适应不同的手指长度，满足大多数人穿戴，更具有可穿戴性。

4、本发明主要部件均使用TPU柔性材料制作，从而使得整个外骨骼更加轻柔，增加了使用者的舒适感，并大大降低了外骨骼整体的重量，更加方便携带，以随时随地进行康复训练。

附图说明

图1为本发明实施例一柔性手部康复外骨骼的结构示意图；

图2为本发明实施例一柔性手部康复外骨骼去除电机装载壳后的结构示意图；

图3为本发明实施例一柔性手部康复外骨骼中手指穿戴机构和手掌穿戴机构的结构示意图；

图4为本发明实施例一柔性手部康复外骨骼中手指部和无级调节组件的结构示意图；

图5为图4的局部***示意图；

图6为本发明实施例二中柔性手部康复外骨骼中的手指部的结构示意图；

图7为本发明柔性手部康复外骨骼的工作方法的流程图；

图8为本发明柔性手部康复外骨骼肌电感应控制的电路连接图。

附图标记说明：小臂穿戴机构1、小臂承载台101、电机装载台102、第一海绵垫片103、小臂绑带104、手指穿戴机构2、手指套201、弹性件202、安装柱203、指骨部204、滑动凸起2041、滑槽2042、槽口205、安装凸起206、手掌穿戴机构3、手背包覆件301、手心托板302、手部绑带303、无级调节机构4、压紧螺栓401、调节杆402、调节座403、肌电感应***5、肌电传感器501、电机驱动***6、电机601、绕线轮602、拉绳603、控制器604、控制按钮605。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施、

学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一个”“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件，并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。“上”“下”“左”“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

实施例一：

如附图1到附图5所示，一种柔性手部康复外骨骼，包括小臂穿戴机构1、手指穿戴机构2、手掌穿戴机构3、电机驱动***6和肌电感应***5；小臂穿戴机构1用于穿戴在人体小臂；手指穿戴机构2用于穿戴在人体手指部，以通过手指穿戴机构2带动人体手指部运动，手指穿戴机构2采用柔性材料制成，具体的，柔性材料为TPU，即热塑性聚氨酯弹性体橡胶，且手指穿戴机构2包括五个与人体手指一一对应的手指套201，且各个手指套201相互独立安装于手掌穿戴机构3上，以适应人体不同手指的康复需求；手掌穿戴机构3用于穿戴在人体手部，且手指穿戴机构2与手掌穿戴机构3之间通过无级调节机构4进行连接，以通过无级调节机构4适应不同人体的手指长度；电机驱动***6与手指穿戴机构2连接，以通过电机驱动***6带动手指穿戴机构2运动；肌电感应***5用于采集人体手部的肌电信号，且肌电感应***5与电机驱动***6电连接，以使得电机驱动***6根据肌电感应***5采集到的人体手部的肌电信号对手指穿戴机构2进行控制。

在本方案中，以穿戴上本方案后人体的方向作为参考方向，即本方案中的前、后、左、右、上、下分别对应为人体的前、后、左、右、上、下，同时本方案中的轴向为左右方向，竖向为上下方向，纵向为前后方向，且初始状态为人体手指为伸直状态时的各零件的状态。

本发明的工作原理是：本方案的柔性手部康复外骨骼在进行手部的康复训练时，由于各个手指套201是独立安装在手掌穿戴机构3上的，故在使用前，使用者可以根据康复训练的需要只将需要进行康复训练的手指套201安装在手掌穿戴机构3上，其余不需要进行康复训练的手指套201则可以从手掌穿戴机构3上拆卸下，由此实现单指或多指的单独康复训练；当选择好康复训练需要安装的手指套201后，再通过无级调节机构4调节手指穿戴机构2与手掌穿戴机构3之间的相对位置关系，当使用者的手指较长时，可以通过无级调节机构4相应的增加手指穿戴机构2和手掌穿戴机构3之间的距离，而当使用者的手指较短时，则可以通过无级调节机构4相应的减小手指穿戴机构2和手掌穿戴机构3之间的距离，由此使得本方案的柔性手部康复外骨骼具有较高的尺寸调节能力，进而提高穿戴的舒适性。同时由于本方案的手指穿戴机构2采用柔性材料制成，故本方案的柔性手部康复外骨骼整体使用时更加的轻柔，使用更加的舒适，同时大大降低了整体的重量，方便携带。

