[发明专利]一种复合控制系统的可穿戴式手部康复装置

说明书

本发明公开了一种复合控制系统的可穿戴式手部康复装置。该装置包括固定板、设置在固定板上的四指模块和拇指模块、力跟踪控制系统和位置跟踪控制系统；四指模块包括第一电机，及由第一电机驱动的四指执行机构；拇指模块第二电机，及由第二电机驱动的拇指执行机构；第一电机和第二电机可独立或协同运动；力跟踪控制系统用于跟踪控制拇指执行机构实现接触力补偿，位置跟踪控制系统用于跟踪控制四指执行机构的位置姿态。该装置轻巧、可穿戴，可调节；基于第一电机和第二电机的两种运动模式，四指执行机构和拇指执行机构可独立或协同运动，实现对四指执行机构的位置跟踪控制和拇指执行机构的力跟踪控制，以达到精确位置姿态和稳定抓握的效果。

技术领域

本发明涉及手部康复装置技术领域，具体涉及一种复合控制系统的可穿戴式手部康复装置。

背景技术

近年来康复装置的发展受到越来越多的关注，依据物理疗法和运动疗法的原理设计外骨骼设备用于临床和家庭康复等可以帮助患者肢体肌肉得到锻炼以及神经重塑。在康复科学中，手部康复在神经可塑性中起着关键和独特的作用，这为中风和脊髓损伤后运动功能的恢复提供了基础。同时，由于手部功能所需的感觉运动控制的复杂性以及操作能力的广泛恢复，手部康复极其具有挑战性。

现有的手部康复装置大多数训练模式为固定平台式的，专利CN201110121085中介绍了“固定式外骨骼康复训练机械手”它主要用于康复应用，固定在基础平台上而不是可穿戴设备。这些康复设备具有大型，笨重，不可穿戴的特点，不适合患者携带和进行持续训练。

现阶段的相关研究主要集中在手指姿态运动控制上，对于外骨骼和人手的接触力控制研究较少。专利CN20171068531中介绍了“一种控制机械手运动的方法、装置及系统”它主要通过加入鲁棒算法的滑模控制器将跟踪信号加载到机械手的跟踪信号来提高机械手控制系统的稳定性。对于一些康复训练任务，如带动患者肢体做特定动作，对肌肉起到牵引作用的任务，外骨骼只需要运动控制就够了。对于另一些任务，由于环境刚度以及环境位置的未知都会导致机械手在完成抓握任务的过程中存在力跟踪误差，如患者在外骨骼的辅助下练习抓握触碰动作，就需要对外骨骼人机接触力进行控制；同时，如果考虑手部外骨骼使用过程中的舒适性、接触柔顺性，也同样需要关注人机接触力。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷或不足，提供了一种复合控制系统的可穿戴式手部康复装置。该装置具有轻巧、可穿戴以及可调节适应不同手部尺寸的特点；同时，利用两个独立的直线电机分别驱动四指执行机构和拇指执行机构的运动，可实现四指执行机构与拇指执行机构协同运动以及独立运动两种不同的运动模式。而且，针对四指执行机构设置有位置跟踪控制系统，可实现四指执行机构的精确位置控制；针对拇指执行机构设置有力跟踪控制系统，可对指尖接触力进行力补偿以实现稳定的抓握。

本发明的目的通过如下技术方案实现。

一种复合控制系统的可穿戴式手部康复装置，包括固定板、四指模块、拇指模块、力跟踪控制系统以及位置跟踪控制系统；

所述四指模块和拇指模块设置在所述固定板上；

所述四指模块包括四指执行机构以及第一电机；所述四指执行机构包括食指、中指、无名指以及小指四根手指的手指执行机构；所述四指执行机构沿四指的屈伸方向连接设置在所述固定板的一端，并由所述第一电机驱动屈伸；

所述拇指模块包括拇指执行机构以及第二电机；所述拇指执行机构沿四指的屈伸方向设置在所述固定板的侧边，并可沿所述固定板转动；所述拇指执行机构由所述第二电机驱动屈伸；

所述力跟踪控制系统用于跟踪控制所述拇指执行机构实现接触力补偿，以达到稳定抓握的状态。

所述位置跟踪控制系统用于跟踪控制所述四指执行机构的食指、中指、无名指以及小指四根手指执行机构的位置姿态。