CN116617048A - 基于绳索驱动的手部康复外骨骼及其康复训练方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于绳索驱动的手部康复外骨骼及其康复训练方法，手部康复外骨骼包括控制***、传感器***、手指驱动器机构、小臂杆件、手背杆件、手部康复外骨骼执行机构以及大拇指康复机构；手部康复外骨骼执行机构包括近端指间关节自适应机构和远端指间关节康复闭环机构；手指驱动机构包括手指伸弯动力组件和指尖伸弯动力组件、大拇指伸弯动力组件、多组绳索传动机构，绳索传动机构包括绳索弹簧传动机构和滑轮组传动机构；手指驱动机构驱动手部康复外骨骼执行机构执行伸直动作或弯曲动作。该手部康复外骨骼及其康复训练方法，可辅助手指弯曲或伸展以及抓取训练，设备的适应性和使用舒适性好，穿戴方便，适用于中风患者手部的康复训练。

Description

基于绳索驱动的手部康复外骨骼及其康复训练方法

技术领域

本发明涉及外骨骼机器人技术领域，特别是涉及一种基于绳索驱动的手部康复外骨骼及其康复训练方法。

背景技术

根据世界卫生组织报告，全球每年新增有数千万个中风患者，我国约占1/3，近年来，中风病在我国的发病率继续增加，具有极其高的致残率和致死率，多发于中老年人。在脑卒中的诸多后遗症中，手部功能障碍是脑卒中后偏痛患者最常见的障碍之一。中风后偏瘫患者容易出现瘫痪的手部肿痛，患侧手的关节屈伸困难，后期则容易出现手部肌肉萎缩，手掌变平，最后导致手的运动功能永久性的丧失。手部精细运动发生障碍，会严重影响患者日常生活活动。传统的康复方法一般有医生和医疗师进行辅助康复，然而随着脑中卒发病率的增加，康复医师和康复资源却十分置乏，除此之外，这种被动的接受康复，不仅不能让患者得到实时的治疗效果反馈信息，还缺乏主动性。因此，许多患者选择在家里自行训练，可能会导致训练强度不够、训练方法不够科学性，从而贻误了康复的最佳时机。

随着机器人计算机科学技术的发展，机器人辅助康复技术开始应用于康复医疗领域，手部康复机器人目前已经成为一个有效的解决方案，手部外骨骼康复机器人，一种机电一体化装置，可以穿戴在患者手部，帮助患者康复，提供可控的力和力矩。利用手部医疗机器人可以减轻医生的负担，并且解决康复医师和康复资源紧缺的问题。通过穿戴手部外骨骼康复机器人，患者可以根据强度自行训练，也可以长时间，重复性锻炼。由于力和力矩由电机产生，可以自己制定康复方案和内容，可以实时得到自己的康复信息，根据得到的康复信息，康复数据，不断优化适合自己训练强度和科学的训练方法。基于机器人的康复方案和传统疗法对患者事实上产生类似的积极效果。但机器人和辅助设备的主要优势是执行高治疗剂量同时提供半独立运动，这已被证明可以增加动力。

现有的手部外骨骼机器人，在手上安装方式来看，主要有两种，分别是，外骨骼式和内置手掌式，分别在手背一侧和手心一侧，它们的牵引方式也不一样，外骨骼式康复机器人一般由转动关节牵引，即每一个生物手的关节都有转动关节，都需要牵引。而内置手掌式康复机器人大多是末端牵引运动，因为手指的掌指关节、近端指间关节、远端指间关节之间具有耦合关系，因此该种康复机器人可驱动手指运动的范围较小，且手部无法触及和操纵物体而进行抓取训练。传统的纯刚性外骨骼手部康复机器人，质量大、自适应差、刚性冲击严重，而柔性外骨骼机器人虽然质量轻、贴合度高，但是其运动传递不准确、控制难度大，且它们通常无法在康复训练中提供足够的输出力，而手部运动障碍的中风患者，通常伸展手指比弯曲手指更加困难，有更大的阻力。

因此，需要研究运动传递准确，提供手指伸展过程中到每一个关节上的力或力矩，并兼具柔性的手部外骨骼机器人。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对以上问题，本发明的一种基于绳索驱动的手部康复外骨骼及其康复训练方法，采用绳索驱动的刚性连杆外骨骼机器人，可以通过绳索驱动杆关节，自适应人手关节，能为手部功能障碍患者提供期望的辅助力矩，帮助手部功能障碍患者康复训练。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：

一种基于绳索驱动的手部康复外骨骼，包括控制***、传感器***、手指驱动器机构、佩戴于小臂部位的小臂杆件、佩戴于手背部位的手背杆件、分别佩戴于非大拇指上的四个手部康复外骨骼执行机构以及佩戴于大拇指上的大拇指康复机构；

所述手部康复外骨骼执行机构包括近端指间关节自适应机构和与近端指间关节自适应机构转动连接的远端指间关节康复闭环机构；

所述手指驱动机构包括分别固定设置于小臂杆件上的手指伸弯动力组件和指尖伸弯动力组件、固定设置于手背杆件上的大拇指伸弯动力组件、固定设置于手背杆件上的多组绳索传动机构，所述绳索传动机构包括绳索弹簧传动机构和滑轮组传动机构；

所述手指伸弯动力组件的动力输出端分别通过四组绳索传动机构的滑轮组传动机构与四个近端指间关节自适应机构的两个动力输入端对应传动连接，驱动四个近端指间关节自适应机构执行机构同步执行伸直动作或弯曲动作；

所述指尖伸弯动力组件的动力输出端分别通过四组绳索传动机构的绳索弹簧传动机构与四个远端指间关节康复闭环机构的两个动力输入端对应传动连接，驱动四个远端指间关节康复闭环机构同步执行伸直动作或弯曲动作；

所述大拇指伸弯动力组件的动力输出端通过一组滑轮组传动机构分别与大拇指康复机构的两个动力输入端对应传动连接，驱动大拇指康复机构执行伸直动作或弯曲动作；

所述控制***固定设置于小臂杆件上并与手指驱动机构的控制端电连接，所述传感器***安装于手指驱动机构的各个动力传动位置和指骨上并与控制***传输连接，传感器***检测手指驱动机构的运行状态信息并传送至控制***。

进一步的，所述近端指间关节自适应机构包括佩戴于近指骨上的第三指套和佩戴于中指骨上的第二指套，所述第三指套的顶部转动连接有第一连杆，第一连杆的另一端转动连接有第二连杆，第二连接杆的另一端转动连接有滑块，所述第二指套的顶面固定设置有滑轨底座，所述滑块滑动嵌设于滑轨底座内；

所述滑块的顶部转动连接有推杆，推杆的另一端转动设置有滚子，所述第三指套的侧面固定连接有导向槽板，导向槽板上开设有第二凸轮槽，所述滚子滚动嵌设于第二凸轮槽内。

进一步的，所述远端指间关节康复闭环机构包括佩戴于远指骨上的第一指套，所述第一指套的顶部转动连接有第四连杆，第四连杆的另一端转动连接有第三连杆，且第四连杆的端部在该转动连接处的转轴两侧分别固定设置有绳索连接柱，第三连杆的另一端转动连接于滑块的顶部。