当手指套201的数量、以及手指穿戴机构2和手掌穿戴机构3之间的距离调节到位后，通过小臂穿戴机构1、手指穿戴机构2和手掌穿戴机构3将本方案的柔性手部康复外骨骼穿戴在人体手部，此时可以开始进行康复训练。

在进行康复训练时，由肌电感应***5实时将采集到的人体手部的肌电信号传递给电机驱动***6，电机驱动***6根据人体手部的肌电信号判断人体手部的用力情况；当电机驱动***6判断人体手部有握紧的趋势时，电机驱动***6通过手指穿戴机构2带动人体手指弯曲；当电机驱动***6判断人体手部有放松的趋势时，电机驱动***6通过手指穿戴机构2带动人体手指伸直复位，由此完成一个康复训练周期，而当电机驱动***6判断人体手部保持为放松状态时，电机驱动***6则不通过手指穿戴机构2带动人体手指运动。

在本实施例中，各个手指套201均具有与人体对应位置手指的指骨数量相同的多个开口向下的指骨部204，具体的，在与大拇指对应的手指套201具有两个指骨部204，其余各个手指套201均具有三个指骨部204，且在每个手指套201上距离手掌穿戴机构3最近和最远的指骨部204朝向手心的一侧均设有手指托件（具体的，手指托件可以采用魔术贴绑带的结构形式，以根据穿戴需要对其长度进行调节，从而适应不同的穿戴者），以使得手指套201能够穿戴在人体手指，相邻两个指骨部204过渡连接，在相邻两个指骨部204之间还开设有倒三角的槽口205，槽口205沿轴向方向贯穿手指套201，且槽口205与人体手指的指骨间关节的位置相对应。

这样，手指套201采用一体式的柔性设计，加工简单方便，同时通过在相邻两个指骨部204之间设置倒三角的槽口205，使其可以在指骨间关节处的同一位置实现弯曲，同时减少了指骨间关节处的连接件，进而减轻了整个外骨骼的重量。

在本实施例中，在每个指骨部204的上端均设有安装柱203，且相邻两个安装柱203之间套设有弹性件202，且弹性件202在初始状态时为自由伸长状态。具体的，本方案中的弹性件202为弹性皮筋，每个手指部上有两根弹性皮筋，整个手指穿戴机构2上共有10根弹性皮筋。

这样，通过设置弹性件202，当手指部带动人体手指弯曲时，弹性件202被拉长以存储能量，当手指部带动人体手指回到伸直状态时，弹性件202通过存储的能量提供回弹力以为手指伸直提供助力效果。

在本实施例中，无级调节机构4包括多个无级调节组件，无极调节组件与手指套201一一对应，无级调节组件包括调节杆402和调节座403，调节杆402与手指套201连接，调节座403设于手掌穿戴机构3，在调节座403上沿纵向方向开设有调节孔，调节杆402远离其连接手指套201的一端滑动穿过调节孔，以使得调节杆402沿调节孔移动时能够带动手指套201沿纵向方向移动，在调节座403上沿竖向方向开设有螺纹孔，螺纹孔与调节孔相连通，在螺纹孔处设有与螺纹孔螺纹连接的压紧螺栓401，压紧螺栓401穿过螺纹孔并伸入到调节孔内，压紧螺栓401能够在螺纹孔内竖向移动，以使得压紧螺栓401能够与调节杆402相抵或分离。

这样，当不同的使用者穿戴本方案的外骨骼时，由于不同使用者的手指长度不完全一致，故此时为了提高穿戴的舒适性，需要通过无级调节机构4调节手指穿戴机构2和手掌穿戴机构3之间的距离，此时旋转压紧螺栓401，使得压紧螺栓401向远离调节杆402的方向移动，直到压紧螺栓401与调节杆402分离，此时调节杆402可以沿调节孔移动，调节杆402移动将带动手指套201移动，当手指套201移动到合适的位置时，反向旋转压紧螺栓401，使得压紧螺栓401向靠近调节杆402的方向移动，直到压紧螺栓401与调节杆402相抵，此时在压紧螺栓401的作用下，调节杆402的位置保持固定，由此手指套201的位置也保持不变，实现了对手指套201位置的调节。同时，本方案在调节时，调节杆402可以根据需要任意的移动到调节孔的不同位置，从而实现了调节杆402位置的无级调节，进而实现手指套201位置的无级调节，以更好的满足不同使用者的穿戴需求。

