专利名称：外骨骼式手指运动功能康复机器人的制作方法
技术领域：
本发明外骨骼式手指运动功能康复机器人，涉及一种对手指运动功能障碍患者的
手指关节进行运动功能康复训练的机器人装置。
背景技术：
手是人体最重要的结构之一，它对人类的功能及外观都显得及其重要。特别是手 的运动能力是人类的日常生活和工作得以顺利进行的基本保障。然而，在生活和劳动中手 的关节、骨骼、肌腱、神经很容易受到损伤，一般受损治疗都需要对手指长时间的制动，但长 时间的制动会由于关节肌腱淤血形成纤维变性，造成手指关节及肌腱的粘连和肌肉的萎 縮。另外，关节疾病、中风等心血管疾病造成的偏瘫也会导致手指关节肌腱纤维化和肌肉、 韧带的痉挛萎縮。这些情况都会使患者丧失一些运动功能，造成手部运动功能障碍。
康复科学表明，早期的运动康复治疗有助于患者康复，通过重复的肢体运动，可建 立新的神经通道，患者可重获已丧失的运动功能。运动康复主要是指通过肢体的主动运动 和被动运动，逐步恢复肢体的运动功能。 目前的运动康复治疗是在医院中通过康复治疗师进行的，康复治疗师向患者手指 施力，让患者手指恢复力量和运动范围。然而，目前的运动康复治疗存在很多问题。首先， 康复过程是康复治疗师与病人一对一的，治疗费用昂贵，效率低。其次，康复训练过程持续 时间较长且机械枯燥，患者缺乏康复训练的主动性和积极性，康复训练很难坚持。再次，目 前的康复训练依赖于康复治疗师的经验和主观判断，不能精确控制训练参数并且缺乏康复 过程的客观记录，难以对康复效果的准确评定，不利于治疗方案的改进。 随着机器人技术、康复医学的发展，为了改良传统的康复治疗手段和提高康复治 疗效果，康复机器人技术应运而生。康复机器人由于可以进行高精度的重复运动，对训练过 程进行实时监控记录治疗数据，并可以进行医疗测评，因此可以辅助康复治疗师同时对多 个患者进行高效的治疗。另外，将虚拟现实技术引入到康复机器人技术上，可以将枯燥的治 疗过程变成具有图像、声音和力反馈的治疗游戏，使康复训练充满趣味性，提高患者对康复 训练的主动性，从而进一步提高治疗效果。 本发明人于之前所申请的发明专利(申请号200910081170.6)其执行部分中有 移动副，移动副给系统引入了摩擦，影响系统的性能，而如果要保证其良好的运动性能，就 要对加工精度提出较高的要求，这样不仅增加了加工难度，同时也提高了制造的成本。另 外，由于方案的机构设计原因，人手佩戴上该康复机器人后，手指每个关节的运动范围与移 动副行程有关，而由于空间的限制，移动副行程限制了手指关节的运动范围。针对这些不 足，提出新的手指运动功能康复机器人的方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种外骨骼式手指运动功能康复机器人，在保证其经济性 和良好运动性的前提下，不仅能够满足除去拇指以外其他手指四个自由度和各个关节运动范围的要求，并可对患者提供多种运动功能康复训练，而且可以在一定范围内适合不同手尺寸的患者使用。 本发明一种外骨骼式手指运动功能康复机器人，其技术方案为所述的机器人是由执行部分、远近端关节驱动和掌骨关节驱动三部分组成。其中，执行部分可以分为远端关节模块(1自由度)、近端关节模块(1自由度)和掌骨关节模块(2自由度)三大部分；驱动部分则实现对执行部分的三个模块共四个自由度的单独双向驱动，实现手指的弯曲和伸直，外展和内收的动作。整个系统通过钢丝绳实现远距离、变距离传动。为了防止执行部分和驱动部分之间的钢丝绳松弛，两部分通过钢丝绳外套连接，钢丝绳穿过钢丝绳外套实现传动。 本发明的执行部分中的三个模块都是主要由主动轴承座、主动轮、主动杆、从动杆、关节连接和指骨基座组成。