一种气动手部外骨骼系统和控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种气动手部外骨骼系统和控制方法，气动手部外骨骼系统包括气动手部外骨骼本体、充气气泵、吸气气泵和控制装置；气动手部外骨骼设有手指；手指上设有手指气路，用于驱使手指进行伸展或弯曲运动；充气气泵和吸气气泵分别连接于手指气路，用于向手指气路充气或吸气；手指设有压力传感装置，用于检测气动手部外骨骼本体与人手的交互压力；控制装置分别连接于压力传感器、充气气泵和吸气气泵，用于根据压力传感装置检测到的压力，相应控制充气气泵和吸气气泵动作，能够迅速泄压以减轻对手部的压力，避免对手部产生伤害。通过电机控制节流阀实现气压的控制，减小了装置体积，增加吸气气泵，有效的控制放气过程，提高手部外骨骼的运动精度。骨骼的运动精度。骨骼的运动精度。

【技术实现步骤摘要】
一种气动手部外骨骼系统和控制方法


[0001]本专利技术涉及医疗康复
，具体为一种气动手部外骨骼系统和控制方法。

技术介绍

[0002]目前外骨骼被广泛应用于康复领域，逐步在取代传统的一对一康复训练，对患者的康复起着重要作用，而在康复外骨骼的应用之中，手部外骨骼占据着重要的地位，在手部术后复健、痉挛蜷缩、痛风、麻木等应用场景中扮演着重要角色。
[0003]现有技术公开了一种气动可穿戴式外骨骼手部康复器，包括手背支架和分别铰接在手背支架前端部的食指运动机构、中指运动机构、无名指运动机构和小拇指运动机构，以及铰接在手背支架侧部的大拇指运动机构，所述手背支架上表面后侧分别铰接有与食指运动机构、中指运动机构、无名运动机构、小拇指运动机构及大拇指运动机构对应连接的有杆小气缸，所述有杆小气缸的两端分别连接有输入和输出压力气体的气管。当患者不慎错误佩戴气动外骨骼手部康复器或者操作不当时，气动康复设备可以实现过载保护，最大程度上避免对患者产生二次伤害。
[0004]其存在以下技术问题：
[0005]过载保护触动时，外骨骼手部康复器已经对患者手部产生了较大压力，由于其气路的放气只是自由放气，无法控制放气的速度，无法迅速泄压，将难以避免对患者手部产生伤害，难以在进行伸展运动时对手部外骨骼进行高精度的位置控制。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的之一是：提供一种气动手部外骨骼系统，能够控制放气的速度以减轻对手部的压力，避免对手部产生伤害，能够在进行伸展运动时对手部外骨骼进行高精度的位置控制。
[0007]本专利技术的目的之二是：提供一种气动手部外骨骼系统控制方法。
[0008]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]一种气动手部外骨骼系统，包括气动手部外骨骼本体、充气气泵、吸气气泵和控制装置；
[0010]气动手部外骨骼设有手指；
[0011]手指上设有手指气路，用于驱使手指进行伸展或弯曲运动；
[0012]充气气泵和吸气气泵分别连接于手指气路，用于向手指气路充气或吸气；
[0013]手指设有压力传感装置，用于检测气动手部外骨骼本体与人手的交互压力；
[0014]控制装置分别连接于压力传感器、充气气泵和吸气气泵，用于根据压力传感装置检测到的压力，相应控制充气气泵和吸气气泵动作，能够迅速泄压以减轻对手部的压力，避免对手部产生伤害。
[0015]进一步，手指气路设有气压压力传感器；控制装置连接于气压压力传感器，用于根据气压压力传感装置检测到的气压，相应控制充气气泵和吸气气泵动作。
[0016]进一步，手指设有用于检测手指位移的拉绳位移检测模块，拉绳位移检测模块连接于控制装置。
[0017]进一步，拉绳位移检测模块包括设于手指上的拉绳和复位扭簧，拉绳两端分别连接于复位扭簧和手指，复位扭簧两端分别连接于手指和角度位移传感器。
[0018]进一步，手指上设有安装座、绞盘和外覆轴套，角度位移传感器固接于安装座，绞盘两端分别穿设于安装座和角度位移传感器，安装座和角度位移传感器均设有凹槽，复位扭簧缠绕于绞盘且两端分别卡接于安装座和角度位移传感器的凹槽，外覆轴套套接于复位扭簧且与拉绳一端连接。
[0019]进一步，手指气路设有调压模块，用于调节手指气路气压。
[0020]进一步，调压模块包括节流阀、调压旋钮和调压电机，节流阀串联于手指气路，调压旋钮安装于节流阀内，调压旋钮连接于调压电机。
[0021]一种气动手部外骨骼系统控制方法，包括以下步骤，
[0022]利用压力传感装置检测手气动手部外骨骼本体与人手的交互压力；