在本实施例中，电机驱动***6包括中央控制器604、以及多个电机组件，电机组件与手指套201一一对应，电机组件包括电机601和拉绳603，电机601的转轴上套设有绕线轮602，拉绳603的一端与手指套201连接，拉绳603远离其连接手指套201的一端缠绕在绕线轮602上，以使得电机601带动绕线轮602转动时，拉绳603能够在绕线轮602上运动以带动手指套201运动，肌电感应***5与中央控制器604电连接，中央控制器604与电机601电连接，以使得中央控制器604能够根据肌电感应***5采集到的人体手部的肌电信号对电机601进行控制。

这样，在进行康复训练时，肌电感应***5将采集到的人体手部的肌电信号发送给中央控制器604，中央控制器604则对该肌电信号进行判断，当中央控制器604根据该肌电信号判断人体手部有握紧趋势时，中央控制器604控制电机601正向转动，使得电机601带动绕线轮602正向转动，绕线轮602正向转动使得拉绳603不断缠绕在绕线轮602上，则此时拉绳603的另一端将带动手指套201弯曲，进而手指套201带动人体手指弯曲；当中央控制器604根据肌电信号判断人体手部有放松的趋势时，中央控制器604控制电机601反向转动，电机601带动绕线轮602反向转动，绕线轮602反向转动使得拉绳603不断从绕线轮602上放松，手指套201上的弹性件202通过回弹力带动手指套201回到伸直状态，进而手指套201带动人体手指回到伸直状态，由此完成一个康复训练周期。

在本实施例中，在电机601的转轴上套设有绕线轮602，具体的，本方案中电机601的转轴上套设一个绕线轮602，在每个指骨部204的轴向两侧对称设有安装凸起206，安装凸起206上开设有沿纵向方向贯穿安装凸起206的安装孔，拉绳603的一端缠绕所述绕线轮602上，拉绳603的另一端依次穿过各个指骨部204其中一侧的安装孔、各个指骨部204另一侧的安装孔后再次缠绕在绕线轮602上，以使得拉绳603能够同时对手指套201的轴向两侧产生作用力。

这样，通过在电机601转轴上设置绕线轮602，同时将拉绳603依次穿过各个指骨部204两侧的安装孔后缠绕在绕线轮602上，这样使得在进行康复训练时，拉绳603可以对手指的轴向两侧同时产生作用力，由此使得手指各个位置的两侧均具有相同的运动趋势，进而保证康复训练的效果。

在本实施例中，肌电感应***5包括肌电传感器501，且肌电传感器501放置在小臂承载台101内部。其中肌电传感器5引出三个电极片，三个电极片中的其中一个与胳膊肘（或没有肌肉活动的区域）相连，另外两个与待测肌肉连接。

在本实施例中，小臂穿戴机构1包括小臂承载台101和电机装载台102，小臂承载台101和电机装载台102通过小臂绑带104进行连接，且小臂承载台101、电机装载台102和小臂绑带104之间形成用于容纳人体小臂的空间，小臂绑带104可以采用魔术贴绑带，以方便粘贴和调整长度来适应不同使用者的穿戴需求，且在小臂承载台101朝向电机装载台102的一侧设有第一海绵垫片103，电机装载台102朝向小臂承载台101的一侧设有第二海绵垫片；

中央控制器604设于小臂承载台101内，电机601设于电机装载台102内，电机装载台102包括电机装载壳和顶盖，在电机装载台102上还设有多个控制按钮605，控制按钮605与电机601一一对应连接，以通过控制按钮605对相应的电机601进行控制。

这样，第一海绵垫片103和第二海绵垫片的设置可以提高穿戴的舒适性，控制按钮605与电机601一一对应，可以通过各个控制按钮605实现对电机601的单独控制。

手掌穿戴机构3包括手背包覆件301和手心托板302，手背包覆件301和手心托板302之间通过手部绑带303进行连接，手部绑带303可以采用魔术贴绑带的结构形式，以方便调整长度和穿戴使用，且手背包覆件301、手心托板302和手部绑带303之间形成用于容纳人体手部的空间。

