[发明专利]基于肌电控制的可穿戴式助力手指及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及手指康复领域的助力机器人，具体是一种具备康复和助力两种特性的基于肌电控制的可穿戴式助力手指及其控制方法。

背景技术

据统计，中风在全世界范围内每年造成数百万人死亡，而且在未来几十年还会有加重的趋势，因而中风的预防和治疗深切影响着人们的生活质量水平。在大多数情况下，中风症状只影响身体一侧，及时的发现和合理的治疗是患者康复的重要保障。对于大多数中风病人，物理治疗(PT)和职能治疗(OT)是康复过程的基石。通常中风康复应尽可能立即开始，持续时间由数天至一年以上。大部分的功能恢复是在头几天和几周内，合理的运动训练治疗是关键。传统的康复训练由康复理疗师来完成，工作单调，持续时间长，另外一些传统康复设备无法使患者实时获得康复的效果，且缺乏便携性，只能固定在特定场合如医院等，会对医疗成本和患者的康复过程产生额外负担。

手作为人最灵巧的功能单元，其康复治疗对恢复正常大脑控制功能起着重要作用，单纯依赖患者自己的康复运动难以起到快速康复的效果，在某些情况下需要理疗师协助康复训练。为了使患者积极进行康复训练，并能正常发挥双手功能，同时减轻理疗师的工作负担，提高康复效率，使患者和理疗师都能实时掌握康复进度，快速恢复正常的身体功能，基于生物反馈的智能化可穿戴式康复机器人可有效解决这一问题

经过对现有技术文献查询：

美国发明专利公开号：US20120059290A1，名称：手指康复可穿戴设备。

通过电活性聚合物来协助手指肌肉的运动，机械设计结构简单，重量轻，穿戴方便，控制系统简单，患者手部负载小，但是该系统缺少生物反馈功能，无法实时获得康复效果。同时该结构设计负载能力差，不利于双手协调共同完成日常任务。

中国发明专利公开号：一种微智能外骨骼手指康复机器人。该康复机器人采用四指结构设计，每个手指有2个自由度，通过一个电机驱动，但是人手指的康复是通过五个手指的运动提供，因而该设计缺少康复必须的机械结构，同时缺少助力功能，会加重手的负担，很难满足助力，完成作业的功能。另外，还缺少必须的佩戴接口，兼容性不足。

发明内容

本发明针对现有技术上的不足，提供一种基于肌电控制的可穿戴式助力手指及其控制方法，该助力手指基于生物反馈协作，应用于康复训练。

本发明是通过以下技术方案实现的。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于肌电控制的可穿戴式助力手指，包括欠驱动仿人手指6、磁耦合接口、康复助力连接器1、肌电采集阵列、伺服电机以及控制系统5；其中：

所述康复助力连接器1包括一体连接的助力板f10和手掌接触面f11，所述欠驱动仿人手指6设置与手掌接触面f11的自由端端部，所述伺服电机和控制系统5分别设置于助力板f10上；所述手掌接触面f11与欠驱动仿人手指6之间设有用于患者配戴的磁耦合接口，所述肌电采集阵列用于采集肌电信号，并与控制系统5通信连接，所述控制系统5与伺服电机控制连接；

所述欠驱动仿人手指6采用驱动腱和驱动连杆与伺服电机驱动连接；

所述伺服电机包括第一伺服电机2、第二伺服电机3和第三伺服电机4；

所述欠驱动仿人手指6包括拇指和四指，其中，所述拇指与第一伺服电机2和第二伺服电机3驱动连接，形成差动传动结构；所述四指与第三伺服电机4驱动连接。

优选地，所述拇指包括第一拇指关节连杆x6、第二拇指关节连杆x7、第一锥齿轮x1、第二锥齿轮x2、第三锥齿轮x3、第一拇指驱动连杆x4和第二拇指驱动连杆x5，其中，所述第一拇指关节连杆x6和第二拇指关节连杆x7串联连接，并分别通过第一拇指驱动连杆x4和第二拇指驱动连杆x5与第一伺服电机2和第二伺服电机3相连接，所述第一锥齿轮x1、第二锥齿轮x2和第三锥齿轮x3形成差动锥齿轮传动机构，所述第三锥齿轮x3上依次连接有第一拇指关节连杆x6和第二拇指关节连杆x7，所述第一拇指关节连杆x6和第二拇指关节连杆x7通过第一拇指驱动连杆x4和第二拇指驱动连杆x5实现拇指的弯曲和伸展两个自由度；所述第一拇指关节连杆x6通过第一锥齿轮x1、第二锥齿轮x2和第三锥齿轮x3的传动转向控制内收和弯曲两个自由度。

优选地，所述第一拇指关节连杆x6、第二拇指关节连杆x7、第一拇指驱动连杆x4和第二拇指驱动连杆x5形成双摇杆结构。