本發(fā)明屬于醫(yī)療康復(fù)保健用品領(lǐng)域，具體涉及一種便攜式穿戴助力手套。

背景技術(shù)：

老年人由于年齡的增長(zhǎng)，手指肌肉機(jī)能不斷衰退，或者由于各種疾病引起的手指乏力的現(xiàn)象十分常見(jiàn)。他們往往很難握緊拳頭，在提東西上樓時(shí)，在顛簸的公交車上握緊扶手時(shí)顯得力不從心。在一些精細(xì)操作方面，比如握住水杯時(shí)，有時(shí)候也很難克制住手抖的問(wèn)題，嚴(yán)重影響了老年人的日常生活。在某些工作場(chǎng)合，例如生產(chǎn)車間，工人需要手提零件或者工具進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的勞動(dòng)，給車間工人帶來(lái)很大身體壓力。如果能為手指抓握機(jī)能退化的人群以及需要長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定抓握某種物品的人群設(shè)計(jì)一款便攜式穿戴助力手套，穿戴方便、助力效果明顯，可以帶動(dòng)手指完成所需要的任務(wù)是很具有現(xiàn)實(shí)意義的。

隨著社會(huì)科技的不斷進(jìn)步，高性價(jià)比的穿戴設(shè)備引起廣泛學(xué)者研究。多種形式的助力手套被提出，由于電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制方便，引起廣泛研究?，F(xiàn)有的助力外骨骼多采用機(jī)械結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、穿戴過(guò)程繁瑣，并且其運(yùn)動(dòng)形式不能很好的與人體手部運(yùn)動(dòng)形式統(tǒng)一，存在穿戴的不舒適性，同時(shí)由于是電機(jī)直接連接機(jī)械結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，剛性較大，存在人機(jī)交互的不安全性?，F(xiàn)有的一些助力手套具有驅(qū)動(dòng)的柔順性，但是其采用微型電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，存在驅(qū)動(dòng)力小的問(wèn)題，一般只能用于康復(fù)訓(xùn)練中，助力效果并不明顯。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種便攜式穿戴助力手套，采用繩索驅(qū)動(dòng)方式，其運(yùn)動(dòng)形式可以很好的與人體手部運(yùn)動(dòng)統(tǒng)一，具有穿戴的舒適性和驅(qū)動(dòng)的柔順性。

本發(fā)明的一種便攜式穿戴助力手套，包括：手套本體、彎曲傳感器、絲杠電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置、鋼絲傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及控制機(jī)構(gòu)；

所述彎曲傳感器設(shè)置于手套本體的小手指上用于檢測(cè)并判斷手指的開合意圖；

所述絲杠電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)置于手套本體的內(nèi)側(cè)手臂上，根據(jù)控制機(jī)構(gòu)輸出的控制信號(hào)向手指提供驅(qū)動(dòng)力；

所述鋼絲傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置于手套本體的手心側(cè)，用于將絲杠電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)力傳遞給手指；

所述控制機(jī)構(gòu)根據(jù)彎曲傳感器的檢測(cè)數(shù)據(jù)輸出控制信號(hào)以驅(qū)動(dòng)絲杠電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置。

在本發(fā)明的便攜式穿戴助力手套中，所述絲杠電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置包括：殼體以及設(shè)置于殼體內(nèi)的微型電機(jī)、聯(lián)軸器、絲桿、滑移螺母、行程開關(guān)，殼體兩端通過(guò)前端蓋和后端蓋封閉；

所述微型電機(jī)安裝于后端蓋上，并通過(guò)聯(lián)軸器與絲桿一端連接；絲桿另一端連接前端蓋，滑移螺母設(shè)置于絲桿上；微型電機(jī)帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，滑移螺母沿絲桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)；行程開關(guān)設(shè)置在前端蓋上，當(dāng)滑移螺母向前移動(dòng)碰到限位開關(guān)時(shí)，微型電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

在本發(fā)明的便攜式穿戴助力手套中，所述鋼絲傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置包括：鋼絲繩、固定扣以及限制環(huán)，所述鋼絲繩將絲杠電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)力傳遞給手指，所述固定扣用于將鋼絲繩一端固定到手套本體的手指指尖，所述限制環(huán)套設(shè)在手套本體的手指上用于限制鋼絲繩；所述鋼絲繩另一端固定到滑移螺母上。