指骨基座通过尼龙粘扣固定在相应指节上；主动轴承座、主动轮、主动杆、从动杆和关节相连组成平行四边形机构，通过驱动主动轮实现主动杆与相应指节的同步转动。而每个模块之间则通过移动轴承座的滑动槽与主动轴承座连接，同时，利用移动轴承座上的滑动槽可以调节模块之间的距离，来实现适应不同患者手尺寸的功能。当执行部分的三个模块共同作用时，实现手指弯曲和伸直的动作。而当钢丝绳驱动掌骨关节模块相对掌骨基座转动，实现手指外展和内收的动作。 本发明的远近端关节驱动和掌骨关节驱动部分都主要由装有编码器的电机、螺线轮、减速轮、主动轮和固定架组成。电机带动固定在电机输出轴上的螺线轮转动，通过钢丝绳传动经过减速轮减速后将运动传给同轴的驱动轮，驱动轮再通过钢丝绳将运动传递给执行部分的主动轮，最终驱动执行部分工作。 本发明一种外骨骼式手指运动功能康复机器人，具体结构如下可分为执行部分1、远近端关节驱动5和掌骨关节驱动6。远近端关节驱动5和掌骨关节驱动6相互独立，通过钢丝绳7(8根)实现对执行部分1的单独双向驱动，实现患者手指的弯曲和伸直，外展和内敛的康复动作。为了防止执行部分1与远近端关节驱动5和掌骨关节驱动6之间的钢丝绳7松弛，其之间通过钢丝绳外套8(8根)连接，钢丝绳7穿过钢丝绳外套8实现传动。如图2，执行部分1又可以分为远端关节模块2(1自由度)、近端关节模块3(1自由度)和掌骨关节模块4 (2自由度)。远端关节模块2通过主动轴承座205与近端关节模块3的移动轴承座301相连；近端关节模块3通过主动轴承座307与掌骨关节模块4的移动轴承座401相连，由于移动轴承座301、401可以沿其滑动槽30101、40101相对主动轴承座205、307移动，因此可以调节执行部分1各个模块之间的距离，达到适应不同患者人手长度的要求。
在本发明的远端关节模块2中，远节指骨基座215和中节指骨基座204通过尼龙粘扣分别固定在患者食指的远节指骨和中节指骨上；从动杆213的一端通过轴和轴承相对远节指骨基座215转动，形成转动副，而另一端则通过轴和轴承与主动杆202相连，形成转动副；主动杆202固定在主动轮211上，主动轮211固定在主动轴212上，主动轴212通过轴承与主动轴承座205相连，形成转动副；角度传感器209固定在角度传感器座208上，角度传感器座208固定在主动轴承座205上，并使角度传感器209的转子轴线与主动轴212重合，用来测量主动杆212的转角；止动滑块206(如图8)可以在主动轴承座205的扇形滑槽20501内滑动，可通过两端的螺母固定在主动轴承座205上；止动销201固定在主动杆202上，随其绕轴承孔20502的轴线转动，由于轴承孔20502与扇形滑槽20501同心，因此止动销201也同时在扇形滑槽20501内滑动，通过调整止动滑块206与止动销201的起始相对位置，就可以实现调节最大关节角的功能；远端关节连接b 216与远端关节连接d 203铰接，并分别固定在远节指骨基座215和主动轴承座205上；远端关节连接a 214与远端关节连接c 210铰接，并分别固定在远节指骨基座215和主动轴承座205上；如图2所示，轴线a217与轴线b 218距离等于轴线c 219与轴线d 220距离，轴线b 218与轴线c 219的距离等于轴线a 217与轴线d 220的距离，因此，远端关节模块2形成了一个平行四边形机构；钢丝绳外套8的一端固定在绳外套固定销207上；钢丝绳外套8内的钢丝绳7驱动主动轮211，实现整个模块的运动。 