[0023]当检测到压力低于预设值时，关闭吸气气泵，开启充气气泵，提高手指气路的气压，使手指进行弯曲运动；
[0024]当检测到压力高于预设值时，关闭充气气泵，开启吸气气泵，降低手指气路的气压，使手指进行伸展运动；
[0025]当检测到压力超过许可值时，关闭充气气泵，开启吸气气泵，迅速降低手指气路的气压。
[0026]进一步，当气压压力传感器检测到手指气路的气压高于许可值时，关闭充气气泵，开启吸气气泵，迅速降低手指气路的气压。
[0027]进一步，利用角度位移传感器检测手指的位移，以根据手指的位移获取手指当前位置与目标位置的距离并相应控制手指运动。
[0028]总的说来，本专利技术具有如下优点：
[0029]相较于传统的气动手部外骨骼，本专利技术的气动手部外骨骼系统同时设有充气气泵和吸气气泵，当压力传感器检测到气动手部外骨骼本体与人手的交互压力超过许可值时，控制装置关闭充气气泵，并同时开启吸气气泵，能够迅速降低手指气路的气压，减轻对手部的压力，避免对手部产生伤害。通过控制放气的速度，能够在进行伸展运动时对手部外骨骼进行高精度的位置控制。
附图说明
[0030]图1为本专利技术的总体结构示意图；
[0031]图2为本专利技术的调压模块结构爆炸图；
[0032]图3为本专利技术的拉绳位移检测模块结构爆炸图；
[0033]图4为二位三通管电磁换向阀的结构示意图；
[0034]图5为角度位移传感器的结构示意图；
[0035]图6为气压压力传感器的结构示意图；
[0036]图7为五合一转换接头的结构示意图；
[0037]图8为压力传感器的结构示意图。
[0038]图中：
[0039]1‑
充气气泵；2
‑
吸气气泵；3
‑
五合一转换接头；4
‑
调压模块；401
‑
节流阀；402
‑
调压旋钮；403
‑
调压电机；5
‑
气路固定腔；6
‑
气动手部外骨骼；601
‑
压力传感器；602
‑
拉绳；7
‑
拉绳位移检测模块；701
‑
安装座；702
‑
绞盘；703
‑
复位扭簧；704
‑
外覆轴套；705
‑
角度位移传感器；706
‑
安装螺栓；8
‑
气压压力传感器；9
‑
二位三通管电磁换向阀。
具体实施方式
[0040]目前现有技术的气动手部外骨骼6由于只有一个充气气泵1，并且大部分没有气压调节装置，无法分别控制五根手指停留在人手活动空间的任意位置，因此不能针对人手进行有效的针对性训练康复；在具有气压调节装置的气动手部外骨骼6中，一般采用电气比例阀，但是其体积非常庞大，并且价格昂贵，限制了其使用范围；在人手与外骨骼的交互控制中，常采用弯曲度传感器来反馈当前手指的位置，但是其精度非常有限，并且由于在使用过程中经常需要弯曲，容易受到损伤或者疲劳，增加了手部外骨骼的维护成本。
[0041]基于上述技术问题，本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气动手部外骨骼系统，其特征在于：包括气动手部外骨骼本体、充气气泵、吸气气泵和控制装置；气动手部外骨骼设有手指；手指上设有手指气路，用于驱使手指进行伸展或弯曲运动；充气气泵和吸气气泵分别连接于手指气路，用于向手指气路充气或吸气；手指设有压力传感装置，用于检测气动手部外骨骼本体与人手的交互压力；控制装置分别连接于压力传感器、充气气泵和吸气气泵，用于根据压力传感装置检测到的压力，相应控制充气气泵和吸气气泵动作。2.根据权利要求1所述的一种气动手部外骨骼系统，其特征在于：手指气路设有气压压力传感器；控制装置连接于气压压力传感器，用于根据气压压力传感装置检测到的气压，相应控制充气气泵和吸气气泵动作。3.根据权利要求1所述的一种气动手部外骨骼系统，其特征在于：手指设有用于检测手指位移的拉绳位移检测模块，拉绳位移检测模块连接于控制装置。4.根据权利要求3所述的一种气动手部外骨骼系统，其特征在于：拉绳位移检测模块包括设于手指上的拉绳和复位扭簧，拉绳两端分别连接于复位扭簧和手指，复位扭簧两端分别连接于手指和角度位移传感器。5.根据权利要求4所述的一种气动手部外骨骼系统，其特征在于：手指上设有安装座、绞盘和外覆轴套，角度位移传感器固接于安装座，绞盘两端分别穿设于安装座和角度位移传感器，安装座和角度位移传感器均设有凹槽，复位扭簧缠绕于绞盘且两端分别卡接...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈盛官，管铭，屈琛稀，李东澳，李建华，杨靓，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：