一种基于预弯曲弹性丝管驱动的手部外骨骼装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于预弯曲弹性丝管驱动的手部外骨骼装置，包括拇指运动组件、拇指驱动组件、四指运动组件和四指驱动组件，所述拇指驱动组件可转动地连接至所述拇指运动组件并驱动所述拇指运动组件进行弯曲、伸展和摆动，所述四指驱动组件连接至所述四指运动组件并驱动所述四指运动组件进行弯曲和伸展，所述拇指驱动组件可转动地连接至所述四指驱动组件，所述拇指运动组件和四指运动组件是基于预弯曲弹性丝管驱动的。根据本发明专利技术的手部外骨骼装置能够与人手指的屈伸和摆动相一致地进行旋转，且具有较强的柔韧性。

A hand exoskeleton device driven by pre bending elastic wire tube

The invention provides a hand exoskeleton device driven by a pre-bending elastic filament tube, which comprises a thumb motion component, a thumb drive component, a four-finger motion component and a four-finger drive component. The thumb drive component is rotatably connected to the thumb motion component and drives the thumb motion component to bend and stretch. The four-finger driving assembly is connected to the four-finger moving assembly and drives the four-finger moving assembly for bending and stretching. The thumb driving assembly is rotatably connected to the four-finger driving assembly, which is driven by a pre-bending elastic wire tube. The hand exoskeleton device according to the invention can rotate in accordance with the flexion, extension and swing of the human finger, and has strong flexibility.

