[发明专利]一种手部外骨骼系统及控制方法

说明书

本发明公开一种手部外骨骼系统，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。其中驱动装置使用一个电机驱动若干根手指的运动，减小了系统的体积和造价，降低系统的复杂程度，在保证实现抓取功能的前提下，简化了控制过程。设计的力传递路径能保证手指的各个关节得到足够的拉力，又能改善用户的使用体验。本发明同时提供了该手部外骨骼系统的控制方法。

技术领域

本发明属于外骨骼机器人技术领域。

背景技术

当代社会正面临着社会人口老龄化、中风发病年轻化、交通事故频繁化等日益严重的社会问题，造成的结果是老年人群与肢体残疾人群的运动功能障碍，因此手部康复机器人成为了医疗康复领域的研究重点和热点。手部外骨骼可以辅助老年人和运动功能障碍患者进行日常物品的抓取，也可以进行康复训练，防止肌肉萎缩，恢复患肢运动能力。该款手部外骨骼是一种可以通过手套并联在人的上肢上，为手部的运动提供额外的动力，辅助患者完成抓取动作，运动机能恢复的智能机械系统。

传统的手部外骨骼尚存在诸多的不足，如机械结构不够柔顺，需要与手部关节高度匹配，容易对患者造成伤害，体感不佳；系统传动不够精确；缺乏测量手部信息的多种传感器；控制策略较为简单，不能根据用户意图进行运动，或者运动的延迟偏高。

在公告号CN103315880B的发明专利中，公开了一种基于记忆合金驱动的手部外骨骼康复系统。本发明以五根形状记忆合金弹簧为驱动装置，独立驱动五个手指运动，采用四连杆机构作为外骨骼的传动机构，需要外骨骼的各个自由度和人手的各个关节的自由度高度匹配，否则容易引发安全事故，体感不佳，容易造成二次伤害。

在公开号CN109276408A的发明专利申请中，公开了一种上肢手外骨骼康复机器人，装置通过让患者观看虚拟现实影像，基于脑电获取用户的运动意图，然后使用外骨骼驱动人手完成虚拟现实任务。该外骨骼手套设置简单，没有融合测量手部人机接触力和关节角度的传感器；使用五个舵机缠绕绳索，拉动五根手指的手指运动，控制过程较为繁琐；此外，通过脑电来获取用户的运动意图，有较大的延迟，控制的实时性不佳。

在公告号CN209092054U的实用新型专利中，公开了一种基于拉线驱动与镜像同步模拟的可自主康复训练的手部外骨骼。该系统由主动手外骨骼与镜像手外骨骼组成，整体结构由软骨式弹性材料与小型电机组、控制电路、测量电路、弯曲形变传感器以及无线模块构成。手掌侧使用五个电机组成的电机组拉动绳索，使得手弯曲；手背侧使用五个弹簧被动的拉动绳索，使得手伸展；控制过程较为复杂；其次绳索在手上的绕线方式简单，容易导致力分布不均衡；最后，使用镜像手的传感器信息获取用户的运动意图，使得过程复杂，完全可以在同一只手臂上完成整个操作过程。

故，需要一种新的技术方案以解决上述技术问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种结构紧凑、轻巧柔软、舒适安全、能准确且简便的识别运动意图、控制柔顺的手部外骨骼系统，同时也提供了具体的控制方法。

技术方案：本发明手部外骨骼系统可采用以下技术方案：

一种手部外骨骼系统，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；正面手指固定点及背面手指固定点均为套管；