在本發(fā)明的便攜式穿戴助力手套中，所述控制機(jī)構(gòu)包括信號(hào)處理模塊、控制器、驅(qū)動(dòng)模塊、降壓模塊、電池以及電源開關(guān)；

所述信號(hào)處理模塊用于對(duì)彎曲傳感器檢測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理；控制器根據(jù)信號(hào)處理模塊輸出的轉(zhuǎn)換后的信號(hào)發(fā)送pwm脈沖信號(hào)；驅(qū)動(dòng)模塊根據(jù)pwm脈沖信號(hào)向微型電機(jī)輸出電壓信號(hào)以向手指提供驅(qū)動(dòng)力；電池與電源開關(guān)相連接，電源開關(guān)分別與降壓模塊和驅(qū)動(dòng)模塊相連接，降壓模塊與控制器相連接。

在本發(fā)明的便攜式穿戴助力手套中，所述的彎曲傳感器由硅膠溶液包裹并通過(guò)硅膠與手套本體的小指連接在一起。

在本發(fā)明的便攜式穿戴助力手套中，所述手套本體的手臂上設(shè)有拉鏈和尼龍搭扣。

在本發(fā)明的便攜式穿戴助力手套中，所述手套本體的手腕處設(shè)有腕關(guān)節(jié)松緊帶。

在本發(fā)明的便攜式穿戴助力手套中，所述絲杠電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)前固定架和后固定架固定到手套本體上。

在本發(fā)明的便攜式穿戴助力手套中，在前固定架上設(shè)有用于引導(dǎo)鋼絲繩走向的導(dǎo)向管。

本發(fā)明至少具有如下有益效果：本發(fā)明的便攜式助力手套采用彎曲傳感器來(lái)判斷人體手指運(yùn)動(dòng)意圖，通過(guò)控制器來(lái)控制絲杠電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，彎曲傳感器通過(guò)硅膠溶液與手指套緊密連接，使傳感器讀數(shù)具有很高的穩(wěn)定性。本發(fā)明采用繩索驅(qū)動(dòng)方式，由鋼絲繩模擬腱傳動(dòng)形式帶動(dòng)手指運(yùn)動(dòng)，使手套具有明顯的助力效果，其運(yùn)動(dòng)形式可以很好的與人體手部運(yùn)動(dòng)統(tǒng)一具有穿戴的舒適性，并且該繩索傳動(dòng)形式具有驅(qū)動(dòng)的柔順性，具有人機(jī)交互的安全性。本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)裝置采用微型絲杠電機(jī)驅(qū)動(dòng)形式，具有體積小，驅(qū)動(dòng)力大、質(zhì)量輕、集成度高、控制簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的便攜式穿戴助力手套的手背示意圖；

圖2是本發(fā)明的便攜式穿戴助力手套的手心示意圖；

圖3是本發(fā)明的便攜式穿戴助力手套的立體圖；

圖4是本發(fā)明的絲杠電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明的控制機(jī)構(gòu)的示意圖；

圖6是本發(fā)明的控制機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供一種便攜式穿戴助力手套，下面結(jié)合附圖對(duì)助力手套進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。如圖1、圖2以及圖3所示，本發(fā)明的便攜式穿戴助力手套包括：手套本體、彎曲傳感器1、絲杠電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置8、鋼絲傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及控制機(jī)構(gòu)。彎曲傳感器1設(shè)置于手套本體的小手指上用于檢測(cè)并判斷手指的開合意圖。具體實(shí)施時(shí)彎曲傳感器1可通過(guò)硅膠溶液包裹并通過(guò)硅膠與手套本體的小指連接在一起。絲杠電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置8設(shè)置于手套本體的內(nèi)側(cè)手臂上，絲杠電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置8根據(jù)控制機(jī)構(gòu)輸出的控制信號(hào)向手指提供驅(qū)動(dòng)力。鋼絲傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置于手套本體的手心側(cè)，鋼絲傳動(dòng)機(jī)構(gòu)用于將絲杠電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置8的驅(qū)動(dòng)力傳遞給手指，以實(shí)現(xiàn)對(duì)手指的開合控制。控制機(jī)構(gòu)根據(jù)彎曲傳感器1的檢測(cè)數(shù)據(jù)輸出控制信號(hào)以驅(qū)動(dòng)絲杠電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置8。