实施例二：

如附图6所示，与实施例一的不同之处在于，在本实施例中，各个手指套201均具有与人体对应位置手指的指骨数量相同的多个开口向下的指骨部204，且在每个指骨部204朝向手心的一侧均设有手指托件（具体的，手指托件可以采用魔术贴绑带的结构形式，以根据穿戴需要对其长度进行调节，从而适应不同的穿戴者），以使得手指套201能够穿戴在人体手指，相邻两个指骨部204的下端通过滑动组件进行连接，滑动组件包括其中一个指骨部204上的滑动凸起2041、以及另一个指骨部204上的滑槽2042，滑槽2042沿纵向方向设置，且滑动凸起2041伸入滑槽2042并能够在纵向方向沿滑槽2042滑动，以使得相邻两个指骨部204能够相对运动来适应对应位置手指指骨的运动。

这样，手指套201的各个指骨部204单独进行加工设计，相邻两个指骨部204采用滑动凸起2041和滑槽2042的配合方式进行柔性连接，当人体手指在弯曲和伸直运动时，滑动凸起2041可以根据人体指骨间关节处的位置变化而在滑槽2042内自动滑移，以此来提高对人体手指运动的适应性，进而提高穿戴舒适性和康复训练效果。

如附图7所示，一种如上述柔性手部康复外骨骼的工作方法，当按下开始按键后，肌电感应***5开始采集人体手部的肌电信号，肌电感应***5将采集到的人体手部的肌电信号传递给电机驱动***6，电机驱动***6根据人体手部的肌电信号判断人体手部的用力情况；

当电机驱动***6判断人体手部有握紧的趋势时，电机驱动***6通过手指穿戴机构2带动人体手指弯曲；具体的，中央控制器604控制电机601正转，拉绳603带动手指弯曲；

当当电机驱动***6判断人体手部有放松的趋势时，电机驱动***6通过手指穿戴机构2带动人体手指伸直复位；具体的，中央控制器604控制电机601反转，弹性件202带动手指复位伸直；

当电机驱动***6判断人体手部保持为放松状态时，电机驱动***6不通过手指穿戴机构2带动人体手指运动；具体的，中央控制器604控制电机601不运转，拉绳603不对手指产生作用力；

当按下结束按键后，康复训练结束，当未按下结束按键时，肌电感应***5不断采集人体手部的肌电信号给中央控制器604，以不断的进行康复训练。

如附图8所示，本发明使用双导肌肉电模块（EMG）作为肌电感应***，其包括前端的模拟电路采集与后端的数字信号滤波处理。前端采集电路通过通道 1，通道 2 采集人体手臂或者腿部的肌肉电信号，经过一系列信号的放大与滤波，由 OUT1,OUT2 输出模拟采集信号。

具体方法，肌电图肌导联线的红色电极与胳膊肘（或没有肌肉活动的区域）相连，绿色和黄色电极与待测肌肉连接，双导肌肉电模块上的OUT1与中央控制器的A0信号口连接，双导肌肉电模块上的GND与中央控制器的GND接口连接。通过串口监视器显示手部弯曲、手部伸直及手部放松时的肌电信号数据。并记录手部弯曲、伸直和放松时的肌电信号范围。

本发明电路共使用一个9V电源，一个中央控制器，3个电机驱动板，1个EMG双导肌肉电模块，5个直流电机（对应MOTOR1~5）。如附图8所示，其连接方式为：

9V电源对双导肌电模块（EMG）和中央控制器供电。中央控制器对电机驱动板供电（提供5V电压）。

双导肌电模块（EMG）的IN1与IN2接口连接肌电图机导联线（本发明只用一根导联线，使用IN1接口输入肌电信号，OUT1接口输出肌电信号）。肌电图机导联线上的电极片与人体相连，用以检测人体肌电信号。EMG上的OUT1接口连接中央控制器上的A0接口，EMG上的GND接口连接中央控制器上的GND接口。

三个电机驱动板上的IN1~4接口依次接中央控制器上的2~13信号口，电机驱动板上的OUT1~2分别接一个直流电机的正负极，OUT3~4分别接一个直流电机的正负极。（注：3个电机驱动板共接5个直流电机，其中一个电机驱动板只接一个直流电机，另两个电机驱动板分别接两个直流电机）。

