本實(shí)用新型屬于機(jī)器人領(lǐng)域，尤其是涉及一種新型外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人，主要適用于由于中風(fēng)疾病引起的手指功能障礙的患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。

(二)

背景技術(shù)：
：

腦卒中，也稱腦中風(fēng)，是嚴(yán)重威脅中老年人身體健康的疾病之一，多數(shù)情況下可引起偏癱，該病近年來(lái)發(fā)病率呈明顯的上升趨勢(shì)。偏癱患者一側(cè)肢體運(yùn)動(dòng)功能喪失，給日常生活帶來(lái)很大不便。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)有的腦中風(fēng)患者多達(dá)500萬(wàn)以上；美國(guó)的腦中風(fēng)患者數(shù)量也超過(guò)450萬(wàn)。臨床上對(duì)偏癱患者的康復(fù)絕大多數(shù)采用治療師和患者間一對(duì)一治療的方法。雖然現(xiàn)有的醫(yī)療水平可以治愈60-70％的中風(fēng)患者，但大多數(shù)的幸存患者均存在上肢或下肢運(yùn)動(dòng)功能缺陷。其中，手是人體中最為精細(xì)的機(jī)構(gòu)之一，血管分布錯(cuò)綜復(fù)雜，細(xì)小肌肉遍布全手，導(dǎo)致手部損傷的治療難度增大，且治療周期時(shí)間長(zhǎng)。通常醫(yī)學(xué)上把手指的康復(fù)作為上肢康復(fù)的關(guān)鍵難題。

根據(jù)科學(xué)研究，大腦中樞神經(jīng)具有可塑性，科學(xué)有效的運(yùn)動(dòng)方式有助于刺激大腦神經(jīng)的恢復(fù)，這就為運(yùn)動(dòng)康復(fù)療法帶來(lái)了理論基礎(chǔ)。目前的運(yùn)動(dòng)康復(fù)治療主要是通過(guò)康復(fù)治療師用針灸、按摩等方法或者借助一些簡(jiǎn)易的醫(yī)療器械幫助患者恢復(fù)運(yùn)動(dòng)功能。首先，這使得康復(fù)訓(xùn)練對(duì)人力和物力的要求比較高，昂貴的醫(yī)療費(fèi)用對(duì)患者造成了沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)；其次，康復(fù)效果主要依靠醫(yī)療師的經(jīng)驗(yàn)和主觀判斷，缺少客觀量化的評(píng)價(jià)；最后，康復(fù)訓(xùn)練過(guò)程中，缺少舒適的支撐結(jié)構(gòu)，這使得偏癱肢體在訓(xùn)練中容易造成二次的傷害。

在滿足人體工學(xué)的基礎(chǔ)上，外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人為腦中風(fēng)偏癱患者提供了一種新型的外“骨骼”，用來(lái)幫助患者進(jìn)行手指康復(fù)訓(xùn)練動(dòng)作，同時(shí)，高效傳感器的應(yīng)用使得外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人在輔助患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練時(shí)更加高效可靠，并為患者康復(fù)程度提供了準(zhǔn)確可靠的評(píng)價(jià)方法。目前，市面上的外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人都比較龐大，運(yùn)輸起來(lái)比較困難，而且不能應(yīng)用于家庭里使用。此外，現(xiàn)有的外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人的工作方法多采用提取人體腦電信號(hào)或肌電信號(hào)的方式控制機(jī)器人的方法，但由于腦電信號(hào)或肌電信號(hào)在提取過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)偏差導(dǎo)致機(jī)器人出現(xiàn)誤操作的情況，對(duì)患者造成一定的損傷。

(三)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
：

本實(shí)用新型的目的在于設(shè)計(jì)一種新型外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人，它可以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)患者無(wú)傷害，操作方便的康復(fù)機(jī)器人，使患者可以隨時(shí)地進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練以刺激患者大腦運(yùn)動(dòng)神經(jīng)，達(dá)到最終恢復(fù)其手指運(yùn)動(dòng)機(jī)能的目的。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案：一種新型外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人，其特征在于它包括控制單元、電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、傳動(dòng)單元和執(zhí)行單元；其中，所述控制單元的輸入端接收附在患者健側(cè)手指上的彎曲傳感器產(chǎn)生的彎曲信號(hào)，其輸出端與電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的輸入端連接；所述傳動(dòng)單元的輸入端與電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的輸出端連接，其輸出端與執(zhí)行單元的輸入端連接；所述執(zhí)行單元的輸出端與患者患側(cè)手指接觸，通過(guò)傳遞力使患者患側(cè)手指進(jìn)行動(dòng)作。

所述控制單元包括彎曲傳感器、AD(Analog to Digital——模擬數(shù)字)轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)、LCD(Liquid Crystal Display——液晶顯示)數(shù)顯模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；其中，所述彎曲傳感器的輸入端接收患者健側(cè)手指的彎曲角度信息，其輸出端與AD轉(zhuǎn)換模塊連接；所述單片機(jī)的輸入端接收AD轉(zhuǎn)換模塊的輸出信號(hào)，其輸出端與電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊及LCD數(shù)顯模塊的輸入端連接。