如圖4所示，絲杠電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置8包括：殼體以及設(shè)置于殼體內(nèi)的微型電機(jī)17、聯(lián)軸器16、絲桿15、滑移螺母14、行程開關(guān)13，殼體兩端通過(guò)前端蓋12和后端蓋18封閉。微型電機(jī)17安裝于后端蓋18上，并通過(guò)聯(lián)軸器16與絲桿15的一端連接；絲桿15的另一端連接前端蓋12，滑移螺母14設(shè)置于絲桿15上。當(dāng)微型電機(jī)17帶動(dòng)絲桿15轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滑移螺母14在殼體的約束下，沿絲桿15往復(fù)運(yùn)動(dòng)，行程開關(guān)13設(shè)置在前端蓋12上，當(dāng)滑移螺母14向前移動(dòng)碰到行程開關(guān)13時(shí)，控制機(jī)構(gòu)控制微型電機(jī)17停止轉(zhuǎn)動(dòng)。絲杠電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置8通過(guò)前固定架9和后固定架10固定到手套本體上。

如圖2所示，鋼絲傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括：鋼絲繩7、固定扣6以及限制環(huán)2。鋼絲繩7將絲杠電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置8的驅(qū)動(dòng)力傳遞給手指，固定扣6用于將鋼絲繩7一端固定到手套本體的手指指尖，限制環(huán)2套設(shè)在手套本體的手指上，鋼絲繩7穿設(shè)在限制環(huán)2內(nèi)以限制鋼絲繩7。鋼絲繩7的另一端通過(guò)螺釘19固定到滑移螺母14上。

優(yōu)選的，在手套本體的手臂上設(shè)有拉鏈3和尼龍搭扣4。在手套本體的手腕處設(shè)有腕關(guān)節(jié)松緊帶11。在前固定架9上設(shè)有用于引導(dǎo)鋼絲繩7走向的導(dǎo)向管5。在手套本體的背部設(shè)置開口拉鏈3，使得穿戴過(guò)程更加方便、更加快捷，在手套本體的小臂部分有兩處尼龍搭扣4用于調(diào)節(jié)小臂穿戴的松緊性，可以適用不同體重人群的穿戴。其柔性設(shè)計(jì)，提高了人機(jī)交互的安全性，適用人群更加廣泛，并且便于折疊、收納和攜帶。

具體實(shí)施時(shí)，可設(shè)置3個(gè)絲杠電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置8，一個(gè)驅(qū)動(dòng)大拇指，一個(gè)驅(qū)動(dòng)食指，一個(gè)同時(shí)驅(qū)動(dòng)中指和無(wú)名指。該種驅(qū)動(dòng)布局在抓取較大物體時(shí)三個(gè)微型電機(jī)17同時(shí)驅(qū)動(dòng)可以提供較大的抓取力，在抓取較小的物體時(shí)，僅需要驅(qū)動(dòng)大拇指和食指的微型電機(jī)17工作，既能保證抓取過(guò)程的抓取力又能避免其他手指動(dòng)作影響抓取效果。

如圖5和圖6所示，控制機(jī)構(gòu)包括控制盒23以及設(shè)置在控制盒23內(nèi)的信號(hào)處理模塊25、控制器24、驅(qū)動(dòng)模塊26、降壓模塊21、電池27以及電源開關(guān)22，控制盒23頂部設(shè)有控制盒上蓋20。

信號(hào)處理模塊25用于對(duì)彎曲傳感器1檢測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，控制器24根據(jù)信號(hào)處理模塊25輸出的轉(zhuǎn)換后的信號(hào)發(fā)送pwm脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)模塊26根據(jù)pwm脈沖信號(hào)向微型電機(jī)17輸出電壓信號(hào)以向手指提供驅(qū)動(dòng)力。電池27用于向控制器24和驅(qū)動(dòng)模塊26供電。電池27與電源開關(guān)22相連接，電源開關(guān)22分別與降壓模塊21和驅(qū)動(dòng)模塊26相連接，降壓模塊21與控制器24相連接。通過(guò)電源開關(guān)22進(jìn)行通斷電控制。采用12v鋰電池供電，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的小型化設(shè)計(jì)。具體實(shí)施時(shí)，控制機(jī)構(gòu)可通過(guò)腰帶固定在人體腰部，降低了手部重量，同時(shí)提高了手部運(yùn)動(dòng)的靈活性。