在本发明的近端关节模块3中，近节指骨基座312通过尼龙粘扣固定在患者食指的近节指骨上；从动杆303的一端通过轴和轴承相对移动轴承座301转动，形成转动副，而另一端则通过轴和轴承与主动杆306相连，形成转动副；主动杆306固定在主动轮315上，主动轮315固定在主动轴313上，主动轴313通过轴承与主动轴承座307相连，形成转动副；角度传感器311固定在角度传感器座310上，角度传感器座310固定在主动轴承座307上，并使角度传感器311的转子轴线与主动轴313重合，用来测量主动杆306的转角；止动滑块309可以在扇形滑槽30701内滑动，止动销305固定在主动杆306上，通过调整止动滑块309与止动销305的起始相对位置，就可以实现调节最大关节角的功能；近端关节连接a316与近端关节连接c 314铰接，并分别固定在移动轴承座301和主动轴承座307上；近端关节连接b 302与近端关节连接d 304铰接，并分别固定在移动轴承座301和主动轴承座307上；与远端关节模块2相同，近端关节模块3也形成了一个平行四边形机构；钢丝绳外套8的一端固定在绳外套固定销308上；钢丝绳外套8内的钢丝绳7驱动主动轮315，实现整个模块的运动。 在本发明的掌骨关节模块4中，掌骨基座414通过尼龙粘扣固定在患者的手掌和手腕上；从动杆402的一端通过轴和轴承相对移动轴承座401转动，形成转动副，而另一端则通过轴和轴承与主动杆404相连，形成转动副；主动杆404固定在主动轮407上，主动轮407固定在主动轴410上，主动轴410通过轴承与主动轴承座406相连，形成转动副；角度传感器409固定在角度传感器座408上，角度传感器座408固定在主动轴承座406上，并使角度传感器409的转子轴线与主动轴410重合，用来测量主动杆404的转角；止动滑块419可以在扇形滑槽40602内滑动，止动销403固定在主动杆404上，通过调整止动滑块419与止动销403的起始相对位置，就可以实现调节最大关节角的功能；掌骨关节连接a 412与掌骨关节连接b 411铰接，并分别固定在移动轴承座401和水平旋转基座415上；与远端关节模块2相同，掌骨关节模块4也形成了一个平行四边形机构；钢丝绳外套8的一端固定在绳外套固定销405上；钢丝绳外套8内的钢丝绳7驱动主动轮407，实现该模块的弯曲和伸直运动；水平旋转基座415安装在沉头孔41401中，形成转动副；挡块418安装在掌骨基座414上，U型槽41801与阶梯轴41502相配合，限制水平旋转基座415的上下移动，只允许其水平转动；主动轴承座406固定在水平旋转基座415上，通孔40601与41501同轴；传感器固定轴413固定在沉头孔41401内，穿过通孔40601和41501并与角度传感器b 416相连；角度传感器b 416固定在主动轴承座406上，测量水平转角；水平主动轮417连接在水平旋转基座415上，通过驱动水平主动轮417，实现该模块的水平转动。 在本发明的远近端关节驱动模块5中，带编码器电机b 501固定在基座507下部；螺线轮b 513固定在带编码器电机b 501的输出轴上，通过钢丝绳将力矩传递到固定在轴b 512—端的减速轮b 511上；驱动轮b 502固定在轴b 512的另一端上，通过钢丝绳驱动近端关节模块3中的主动轮315;两根钢丝绳外套8固定在绳外套固定块b 503上。带编码器电机a 510固定在基座507上部；螺线轮a 504固定在带编码器电机a 510的输出轴上，通过钢丝绳将力矩传递到固定在轴a 506—端的减速轮a 505上；驱动轮a 509固定在轴a 506的另一端上，通过钢丝绳驱动远端关节模块2中的主动轮211，两根钢丝绳外套8固定在绳外套固定块a 508上。 