[发明专利]一种双手跟踪式手指康复机器人系统

摘要

本发明公开了一种双手跟踪式手指康复机器人系统，包括正常手端的三指结构和恢复手端的三指结构，康复过程实现单元包括运动感知单元、训练学习单元和动作执行与监测单元；运动感知单元分别分布在正常手和恢复手，其输出端均与训练学习单元输入端连接；动作执行与监测单元的输入端与恢复手的运动感知单元输出端连接，通过正常手的动作习惯牵引患者手指进行运动；系统首先通过EMG传感器Ⅰ、三维角度传感器Ⅰ和三维角度传感器Ⅱ对正常手动作结果进行测量，并输出给微控制系统进行分析、训练与学习，微控制系统根据判断结果控制恢复手端进行对称运动。本发明采用双手跟踪式康复设计，可以有效刺激患者大脑恢复并建立正常手与恢复手的对称联系，加快相关功能的恢复；且采用三指结构，重量轻、便于携带，适用于家庭康复。

主权项

1.一种双手跟踪式手指康复机器人系统，其特征在于：所述的双手跟踪式手指康复机器人系统由正常手的三指结构、恢复手的三指结构和微控制系统组成；所述的双手跟踪式手指康复机器人系统包括运动感知单元、训练学习单元和动作执行与监测单元；所述的运动感知单元分别分布在正常手和恢复手，其输出端均与训练学习单元输入端连接；所述的动作执行与监测单元的输入端与恢复手的运动感知单元输出端连接，通过正常手的动作习惯牵引患者手指进行运动；所述的运动感知单元包括正常手的EMG传感器Ⅰ、正常手的三维角度传感器Ⅰ、正常手的三维角度传感器Ⅱ、正常手的手掌部分、正常手的手指MCP关节、正常手的手指PIP关节、正常手的手指DIP关节、正常手的手指MCP关节的固定槽、正常手的手指PIP关节的固定槽、正常手的手指DIP关节的固定槽；所述的正常手的手指MCP关节包括正常手的拇指MCP关节、正常手的食指MCP关节、正常手的无名指MCP关节，所述的正常手的手指PIP关节包括正常手的食指PIP关节、正常手的无名指PIP关节，所述的正常手的手指DIP关节包括正常手的拇指DIP关节、正常手的食指DIP关节、正常手的无名指DIP关节；所述的恢复手的手指MCP关节包括恢复手的拇指MCP关节、恢复手的食指MCP关节、恢复手的无名指MCP关节，所述的恢复手的手指PIP关节包括恢复手的食指PIP关节、恢复手的无名指PIP关节，所述的恢复手的手指DIP关节包括恢复手的拇指DIP关节、恢复手的食指DIP关节、恢复手的无名指DIP关节；所述的训练学习单元包括微控制系统的硬件组成部分和机器学习算法实现的软件部分，其中微控制系统的硬件组成部分包括微控制器和电机驱动器；所述的动作执行与监测单元包括恢复手的EMG传感器Ⅱ、恢复手的三维角度传感器Ⅲ、恢复手的三维角度传感器Ⅳ、恢复手的电机驱动器、恢复手的电机Ⅰ、恢复手的电机Ⅱ、恢复手的电机Ⅲ、恢复手的电机Ⅳ和恢复手的电机Ⅴ、恢复手的手掌部分、所述恢复手的手指MCP关节、所述恢复手的手指PIP关节、所述恢复手的手指DIP关节、恢复手的转动轮Ⅰ、恢复手的转动轮Ⅱ、恢复手的转动轮Ⅲ、恢复手的转动轮Ⅳ、恢复手的转动轮Ⅴ、恢复手的转动轮Ⅵ、恢复手的转动轮Ⅶ、恢复手的转动轮Ⅷ、恢复手的转动轮Ⅸ、恢复手的转动轮Ⅹ、恢复手的转动轮Ⅺ、恢复手的转动轮Ⅻ、恢复手的转动轮A、恢复手的转动轮B和恢复手的转动轮C；所述的恢复手的电机Ⅰ、恢复手的电机