控制機(jī)構(gòu)對(duì)絲杠電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置8的具體控制過(guò)程如下：設(shè)置于小指上的彎曲傳感器1相當(dāng)于控制開關(guān)，當(dāng)彎曲傳感器1檢測(cè)到手指有開合意圖后，將檢測(cè)數(shù)據(jù)輸出給控制機(jī)構(gòu)的信號(hào)處理模塊25，數(shù)據(jù)經(jīng)信號(hào)處理模塊25進(jìn)行濾波、信號(hào)放大處理后，得到彎曲傳感器1的彎曲角度和彎曲速度兩個(gè)數(shù)據(jù)，然后將彎曲角度和彎曲速度輸出給控制器24，彎曲角度和彎曲速度與控制器24內(nèi)部程序的數(shù)據(jù)區(qū)間進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)不同的區(qū)間選擇不同的執(zhí)行程序，發(fā)送pwm脈沖信號(hào)給驅(qū)動(dòng)模塊26，驅(qū)動(dòng)模塊26根據(jù)pwm脈沖信號(hào)給對(duì)應(yīng)的微型電機(jī)17發(fā)送不同大小、不同極性的電壓信號(hào)，以控制微型電機(jī)17的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)以及調(diào)速功能，控制微型電機(jī)17的動(dòng)作時(shí)間和驅(qū)動(dòng)電壓，彎曲越大、速度越快，則微型電機(jī)17動(dòng)作時(shí)間和驅(qū)動(dòng)電壓越大。

當(dāng)彎曲速度為正時(shí)即：其中θ1表示后一時(shí)刻的彎曲角度、θ0表示前一時(shí)刻彎曲角度，t表示采樣時(shí)間；彎曲角度在不斷增大，判定為助力過(guò)程，此時(shí)：

檢測(cè)的彎曲角度和彎曲速度在第一區(qū)間時(shí)，判定為大拇指和食指動(dòng)作，食指和大拇指微型電機(jī)正轉(zhuǎn)；在第二區(qū)間時(shí)大拇指和食指、中指、無(wú)名指的微型電機(jī)同時(shí)正轉(zhuǎn)。當(dāng)手指達(dá)到穩(wěn)定抓握狀態(tài)后微型電機(jī)停止動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的保持力。

當(dāng)彎曲速度為負(fù)時(shí)即：彎曲角度不斷減小，判定為復(fù)位過(guò)程，此時(shí)執(zhí)行復(fù)位程序，各個(gè)微型電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，微型電機(jī)內(nèi)部的滑移螺母碰觸到行程開關(guān)時(shí)，該電機(jī)停止動(dòng)作。