进一步的，所述手指伸弯动力组件和指尖伸弯动力组件均包括固定安装于小臂杆件上的减速器、固定连接于减速器动力输入端上的电机、固定连接于减速器动力输出端上的主动锥齿轮、转动安装于小臂杆件上并与主动锥齿轮啮合传动的从动锥齿轮以及与从动锥齿轮同轴设置的滑轮组；

所述大拇指伸弯动力组件包括固定安装于手背杆件上的第三减速器、固定连接于减速器动力输入端上的第三电机以及固定连接于第三减速器动力输出端上的第九滑轮。

进一步的，所述主动锥齿轮和从动锥齿轮的传动比为5～2:1。

进一步的，所述绳索弹簧传动机构包括用于拉伸手指的第一绳索和用于弯曲手指的第二绳索，所述第一绳索的一端和第二绳索的一端分别固定连接于指尖伸弯动力组件输出端的滑轮组中同一个滑轮的转轴两侧，第一绳索的另一端和第二绳索的另一端分别固定连接于同一个第四连杆转轴两侧的绳索连接柱上。

进一步的，所述滑轮组传动机构包括滑轮安装架、用于拉伸手指的第三绳索和用于弯曲手指的第四绳索，所述滑轮安装架的侧壁内开设有第一凸轮槽，所述第三指套靠近滑轮安装架的一侧设置有佩戴于近指骨上的上固定杆指套，固定杆指套上固定连接有固定杆，固定杆的端部两侧分别转动安装有第一动滑轮和第二动滑轮，第一动滑轮和第二动滑轮分别滚动嵌设于两侧的第一凸轮槽内；

滑轮安装架的一侧侧壁内分别转动安装有位于第一动滑轮上方的第一定滑轮、位于第一动滑轮下方的第二定滑轮和第三定滑轮，滑轮安装架的另一侧侧壁内分别转动安装有位于第二动滑轮上方的第四定滑轮和第五定滑轮、位于第二动滑轮下方的第六定滑轮，所述第一连杆的端部两侧分别固定连接有同轴设置的第七定滑轮和第八定滑轮；

所述第三绳索的一端和第四绳索的一端分别固定连接于手指伸弯动力组件输出端的滑轮组中同一个滑轮的转轴两侧，第三绳索的另一端经第一定滑轮的上侧依次绕过第一动滑轮和第二定滑轮再由第三定滑轮的上侧经第七定滑轮的顶部绕至第七定滑轮的底部并固定连接，所述第四绳索的另一端经第四定滑轮的下侧依次绕过第五定滑轮和第二动滑轮再由第六定滑轮的上侧经第八定滑轮的底部绕至第八定滑轮的顶部并固定连接。

进一步的，所述控制***包括分别固定安装于小臂杆件上的单片机、电机控制器、锂电池、单片机开关和外骨骼急停开关，所述单片机与电机控制器连接，电机控制器分别与手指驱动器机构的动力源连接，所述传感器***的各个信号输出端分别与单片机的信号输入端连接，所述锂电池分别单片机和电机控制器连接，所述外骨骼急停开关串接于锂电池的输出端，单片机开关串接于单片机的供电端。

还提出了一种基于绳索驱动的手部康复外骨骼的康复训练方法，包括以下步骤：

S10、手部功能障碍患者穿戴手部康复外骨骼后，启动单片机开关和外骨骼急停开关，进行***的初始化；

S20、传感***和控制***启动运行；

S30、传感器***中的各个角度传感器、拉力传感器、压力传感器和编码器采集穿戴者手部动作信息和手指驱动器机构的运动信息，并将采集的信息发送给单片机，单片机对接收到的信息数据进行实时分析处理，单片机发送指令控制至电机控制器；

S40、电机控制器根据接收的单片机的控制信号控制手指驱动器机构执行相应动作，辅助患者手指交替进行拉伸动作和弯曲动作；

S50、重复执行步骤S30和步骤S40，直至训练结束；

S60、训练结束后，关闭外骨骼急停开关和单片机开关，患者脱下手部康复外骨骼。

进一步的，步骤S40中，手指驱动器机构对控制信号的具体响应方式如下：

S401、手部康复外骨骼驱动手指进行弯曲动作：

手指伸弯动力组件通电并输出正向控制力矩，通过滑轮组传动机构驱动固定杆和近端指间关节自适应机构依次逆时针转动，固定杆驱动近指骨相对于手掌逆时针转动、近端指间关节自适应机构驱动中指骨相对于近指骨逆时针转动，从而驱动手指进行弯曲运动；

指尖伸弯动力组件通电并输出正向控制力矩，通过绳索弹簧传动机构驱动远端指间关节康复闭环机构逆时针转动，远端指间关节康复闭环机构驱动远指骨相对于中指古逆时针转动，从而驱动指尖进行弯曲运动；

大拇指伸弯动力组件通电并输出正向控制力矩，通过滑轮组传动机构驱动大拇指康复机构逆时针转动，大拇指康复机构驱动远指骨相对于近指骨逆时针转动，进而驱动大拇指进行弯曲运动；

S402、手部康复外骨骼驱动手指进行拉伸动作：

手指伸弯动力组件通电并输出反向控制力矩，通过滑轮组传动机构驱动固定杆和近端指间关节自适应机构依次顺时针转动，固定杆驱动近指骨相对于手掌顺时针转动、近端指间关节自适应机构驱动中指骨相对于近指骨顺时针转动，从而驱动手指进行拉伸运动；

指尖伸弯动力组件通电并输出反向控制力矩，通过绳索弹簧传动机构驱动远端指间关节康复闭环机构顺时针转动，远端指间关节康复闭环机构驱动远指骨相对于中指骨顺时针转动，从而驱动指尖进行拉伸运动；

大拇指伸弯动力组件通电并输出反向控制力矩，通过滑轮组传动机构驱动大拇指康复机构顺时针转动，大拇指康复机构驱动远指骨相对于近指骨顺时针转动，从而驱动大拇指进行拉伸运动。

与现有技术相比较，本发明的有益效果如下：

本发明主要用外骨骼式，相比于内置式，外骨骼式运动范围更大，手指得到大的运动范围，同时允许用手触及和操纵物体，这会使康复效果更好。绳索将力传递到杆关节，辅助手指屈曲、伸展，在手指弯曲和伸展的过程中，连杆运动传递准确。根据掌指关节关节和近端指间关节运动轨迹，设有运动轨迹凸轮，自适应曲柄滑块，提高患者在康复过程中的适应性和舒适性。

1.相较于现有的刚性执行器，本发明基于绳索驱动的手部康复外骨骼由绳索驱动，绳索驱动的执行器设计更加灵活，不需要与生物关节共线，有足够的绳索布线空间，执行器的动力驱动机构可以与执行器分别独立放置固定，从而提高使用者的使用舒适度以及减少执行器的重量，降低使用者的手部负担。

2.与现有技术中的由多个电机驱动一个手指进行运动相比较，本发明基于绳索驱动的手部康复外骨骼由一个电机驱动四个手指的远端指间关节，将绳索固定在滑轮上，通过绳索拉力引起弹簧的形变进行扭矩控制，为手部功能障碍患者提供可控的辅助扭矩。

3.本发明手部康复外骨骼的执行结构中的近端指间关节自适应机构，采用曲柄滑块机构，通过滑块在滑轨底座上的移动，自适应近端指关节，补偿运动过程中的关节错位，通过设置凸轮槽、自适应曲柄滑块机构，可提高设备的适应性和使用舒适性。又通过凸轮机构，检测手为了执行屈伸的运动而向机器人关节施加的力，曲柄滑块自适应机构自适应的效果，可由布置在凸轮机构上的压力传感器对比得到。

