[发明专利]一种闭链级联式可穿戴外骨骼手部机器人

说明书

本发明涉及可穿戴外骨骼机械手领域，尤其涉及一种闭链级联式可穿戴外骨骼机器人，包括：四指传动机构、拇指传动机构、手背板、电机托板和电机，所述电机和其他控制电路等放置在所述电机托板上，所述电机托板与所述手背板连接，各个手指运动辅助机构的各零部件长度与对应手指长度呈比例，所述闭链级联式可穿戴外骨骼机器人由电机驱动，由闭链级联式多杆结构组成的所述四指传动机构和所述拇指传动机构传动。本发明采用闭链级联式连杆传动结构，能够对手指每个关节进行大角度范围的驱动，活动空间大，在手指关节处不采用机构连接，通过人体手部自身关节进行结构连接，实现了人机共融，能够适应不同使用者的手指尺寸特征，增加了穿戴的舒适度。

技术领域

本发明涉及可穿戴外骨骼机械手领域，尤其涉及一种基于闭链级联式结构的可穿戴外骨骼手部机器人。

背景技术

手是人体最重要的器官之一，同时也是骨骼结构最复杂的器官之一。由于手在人们的生产生活中占据极为重要的位置，会使用手去完成一些较为危险的活动，时常造成手部损伤且手部损伤后康复周期长，同时对完成精细动作的功能恢复大多不理想，严重影响了患者的生活质量。另外，脑卒中导致的手部运动功能障碍，也急需有效的手部康复训练，综上所述，如何促进受伤后或脑卒中后的手部功能恢复，显得至关重要。

加拿大骨科医生罗伯特·索尔特在1960年提出了连续被动活动康复疗法(Continuous Passive Motion，CPM)。通过外力带动患肢做长时间全范围的被动活动，以此阻止病患关节的僵硬，并促进患肢血液循环达到加速康复的目的。CPM疗法已被证实效果明显，但由于高强度和高重复性的特点，对理疗师的劳动强度提出了很高要求。为解决上述问题，机器人及其相关技术被应用到手部康复中，利用手部外骨骼系统代替理疗师，驱动患肢进行被动运动，促进手部功能恢复。

外骨骼原指一种能够提供对生物柔软内部器官进行构型、建筑和保护的坚硬外部结构。外骨骼机器人是一种由刚性的框架构成并且可以穿戴的机器装置，可以提供额外能量来供应或者辅助相应的肢体运动，实践证明外骨骼机器人能够在人们的生产生活中进行正常肢体的运动力量增强或者患侧肢体的运动功能改善。

人体手部共有约21个自由度，骨骼结构复杂，使得手部外骨骼机器人的设计更加困难。经过文献检索发现，国内在手部外骨骼机器人的研究仍处于初期阶段。中国专利申请号为：201310217665.3的发明专利公开了一种基于记忆合金驱动的手部外骨骼康复系统，该专利所述的手部外骨骼装置采用记忆合金驱动，四连杆机构传动，结构简单且易于实现。但仍存在以下问题：

（1）外骨骼装置与人手结合的部分为固定连接，对不同体态的手部无法适应匹配，而且即使对于同一体态的手部，也不能做到穿戴时的位置调整，穿戴舒适性和长时间使用的安全性不高。

（2）外骨骼传动部分采用的四连杆机构存在以下弊端：机构运动空间小，进而对手指关节的驱动幅度小，无法满足手指大角度运动需求；机构只能对手部的指掌关节（Metacarpophalangeal，MCP）、指间关节（Proximal Interphalangeal，PIP）进行运动辅助，不能对除拇指外其他四指的第三个关节进行运动辅助，如远指关节（Distal Phalangeal，DP）；

针对上述问题，设计一种能够进行人机融合、驱动手部全关节、运动空间大的外骨骼手部机器人变得十分必要。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的不足，设计了一种由电机驱动、局部闭链十杆结构传动、能够进行人机融合的闭链级联式可穿戴外骨骼手部机器人。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种闭链级联式可穿戴外骨骼手部机器人，包括四指传动机构、拇指传动机构、手背板、电机托板和电机；