[發明專利]一種關節式軟體康復機器人手套

在審

• 申請號: 202110774589.0
• 申請日: 2021-07-08
• 公開（公告）號: CN113332104A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 李智軍;呂航;李琴劍
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: A61H1/02
• 分類號: A61H1/02
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 李佳俊;郭國中

1.一種關節式軟體康復機器人手套，其特征在于，包括：

手套本體：包括掌心掌背部分和軟體手指；

控制系統：包括傳感模塊、控制模塊和執行模塊；

所述軟體手指包括硅膠基體、限制膨脹應變層和限制伸長應變層；

所述硅膠基體內部為中空結構，所述限制膨脹應變層包裹在硅膠基體的外表面，所述限制伸長應變層覆蓋在軟體手指的下半表面和上半表面的非指間關節部位；

所述傳感模塊包括表面肌電信號采集模塊、手指彎曲度檢測模塊以及電磁閥組輸出氣壓檢測模塊；

所述表面肌電信號采集模塊采集佩戴者手指在不同位姿因肌肉收縮而產生的原始表面肌電信號；

所述手指彎曲度檢測模塊采用薄片式彎曲傳感器實時檢測軟體手指的彎曲度；

所述電磁閥組輸出氣壓檢測模塊利用壓力傳感器檢測各個出氣口的輸出氣壓；

所述控制模塊將采集到的表面肌電信號和手指彎曲度信息以模擬量形式通過串口傳輸給Arduino控制器，所述Arduino控制器內置特征識別模塊對模擬量進行模式識別，并根據識別的模擬量確定預設控制信號，該預設控制信號與壓力反饋信號進行比較處理后，最終輸出PWM控制信號；

所述執行模塊包括氣泵和電磁閥組；

所述氣泵提供驅動壓力；

所述電磁閥組控制各個軟體手指硅膠中空內腔的進出氣量，從而驅動軟體手指發生相應的彎曲。

2.根據權利要求1所述的關節式軟體康復機器人手套，其特征在于，當氣體驅動壓力注入硅膠基體內部時，限制膨脹應變層防止硅膠基體因發生徑向膨脹而變粗，限制伸長應變層使僅有指間關節部位在軟體手指受到驅動時發生軸向伸長，通過軟體手指上下表面產生的行程差，實現軟體康復手指的關節式彎曲動作。

3.根據權利要求1所述的關節式軟體康復機器人手套，其特征在于，所述硅膠基體為中空結構柱體，柱體一端封閉作為指尖端，另一端留有進出氣口作為指根端，硅膠基體充氣后膨脹和伸長。

4.根據權利要求1所述的關節式軟體康復機器人手套，其特征在于，所述硅膠基體為半圓柱體，所述硅膠基體的耗材材料為PLA聚乳酸。

5.根據權利要求1所述的關節式軟體康復機器人手套，其特征在于，所述限制膨脹應變層和限制伸長應變層均為平紋滌綸-乳膠絲針織紡織品；

所述平紋滌綸-乳膠絲針織紡織品的應變方向為軟體手指的伸長方向，該紡織品將軟體手指完全包裹，作為軟體手指的限制膨脹應變層；

在軟體手指的指底部位和指背非指間關節部位，再附加一層與限制膨脹層應變方向垂直的織物層，以再附加部位形成無應變特性織物，構成限制伸長應變層。

6.根據權利要求1所述的關節式軟體康復機器人手套，其特征在于，指間關節部位僅覆蓋限制膨脹應變層，指間關節部位的織物覆蓋形狀為橢圓形。

7.根據權利要求1所述的關節式軟體康復機器人手套，其特征在于，所述軟體手指通過高彈性氨綸針織布料與織物層縫合來保證軟體手指與穿戴者手指的緊密貼合，使穿戴者手指的上半表面貼合包裹有織物層的軟體手指，下半部分貼合高彈性的氨綸織物。

8.根據權利要求1所述的關節式軟體康復機器人手套，其特征在于，所述表面肌電信號采集模塊包括：

信號調理模塊：用于對收集到的原始表面肌電信號進行放大，并濾除外界其他信號的干擾，包括差分放大、高通濾波、二級放大和低通濾波；

信號處理模塊：用于將信號調理模塊采集到的模擬量信號進行數字化處理并進行輸出。

9.根據權利要求1所述的關節式軟體康復機器人手套，其特征在于，所述Arduino控制器輸出PWM控制信號，而電磁閥組只接收模擬信號，因此在Arduino控制器和電磁閥組之間設置PWM轉換模塊來轉換信號類型。

10.根據權利要求1所述的關節式軟體康復機器人手套，其特征在于，所述電磁閥組包括三個比例減壓閥，其中，大拇指與食指分別采用一個比例減壓閥單獨進行控制，其余三根手指共用一個比例減壓閥進行協同控制；

所述比例減壓閥根據電壓信號調節軟體手套驅動壓力，從而使手套壓力達到預期要求。