在本发明的掌骨关节驱动模块6中，带编码器电机d 602固定在基座607下部；螺线轮d 613固定在带编码器电机d 602的输出轴上，通过钢丝绳将力矩传递到固定在轴d612 —端的减速轮d 611上；驱动轮d 603固定在轴d 612的另一端上，通过钢丝绳驱动掌骨关节模块4中的水平主动轮417;两根钢丝绳外套8固定在绳外套固定块d 601上。带编码器电机c 610固定在基座607上部；螺线轮c 606固定在带编码器电机c 610的输出轴上，通过钢丝绳将力矩传递到固定在轴c 605—端的减速轮c 604上；驱动轮c 609固定在轴c 605的另一端上，通过钢丝绳驱动掌骨关节模块4中的主动轮407，两根钢丝绳外套8固定在绳外套固定块c 608上。 本发明的一种外骨骼式手指运动功能康复机器人的优点在于(1)与现有的手部康复设备相比，可以对手指的每个关节进行单独双向驱动；(2)本发明执行部分长度可调，在一定范围内适应不同尺寸的人手佩戴；(2)具有机械限位，不仅能起到保护装置的作用，更能够调节各个手指关节的最大转动范围以满足患者处在不同康复阶段时对不同运动范围的需求。
图1是本发明外骨骼式手指运动功能康复机器人的整体系统2是执行部分的三个模块；图3是远端关节模块的爆炸图；图4是近端关节模块的爆炸图；图5(a) (b)是掌骨关节模块的爆炸图；图6是远近端关节驱动的爆炸图；图7是掌骨关节驱动的爆炸图； 图8是止动滑块的结构图。 图中1.执行部分 2.远端关节模块 201.连接d 204.中节指骨基座 205. 206.止动滑块 207.器 210.远端关节连接c 211 214.远端关节连接a 215 218.轴线b 219
止动销
202.主动杆
203.远端关节
主动轴承座 20501.扇形滑槽 20502.轴承孔绳外套固定销208.角度传感器座 209.角度传感
主动轮 212.主动轴 213.从动杆
远节指骨基座216.远端关节连接b 217.轴线a轴线c 220.轴线d
连接b
座
器座
3.近端关节模块301.移动轴承座30101.滑动槽302.近端关节
303.从动杆 307.主动轴承座 310.角度传感器座 314.近端关节连接c 4.掌骨关节模块 403.止动销
40601.通孔
304.近端关节连接d 305.止动销
306.主动杆
30701.扇形滑槽 311.角度传感器 315.主动轮 401.移动轴承座 404.主动杆
40602.
308.绳外套固定销309.止动滑块 312.近节指骨基座313.主动轴
316.近端关节连接a 40101.滑动槽402.从动杆
405.绳外套固定销406.主动轴承
扇形滑槽407.主动轮 408.角度传感
409.角度传感器a 410.主动轴
411.掌骨关节连接b412.掌骨关节 413.传感器固定轴 414.掌骨基座
41401.沉头孔415.水平旋转
轮
定块b
d
d
41501.通孔
41502.阶梯轴
416.角度传感器b 417.水平主动
418.挡块 41801. U型槽 419.止动滑块
5.远近端关节驱动 501.带编码器电机b 502.驱动轮b 503.绳外套固
504.螺线轮a
508.绳外套固定块a
512.轴b
6.掌骨关节驱动
505.减速轮a 509.驱动轮a 513.螺线轮b 601.绳外套固定块d
604.减速轮c 605.轴c
608.绳外套固定块c 609.驱动轮c
506.轴a 507.基座
510.带编码器电机a511.减速轮b
602.带编码器电机d 603.驱动轮
606.螺线轮c 607.基座
610.带编码器电机c 611.减速轮
612.轴d 613.螺线轮d
7.钢丝绳(8根) 8.钢丝绳外套(8根)
具体实施例方式