4.本发明基于绳索驱动的手部康复外骨骼，采用动、定滑轮组，通过绳索受力，拉动杆转动和拉动动滑轮在凸轮槽内移动，驱动近指骨和中指骨的弯曲或拉伸运动，绳索末端固定在杆关节上，绳索将力传递到杆关节，实现一根绳索驱动两个关节，辅助手指弯曲或伸展。

5.本发明基于绳索驱动的手部康复外骨骼采用绳索驱动的刚性连杆外骨骼机器人，基于中风患者的手指弯曲抓取能力和手指克服伸展阻力的需求，手部康复外骨骼穿戴性好，穿戴舒适，能适应不同手指尺寸的患者，适用于中风患者手部的康复训练。

附图说明

图1是本发明的手部康复外骨骼手背侧的立体结构示意图。

图2是本发明的手部康复外骨骼手心侧的立体结构示意图。

图3是本发明的手部康复外骨骼局部的立体结构示意图。

图4是本发明小拇指和大拇指整个驱动结构的立体结构示意图。

图5是小臂杆件手背侧的立体结构示意图。

图6是小臂杆件手心侧的立体结构示意图。

图7是本发明手指驱动器结构的立体结构示意图。

图8是本发明驱动大拇指部分的立体结构示意图。

图9是本发明绳索弹簧传动机构的立体结构示意图；

图10是本发明滑轮组传动机构的立体结构示意图；

图11是本发明用于拉伸阶段的动定滑轮组绕绳的内部剖面的结构示意图；

图12是本发明用于弯曲阶段的动定滑轮组绕绳的内部剖面的结构示意图；

图13是本发明近端指间关节自适应机构的立体结构示意图；

图14是本发明远端指间关节康复闭环机构的立体结构示意图；

图15是本手部康复外骨骼执行机构与手指驱动器机构连接状态的立体结构示意图；

图16本发明手部康复外骨骼运动控制方法流程图。

图中：1小臂杆件，1-1第一小臂支架，1-2小臂竖板，1-3第二小臂支架，2手背杆件，3手指杆件，3-1大拇指第一指套，3-2大拇指第二指套，3-3小拇指第一指套，3-4小拇指第二指套，3-5小拇指第三指套，4小臂绑带，4-1第一小臂绑带，4-2第二小臂绑带，5手背绑带，5-1第一手背绑带，5-2第二手背绑带，6手指绑带，6-1大拇指第一绑带，6-2大拇指第二绑带，6-3大拇指第三绑带，6-4小拇指第一绑带，6-5小拇指第二绑带，6-6小拇指第三绑带，6-7小拇指第四绑带，7手指驱动机构，7-1第一编码器，7-2第二编码器，7-3第一电机，7-4第二电机，7-5第一行星减速器，7-6第二行星减速器，7-7第一主动锥齿轮，7-8第一从动锥齿轮，7-9第二主动锥齿轮，7-10第二从动锥齿轮，7-11第一滑轮，7-12第二滑轮，7-13第三滑轮，7-14第四滑轮，7-15第五滑轮，7-16第六滑轮，7-17第七滑轮，7-18第八滑轮，7-19第三编码器，7-20第三电机，7-21第三行星减速器，7-22第九滑轮，8绳索弹簧传动机构，8-1第一绳索，8-2第二绳索，8-3第一线套，8-4第二线套，8-5第一夹套，8-6第二夹套，8-7第一弹簧，8-8第二弹簧，9滑轮组传动机构，9-1第一动滑轮，9-2第一定滑轮，9-3第二定滑轮，9-4第三定滑轮，9-5第四定滑轮，9-6第五定滑轮，9-7第二动滑轮，9-8第六定滑轮，9-9第七定滑轮，9-10第八定滑轮，9-11第三绳索，9-12第四绳索，9-13固定杆，9-14固定杆指套，9-15第一凸轮槽，10近端指间关节自适应机构，10-1第一连杆，10-2第二连杆，10-3滑块，10-4滑轨底座，10-5推杆，10-6滚子，10-7第二凸轮槽，10-8固定板，10-9第一根销，10-10第二根销，10-11第三根销，11远端指间关节康复闭环机构，11-1第三连杆，11-2第四连杆，11-3第四根销，11-4第五根销，12大拇指康复机构，12-1第五根销、12-2第五连杆、12-3第九定滑轮、12-4第十定滑轮、12-5第六根销、12-6第六连杆、12-7第七根销、13第一传动轴，14第二传动轴，15第一支撑件，16第二支撑件，17第三支撑件，18第四支撑件，19第五支撑件，20第六支撑件，21凸轮固定杆件，22第一压力传感器，23第二压力传感器，24第三压力传感器，25第一角度传感器，26第二角度传感器，27拉力传感器，28单片机，29单片机开关，30锂电池，31外骨骼急停开关，32电机控制器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1至图6，一种基于绳索驱动的手部康复外骨骼，包括控制***、传感器***、手指驱动器机构、通过小臂绑带4佩戴于小臂部位的小臂杆件1、通过手背绑带5佩戴于手背部位的手背杆件2、分别通过手指绑带6佩戴于非大拇指上的四个手部康复外骨骼执行机构以及佩戴于大拇指上的大拇指康复机构12。

小臂杆件1由第二小臂支架1-3和第一小臂支架1-1和一体成型于第一小臂支架1-1顶面中部上的小臂竖板1-2组成，第一小臂支架1-1和小臂竖板1-2上均开设有螺纹连接孔和螺栓安装孔。第一小臂支架1-1和第二小臂支架1-3分别由第一小臂绑带4-1和第二小臂绑带4-2固定在小臂上，使第二小臂支架1-3位于第一小臂支架1-1的上方而靠近手肘部位。手背杆件2通过手背第一绑带5-1和手背第二绑带5-2分别固定在手心和手腕处。

如图1、图4和图7所示，手指驱动机构7包括分别固定设置于小臂杆件1上的手指伸弯动力组件和指尖伸弯动力组件、固定设置于手背杆件2上的大拇指伸弯动力组件、固定设置于手背杆件2上的多组绳索传动机构。具体的，手指伸弯动力组件包括通过螺钉固定安装于小臂竖板1-2上部侧面右侧方上的第二行星减速器7-6、固定连接于第二行星减速器7-6动力输入端上的第二电机7-4，第二行星减速器7-6的动力输出端活动贯穿至小臂竖板1-2的下方并固定连接有第二主动锥齿轮7-9。第一小臂支架1-1的表面右侧和和右侧面上分别通过螺钉固定连接有第三支撑件17和第一支撑件15，第三支撑件17和第一支撑件15的顶端转动安装有第二传动轴14，第二传动轴14上固定安装有与第二主动锥齿轮7-9啮合传动的第二从动锥齿轮7-10，第二传动轴14上在第二从动锥齿轮7-10的右侧还同轴固定设置有第七滑轮7-17和第八滑轮7-18，第二传动轴14上在第二从动锥齿轮7-10的左侧还同轴固定设置有第五滑轮7-15和第六滑轮7-16。通过第二电机7-4的正反转可驱动第五滑轮7-15、第六滑轮7-16、第七滑轮7-17和第八滑轮7-18四个滑轮同步正向或反向转动。