【技术实现步骤摘要】
一种基于预弯曲弹性丝管驱动的手部外骨骼装置
本专利技术涉及人体运动辅助器械领域，尤其涉及一种基于预弯曲弹性丝管驱动的手部外骨骼装置。
技术介绍
手是人体重要的组成器官。脑卒中和意外伤害容易导致人手感觉和运动功能缺失，严重影响人们的日常生活。高强度的持续康复训练是有效的治疗方法。传统的康复训练主要依赖于医生的经验，缺乏科学性和系统性，治疗效果存在较大局限。手部外骨骼是一种固定于人手上的机械装置。基于手部外骨骼的康复训练方法可以通过精确的力和位置控制，针对患者的个体差异，为患者提供科学的量化治疗，加速康复进程，同时降低医生工作强度。在危险或人类活动难以到达的区域，如深海、外太空等，以及需要高精度、高度灵活性以及较大操作力的环境下，往往难以直接通过人手完成特定动作。利用智能装置代替人手可以解决上述问题。单一的智能装置由于操作环境的不确定性难以独立完成复杂任务。因此，采用遥操作的形式，将人的智能与智能装置相结合，即人作为主端，控制从端设备。手部外骨骼作为操作端的设备，能够使操作者获得更真实的操作感觉，被广泛应用于遥操作系统中。在目前的研究中，公告号为CN102895091B、名为“穿戴式便携动力外骨骼手功能康复训练装置”的中国专利技术专利公开了通过直线推杆驱动手指运动；Wege等在文献“Developmentandcontrolofahandexoskeletonforrehabilitationofhandinjuries”中公开了通过手部肌肉控制的外骨骼，实现手部20个自由度的运动；Fontana等人在文献“Mechanicaldesignofanovelhandexoskeletonforaccurateforcedisplaying”公开了针对食指和拇指功能恢复的外骨骼，具有力反馈功能。然而，目前的研究成果存在着机构复杂、不够灵活、以及缺乏柔韧性等问题，同时，由于机构的旋转中心与人手的运动中心不一致，导致使用者穿戴不够舒适，力觉和位置测量也存在着不够精确的问题。
技术实现思路
基于此，有必要针对现有技术中存在的缺点，提供一种新型的手部外骨骼装置，该手部外骨骼装置基于预弯曲弹性丝管驱动，能够与人手指的屈伸和摆动相一致地进行旋转，且具有较强的柔韧性。本专利技术的目的在于提供一种基于预弯曲弹性丝管驱动的手部外骨骼装置，包括：拇指运动组件、拇指驱动组件、四指运动组件和四指驱动组件，所述拇指驱动组件可转动地连接至所述拇指运动组件并驱动所述拇指运动组件进行弯曲、伸展和摆动，所述四指驱动组件连接至所述四指运动组件并驱动所述四指运动组件进行弯曲和伸展，所述拇指驱动组件可转动地连接至所述四指驱动组件，所述拇指运动组件和四指运动组件是基于预弯曲弹性丝管驱动的。在其中一个实施例中，拇指运动组件包括第一关节支架，3个关节连接座，丝管连接座，连接丝管，第三关节支架，拇指关节底座连接件，丝管旋转连接件和拇指旋转连接件，其中：所述第一关节支架为U型框架结构，其可转动地连接至第三关节支架；所述第三关节支架为U型框架结构，其连接至拇指关节底座连接件；所述拇指关节底座连接件为板状结构，其可转动地连接至拇指旋转连接件，且该拇指关节底座连接件上可转动地连接有丝管旋转连接件，该丝管旋转连接件为带有3个通孔的U形结构；所述关节连接座为带有两个通孔且可使丝管从中穿过的结构，3个关节连接座分别可转动地连接至第一关节支架、第三关节支架和丝管旋转连接件，连接至所述丝管旋转连接件的所述关节连接座通过丝管连接至拇指驱动组件；所述丝管连接座为带有3个孔的柱状结构，其中两个孔分别通过两个连接丝管连接至第一关节支架和第三关节支架，另一孔通过丝管连接至拇指驱动组件；所述拇指旋转连接件为带有3个通孔的片状结构，其连接拇指运动组件和拇指驱动组件；拇指驱动组件包括第一关节丝管，第一关节套管，第一关节丝杠连接件，第三关节丝管，第三关节套管，第三关节丝杠连接件，2个丝杠、2个固定连杆、方杆、方孔齿轮、圆孔齿轮、拇指驱动支架、3个联轴器和3个电机，其中：所述第一关节丝管套设于第一关节套管的内部，并连接至第一关节丝杠连接件，该第一关节套管的端面连接至拇指驱动支架；所述第三关节丝管套设于第三关节套管的内部，并连接至第三关节丝杠连接件；所述丝杠的一端连接至拇指驱动支架的与第一关节套管的端面相连的一侧，另一端穿过第一关节丝杠连接件或第三关节丝杠连接件，经由联轴器连接至电机；所述固定连杆的两端分别连接至拇指驱动支架的两侧，用于限制所述第一丝杠连接件或第三丝杠连接件的运动；所述拇指驱动支架是一带有多个安装孔的结构件，用于固定拇指驱动组件的各部件；所述方杆的一端连接至拇指驱动支架的与第一关节套管的端面相连的一侧，另一端穿过方孔齿轮和第三关节丝杠连接件，经由联轴器与电机连接；所述方孔齿轮分别与方杆和第三关节丝杠连接件连接，并与圆孔齿轮啮合，该圆孔齿轮分别与第三关节丝管和第三关节丝杠连接件连接。在其中一个实施例中，四指运动组件包括4个子运动组件，每个子运动组件包括第一关节支架，3个关节连接座，丝管连接座，连接丝管，第二关节支架，第三关节支架，和四指关节底座连接件，其中：所述第一关节支架可转动地连接至第二关节支架，所述第二关节支架可转动地连接至第三关节支架，所述第三关节支架可滑动地连接至板状结构的四指关节底座连接件；所述3个关节连接座分别可转动地连接至所述第一关节支架、第三关节支架和四指关节底座连接件；所述丝管连接座的两个孔分别通过两个连接丝管连接至所述第一关节支架和第三关节支架，另一孔通过丝管连接至四指驱动组件；所述四指关节底座连接件上的关节连接座通过丝管连接至四指驱动组件；四指驱动组件包括4个第一关节丝管，4个第一关节套管，8个第一关节丝杠连接件，4个第三关节丝管，4个第三关节套管，8个丝杠，8个固定连杆，四指驱动支架，8个联轴器和8个电机，其中：所述第一关节丝管套设于第一关节套管内部，并连接至第一关节丝杠连接件；所述第一关节套管的端面连接至四指驱动支架；所述第三关节丝管套设于第三关节套管内部，并连接至第一关节丝杠连接件；所述丝杠的一端连接至四指驱动支架的与第一关节套管的端面相连的一侧，另一端穿过第一关节丝杠连接件，经由联轴器连接至电机；所述固定连杆的两端分别连接至四指驱动支架的两侧；所述四指驱动支架是一带有多个安装孔的结构件，用于固定四指驱动组件的各部件。在其中一个实施例中，所述第三关节支架为带有滑轨的U型框架结构，其可滑动地连接至拇指关节底座连接件。上述基于预弯曲弹性丝管驱动的手部外骨骼装置，采用弹性丝管来传递驱动力，使机构具有较好的柔韧性。此外，该手部外骨骼装置的拇指和四指运动组件的第三关节支架为带有滑轨的U型框架结构，其可滑动地连接至拇指关节底座连接件，以便根据手指的长度调节运动组件的长度。通过为四指运动组件设置相对于人四指的远端指间关节和近端指间关节的旋转中心，使得该装置的关节运动中心与人手指的旋转中心一致，穿戴者的四指能够实现弯曲和伸展；通过为拇指运动组件设置拇指旋转连接件，穿戴者的拇指能够实现弯曲、伸展和摆动，获得了与人手指关节相一致的自由度，使手部运动更灵活与舒适。并且，该装置具有结构紧凑、体积小、方便操作、易于控制的优点。附图说明图1为根据本专利技术一个实施例的基于预弯曲弹性丝管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于预弯曲弹性丝管驱动的手部外骨骼装置，包括拇指运动组件、拇指驱动组件、四指运动组件和四指驱动组件，所述拇指驱动组件可转动地连接至所述拇指运动组件并驱动所述拇指运动组件进行弯曲、伸展和摆动，所述四指驱动组件连接至所述四指运动组件并驱动所述四指运动组件进行弯曲和伸展，所述拇指驱动组件可转动地连接至所述四指驱动组件，其特征在于，所述拇指运动组件和四指运动组件是基于预弯曲弹性丝管驱动的。

