一种基于肌电控制的多传感闭链级联式手部假肢制造技术

本发明专利技术涉及人肢体可穿戴智能替代物与医疗器械领域，尤其涉及一种基于肌电控制的多传感闭链级联式手部假肢，包括：四指机构、拇指机构、手背板、电机托板、电机和电气部分，四指机构包括假指组、摇杆组和连杆组，拇指机构包括拇指假指组、拇指摇杆组和拇指连杆组，电气部分包括传感器组、电控组、显示器和肌电采集模块，传感器组包括多种传感器模块，传感器组嵌入在假指远指段，电控组包括核心PCB板、电机驱动模块和电池，肌电采集模块嵌入在电机托板内侧与前臂接触部位，与前臂的指伸肌和指浅屈肌贴合。本发明专利技术采用肌电控制、电机驱动、闭链级联式结构传动并由多传感器反馈控制，能够模块化拆卸适应不同手部体征，复现和丰富手部原有功能。

A multi-sensor closed chain hand prosthesis based on EMG control

【技术实现步骤摘要】
一种基于肌电控制的多传感闭链级联式手部假肢
本专利技术涉及人肢体可穿戴智能替代物与医疗器械领域，尤其涉及一种基于肌电控制的多传感闭链级联式手部假肢。
技术介绍
手是人们日常生活和生产作业过程中最重要的器官之一，同时具备多项功能：抓握拿捏物体、体验物体触感、感知物体温度、丈量物体大概尺寸等，同时人们也会使用手去完成一些较为危险的活动，时常造成手部损伤甚至手部肢体残缺或者手部功能损失，严重影响人们生活质量。据全国残疾人数量统计显示，各类残疾人总量和占总人口比例均有上升，其中肢体残疾2412万人，占残疾人总数的29.07％。综上，如何替代手部残缺肢体和辅助损伤肢体完成手功能，恢复正常的生产生活能力，显得至关重要。随着我国经济的发展，面向残疾人的社会福利越来越高，帮助残疾人恢复正常的生产生活，能够减小社会压力、减轻家庭负担，使得智能假肢越来越成为研究的热点，涌现出了大量的假肢产品，但由于目前的假肢产品大多针对肢体大关节，如前臂、小腿、整个上肢和整个下肢等，专门用于手部的假肢研发较少。中国专利申请号为：CN201810943869.8的专利技术专利公开了一种基于语音控制与视觉识别的智能假肢手及其系统和方法，该专利所述的手部假肢具备3个自由度，采用肌电、语音和视觉识别的综合控制。但仍存在以下问题：（1）手部假肢自由度过少，只能完成整根手指的弯曲，无法实现模仿人类真实手指的三关节分别弯曲和伸展，手指灵活度差；（2）手部假肢不具备反馈环节，只能完成手部抓握等物理动作，不能反馈物体温度和抓握时的压力，也不具备其他额外的辅助功能，实用性和功能性差；针对上述问题，设计一种高自由度，手部各个关节可动，具备多传感器反馈的多功能手部假肢具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中的不足，设计了一种基于肌电控制的多传感闭链级联式手部假肢。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种基于肌电控制的多传感闭链级联式手部假肢，包括四指机构、拇指机构、手背板、电机托板、电机和电气部分；所述四指机构包括：假指组、摇杆组和连杆组，所述四指机构包括了食指、中指、环指和小指四根假指，根据人体手部食指、中指、环指和小指的长度比例，所述四指机构中各个假指的各零部件长度也呈对应比例，但各个假指具有完全相同的机械结构；进一步地，所述假指组包括：指掌连接杆、近指段、中指段和远指段，其中，指掌连接杆与所述手背板铰接，近指段、中指段和远指段分别对应人体真实手部四指的近指端、中指端和远指端；进一步地，所述摇杆组包括：第一摇杆、第二摇