[发明专利]基于电磁驱动的手部外骨骼系统

说明书

本发明公开了一种基于电磁驱动的手部外骨骼系统，所述基于电磁驱动的手部外骨骼系统包括手部外骨骼部分、导线、继电器、电源，手部外骨骼部分与所述电源均通过导线与所述继电器部分连接。本发明能够解决现有技术中存在的不足，提供了一种基于电磁驱动的手部外骨骼装置，有效减小了手部外骨骼的质量、体积，装置结构简单、易于操作。

技术领域

本发明涉及一种手部外骨骼系统，特别是涉及一种基于电磁驱动的手部外骨骼系统。

背景技术

手是人类日常生活中最常用到的人体器官之一，它是人体运动灵巧性的最高体现。人手由二十七块骨骼组成，可以实现二十个自由度的活动。对物体的操纵和触觉感知是人手的两大重要功能。手对物体的操纵功能主要是指手在骨骼、肌肉和神经系统的共同作用下完成对物体抓握、捏取、以及对精细动作控制的能力。外力、疾病以及烧伤等多种原因导致的手部功能损伤严重影响了人们的日常生活。

手部外骨骼这一概念源于柔性外骨骼技术，实质上是一种可穿戴在手部的机器人技术，结合了外骨骼仿生技术和信息控制技术，涉及生物运动学、机器人学、信息科学、人工智能等跨学科知识。手部外骨骼系统主要应用于机械手遥操作及手指姿态测量，及手部功能康复训练。

德国柏林工业大学的Andreas Wege等学者对手部外骨骼进行了系统的研究，在2005年研制了一种每个手指的两自由度的外骨骼，通过电机－滑轮－绳传动，针对非线性时变特点，采用滑模控制器，并通过积分消除高频碰撞的震颤问题。日本岐阜大学的Haruhisa Kawasaki等学者，于2006年研制的22自由度手部外骨骼康复装置，尝试通过镜像控制，即患者的健侧控制患侧，达到自主康复训练的目的。

鉴于人手部结构复杂、关节自由度多，手部外骨骼的设计存在很大的困难。目前国内对于手部外骨骼的研究设计尚有很大的进步空间。经过对现有技术的文献检索发现相关专利文献，其中国申请专利号为：CN201610447505.1，专利名称为：一种穿戴式手部外骨骼装置，申请日为：2016年6月21日。该发明专利公开了一种基于平面五杆机构和空间六杆机构的手部外骨骼。该装置可穿戴，且具有与人手关节自由度数相匹配的自由度，然而其仍然存在一定的问题：(1)该装置手指关节间由连杆机构连接，导致整个装置体积过大、较为笨重，一定程度上会影响患者康复训练的效果；(2)该手部外骨骼无任何驱动装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于电磁驱动的手部外骨骼系统，其能够解决现有技术中存在的不足，有效减小了手部外骨骼的质量、体积，装置结构简单、易于操作。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种基于电磁驱动的手部外骨骼系统，其特征在于，所述基于电磁驱动的手部外骨骼系统包括手部外骨骼部分、导线、继电器、电源，手部外骨骼部分与所述电源均通过导线与所述继电器部分连接。

优选地，所述手部外骨骼部分包括手掌部分及手指部分；所述手指部分包括拇指部、食指部、中指部、无名指部以及小指部；

手掌部分包括掌板、第一电磁铁、第一防滑垫；四个所述第一电磁铁分别镶嵌在掌板上部的四个卡槽中；所述第一防滑垫固定在掌板下部；食指部、中指部、无名指部以及小指部均包括防滑垫、近节、中节、第一远节、第一永磁铁、第二电磁铁，其中，所述近节在末端通过一个销轴与掌板铰接；所述中节与近节铰接；所述第一远节与中节铰接；多个防滑垫分别固定在近节、中节、第一远节下半部；第二电磁铁固定在中节的上半部，第一永磁铁固定在第一近节和第一远节的上半部；

拇指部包括第二永磁铁、第三电磁铁、第二远节、第二近节、第三防滑垫以及连接器，其中，所述第二远节与第二近节铰接；所述第二近节与连接器铰接；所述两个第三防滑垫分别固定在第二远节以及第二近节下部；连接器在末端与掌板形成过盈配合，第三电磁铁固定在第二近节的上半部，第二永磁铁固定在第二远节的上半部以及连接器上的一个圆孔中。

优选地，所述继电器在特定电流信号指令下切换接头位置。