指尖伸弯动力组件包括通过螺钉固定安装于小臂竖板1-2上部侧面左侧方上的第一行星减速器7-5、固定连接于第一行星减速器7-5动力输入端上的第一电机7-3，第一行星减速器7-5的动力输出端活动贯穿至小臂竖板1-2的下方并固定连接有第一主动锥齿轮7-7。第一小臂支架1-1的表面左侧和左侧面上分别通过螺钉固定连接有第四支撑件18和第二支撑件16，第四支撑件18和第二支撑件16的顶端转动安装有第一传动轴13，第一传动轴13上固定安装有与第一主动锥齿轮7-7啮合传动的第一从动锥齿轮7-8，第一传动轴13上在第一从动锥齿轮7-8的左侧还同轴固定设置有第一滑轮7-11和第二滑轮7-12，第一传动轴13上在第一从动锥齿轮7-8的右侧还同轴固定设置有第三滑轮7-13和第四滑轮7-14。通过第一电机7-3的正反转可驱动第一滑轮7-11、第二滑轮7-12、第三滑轮7-13和第四滑轮7-14四个滑轮同步正向或反向转动。

本实施例中，手指伸弯动力组件和指尖伸弯动力组件的结构相同，且在小臂竖板1-2上对称设置。第一滑轮7-11、第二滑轮7-12、第三滑轮7-13、第四滑轮7-14、第五滑轮7-15、第六滑轮7-16、第七滑轮7-17和第八滑轮7-18的端面上均开设有若干个绳索连接孔，且同一个滑轮上各个绳索连接孔的中心距离滑轮中心轴线的半径距离不同，以适应不同长度的手指的绳索牵引需求。主动锥齿轮和从动锥齿轮的传动比为5～2:1，优选2:1，以进一步实现减速效果。

如图1、图4和图8所示，手背杆件2的表面右侧通过螺钉固定连接有第五支撑件19和第六支撑件20。大拇指伸弯动力组件包括通过螺钉固定安装于第六支撑件20侧面上的第三行星减速器7-21、固定连接于第三行星减速器7-21动力输入端上的第三电机7-20以及固定连接于第三行星减速器7-21动力输出端上的第九滑轮7-22。

电机控制器32分别与手指驱动器机构的动力源，即第一电机7-3、第二电机7-4和第三电机7-20连接，用于控制三个电机的启动和停止以及正反转。

如图3和图4所示，手部康复外骨骼执行机构包括近端指间关节自适应机构10和与近端指间关节自适应机构10转动连接的远端指间关节康复闭环机构11。本发明的基于绳索驱动的手部康复外骨骼，小拇指、无名指、中指和食指康复原理相同，因此四根手指穿戴的手部康复外骨骼执行机构原理和安装方式也一样，而大拇指穿戴的大拇指康复机构12与其它四指佩戴的手部康复外骨骼执行机构相比，省略了远端指间关节康复闭环机构11，故以下以小拇指为例详细说明手部康复外骨骼执行机构的具体结构和工作原理。手指的三个指骨由指根到指尖依次为近指骨、中指骨和远指骨，近指骨与中指骨之间的关节为近端指尖关节，中指骨与远指骨之间的关节为远端指间关节。

如图5、图6和图13所示，近端指间关节自适应机构10包括通过小拇指第三绑带6-6佩戴于近指骨上的小拇指第三指套3-5和通过小拇指第二绑带6-5佩戴于中指骨上的小拇指第二指套3-4。小拇指第三指套3-5的顶部通过第一根销10-9转动连接有第一连杆10-1，第一连接杆10-1的端部两侧分别固定连接有同轴套设于第一根销10-9外侧的第七定滑轮9-9和第八定滑轮9-10。第七定滑轮9-9和第八定滑轮9-10分别用于固定滑轮组传动机构9的第三绳索9-11和第四绳索9-12，通过第三绳索9-11和第四绳索9-12拉动第七定滑轮9-9或第八定滑轮9-10围绕第一根销10-9转动，从而驱动第一连杆10-1围绕第一根销10-9顺时针转动或逆时针转动。

第一连杆10-1的另一端通过第二根销10-10转动连接有第二连杆10-2，第二根销10-10固定于第二连杆10-2的端部，第二连接杆10-2的另一端通过第三根销10-11转动连接有滑块10-3，第三根销10-11固定于滑块10-3的顶部。小拇指第二指套3-4的顶面固定设置有滑轨底座10-4，滑块10-3滑动嵌设于滑轨底座10-4内，可沿滑轨底座10-4的长度方向往复移动。滑块10-3的顶部两侧各转动连接有推杆10-5，推杆10-5的端部转动套设在第三根销10-11的外侧，推杆10-5的另一端转动设置有滚子10-6。小拇指第三指套3-5的两侧侧面上各固定连接有一个固定板10-8，固定板10-8的一侧通过螺钉固定连接有导向槽板，导向槽板位于小拇指近端指间关节处，导向槽板上开设有第二凸轮槽10-7，滚子10-6滚动嵌设于对应侧的第二凸轮槽10-7内并可在第二凸轮槽10-7内自由滚动。导向侧板的侧向圆弧面内开设有与第二凸轮槽10-7贯通的通槽，推杆10-5则活动位于通槽内。第二凸轮槽10-7的轮廓曲线是依据小拇指近端指间关节的关节运动轨迹设计而成。第二凸轮槽10-7的内壁上设置有第二压力传感器23，滚子10-6在第二凸轮槽10-7滚动的过程中滚压第二压力传感器23，推杆10-5的拉伸力可经第二压力传感器23进行检测。

近端指间关节自适应机构10可以帮助患者在康复过程中，使外骨骼的运动能够自适应近端指间关节的运动，该机构采用曲柄滑块机构，通过调整外骨骼的关节，保证在运动的过程中，外骨骼转动轴和手指关节对齐，同时适应不同人手指长度的变化。即使外骨骼具有自我调整能力，该轮廓线由近端指间关节运动轨迹设计而成，通过得到第二压力传感器23的检测数据，获得手指为了执行屈伸的运动而向外骨骼关节施加的力，从而检测曲柄滑块自适应机构自适应的效果。

如图5、图6和图13所示，远端指间关节康复闭环机构11包括通过小拇指第一绑带6-4佩戴于远指骨上的小拇指第一指套3-3，小拇指第一指套3-3的顶部通过第五根销11-4转动连接有第四连杆11-2，第五根销11-4固定设置于小拇指第一指套3-3的顶部，第四连杆11-2的端部转动套设在第五根销11-4的外侧，且第四连杆11-2的两侧采用两个轴承实现其在第五根销11-4上的轴向固定。第四连杆11-2的另一端通过第四根销11-3转动连接有第三连杆11-1，第四根销11-3与第三连杆11-1固定连接。第三连杆11-1的另一端则通过第三根销11-3转动连接于滑块10-3的顶部，第三连杆11-1的两侧通过弹性挡圈在第三根销10-11上实现轴向固定。第四连杆11-2的端部在该转动连接处的转轴两侧分别固定设置有绳索连接柱，分别用于连接绳索弹簧传动机构8的第一绳索8-1和第二绳索8-2，通过第一绳索8-1和第二绳索8-2的牵引，使第四连杆11-2围绕第四根销11-3顺时针转动或逆时针转动。远端指间关节康复闭环机构11，以第四连杆11-2作为动力输入，输入的力等于第一绳索8-1或第二绳索8-2端部的弹簧压缩或者拉伸产生的力，该康复闭环机构可以进行四指远端指间关节的康复，能有望康复指尖的抓取能力。