Ⅱ和恢复手的电机Ⅲ安装在恢复手的手掌部分，所述的恢复手的电机Ⅳ和恢复手的电机Ⅴ分别安装在恢复手的食指PIP关节和恢复手的无名指PIP关节，所述的恢复手的手指MCP关节通过铰链固定在恢复手的手掌部分，所述的恢复手的手指PIP关节通过铰链与恢复手的手指MCP关节的可调节滑槽相连接，所述的恢复手的手指DIP关节通过转动轴与恢复手的手指PIP关节相连接，所述的恢复手的转动轮C、恢复手的转动轮Ⅰ和恢复手的转动轮Ⅱ通过螺纹连接分别固定在恢复手的电机Ⅰ、恢复手的电机Ⅱ和恢复手的电机Ⅲ上，所述的恢复手的转动轮Ⅲ、恢复手的转动轮Ⅶ和恢复手的转动轮B通过转动轴固定在恢复手的手掌部分，所述的恢复手的转动轮Ⅳ和恢复手的转动轮Ⅴ通过转动轴固定在恢复手的拇指MCP关节处，所述的恢复手的转动轮Ⅵ通过转动轴与恢复手的拇指DIP关节相连接，所述的恢复手的转动轮Ⅷ通过转动轴与恢复手的食指MCP关节相连，所述的恢复手的转动轮Ⅸ和恢复手的齿轮Ⅱ通过螺纹连接固定在恢复手的电机Ⅳ，所述的恢复手的齿轮Ⅰ与恢复手的齿轮Ⅱ相互啮合固定恢复手的食指PIP关节，所述的恢复手的转动轮Ⅹ通过转动轴与恢复手的食指DIP关节相连接，所述的恢复手的转动轮A通过转动轴与恢复手的无名指MCP关节相连，所述的恢复手的转动轮Ⅺ和恢复手的齿轮Ⅳ通过螺纹连接固定在恢复手的电机Ⅴ，所述的恢复手的齿轮Ⅲ与恢复手的齿轮Ⅳ相互啮合固定恢复手的无名指PIP关节，所述的恢复手的转动轮Ⅻ通过转动轴与恢复手的无名指DIP关节相连接；所述的正常手的EMG传感器Ⅰ置于正常手的手臂来采集肌电信号，所述的恢复手的EMG传感器Ⅱ置于恢复手的手臂来采集肌电信号；所述正常手的三维角度传感器Ⅰ置于所述正常手的手指MCP关节来采集角度信息，所述正常手的三维角度传感器Ⅱ置于所述正常手的手指PIP关节来采集角度信息，所述恢复手的三维角度传感器Ⅲ置于所述恢复手的手指MCP关节来采集角度信息，所述恢复手的三维角度传感器Ⅳ置于所述恢复手的手指PIP关节来采集角度信息；所述的恢复手的手指MCP关节上设有恢复手的手指MCP关节的固定槽，所述的恢复手的手指PIP关节上设有恢复手的手指PIP关节的固定槽，所述的恢复手的手指DIP关节上设有恢复手的手指DIP关节的固定槽；恢复手的各手指关节的固定槽将患者手指和双手跟踪式手指康复装置进行连接；所述的双手跟踪式手指康复机器人系统，其使用方法包括以下步骤：系统感知患者正常手的动作：患者正常手做出基本动作，正常手的EMG传感器Ⅰ、正常手的三维角度传感器Ⅰ和正常手的三维角度传感器Ⅱ对动作结果进行测量、输出；样本的训练与学习：微控制系统通过正常手的EMG传感器Ⅰ、正常手的三维角度传感器Ⅰ和正常手的三维角度传感器Ⅱ输出的信号进行分析、训练与学习；对恢复手的检测与识别：恢复手的EMG传感器Ⅱ对患者恢复手产生的肌电信号进行测量与输出，微控制系统通过之前的学习结果判断患者的动作意图；恢复手端的运动：微控制系统根据判断结果控制恢复手端进行对称运动；患者运动信息的反馈：恢复手的三维角度传感器Ⅲ、恢复手的三维角度传感器Ⅳ对患者做出的动作进行测量与输出，并与学习结果进行对比；恢复训练的优化：通过对患者恢复手动作的对比与再学习，优化康复训练模型，进而达到更好的恢复效果；所述的康复训练模型从患者正常手的运动习惯中提取。