杆、第三摇杆、第四摇杆和第五摇杆，所述第一摇杆、第二摇杆、第三摇杆、第四摇杆分别与所述假指组的各个假指铰接，所述第五摇杆是所述四指机构的输入杆，与所述手背板铰接；进一步地，所述连杆组包括：第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆，所述第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆分别与所述摇杆组铰接；所述拇指机构包括：拇指假指组、拇指摇杆组和拇指连杆组；进一步地，所述拇指假指组包括：指掌连接杆、近指段和远指段，其中，指掌连接杆与所述手背板铰接，拇指近指段和拇指远指段分别对应人体真实手部拇指的近指端和远指端；进一步地，所述拇指摇杆组包括：第一拇指摇杆、第二拇指摇杆、第三拇指摇杆和第四拇指摇杆，所述第一拇指摇杆、第二拇指摇杆、第三拇指摇杆分别与所述假指组的各个假指铰接，所述第四拇指摇杆是所述拇指机构的输入杆，与所述手背板铰接；进一步地，所述拇指连杆组包括：第一拇指连杆、第二拇指连杆和第三拇指连杆，所述第一拇指连杆、第二拇指连杆和第三拇指连杆分别与所述拇指摇杆组铰接；所述手背板包括：假指铰接孔、下端盖、电机托板连接孔、掌指铰接孔和下端盖连接孔，所述假指铰接孔按人体手指的位置在所述手背板上分布五列，每列共有两个共线排列的所述假指铰接孔，靠近手腕一侧的所述假指铰接孔与所述第五摇杆和所述第四拇指摇杆的中间孔铰接，靠近手指一侧的所述假指铰接孔与所述的第四摇杆和所述第三拇指摇杆铰接，所述下端盖通过所述下端盖连接孔与所述手背板连接，所述电机托板连接孔用于与所述电机托板连接，所述掌指铰接孔与所述指掌连接杆和所述拇指指掌连接杆铰接，以此通过所述后背板为所述四指机构和所述拇指机构提供主要支撑；所述电机托板整体为符合人体工学的曲面，能够较为舒适的卡置在人体腕部其前臂，再通过绑带孔穿系绑带进行固定，所述电机托板后端布置了五组电机铰接座，所述电机铰接座与所述假肢铰接孔共线，用于与电机铰接相连；所述电机为直线推杆电机，所述电机包括前端铰接孔和尾端铰接孔，所述前端铰接孔与所述第五摇杆或所述第四拇指摇杆的尾端孔铰接，所述尾端铰接孔与所述电机铰接座连接；所述电气部分包括传感器组、电控组、显示器和肌电采集模块，所述传感器组包括压力传感器、受话器、温度传感器、红外测距传感器、语音模块和麦克风模块，所述传感器组嵌入在所述远指段，所述电控组包括核心PCB板、电机驱动模块和电池，其中所述核心PCB板集成了处理处理所述传感器组各项功能的模块，包括GPRS模块能够实现语音通话与收发短信的功能，所述电控组嵌入在所述手背板内部，所述显示器嵌入在所述电机托板后部，所述肌电采集模块嵌入在所述电机托板内侧与前臂接触部位，正确穿戴时电机托板时，所述肌电采集模块应与前臂的指伸肌和指浅屈肌贴合；本专利技术提供了一种基于肌电控制的多传感闭链级联式手部假肢，所述四指机构中的所述假指组与所述摇杆组一端铰接，所述摇杆组另一端与所述连杆组铰接，所述连杆组之间存在相互铰接，所述拇指机构中的所述拇指假指组与所述拇指摇杆组一端铰接，所述拇指摇杆组另一端与所述拇指连杆组铰接，所述拇指连杆组之间存在相互铰接，形成了闭链级联式结构，所述四指机构和所述拇指机构分别与所述手背板铰接，所述手背板与所述电机托板连接，所述电机尾端与所述电机铰接座铰接，并与所述电机托板、所述四指机构和拇指机构分别铰接，形成一个假肢整体，所述基于肌电控制的多传感闭链级联式手部假肢采用直线推杆电机驱动，采用闭链级联式连杆结构传动，所述电机伸长时，推动所述四指机构和所述拇指机构，经过传动后，所述