下面将结合附图对发明进行进一步的详细说明。 本发明是一种外骨骼式手指运动功能康复机器人，本发明实施例主要是针对于食 指进行运动功能康复训练，其方案也可应用在中指、无名指和小指的康复训练上。图l所示 是该装置的系统图，可分为执行部分1、远近端关节驱动5和掌骨关节驱动6。远近端关节 驱动5和掌骨关节驱动6相互独立，通过钢丝绳7(8根)实现对执行部分1的单独双向驱 动，实现患者手指的弯曲和伸直，外展和内敛的康复动作。为了防止执行部分1与远近端关 节驱动5和掌骨关节驱动6之间的钢丝绳7松弛，其之间通过钢丝绳外套8 (8根)连接，钢丝绳7穿过钢丝绳外套8实现传动。如图2，执行部分1又可以分为远端关节模块2(1自 由度)、近端关节模块3(1自由度)和掌骨关节模块4(2自由度)。远端关节模块2通过主 动轴承座205与近端关节模块3的移动轴承座301相连；近端关节模块3通过主动轴承座 307与掌骨关节模块4的移动轴承座401相连，由于移动轴承座301、401可以沿其滑动槽 30101、40101相对主动轴承座205、307移动，因此可以调节执行部分1各个模块之间的距 离，达到适应不同患者人手长度的要求。 在本发明的远端关节模块2中，如图1和图3所示，远节指骨基座215和中节指骨 基座204通过尼龙粘扣分别固定在患者食指的远节指骨和中节指骨上；从动杆213的一端 通过轴和轴承相对远节指骨基座215转动，形成转动副，而另一端则通过轴和轴承与主动 杆202相连，形成转动副；主动杆202固定在主动轮211上，主动轮211固定在主动轴212 上，主动轴212通过轴承与主动轴承座205相连，形成转动副；角度传感器209固定在角度 传感器座208上，角度传感器座208固定在主动轴承座205上，并使角度传感器209的转子 轴线与主动轴212重合，用来测量主动杆212的转角；止动滑块206(如图8)可以在主动轴 承座205的扇形滑槽20501内滑动，可通过两端的螺母固定在主动轴承座205上；止动销 201固定在主动杆202上，随其绕轴承孔20502的轴线转动，由于轴承孔20502与扇形滑槽 20501同心，因此止动销201也同时在扇形滑槽20501内滑动，通过调整止动滑块206与止 动销201的起始相对位置，就可以实现调节最大关节角的功能；远端关节连接b 216与远端 关节连接d 203铰接，并分别固定在远节指骨基座215和主动轴承座205上；远端关节连接 a 214与远端关节连接c 210铰接，并分别固定在远节指骨基座215和主动轴承座205上； 如图2所示，轴线a 217与轴线b 218距离等于轴线c 219与轴线d 220距离，轴线b 218 与轴线c 219的距离等于轴线a 217与轴线d 220的距离，因此，远端关节模块2形成了一 个平行四边形机构；钢丝绳外套8的一端固定在绳外套固定销207上；钢丝绳外套8内的钢 丝绳7驱动主动轮211，实现整个模块的运动。 在本发明的近端关节模块3中，如图1和图4所示，近节指骨基座312通过尼龙粘 扣固定在患者食指的近节指骨上；从动杆303的一端通过轴和轴承相对移动轴承座301转 动，形成转动副，而另一端则通过轴和轴承与主动杆306相连，形成转动副；主动杆306固 定在主动轮315上，主动轮315固定在主动轴313上，主动轴313通过轴承与主动轴承座 307相连，形成转动副；角度传感器311固定在角度传感器座310上，角度传感器座310固 定在主动轴承座307上，并使角度传感器311的转子轴线与主动轴313重合，用来测量主动 杆306的转角；止动滑块309可以在扇形滑槽30701内滑动，止动销305固定在主动杆306 