绳索传动机构包括绳索弹簧传动机构8和滑轮组传动机构9。如图9所示，绳索弹簧传动机构8包括用于拉伸手指的第一绳索8-1和用于弯曲手指的第二绳索8-2，第一绳索8-1的一端和第二绳索8-2的一端分别固定连接于指尖伸弯动力组件输出端的滑轮组中同一个滑轮(如第二滑轮7-12)的转轴两侧，第一绳索8-1的另一端和第二绳索8-2的另一端分别固定连接于同一个第四连杆11-2转轴两侧的绳索连接柱上，通过第一绳索8-1的牵引可使第四连杆11-2顺时针转动，驱动远指骨相对于中指骨顺时针转动，从而实现指尖的拉伸动作，通过第二绳索8-2的牵引可使第四连杆11-2逆时针转动，驱动远指骨相对于中指骨逆时针转动，而实现指尖的弯曲动作。显然，由于第一绳索8-1和第二绳索8-2的牵引均由第二滑轮7-12的转动实现，因而第二滑轮7-12单向转动时，第一绳索8-1和第二绳索8-2中仅有一个处于张紧牵引状态，而另一个则处于松弛状态。指尖伸弯动力组件的动力输出端分别通过四组绳索传动机构的绳索弹簧传动机构8与四个远端指间关节康复闭环机构11的两个动力输入端对应传动连接，则可驱动四个远端指间关节康复闭环机构11同步执行伸直动作或弯曲动作。

具体的，第一绳索8-1的外侧套设有第一线套8-3，第二绳索8-2的外侧套设有第二线套8-4，第一线套8-3和第二线套8-4按照预设的轨迹固定在杆关节的内部，以防止内部的绳索在牵引过程中发生弯曲，且位于线套内的绳索可以根据线套预设好的路径传递牵引力。第一绳索8-1与第四连杆11-2连接的一端外侧套设有第二弹簧8-8，第二弹簧8-8一端固定在第四连杆11-2上，另一端通过第二套夹8-6固定连接在第一线套8-3的端部。第一绳索8-1的受力拉伸时，第四连杆11-2顺时针转动，进而压缩第二弹簧8-8，第一绳索8-1产生的力外在作用效果是使第二弹簧8-8发生形变，同时第二夹套8-6将第二弹簧8-8和外骨骼关节相连，保证第二弹簧8-8在自身、绳索等重力作用下，不发生弯曲。同样的，第二绳索8-2与第四连杆11-2连接的一端外侧套设有第一弹簧8-7，第一弹簧8-7的一端固定在第四连杆11-2上，另一端通过第一夹套8-5固定连接在第二线套8-4的端部。第二绳索8-2的受力拉伸时，第四连杆11-2逆时针转动，进而拉伸第一弹簧8-7，第二绳索8-2产生的力外在作用效果是使第一弹簧8-7发生形变，同时第一夹套8-5将第一弹簧8-7和外骨骼关节相连，保证第一弹簧8-7在自身、绳索等重力作用下，不发生弯曲。

如图10至图12所示，滑轮组传动机构9包括滑轮安装架、用于拉伸手指的第三绳索9-11和用于弯曲手指的第四绳索9-12。滑轮安装架的侧面通过螺钉固定连接有“L”型的固定杆件21，固定杆件21的另一侧边通过螺钉固定连接在手背杆件2的顶面边缘，并分别与五个手指指根部位的掌指关节位置相对应。滑轮安装架的侧壁内开设有第一凸轮槽9-15。小拇指第三指套3-5靠近滑轮安装架的一侧设置有通过小拇指第四绑带6-7佩戴于近指骨上的上固定杆指套9-14，固定杆指套9-14上固定连接有固定杆9-13，固定杆9-13的端部两侧分别转动安装有第一动滑轮9-1和第二动滑轮9-7，第一动滑轮9-1和第二动滑轮9-7分别滚动嵌设于两侧的第一凸轮槽9-15内。

第三绳索9-11的一端和第四绳索9-12的一端分别固定连接于手指伸弯动力组件输出端的滑轮组中同一个滑轮(如第五滑轮7-15)的转轴两侧。滑轮安装架的一侧侧壁内分别转动安装有位于第一动滑轮9-1上方的第一定滑轮9-2、位于第一动滑轮9-2下方的第二定滑轮9-3和第三定滑轮9-4。第三绳索9-11的另一端经第一定滑轮9-2的上侧依次绕过第一动滑轮9-1和第二定滑轮9-3再由第三定滑轮9-4的上侧经第七定滑轮9-9的顶部绕至第七定滑轮9-9的底部并固定连接，第三定滑轮9-4用来确定第三绳索9-11的输出运动轨迹。第三绳索9-11一旦受力，第一定滑轮9-2、第二定滑轮9-3和第三定滑轮9-4原位转动，而第一动滑轮9-1则会在第一凸轮槽9-15内移动并向第一定滑轮9-2和第二定滑轮9-3所在侧靠近。此时，固定杆9-13则顺时针向上摆动，迫使近指骨相对于手掌顺指针转动；第七定滑轮9-9被第三绳索9-11拉动而顺时针转动，从而带动第一连杆10-1同步同向转动，使中指骨相对于近指骨顺时针转动，如此，对应的手指执行拉伸动作而上抬。

滑轮安装架的另一侧侧壁内分别转动安装有位于第二动滑轮9-7上方的第四定滑轮9-5和第五定滑轮9-6、位于第二动滑轮9-7下方的第六定滑轮9-8。第四绳索9-12的另一端经第四定滑轮9-5的下侧依次绕过第五定滑轮9-6和第二动滑轮9-7再由第六定滑轮9-8的上侧经第八定滑轮9-10的底部绕至第八定滑轮9-10的顶部并固定连接，第六定滑轮9-8用来确定第四绳索9-12的输出运动轨迹。第四绳索9-12一旦受力，第四定滑轮9-5、第五定滑轮9-6和第六定滑轮9-8原位转动，第二动滑轮9-7则会在第一凸轮槽9-15内移动并向第五定滑轮9-6和第六定滑轮9-8所在侧靠近。此时，固定杆9-13逆时针向下摆动，迫使近指骨相对于手掌逆时针转动；第八定滑轮9-10被第四绳索9-12拉动而逆时针转动，从而带动第一连杆10-1同步同向转动，使中指骨相对于近指骨逆时针转动，如此，对应的手指执行弯曲动作而下弯。手指伸弯动力组件的动力输出端分别通过四组绳索传动机构的滑轮组传动机构9与四个近端指间关节自适应机构10的两个动力输入端对应传动连接，则可驱动四个近端指间关节自适应机构10同步执行伸直动作或弯曲动作。