假指能够模拟人体真实手指完成对应的弯曲和伸展动作，综上，所述基于肌电控制的多传感闭链级联式手部假肢能够替代人手完成手部日常活动，在控制方面，基于肌电控制的多传感闭链级联式手部假肢通过嵌入在所述电机托板内侧的所述肌电采集模块来采集控制手指动作的前臂肌电信号，通过肌电信号处理与分类完成运动模式识别，将指令传送至所述核心PCB板，再由所述核心PCB板控制所述电机驱动模块完成对所述电机的伸缩控制，另一方面，由于在各所述假指的远指段嵌入了压力传感器、受话器、温度传感器、红外测距传感器、语音模块和麦克风模块，所以在使用过程中，所述假指能够实时反馈当前抓握压力、抓握物体的温度、距物体之间的距离，并能通过所述显示器拨号后进行语音通话，复现或者丰富了手部原有功能，更加便利使用者的生产生活；进一步地，所述传感器组的反馈信息和当前假手的控制信息可由所述显示器实时展示，也可以选择所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于肌电控制的多传感闭链级联式手部假肢，其特征在于，包括：/n四指机构(1)，四指机构采(1)用局部闭链多杆传动结构，能够模拟人体除拇指外四指的三关节动作，运动范围能够达到四指的运动范围；/n拇指机构（2），拇指机构采(2)用局部闭链多杆传动结构，能够模拟人体拇指的两关节动作，运动范围能够达到拇指的运动范围；/n手背板(3)，手背板(3)作为手掌主体，对于手掌缺失人群能够作为手部手掌假体，对于仅手指缺失人群也可以穿戴，手背板（3）作为四指机构（1）和拇指机构（2）的机架；/n电机托板（4），电机托板（4）整体为人体工学曲面，能够较为舒适的卡置在人体腕部其前臂，作为电机（5）和手背板（3）的机架；/n电机（5），电机（5）为直线推杆电机，前后两端分别具有铰接孔，/n电气部分（6），电气部分（6）接受并处理各器件反馈信息，并对整个手部假肢进行控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于肌电控制的多传感闭链级联式手部假肢，其特征在于，包括：
四指机构(1)，四指机构采(1)用局部闭链多杆传动结构，能够模拟人体除拇指外四指的三关节动作，运动范围能够达到四指的运动范围；
拇指机构（2），拇指机构采(2)用局部闭链多杆传动结构，能够模拟人体拇指的两关节动作，运动范围能够达到拇指的运动范围；
手背板(3)，手背板(3)作为手掌主体，对于手掌缺失人群能够作为手部手掌假体，对于仅手指缺失人群也可以穿戴，手背板（3）作为四指机构（1）和拇指机构（2）的机架；
电机托板（4），电机托板（4）整体为人体工学曲面，能够较为舒适的卡置在人体腕部其前臂，作为电机（5）和手背板（3）的机架；
电机（5），电机（5）为直线推杆电机，前后两端分别具有铰接孔，
电气部分（6），电气部分（6）接受并处理各器件反馈信息，并对整个手部假肢进行控制。


2.根据权利要求(1)所述的一种基于肌电控制的多传感闭链级联式手部假肢，其特征在于，四指机构(1)包括了食指、中指、环指和小指四根假指，每根假指包括指掌连接杆(114)、近指段(113)、中指段(112)和远指段(111)，其中，指掌连接杆(114)与所述手背板(3)铰接，近指段(113)、中指段(112)和远指段(111)分别对应人体真实手部四指的近指端、中指端和远指端。


3....

【专利技术属性】
技术研发人员：杜义浩，于金须，
申请(专利权)人：苏州瑞迈康健医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32