上，通过调整止动滑块309与止动销305的起始相对位置，就可以实现调节最大关节角的功 能；近端关节连接a 316与近端关节连接c 314铰接，并分别固定在移动轴承座301和主动 轴承座307上；近端关节连接b 302与近端关节连接d 304铰接，并分别固定在移动轴承座 301和主动轴承座307上；与远端关节模块2相同，近端关节模块3也形成了一个平行四边 形机构；钢丝绳外套8的一端固定在绳外套固定销308上；钢丝绳外套8内的钢丝绳7驱动 主动轮315，实现整个模块的运动。 在本发明的掌骨关节模块4中，如图1和图5所示，掌骨基座414通过尼龙粘扣固 定在患者的手掌和手腕上；从动杆402的一端通过轴和轴承相对移动轴承座401转动，形成 转动副，而另一端则通过轴和轴承与主动杆404相连，形成转动副；主动杆404固定在主动轮407上，主动轮407固定在主动轴410上，主动轴410通过轴承与主动轴承座406相连， 形成转动副；角度传感器409固定在角度传感器座408上，角度传感器座408固定在主动轴 承座406上，并使角度传感器409的转子轴线与主动轴410重合，用来测量主动杆404的转 角；止动滑块419可以在扇形滑槽40602内滑动，止动销403固定在主动杆404上，通过调 整止动滑块419与止动销403的起始相对位置，就可以实现调节最大关节角的功能；掌骨 关节连接a 412与掌骨关节连接b 411铰接，并分别固定在移动轴承座401和水平旋转基 座415上；与远端关节模块2相同，掌骨关节模块4也形成了一个平行四边形机构；钢丝绳 外套8的一端固定在绳外套固定销405上；钢丝绳外套8内的钢丝绳7驱动主动轮407，实 现该模块的弯曲和伸直运动；水平旋转基座415安装在沉头孔41401中，形成转动副；挡块 418安装在掌骨基座414上，U型槽41801与阶梯轴41502相配合，限制水平旋转基座415 的上下移动，只允许其水平转动；主动轴承座406固定在水平旋转基座415上，通孔40601 与41501同轴；传感器固定轴413固定在沉头孔41401内，穿过通孔40601和41501并与角 度传感器b 416相连；角度传感器b 416固定在主动轴承座406上，测量水平转角；水平主 动轮417连接在水平旋转基座415上，通过驱动水平主动轮417，实现该模块的水平转动。
在本发明的远近端关节驱动模块5中，如图6所示，带编码器电机b 501固定在基 座507下部；螺线轮b 513固定在带编码器电机b 501的输出轴上，通过钢丝绳将力矩传递 到固定在轴b 512—端的减速轮b 511上；驱动轮b 502固定在轴b 512的另一端上，通过 钢丝绳驱动近端关节模块3中的主动轮315 ;两根钢丝绳外套8固定在绳外套固定块b 503 上。带编码器电机a 510固定在基座507上部；螺线轮a 504固定在带编码器电机a 510的 输出轴上，通过钢丝绳将力矩传递到固定在轴a 506 —端的减速轮a 505上；驱动轮a 509 固定在轴a 506的另一端上，通过钢丝绳驱动远端关节模块2中的主动轮211，两根钢丝绳 外套8固定在绳外套固定块a 508上。 在本发明的掌骨关节驱动模块6中，如图7所示，带编码器电机d 602固定在基座 607下部；螺线轮d 613固定在带编码器电机d 602的输出轴上，通过钢丝绳将力矩传递到 固定在轴d 612—端的减速轮d 611上；驱动轮d 603固定在轴d 612的另一端上，通过 钢丝绳驱动掌骨关节模块4中的水平主动轮417 ;两根钢丝绳外套8固定在绳外套固定块 d 601上。带编码器电机c 610固定在基座607上部；螺线轮c 606固定在带编码器电机 c 610的输出轴上，通过钢丝绳将力矩传递到固定在轴c 605 —端的减速轮c 604上；驱动 轮c 609固定在轴c 605的另一端上，通过钢丝绳驱动掌骨关节模块4中的主动轮407，两 根钢丝绳外套8固定在绳外套固定块c 608上。