如图8所示，大拇指伸弯动力组件的动力输出端通过一组滑轮组传动机构9分别与大拇指康复机构12的两个动力输入端对应传动连接，驱动大拇指康复机构12执行伸直动作或弯曲动作。由于大拇指只有近指骨和远指骨两个关节骨，因而大拇指康复机构12仅包括与近端指间关节自适应机构10相似的结构，而省略了由第二凸轮槽10-7、滚子10-6、推杆10-5、滑块10-3和滑轨底座10-4组成的自适应调节结构，具体包括通过大拇指第三绑带6-3佩戴于近指骨上的固定杆指套9-14、通过大拇指第二绑带6-2佩戴于近指骨上并位于固定杆指套9-14外侧的大拇指第二指套3-2和通过大拇指第一绑带6-1佩戴于远指骨上的大拇指第一指套3-1。与近端指间关节自适应机构10相似的，大拇指第二指套3-2的顶部通过第五根销12-1转动连接有第五连杆12-2，第五连杆12-2的端部两侧分别固定连接有同轴套设于第五根销12-1外侧的第九定滑轮12-3和第十定滑轮12-4。第五连杆12-2的另一端通过第六根销12-5转动连接有第六连杆12-6，第六根销12-5固定于第六连杆12-6的端部，第六连杆12-6的另一端通过第七根销12-7转动连接于大拇指第一指套3-1的顶部。

设置于大拇指掌指关节位置的滑轮组传动机构9的第三绳索9-11的一端从第九滑轮7-22的顶部绕至底部并固定，第四绳索9-12的一端从别第九滑轮7-22的底部绕至顶部并固定，使第三绳索9-11和第四绳索9-22的端部分别固定设置于第九滑轮7-22的转轴两侧，则通过第三电机7-20的正向转动可驱动第九滑轮7-22的正向转动而拉伸第三绳索9-11，从而带动大拇指康复机构12执行手指拉伸动作，通过第三电机7-20的反向转动可驱动第九滑轮7-22的反向转动而拉伸第四绳索9-12，从而带动大拇指康复机构12执行手指弯曲动作。第三绳索9-11和第四绳索9-12保持一个为张紧状态而另一个为松弛状态。

控制***固定设置于小臂杆件1上并与手指驱动机构的控制端电连接，传感器***安装于手指驱动机构的各个动力传动位置和指骨上并与控制***传输连接，传感器***检测手指驱动机构的运行状态信息并传送至控制***。具体的，如图1所示，控制***包括分别固定安装于小臂杆件1上的单片机28、电机控制器32、锂电池30、单片机开关29和外骨骼急停开关31。具体的，单片机28和电机控制器32分别固定安装在第二小臂支架1-3的表面上，锂电池30嵌设于电池盒内并通过导线分别与单片机28和电机控制器32电连接，电池盒固定安装在第一小臂支架1-1的顶部表面上。单片机开关29串接于单片机28的供电端线路上，用于控制单片机28的电路通断，外骨骼急停开关31设置于电池盒的表面上并串接于锂电池30的输出总线路上，便于随时急停外骨骼运动。电机控制器32分别与第一电机7-3、第二电机7-4和第三电机7-20电连接，用于驱动和控制三个电机的启停和正反转。

如图3、图4、图7和图8所示，传感器***包括同轴固定设置于第一电机7-3电机轴上的第二编码器7-2、同轴固定设置于第二电机7-4电机轴上的第一编码器7-1、同轴固定设置于第三电机7-20电机轴上的第三编码器7-19、同轴固定于四个远端指间关节康复闭环机构11的第四连杆11-2转轴位置上的第一角度传感器25、同轴固定于四个近端指间关节自适应机构10的第一连杆10-1转轴位置上的第二角度传感器26、安装在四指(不含大拇指)远指骨上的第一压力传感器22、安装在四指近指骨上的第三压力传感器24、安装在四个第二凸轮槽10-7的内壁上的第二压力传感器23和安装在用于四指拉伸手指的第三绳索9-11上的拉力传感器27。传感器***的各个信号输出端分别与单片机28的信号输入端连接。

参阅图15，一种基于绳索驱动的手部康复外骨骼的康复训练方法，包括以下步骤：

S10、手部功能障碍患者穿戴手部康复外骨骼后，启动单片机开关和外骨骼急停开关，进行***的初始化；

S20、传感***和控制***启动运行；

S30、传感器***中的各个角度传感器、拉力传感器、压力传感器和编码器采集穿戴者手部动作信息和手指驱动器机构的运动信息，并将采集的信息发送给单片机，单片机对接收到的信息数据进行实时分析处理，可获取和显示穿戴者的绳索拉力、关节运动角度和手指压力等相关运动信息，单片机发送指令控制至电机控制器以控制各个电机协调工作，按照预设的控制程序运行；

S40、电机控制器根据接收的单片机的控制信号控制手指驱动器机构执行相应动作，辅助患者手指交替进行拉伸动作和弯曲动作；

本步骤中，手指驱动器机构对控制信号的具体响应方式如下：

S401、手部康复外骨骼驱动手指进行弯曲动作：

手指伸弯动力组件通电并输出正向控制力矩，通过滑轮组传动机构9驱动固定杆9-13和近端指间关节自适应机构10依次逆时针转动，固定杆9-13驱动近指骨相对于手掌逆时针转动、近端指间关节自适应机构10驱动中指骨相对于近指骨逆时针转动，从而驱动手指进行弯曲运动。具体为：第二电机7-4通电并正向转动，输出控制力矩，通过第二行星减速器7-6传动、第二主动锥齿轮7-9和第二从动锥齿轮7-10之间的啮合传动，放大力矩后带动第五滑轮7-15、第六滑轮7-16、第七滑轮7-17和第八滑轮7-18同步正向转动，则该四个滑轮同时拉动四根第四绳索9-12使之受力，四个第二动滑轮9-7在对应的第四绳索9-12作用下，沿着各自的第一凸轮槽9-15向对应的第五定滑轮9-6和第二定滑轮9-8所在侧移动，各自的固定杆9-13向下运动，迫使四个手指的近指骨向下弯曲；同时，第四绳索9-12通过拉动第八定滑轮9-10上端的固定受力点而使第一连杆10-1逆时针转动，从而同步实现四个手指中指骨的弯曲过程。

指尖伸弯动力组件通电并输出正向控制力矩，通过绳索弹簧传动机构8驱动远端指间关节康复闭环机构11逆时针转动，远端指间关节康复闭环机构11驱动远指骨相对于中指骨逆时针转动，从而驱动指尖进行弯曲运动。具体为：第一电机7-3通电并正向转动，输出控制力矩，通过第一行星减速器7-5传动、第一主动锥齿轮7-7和第一从动锥齿轮7-8之间的啮合传动，放大力矩后带动第一滑轮7-11、第二滑轮7-12、第三滑轮7-13和第四滑轮7-14同步正向转动，则该四个滑轮同时拉动四根第二绳索8-2使之受力，四个第二绳索8-2分别拉动对应的第四连杆11-2逆时针转动，完成远指骨的弯曲过程。第一电机7-3和第二电机7-4协同配合，完成四个手指的同步弯曲过程。

大拇指伸弯动力组件通电并输出正向控制力矩，通过滑轮组传动机构驱动大拇指康复机构12逆时针转动，大拇指康复机构驱动远指骨相对于近指骨逆时针转动，进而驱动大拇指进行弯曲运动。具体为：第三电机7-20通电并正向转动，驱动第九滑轮7-22发生逆时针转动，固定在第九滑轮7-22上的第四绳索9-12开始受力，第二动滑轮9-7在第四绳索9-12的作用下，沿着第一凸轮槽9-15向第五定滑轮9-6和第二定滑轮9-8所在侧移动，带动固定杆9-13向下运动，迫使大拇指的近指骨向下弯曲；同时，第四绳索9-12通过拉动第九定滑轮12-3上端的固定受力点而使第五连杆12-2逆时针转动，从而同步实现大拇指远指骨的弯曲过程。第一电机7-3、第二电机7-4和第三电机7-20协同工作，完成五个手指的同步弯曲过程。