下面結(jié)合附圖1至6說(shuō)明本發(fā)明的助力手套的助力過(guò)程和復(fù)位過(guò)程。

助力過(guò)程：

由于大拇指、食指、中指、無(wú)名指的驅(qū)動(dòng)原理相同，以食指為例說(shuō)明助力手套的助力過(guò)程：

鋼絲繩7的前端穿過(guò)限制環(huán)2，被指尖的固定扣6，分別固定在助力手套的大拇指、食指、中指和無(wú)名指上。鋼絲繩7的后端穿過(guò)腕關(guān)節(jié)導(dǎo)向管5和前固定架9，被螺釘19固定在滑移螺母14上。微型電機(jī)17通過(guò)聯(lián)軸器16與絲杠15連接并固定，滑移螺母14通過(guò)螺紋與絲杠15相配合。當(dāng)人體穿戴上助力手套后通過(guò)小臂的尼龍搭扣4和手臂固定。按下電源開關(guān)22，電池27的輸出電壓通過(guò)降壓模塊降至5v后，給控制器24供電。當(dāng)人手抓取物體時(shí)，手指產(chǎn)生彎曲動(dòng)作，帶動(dòng)手套本體的小指上的彎曲傳感器1產(chǎn)生彎曲變形，彎曲傳感器1的變形產(chǎn)生內(nèi)部電阻的增大，彎曲傳感器1阻值的變化經(jīng)過(guò)信號(hào)處理模塊25進(jìn)行濾波、放大處理后得到彎曲傳感器1的彎曲角度和彎曲速度兩個(gè)數(shù)據(jù)，將彎曲角度和彎曲速度發(fā)送給控制器24，控制器24將彎曲角度和彎曲速度與其內(nèi)部程序的數(shù)據(jù)區(qū)間進(jìn)行對(duì)比分析，根據(jù)不同的區(qū)間選擇不同的執(zhí)行程序，將對(duì)應(yīng)的pwm值發(fā)送給驅(qū)動(dòng)模塊26，驅(qū)動(dòng)模塊26將所需的驅(qū)動(dòng)電壓輸送給對(duì)應(yīng)微型電機(jī)17，微型電機(jī)17正轉(zhuǎn)并通過(guò)聯(lián)軸器16傳遞給絲杠15，絲杠15通過(guò)螺紋將轉(zhuǎn)動(dòng)效果傳遞給滑移螺母14，滑移螺母14轉(zhuǎn)動(dòng)效果在絲杠電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置8外殼的限制作用下轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，滑移螺母14帶動(dòng)鋼絲繩7的向后運(yùn)動(dòng)，在固定扣6和限制環(huán)2的作用下，鋼絲繩7帶動(dòng)手指產(chǎn)生彎曲運(yùn)動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的抓取效果。

手套的復(fù)位過(guò)程：

當(dāng)人手需要放開物體時(shí)，由于大拇指、食指、中指、無(wú)名指在鋼絲繩7的助力作用下無(wú)法運(yùn)動(dòng)，由于小拇并未與鋼絲繩7連接，因此小指可以產(chǎn)生恢復(fù)動(dòng)作，在小拇指做恢復(fù)動(dòng)作時(shí)，帶動(dòng)彎曲傳感器1產(chǎn)生恢復(fù)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)彎曲傳感器的電阻值減小，彎曲傳感器1阻值的變化經(jīng)過(guò)信號(hào)處理模塊25后發(fā)送給控制器24，控制器24讀取彎曲傳感器1的數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析處理，將對(duì)應(yīng)的pwm值發(fā)送給驅(qū)動(dòng)模塊26，驅(qū)動(dòng)模塊26將所需的恢復(fù)電壓輸送給微型電機(jī)17，微型電機(jī)17反轉(zhuǎn)并通過(guò)聯(lián)軸器16傳遞給絲杠15，絲杠15通過(guò)螺紋將轉(zhuǎn)動(dòng)效果傳遞給滑移螺母14，滑移螺母14轉(zhuǎn)動(dòng)效果在絲杠電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置8外殼的限制作用下轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，滑移螺母14帶動(dòng)鋼絲繩7的向前運(yùn)動(dòng)，鋼絲繩7由拉緊狀態(tài)變?yōu)樗砷_狀態(tài)，人手可以自由移動(dòng)恢復(fù)到手指伸直狀態(tài)。在微型電機(jī)17反轉(zhuǎn)復(fù)位過(guò)程中，當(dāng)滑移螺母14碰觸到行程開關(guān)13時(shí)，通過(guò)控制器24發(fā)送pwm信號(hào)給微型電機(jī)17斷電。

本發(fā)明的便攜式穿戴助力手套為一體化設(shè)計(jì)，將手臂固定部分與手套融為一體，在手套背部設(shè)有開口拉鏈，使得穿戴過(guò)程更加方便、更加快捷，在手套小臂部分有兩處尼龍搭扣用于調(diào)節(jié)小臂穿戴的松緊性，可以適用不同體重人群的穿戴。其柔性設(shè)計(jì)，提高了人機(jī)交互的安全性，適用人群更加廣泛，并且便于折疊、收納和攜帶。采用12v鋰電池供電，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的小型化設(shè)計(jì)。采用彎曲傳感器作為人手抓取和擺放的意圖識(shí)別，并且可以根據(jù)人手動(dòng)作的速度來(lái)調(diào)節(jié)助力速度，使手套具有一定智能性。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)例和說(shuō)明書中描述的是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。