[发明专利]一种手部外骨骼系统及控制方法

权利要求书

1.一种手部外骨骼系统，其特征在于：包括手套、绕线轮组、若干预紧装置、若干夹紧装置、若干条绳索、驱动装置；

所述手套包括正面及背面，手套的手指部分正面设置若干沿着手指正面外轮廓排列的正面手指固定点，手套的手掌底部设有手掌固定点，一条绳索自手掌固定点穿过后，依次穿过正面手指固定点后再自手掌固定点向下穿出后，汇成一股再通过预紧装置及夹紧装置后缠绕在绕线轮组上；

手套的手指部分背面设置若干沿着手指背面外轮廓排列的背面手指固定点，手套的手背底部设有手背固定点，另一条绳索自手背固定点穿过后，依次穿过背面手指固定点后再自手背固定点向下穿出后，汇成一股后也通过预紧装置及夹紧装置后缠绕在绕线轮组上；手掌固定点、手背固定点、正面手指固定点及背面手指固定点均为套管；

所述绕线轮组包括转轴，设置在转轴上并且同轴的圆轮及凸轮，其中一条绳索绕在圆轮上，而另一条绳索绕在凸轮上；驱动装置与转轴连接并驱动转轴转动；

所述绳索包括驱动拇指的第一正面绳索、第一背面绳索，绳索还包括驱动食指及中指正面的第二正面绳索、驱动食指及中指背面的第二背面绳索；所述手套的拇指部分正面固定第一正面绳索，拇指部分背面固定第一背面绳索；食指及中指正面固定第二正面绳索，即该第二正面绳索自一个手掌固定点穿过并沿着食指及中指整体的正面外轮廓固定后再从另一个手掌固定点向下穿出汇成一股第二正面绳索，第二背面绳索自一个手背固定点穿过并沿着食指及中指整体的背面外轮廓固定后再从另一个手背固定点向下穿出汇成一股第二背面绳索；所述转轴上设有供第一正面绳索缠绕的第一圆轮、供第一背面绳索缠绕的第一凸轮、供第二正面绳索缠绕的第二凸轮、供第二背面绳索缠绕的第二圆轮。

2.根据权利要求1所述的手部外骨骼系统，其特征在于：一个 所述夹紧装置与一股绳索一一对应配置，夹紧装置包括单向轴承及胶轮，绳索夹于单向轴承及胶轮之间。

3.根据权利要求2所述的手部外骨骼系统，其特征在于：所述预紧装置包括螺纹管、空心螺杆；空心螺杆旋进或旋出螺纹管来调整套管的位置使绳索处于适度张紧状态。

4.根据权利要求3所述的手部外骨骼系统，其特征在于：驱动装置包括伺服电机、蜗杆、涡轮；电机轴与蜗杆连接，蜗杆与涡轮配套使用，涡轮与绕线轮组固定在同一根转轴上，涡轮的旋转带动转轴的旋转，进而带动绕线轮组的旋转。

5.根据权利要求4所述的手部外骨骼系统，其特征在于：还包括控制器；所述手指部分关节处设有角度传感器；手指部分的指尖处设有薄膜压力传感器；角度传感器测得手指的角度信号或者使用薄膜压力传感器测得手指的指尖力信号作为控制器的反馈。

6.一种使用如权利要求5所述手部外骨骼系统的控制方法，其特征在于：提供Myo腕带，将Myo腕带佩戴在使用者小臂上采集指伸肌和指屈肌的肌电信号；采用 10-500Hz 的二阶巴特沃斯带通滤波器来滤除 500Hz 以上的无用信号以及 10Hz 以下的低频运动干扰信号；然后通过一个 50Hz 的陷波滤波器来滤除交流电所带来的工频干扰；最后通过全波整流以及 1Hz 的一阶巴特沃斯低通滤波器来获得原始肌电信号的包络，也就是肌肉激活程度；通过比较指伸肌和指屈肌激活程度的幅值的关系，判断出使用者的运动意图；当伸肌的激活程度的值大于T1并且大于屈肌的激活程度，意图判断为手打开，驱动器输出Vc=1的信号给伺服电机；当屈肌的激活程度的值大于T2并且大于伸肌的激活程度，意图判断为手关闭，驱动器输出Vc=-1的信号给伺服电机三种状态；当不满足上述两种情况时，意图判断为手保持，驱动器输出Vc=0的信号给伺服电机；伺服电机驱动绕线轮组转动，进而带动手指运动到预期的状态。