单片机28接收各个第一角度传感器25、各个第二角度传感器26的检测的角度数据，判断弯曲角度；单片机28根据各个第一压力传感器22的检测的压力数据判断各个手指的指尖力能否达到日常生活抓取所需的最小指尖力10N；单片机28根据各个第二压力传感器23检测的压力数据判断弯曲过程曲柄滑块自适应机构的自适应效果。

S402、手部康复外骨骼驱动手指进行拉伸动作：

手指伸弯动力组件通电并输出反向控制力矩，通过滑轮组传动机构9驱动固定杆9-13和近端指间关节自适应机构10依次顺时针转动，固定杆9-13驱动近指骨相对于手掌顺时针转动、近端指间关节自适应机构10驱动中指骨相对于近指骨顺时针转动，从而驱动手指进行拉伸运动。具体为：第二电机7-4通电并反向转动，输出控制力矩，通过第二行星减速器7-6传动、第二主动锥齿轮7-9和第二从动锥齿轮7-10之间的啮合传动，放大力矩后带动第五滑轮7-15、第六滑轮7-16、第七滑轮7-17和第八滑轮7-18同步反向转动，则该四个滑轮同时拉动四根第三绳索9-11使之受力，四个第一动滑轮9-1在对应的第三绳索9-11作用下，沿着各自的第一凸轮槽9-15向对应的第一定滑轮9-2和第二定滑轮9-3所在侧移动，带动各自的固定杆9-13向上运动而将近指骨向上拉伸；同时，第三绳索9-11通过拉动第七定滑轮9-9下端的固定受力点而使第一连杆10-1顺时针转动，从而同步实现四个手指中指骨的拉伸过程。

指尖伸弯动力组件通电并输出反向控制力矩，通过绳索弹簧传动机构8驱动远端指间关节康复闭环机构11顺时针转动，远端指间关节康复闭环机构11驱动远指骨相对于中指骨顺时针转动，从而驱动指尖进行拉伸运动。具体为：第一电机7-3通电并反向转动，输出控制力矩，通过第一行星减速器7-5传动、第一主动锥齿轮7-7和第一从动锥齿轮7-8之间的啮合传动，放大力矩后带动第一滑轮7-11、第二滑轮7-12、第三滑轮7-13和第四滑轮7-14同步反向转动，则该四个滑轮同时拉动四根第一绳索8-1使之受力，四个第一绳索8-1分别拉动对应的第四连杆11-2顺时针转动，完成远指骨的拉伸过程。第一电机7-3和第二电机7-4协同配合，完成四个手指的同步拉伸过程。

大拇指伸弯动力组件通电并输出反向控制力矩，通过滑轮组传动机构驱动大拇指康复机构12顺时针转动，大拇指康复机构12驱动远指骨相对于近指骨顺时针转动，从而驱动大拇指进行拉伸运动。第三电机7-20通电并反向转动，驱动第九滑轮7-22发生顺时针转动，固定在第九滑轮7-22上的第三绳索9-11开始受力，第一动滑轮9-1在第三绳索9-11的作用下，沿着第一凸轮槽9-15向第一定滑轮9-2和第二定滑轮9-3所在侧移动，带动固定杆9-13向上运动，迫使大拇指的近指骨向上拉伸；同时，第三绳索9-11通过拉动第十定滑轮12-4下端的固定受力点而使第五连杆12-2顺时针转动，从而同步实现大拇指远指骨的拉伸过程。第一电机7-3、第二电机7-4和第三电机7-20协同工作，完成五个手指的同步拉伸过程。

单片机28接收各个第一角度传感器25、第二角度传感器26检测的角度数据，判断拉伸角度；单片机28根据各个第二压力传感器23检测的压力数据判断拉伸过程曲柄滑块自适应机构的自适应效果。由于中风患者手指拉伸更加困难，单片机28根据接收到的拉力传感器27检测的压力数据，得到拉伸中风患者手指所克服的伸展阻力，便于调整外骨骼的驱动参数或训练计划，以达到更好的康复效果。

S50、重复执行步骤S30和步骤S40，直至训练结束；

S60、训练结束后，关闭外骨骼急停开关和单片机开关，患者脱下手部康复外骨骼。

本发明基于绳索驱动的手部康复外骨骼采用绳索驱动的刚性连杆外骨骼机器人，基于中风患者的手指弯曲抓取能力和手指克服伸展阻力的需求，提供辅助康复的力和力矩，通过弹簧的伸缩量进行远端指间关节的力控制，通过绳索受力，拉动杆转动和拉动动滑轮在凸轮槽内移动，驱动近指骨和中指骨的弯曲或拉伸运动，绳索将力传递到杆关节，辅助手指弯曲或伸展。通过设置凸轮槽、自适应曲柄滑块机构，可提高设备的适应性和使用舒适性。本发明手部康复外骨骼穿戴性好，穿戴舒适，能适应不同手指尺寸的患者，适用于中风患者手部的康复训练。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于绳索驱动的手部康复外骨骼，其特征在于：包括控制***、传感器***、手指驱动器机构、佩戴于小臂部位的小臂杆件、佩戴于手背部位的手背杆件、分别佩戴于非大拇指上的四个手部康复外骨骼执行机构以及佩戴于大拇指上的大拇指康复机构；

所述手部康复外骨骼执行机构包括近端指间关节自适应机构和与近端指间关节自适应机构转动连接的远端指间关节康复闭环机构；

所述手指驱动机构包括分别固定设置于小臂杆件上的手指伸弯动力组件和指尖伸弯动力组件、固定设置于手背杆件上的大拇指伸弯动力组件、固定设置于手背杆件上的多组绳索传动机构，所述绳索传动机构包括绳索弹簧传动机构和滑轮组传动机构；

所述手指伸弯动力组件的动力输出端分别通过四组绳索传动机构的滑轮组传动机构与四个近端指间关节自适应机构的两个动力输入端对应传动连接，驱动四个近端指间关节自适应机构执行机构同步执行伸直动作或弯曲动作；

所述指尖伸弯动力组件的动力输出端分别通过四组绳索传动机构的绳索弹簧传动机构与四个远端指间关节康复闭环机构的两个动力输入端对应传动连接，驱动四个远端指间关节康复闭环机构同步执行伸直动作或弯曲动作；

所述大拇指伸弯动力组件的动力输出端通过一组滑轮组传动机构分别与大拇指康复机构的两个动力输入端对应传动连接，驱动大拇指康复机构执行伸直动作或弯曲动作；

所述控制***固定设置于小臂杆件上并与手指驱动机构的控制端电连接，所述传感器***安装于手指驱动机构的各个动力传动位置和指骨上并与控制***传输连接，传感器***检测手指驱动机构的运行状态信息并传送至控制***。

2.根据权利要求1所述的一种基于绳索驱动的手部康复外骨骼，其特征在于：所述近端指间关节自适应机构包括佩戴于近指骨上的第三指套和佩戴于中指骨上的第二指套，所述第三指套的顶部转动连接有第一连杆，第一连杆的另一端转动连接有第二连杆，第二连接杆的另一端转动连接有滑块，所述第二指套的顶面固定设置有滑轨底座，所述滑块滑动嵌设于滑轨底座内；

