[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

本發明提供了一種關節式軟體康復機器人手套，包括手套本體和控制系統；手套本體包括掌心掌背部分和軟體手指，軟體手指包括硅膠基體、限制膨脹層和限制伸長層；控制系統包括傳感模塊、控制模塊和執行模塊，由傳感模塊采集的人手表面肌電信號、手指實時彎曲度信號經過信號解碼后與電磁閥組輸出氣壓信號共同傳輸給由Arduino主導的控制系統，控制系統經過運算決策后將控制信號經PWM轉換模塊轉換為模擬電壓信號傳輸給執行模塊，使電磁閥組在氣泵提供驅動壓力的情況下受控制信號的影響為所有軟體手指提供各自需求的氣壓。本發明的軟體外骨骼手套具有良好的結構柔性與運動柔性的優點，能夠大大提高穿戴的安全性和舒適性。

技術領域

本發明涉及醫療器械技術領域，具體地，涉及一種關節式軟體康復機器人手套。

背景技術

手是大腦功能的延伸，手特有的精細敏感度，使手不僅是人不可或缺的勞動器官，還是重要的感覺器官。而在如今，我國逐漸步入老齡化社會，老年人群體中有很大部分患有不同程度的腦血栓以及神經系統疾病，而此類患者又大部分存在不同程度的手部運動功能障礙癥。通過手部康復機器人對患者手部進行訓練治療，能夠輔助醫師加速患者手部功能恢復，進而引起患者大腦皮層的良性可塑性變化。因此，手部康復機器人對于提高患者手部康復質量、減少患者病痛、減輕社會負擔、使患者早日回歸社會并適應家庭生活具有重要現實意義。

傳統手部康復機器人大部分由剛性材料制成，具有載荷大、易于控制、定位精準等諸多優點，但為了完成預定康復動作需要復雜的機械結構，同時其安全系數較低，容易對患者造成二次傷害。而軟體康復機器人手套采用軟體材料制作而成，具有良好的結構柔性與運動柔性、自由度高、部件之間無摩擦、免磨損、免潤滑、免機械裝配、可實現單件快速加工、輕便化等諸多優點，克服了剛性機械手的一系列缺陷。

專利文獻CN109481226A(申請號：CN201811153769.1)公開了一種雙手跟蹤式多自由度軟體手指康復機器人，包括正常手柔性外骨骼手套、恢復手柔性外骨骼手套、控制系統、驅動模塊、運動感知單元和鮑登線，采用三指控制與驅動；運動感知單元包括分布在正常手和恢復手外骨骼手套的多組柔性角度傳感器及對應手臂上的肌電信號傳感器；恢復手柔性外骨骼手套每指上掌骨端與近節指骨端安裝電機驅動；鮑登線將電機驅動與恢復手柔性外骨骼手套的關節端或指尖端連接。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種關節式軟體康復機器人手套。

根據本發明提供的關節式軟體康復機器人手套，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；