所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元由電機(jī)座、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸構(gòu)成；所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸入端與電機(jī)座連接，輸出端與電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸連接；所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在電機(jī)座上；所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸安裝在驅(qū)動(dòng)電機(jī)上；所述電機(jī)座位于手掌背面部位；所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸與驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間呈過(guò)盈配合連接。

所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)是步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，且安裝在手掌背部，減小了整體機(jī)器人的尺寸。

所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用欠驅(qū)動(dòng)方式，以實(shí)現(xiàn)對(duì)手指MCP(Metacarpophalangeal——掌指)關(guān)節(jié)、手指PIP(Proximal interphalangeal——近端指間)關(guān)節(jié)和DIP(Distal Interphalangeal——遠(yuǎn)端指間)關(guān)節(jié)的彎曲和伸展運(yùn)動(dòng)。

所述傳動(dòng)單元是由傳動(dòng)絲繩、轉(zhuǎn)動(dòng)軸I、連桿I、中關(guān)節(jié)座、齒輪I、齒輪II、轉(zhuǎn)動(dòng)軸II、連桿II和端點(diǎn)支撐座構(gòu)成；所述執(zhí)行單元是由手指MCP關(guān)節(jié)、手指PIP關(guān)節(jié)、手指MCP關(guān)節(jié)連接開槽及手指PIP關(guān)節(jié)連接開槽構(gòu)成；其中，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸I與電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸通過(guò)傳動(dòng)絲繩形成微型鋼絲繩傳動(dòng)結(jié)構(gòu)；所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸I、連桿I、中關(guān)節(jié)座與手指MCP關(guān)節(jié)形成四連桿機(jī)構(gòu)；所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸II、連桿II、端點(diǎn)支撐座與手指PIP關(guān)節(jié)形成第二個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)；所述齒輪I和齒輪II形成齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述手指MCP關(guān)節(jié)連接開槽與中關(guān)節(jié)座固定連接；所述手指PIP關(guān)節(jié)連接開槽與端點(diǎn)支撐座固定連接。

所述外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人采用光敏樹脂和硅膠材料。

所述外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人采用鋼絲繩傳動(dòng)方式，可適用于遠(yuǎn)距離傳動(dòng)。

所述外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人與患者接觸的地方采用弧形設(shè)計(jì)要求。

所述外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人與患者手指接觸的地方均有硅膠墊，減小對(duì)手指的損傷。

本實(shí)用新型的工作方法：

①電機(jī)驅(qū)動(dòng)輸入：

外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人通過(guò)手指MCP關(guān)節(jié)連接開槽和手指PIP關(guān)節(jié)連接開槽穿戴在患者的患側(cè)手指上；附在患者健側(cè)手指上的彎曲傳感器隨著手指彎曲時(shí)發(fā)出的彎曲角度信號(hào)經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換模塊傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)接收到經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換的彎曲角度信號(hào)后，輸出控制信號(hào)給電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊根據(jù)單片機(jī)輸出的控制信號(hào)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作；

②手指MCP關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)：

驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)后，與驅(qū)動(dòng)電機(jī)緊密配合連接的電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)，與電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸連接的兩根傳動(dòng)絲繩會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸I進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)；由于轉(zhuǎn)動(dòng)軸I、連桿I、中關(guān)節(jié)座與手指MCP關(guān)節(jié)形成四連桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸I轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，手指MCP關(guān)節(jié)也就進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使得手指MCP關(guān)節(jié)進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練動(dòng)作；

③手指PIP關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)：

當(dāng)連桿I運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)帶動(dòng)齒輪I進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)與齒輪I齒輪嚙合的齒輪II轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪II帶動(dòng)與其固接的轉(zhuǎn)動(dòng)軸II轉(zhuǎn)動(dòng)；由于轉(zhuǎn)動(dòng)軸II、連桿II、端點(diǎn)支撐座與手指PIP關(guān)節(jié)形成四連桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸II轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，手指PIP關(guān)節(jié)也就進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使得手指PIP關(guān)節(jié)進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練動(dòng)作；

④運(yùn)動(dòng)參數(shù)的調(diào)節(jié)：

在外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人對(duì)患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練的過(guò)程中，附在患者健側(cè)手指上的彎曲傳感器會(huì)對(duì)患者的運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，根據(jù)患者的運(yùn)動(dòng)情況實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，以針對(duì)不同程度的患者制定不同的康復(fù)訓(xùn)練方案。

本實(shí)用新型的優(yōu)越性在于：1、采用鋼絲繩傳動(dòng)方式，改變以往的外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人的傳動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程傳動(dòng)，大大減小了外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人的自身的重量；2、該外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)五個(gè)患側(cè)手指的單獨(dú)動(dòng)作，大大提高了康復(fù)效率；3、外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人主要采用光敏樹脂和硅膠材料，在減輕機(jī)器人自重的同時(shí)，又保證了機(jī)器人自身的剛度要求；4、在外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人與患者手指接觸的地方應(yīng)用了硅膠軟墊，保護(hù)了患者手指，防止患者手指的二次傷害。