所述滑块的顶部转动连接有推杆，推杆的另一端转动设置有滚子，所述第三指套的侧面固定连接有导向槽板，导向槽板上开设有第二凸轮槽，所述滚子滚动嵌设于第二凸轮槽内。

3.根据权利要求2所述的一种基于绳索驱动的手部康复外骨骼，其特征在于：所述远端指间关节康复闭环机构包括佩戴于远指骨上的第一指套，所述第一指套的顶部转动连接有第四连杆，第四连杆的另一端转动连接有第三连杆，且第四连杆的端部在该转动连接处的转轴两侧分别固定设置有绳索连接柱，第三连杆的另一端转动连接于滑块的顶部。

4.根据权利要求3所述的一种基于绳索驱动的手部康复外骨骼，其特征在于：所述手指伸弯动力组件和指尖伸弯动力组件均包括固定安装于小臂杆件上的减速器、固定连接于减速器动力输入端上的电机、固定连接于减速器动力输出端上的主动锥齿轮、转动安装于小臂杆件上并与主动锥齿轮啮合传动的从动锥齿轮以及与从动锥齿轮同轴设置的滑轮组；

所述大拇指伸弯动力组件包括固定安装于手背杆件上的第三减速器、固定连接于减速器动力输入端上的第三电机以及固定连接于第三减速器动力输出端上的第九滑轮。

5.根据权利要求4所述的一种基于绳索驱动的手部康复外骨骼，其特征在于：所述主动锥齿轮和从动锥齿轮的传动比为5～2:1。

6.根据权利要求4所述的一种基于绳索驱动的手部康复外骨骼，其特征在于：所述绳索弹簧传动机构包括用于拉伸手指的第一绳索和用于弯曲手指的第二绳索，所述第一绳索的一端和第二绳索的一端分别固定连接于指尖伸弯动力组件输出端的滑轮组中同一个滑轮的转轴两侧，第一绳索的另一端和第二绳索的另一端分别固定连接于同一个第四连杆转轴两侧的绳索连接柱上。

7.根据权利要求4所述的一种基于绳索驱动的手部康复外骨骼，其特征在于：所述滑轮组传动机构包括滑轮安装架、用于拉伸手指的第三绳索和用于弯曲手指的第四绳索，所述滑轮安装架的侧壁内开设有第一凸轮槽，所述第三指套靠近滑轮安装架的一侧设置有佩戴于近指骨上的上固定杆指套，固定杆指套上固定连接有固定杆，固定杆的端部两侧分别转动安装有第一动滑轮和第二动滑轮，第一动滑轮和第二动滑轮分别滚动嵌设于两侧的第一凸轮槽内；

滑轮安装架的一侧侧壁内分别转动安装有位于第一动滑轮上方的第一定滑轮、位于第一动滑轮下方的第二定滑轮和第三定滑轮，滑轮安装架的另一侧侧壁内分别转动安装有位于第二动滑轮上方的第四定滑轮和第五定滑轮、位于第二动滑轮下方的第六定滑轮，所述第一连杆的端部两侧分别固定连接有同轴设置的第七定滑轮和第八定滑轮；

所述第三绳索的一端和第四绳索的一端分别固定连接于手指伸弯动力组件输出端的滑轮组中同一个滑轮的转轴两侧，第三绳索的另一端经第一定滑轮的上侧依次绕过第一动滑轮和第二定滑轮再由第三定滑轮的上侧经第七定滑轮的顶部绕至第七定滑轮的底部并固定连接，所述第四绳索的另一端经第四定滑轮的下侧依次绕过第五定滑轮和第二动滑轮再由第六定滑轮的上侧经第八定滑轮的底部绕至第八定滑轮的顶部并固定连接。

8.根据权利要求2所述的一种基于绳索驱动的手部康复外骨骼，其特征在于：所述控制***包括分别固定安装于小臂杆件上的单片机、电机控制器、锂电池、单片机开关和外骨骼急停开关，所述单片机与电机控制器连接，电机控制器分别与手指驱动器机构的动力源连接，所述传感器***的各个信号输出端分别与单片机的信号输入端连接，所述锂电池分别单片机和电机控制器连接，所述外骨骼急停开关串接于锂电池的输出端，单片机开关串接于单片机的供电端。

9.一种基于绳索驱动的手部康复外骨骼的康复训练方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10、手部功能障碍患者穿戴手部康复外骨骼后，启动单片机开关和外骨骼急停开关，进行***的初始化；

S20、传感***和控制***启动运行；

S30、传感器***中的各个角度传感器、拉力传感器、压力传感器和编码器采集穿戴者手部动作信息和手指驱动器机构的运动信息，并将采集的信息发送给单片机，单片机对接收到的信息数据进行实时分析处理，单片机发送指令控制至电机控制器；

S40、电机控制器根据接收的单片机的控制信号控制手指驱动器机构执行相应动作，辅助患者手指交替进行拉伸动作和弯曲动作；

S50、重复执行步骤S30和步骤S40，直至训练结束；

S60、训练结束后，关闭外骨骼急停开关和单片机开关，患者脱下手部康复外骨骼。

10.根据权利要求9所述的一种基于绳索驱动的手部康复外骨骼的康复训练方法，其特征在于，步骤S40中，手指驱动器机构对控制信号的具体响应方式如下：

S401、手部康复外骨骼驱动手指进行弯曲动作：

手指伸弯动力组件通电并输出正向控制力矩，通过滑轮组传动机构驱动固定杆和近端指间关节自适应机构依次逆时针转动，固定杆驱动近指骨相对于手掌逆时针转动、近端指间关节自适应机构驱动中指骨相对于近指骨逆时针转动，从而驱动手指进行弯曲运动；

指尖伸弯动力组件通电并输出正向控制力矩，通过绳索弹簧传动机构驱动远端指间关节康复闭环机构逆时针转动，远端指间关节康复闭环机构驱动远指骨相对于中指骨逆时针转动，从而驱动指尖进行弯曲运动；

大拇指伸弯动力组件通电并输出正向控制力矩，通过滑轮组传动机构驱动大拇指康复机构逆时针转动，大拇指康复机构驱动远指骨相对于近指骨逆时针转动，进而驱动大拇指进行弯曲运动；

S402、手部康复外骨骼驱动手指进行拉伸动作：

手指伸弯动力组件通电并输出反向控制力矩，通过滑轮组传动机构驱动固定杆和近端指间关节自适应机构依次顺时针转动，固定杆驱动近指骨相对于手掌顺时针转动、近端指间关节自适应机构驱动中指骨相对于近指骨顺时针转动，从而驱动手指进行拉伸运动；

指尖伸弯动力组件通电并输出反向控制力矩，通过绳索弹簧传动机构驱动远端指间关节康复闭环机构顺时针转动，远端指间关节康复闭环机构驱动远指骨相对于中指骨顺时针转动，从而驱动指尖进行拉伸运动；

大拇指伸弯动力组件通电并输出反向控制力矩，通过滑轮组传动机构驱动大拇指康复机构顺时针转动，大拇指康复机构驱动远指骨相对于近指骨顺时针转动，从而驱动大拇指进行拉伸运动。