[发明专利]可穿戴式功能增强机器手系统及其辅助手指和控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及可穿戴式机器人系统，具体是一种基于肌电接口的可穿戴式功能增强机器手系统及其辅助手指和控制方法，以增强单手功能。

背景技术

可穿戴式设备及人机协同机器人技术日渐成为近些年来的研究热点，借助于人本来就具有的功能等，可穿戴式设备如外骨骼机器人能够使人机兼容，广泛应用于助力，康复，娱乐等领域，增强或拓展了个人技能，人机协同作业更加密切和实用化。

目前已存在各式各样的可穿戴式设备，主要提供力量支持或者辅助。但是既提供助力又能够人机协同完成某项任务的设备并不多见，单一的助力设备或康复设备虽然起到了助力作用，但是也有可能限制其他功能的发挥，另外一些助力设备因为体积大，会对人的活动空间造成不便，因而，灵巧型的可穿戴设备，既需要满足助力需求，也需要满足人机协同的要求，另外还需要体积小，能耗，成本低。

经过对现有的技术文献检索发现：

中国实用新型专利公开号：CN 202537871 U，名称：一种手部及腕部外骨骼康复训练装置。该外骨骼设备主要应用于康复，并有助力装置，但是助力装置仅固定在前臂，会对人的肘部产生额外负重，不利用长期使用。

中国实用新型专利公开号：CN 200954207 Y，名称：一种基于外骨骼的手臂康复器。提供了一种上肢康复训练装置，但是机构复杂，便携性差，且控制方式单一，无法实时评估人体行为意图，不能提供人机协同决策，不利于用户操作。

发明内容

本发明针对现有技术上存在的不足，提供一种基于肌电控制策略的可穿戴式功能增强机器手系统及其辅助手指和控制方法，不仅用于助力，且用于人机协同作业。

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，提供了一种辅助手指，包括仿人手指、手指基座、电机a2、电机a3、电机a4，其中，所述仿人手指采用驱动绳驱动，并具有夹持自由度、屈伸自由度和回收自由度三个自由度；所述电机a4直接与仿人手指驱动连接，用于实现仿人手指的回收自由度；所述电机a4的转轴上连接有减速器，所述减速器的输出轴上连接有一个用于实现仿人手指夹持自由度的转轴，所述仿人手指通过驱动绳依次连接转轴和驱动电机a2，所述转轴与驱动电机a2驱动连接；所述仿人手指通过驱动绳与电机a3驱动连接，用于实现仿人手指的弯曲自由度；

所述仿人手指连接在手指基座上；所述手指基座包括控制板安装面c2、腕部连接器c3和模块化关节接口c1，其中：

所述控制板安装面c2上安装有控制面板，所述控制面板与电机a2、电机a3、电机a4控制连接；

所述腕部连接器c3上设有用户手腕；

所述模块化关节接口c1上安装有三自由度模块化关节；

所述模块化关节接口c1、控制板安装面c2、腕部连接器c3与仿人手指的连接关系或驱动关系具体为：所述模块化关节接口c1设有关节连接法兰，所述三自由度模块化通过关节连接法兰与手指基座紧固连接；所述用户手腕设有至少一个用户腕部几何适配接口，通过调整接口半径适配不同用户需求；所述控制板安装面c2上设有用于控制面板连接的螺纹孔；所述仿人手指通过驱动绳、预紧部件以及手指连接法兰与三自由度模块化关节连接，使其运动。

优选地，所述电机a2、电机a3和电机a4上分别设有码盘，用于控制仿人手指的位置。

优选地，所述转轴与驱动电机a2之间设有绳驱动滑轮p1；所述仿人手指与驱动电机a3之间设有绳驱动滑轮p2；所述驱动绳分别绕过绳驱动滑轮p1和绳驱动滑轮p2，并分别形成闭合回路；

所述绳驱动滑轮p1和绳驱动滑轮p2分别固定在转轴上。

优选地，所述辅助手指还包括：位置传感器和力传感器，其中：

所述仿人及其手指的每一个手指关节上均设有一个位置传感器，用于检测手指关节位置信息，进而得到每个手指关节的弯曲角度；

所述力传感器包括与驱动绳连接的弹簧以及用于检测弹簧变形所产生电位的线性电位计，通过检测到的电位得到弹簧的变形量，进而得到每个手指关节力/力矩的大小。

优选地，所述仿人手指包括对称设置的两根连杆结构，其中，每一根连杆结构均包括第一连杆和第二连杆，所述第一连杆和第二连杆之间通过铰接方式连接。

根据本发明的第二个方面，提供了一种可穿戴式功能增强机器手系统，包括自适应前臂连接器b1、上臂连杆b2、前臂连杆b4、环形肌电采集阵列以及上述的辅助手指，其中：