(四)附圖說(shuō)明：

圖1為本實(shí)用新型所涉一種外骨骼式手指康復(fù)機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)框圖。

圖2為本實(shí)用新型所涉一種外骨骼式手指康復(fù)機(jī)器人控制單元部分的連接示意圖。

圖3為本實(shí)用新型所涉一種外骨骼式左手手指康復(fù)機(jī)器人的左側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本實(shí)用新型所涉一種外骨骼式左手手指康復(fù)機(jī)器人的右側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本實(shí)用新型所涉一種外骨骼式手指康復(fù)機(jī)器人中傳動(dòng)單元和執(zhí)行單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1為電機(jī)座；2為驅(qū)動(dòng)電機(jī)；3為電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸；4為傳動(dòng)絲繩；5為轉(zhuǎn)動(dòng)軸I；6為連桿I；7為中關(guān)節(jié)座；8為手指MCP關(guān)節(jié)；9為齒輪I；10為齒輪II；11為轉(zhuǎn)動(dòng)軸II、12為連桿II；13為端點(diǎn)支撐座；14為手指MCP關(guān)節(jié)連接開槽；15為手指PIP關(guān)節(jié)；16為手指PIP關(guān)節(jié)連接開槽。

(五)具體實(shí)施方式：

實(shí)施例：一種新型外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人(見(jiàn)圖1)，其特征在于它包括控制單元、電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、傳動(dòng)單元和執(zhí)行單元；其中，所述控制單元的輸入端接收附在患者健側(cè)手指上的彎曲傳感器產(chǎn)生的彎曲信號(hào)，其輸出端與電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的輸入端連接；所述傳動(dòng)單元的輸入端與電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的輸出端連接，其輸出端與執(zhí)行單元的輸入端連接；所述執(zhí)行單元的輸出端與患者患側(cè)手指接觸，通過(guò)傳遞力使患者患側(cè)手指進(jìn)行動(dòng)作。

所述控制單元(見(jiàn)圖2)包括彎曲傳感器、AD轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)、LCD數(shù)顯模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；其中，所述彎曲傳感器的輸入端接收健側(cè)手指的彎曲角度信號(hào)，其輸出端與AD轉(zhuǎn)換模塊連接；所述單片機(jī)的輸入端接收AD轉(zhuǎn)換模塊的輸出信號(hào)，其輸出端與電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊及LCD數(shù)顯模塊的輸入端連接。

所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元(見(jiàn)圖3、圖4)由電機(jī)座1、驅(qū)動(dòng)電機(jī)2和電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸3構(gòu)成；所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸入端與電機(jī)座連接，輸出端與電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸連接；所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在電機(jī)座上；所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸安裝在驅(qū)動(dòng)電機(jī)上；所述電機(jī)座位于手掌背面部位；所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸與驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間呈過(guò)盈配合連接。

所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)是步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，且安裝在手掌背部，減小了整體機(jī)器人的尺寸。

所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用欠驅(qū)動(dòng)方式，以實(shí)現(xiàn)對(duì)手指MCP關(guān)節(jié)、手指PIP關(guān)節(jié)和DIP關(guān)節(jié)的彎曲和伸展運(yùn)動(dòng)。

所述傳動(dòng)單元(見(jiàn)圖4、圖5)是由傳動(dòng)絲繩4、轉(zhuǎn)動(dòng)軸I5、連桿I6、中關(guān)節(jié)座7、齒輪I9、齒輪II10、轉(zhuǎn)動(dòng)軸II11、連桿II12和端點(diǎn)支撐座13構(gòu)成；所述執(zhí)行單元是由手指MCP關(guān)節(jié)8、手指PIP關(guān)節(jié)15、手指MCP關(guān)節(jié)連接開槽14及手指PIP關(guān)節(jié)連接開槽16構(gòu)成；其中，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸I5與電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸3通過(guò)傳動(dòng)絲繩4形成微型鋼絲繩傳動(dòng)結(jié)構(gòu)；所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸I5、連桿I6、中關(guān)節(jié)座7與手指MCP關(guān)節(jié)8形成四連桿機(jī)構(gòu)；所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸II11、連桿II12、端點(diǎn)支撐座13與手指PIP關(guān)節(jié)15形成第二個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)；所述齒輪I9和齒輪II10形成齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述手指MCP關(guān)節(jié)連接開槽14與中關(guān)節(jié)座7固定連接；所述手指PIP關(guān)節(jié)連接開槽16與端點(diǎn)支撐座13固定連接。

所述外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人采用光敏樹脂和硅膠材料。

所述外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人采用鋼絲繩傳動(dòng)方式，可適用于遠(yuǎn)距離傳動(dòng)。

所述外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人與患者接觸的地方采用弧形設(shè)計(jì)要求。

所述外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人與患者手指接觸的地方均有硅膠墊，減小對(duì)手指的損傷。