与现有技术相比，本发明通过肌电传感器501检测人体手部的肌电信号，通过中央控制器604判断手部的用力情况，进而控制电机601带动绕线轮602做出相应运动。本方案在检测到手部有握紧趋势的肌电信号时，拉绳603在绕线轮602的运动下收紧，带动手指弯曲，此时手指套201上方的弹性件202拉长绷紧；在检测到手部有放松趋势的肌电信号时，绕线轮602反转，拉绳603放松，手指套201上方的弹性件202通过回弹力带动手指回到伸直的状态，由此完成一个康复训练周期。本发明以人体手部的肌电信号作为驱动信号，提升使用者康复训练的参与感，主要用于手部运动功能障碍患者的康复治疗和日常生活辅助，通过康复辅助训练的手段提高患者手部运动功能。其驱动方式为使用电机601-拉绳603驱动，拉绳603捆绑于与电机601装配的绕线轮602上，在检测到相应的肌电信号的情况下，电机601相应进行工作，绕线轮602随着电机601的运动带动拉绳603收放，并在手指套201的弹性件202的作用下，带动手指的屈伸。本方案的手指套201部分可水洗，同时本发明具有两种不同特点的手指套201，第一种是具有大回弹特性的手指套201，第二种是可自适应调节关节位置的手指套201，用户可根据实际需求进行拆卸安装，同时，模块化的设计也可进行多指及单指康复训练，以满足不同的训练模式，并且，可以通过无级调节机构4实现手指套201位置的调节，适应不同的手指长度，满足大多数人穿戴，更具有可穿戴性。本发明主要部件均使用TPU柔性材料制作，从而使得整个外骨骼更加轻柔，增加了使用者的舒适感，并大大降低了外骨骼整体的重量，更加方便携带，以随时随地进行康复训练。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种柔性手部康复外骨骼，其特征在于，包括小臂穿戴机构、手指穿戴机构、手掌穿戴机构、电机驱动***和肌电感应***；

所述小臂穿戴机构用于穿戴在人体小臂；

所述手指穿戴机构用于穿戴在人体手指部，以通过所述手指穿戴机构带动人体手指部运动，所述手指穿戴机构采用柔性材料制成，且所述手指穿戴机构包括五个与人体手指一一对应的手指套，且各个所述手指套相互独立安装于所述手掌穿戴机构上，以适应人体不同手指的康复需求；

所述手掌穿戴机构用于穿戴在人体手掌，且所述手指穿戴机构与所述手掌穿戴机构之间通过无级调节机构进行连接，以通过所述无级调节机构适应不同人体的手指长度；

所述电机驱动***与所述手指穿戴机构连接，以通过所述电机驱动***带动所述手指穿戴机构运动；

所述肌电感应***用于采集人体手部的肌电信号，且所述肌电感应***与所述电机驱动***电连接，以使得所述电机驱动***根据所述肌电感应***采集到的人体手部的肌电信号对所述手指穿戴机构进行控制。

2.根据权利要求1所述的柔性手部康复外骨骼，其特征在于，各个所述手指套均具有与人体对应位置手指的指骨数量相同的多个开口向下的指骨部，且在每个所述手指套上距离所述手掌穿戴机构最近和最远的指骨部朝向手心的一侧均设有手指托件，以使得所述手指套能够穿戴在人体手指，相邻两个所述指骨部过渡连接，在相邻两个所述指骨部之间还开设有倒三角的槽口，所述槽口沿轴向方向贯穿所述手指套，且所述槽口与人体手指的指骨间关节的位置相对应。

3.根据权利要求1所述的柔性手部康复外骨骼，其特征在于，各个所述手指套均具有与人体对应位置手指的指骨数量相同的多个开口向下的指骨部，且在每个所述指骨部朝向手心的一侧均设有手指托件，以使得所述手指套能够穿戴在人体手指，相邻两个所述指骨部的下端通过滑动组件进行连接，所述滑动组件包括其中一个所述指骨部上的滑动凸起、以及另一个所述指骨部上的滑槽，所述滑槽沿纵向方向设置，且所述滑动凸起伸入所述滑槽并能够在纵向方向沿所述滑槽滑动，以使得相邻两个所述指骨部能够相对运动来适应对应位置手指指骨的运动。