【技术特征摘要】
1.一种基于预弯曲弹性丝管驱动的手部外骨骼装置，包括拇指运动组件、拇指驱动组件、四指运动组件和四指驱动组件，所述拇指驱动组件可转动地连接至所述拇指运动组件并驱动所述拇指运动组件进行弯曲、伸展和摆动，所述四指驱动组件连接至所述四指运动组件并驱动所述四指运动组件进行弯曲和伸展，所述拇指驱动组件可转动地连接至所述四指驱动组件，其特征在于，所述拇指运动组件和四指运动组件是基于预弯曲弹性丝管驱动的。2.根据权利要求1所述的基于预弯曲弹性丝管驱动的手部外骨骼装置，其特征在于，所述拇指运动组件包括第一关节支架，3个关节连接座，丝管连接座，连接丝管，第三关节支架，拇指关节底座连接件，丝管旋转连接件和拇指旋转连接件，其中：所述第一关节支架为U型框架结构，其可转动地连接至第三关节支架；所述第三关节支架为U型框架结构，其连接至拇指关节底座连接件；所述拇指关节底座连接件为板状结构，其可转动地连接至拇指旋转连接件，且该拇指关节底座连接件上可转动地连接有丝管旋转连接件，该丝管旋转连接件为带有3个通孔的U形结构；所述关节连接座为带有两个通孔且可使丝管从中穿过的结构，3个关节连接座分别可转动地连接至第一关节支架、第三关节支架和丝管旋转连接件，连接至所述丝管旋转连接件的所述关节连接座通过丝管连接至拇指驱动组件；所述丝管连接座为带有3个孔的柱状结构，其中两个孔分别通过两个连接丝管连接至第一关节支架和第三关节支架，另一孔通过丝管连接至拇指驱动组件；所述拇指旋转连接件为带有3个通孔的片状结构，其连接拇指运动组件和拇指驱动组件；所述拇指驱动组件包括第一关节丝管，第一关节套管，第一关节丝杠连接件，第三关节丝管，第三关节套管，第三关节丝杠连接件，2个丝杠、2个固定连杆、方杆、方孔齿轮、圆孔齿轮、拇指驱动支架、3个联轴器和3个电机，其中：所述第一关节丝管套设于第一关节套管的内部，并连接至第一关节丝杠连接件，该第一关节套管的端面连接至拇指驱动支架；所述第三关节丝管套设于第三关节套管的内部，并连接至第三关节丝杠连接件；所述丝杠的一端连接至拇指驱动支架的与第一关节套管的端面相连的一侧，另一端穿过第一关节丝杠连接件或第三关节丝杠连接件，经由联轴器连接至电机...

【专利技术属性】
技术研发人员：任洪亮，李长胜，
申请(专利权)人：新加坡国立大学，苏州工业园区新国大研究院，
类型：发明
国别省市：新加坡,SG