4.根据权利要求2或3所述的柔性手部康复外骨骼，其特征在于，在每个所述指骨部的上端均设有安装柱，且相邻两个安装柱之间套设有弹性件，且所述弹性件在初始状态时为自由伸长状态。

5.根据权利要求2或3所述的柔性手部康复外骨骼，其特征在于，所述无级调节机构包括多个无级调节组件，所述无极调节组件与所述手指套一一对应，所述无级调节组件包括调节杆和调节座，所述调节杆与所述手指套连接，所述调节座设于所述手掌穿戴机构，在所述调节座上沿纵向方向开设有调节孔，所述调节杆远离其连接所述手指套的一端滑动穿过所述调节孔，以使得所述调节杆沿所述调节孔移动时能够带动所述手指套沿纵向方向移动，在所述调节座上沿竖向方向开设有螺纹孔，所述螺纹孔与所述调节孔相连通，在所述螺纹孔处设有与所述螺纹孔螺纹连接的压紧螺栓，所述压紧螺栓穿过所述螺纹孔并伸入到所述调节孔内，所述压紧螺栓能够在所述螺纹孔内竖向移动，以使得所述压紧螺栓能够与所述调节杆相抵或分离。

6.根据权利要求2或3所述的柔性手部康复外骨骼，其特征在于，所述电机驱动***包括中央控制器、以及多个电机组件，所述电机组件与所述手指套一一对应，所述电机组件包括电机和拉绳，所述电机的转轴上套设有绕线轮，所述拉绳的一端与所述手指套连接，所述拉绳远离其连接所述手指套的一端缠绕在所述绕线轮上，以使得所述电机带动所述绕线轮转动时，所述拉绳能够在所述绕线轮上运动以带动所述手指套运动，所述肌电感应***与所述中央控制器电连接，所述中央控制器与所述电机电连接，以使得所述控制器能够根据所述肌电感应***采集到的人体手部的肌电信号对所述电机进行控制。

7.根据权利要求6所述的柔性手部康复外骨骼，其特征在于，在所述电机的转轴上套设有绕线轮，在每个所述指骨部的轴向两侧对称设有安装凸起，所述安装凸起上开设有沿纵向方向贯穿所述安装凸起的安装孔，所述拉绳的一端缠绕在所述绕线轮上，所述拉绳的另一端依次穿过各个所述指骨部其中一侧的所述安装孔、各个所述指骨部另一侧的所述安装孔后再次缠绕在所述绕线轮上，以使得所述拉绳能够同时对所述手指套的轴向两侧产生作用力。

8.根据权利要求6所述的柔性手部康复外骨骼，其特征在于，所述肌电感应***包括肌电传感器，且所述肌电传感器放置在小臂承载台内部。

9.根据权利要求6所述的柔性手部康复外骨骼，其特征在于，所述小臂穿戴机构包括小臂承载台和电机装载台，所述小臂承载台和所述电机装载台通过小臂绑带进行连接，且所述小臂承载台、所述电机装载台和所述小臂绑带之间形成用于容纳人体小臂的空间，且在所述小臂承载台朝向所述电机装载台的一侧设有第一海绵垫片，所述电机装载台朝向所述小臂承载台的一侧设有第二海绵垫片；

所述中央控制器设于所述小臂承载台内，所述电机设于所述电机装载台内，在所述电机装载台上还设有多个控制按钮，所述控制按钮与所述电机一一对应连接，以通过所述控制按钮对相应的所述电机进行控制。

10.一种如权利要求1所述的柔性手部康复外骨骼的工作方法，其特征在于，所述肌电感应***将采集到的人体手部的肌电信号传递给所述电机驱动***，所述电机驱动***根据人体手部的肌电信号判断人体手部的用力情况；

当所述电机驱动***判断人体手部有握紧的趋势时，所述电机驱动***通过所述手指穿戴机构带动人体手指弯曲；

当所述电机驱动***判断人体手部有放松的趋势时，所述电机驱动***通过所述手指穿戴机构带动人体手指伸直复位；

当所述电机驱动***判断人体手部保持为放松状态时，所述电机驱动***不通过所述手指穿戴机构带动人体手指运动。

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