权利要求
一种外骨骼式手指运动功能康复机器人，包括执行部分、远近端关节驱动和掌骨关节驱动三部分；特征在于远近端关节驱动和掌骨关节驱动相互独立，通过钢丝绳实现对执行部分的单独双向驱动，所述的执行部分包括远端关节模块、近端关节模块和掌骨关节模块三大部分；上述执行部分中的三个模块都是主要由主动轴承座、主动轮、主动杆、从动杆、关节连接和指骨基座组成；指骨基座通过尼龙粘扣固定在相应指节上；主动轴承座、主动轮、主动杆、从动杆和关节相连组成平行四边形机构，通过驱动主动轮实现主动杆与相应指节的同步转动；而每个模块之间则通过移动轴承座的滑动槽与主动轴承座连接，同时，利用移动轴承座上的滑动槽可以调节模块之间的距离，来实现适应不同患者手尺寸的功能；所述的远近端关节驱动和掌骨关节驱动部分都主要由装有编码器的电机、螺线轮、减速轮、主动轮和固定架组成；螺线轮固定在电机的输出轴上，通过钢丝绳将力矩传递到减速轮上，再经过减速轮减速后将运动传给同轴的驱动轮，驱动轮再通过钢丝绳连接至执行部分的主动轮，将运动传递给主动轮，最终驱动执行部分工作。
2. 根据权利要求1所述的外骨骼式手指运动功能康复机器人，特征在于所述的远端 关节模块(2)中，远节指骨基座(215)和中节指骨基座(204)分别固定在患者食指的远节 指骨和中节指骨上；从动杆(213)的一端通过轴和轴承相对远节指骨基座(215)转动，形 成转动副，而另一端则通过轴和轴承与主动杆(202)相连，形成转动副；主动杆(202)固定 在主动轮(211)上，主动轮(211)固定在主动轴(212)上，主动轴(212)通过轴承与主动轴 承座(205)相连，形成转动副；角度传感器(209)固定在角度传感器座(208)上，角度传感 器座(208)固定在主动轴承座205上，并使角度传感器(209)的转子轴线与主动轴(212) 重合；止动滑块(206)可滑动地固定在主动轴承座(205)上；止动销(201)固定在主动杆 (202)上，随其绕轴承孔(20502)的轴线转动；四个远端关节连接(203、216、210、214)分别 固定在远节指骨基座(215)和主动轴承座(205)上，使远端关节模块(2)形成了一个平行 四边形机构；钢丝绳外套(8)的一端固定在绳外套固定销(207)上；钢丝绳外套(8)内的钢 丝绳(7)驱动主动轮(211)，实现整个模块的运动。
3. 根据权利要求1所述的外骨骼式手指运动功能康复机器人，特征在于所述的近端 关节模块(3)中，近节指骨基座(312)固定在患者食指的近节指骨上；从动杆(303)的一 端通过轴和轴承相对移动轴承座(301)转动，形成转动副，而另一端则通过轴和轴承与主 动杆(306)相连，形成转动副；主动杆(306)固定在主动轮(315)上，主动轮(315)固定在 主动轴(313)上，主动轴(313)通过轴承与主动轴承座(307)相连，形成转动副；角度传感 器(311)固定在角度传感器座(310)上，角度传感器座(310)固定在主动轴承座(307)上， 并使角度传感器(311)的转子轴线与主动轴(313)重合；止动滑块(309)可以在扇形滑槽 (30701)内滑动，止动销(305)固定在主动杆(306)上；四个近端关节连接(316、314、302、 304)分别固定在移动轴承座301和主动轴承座307上，使近端关节模块(3)也形成了一个 平行四边形机构；钢丝绳外套(8)的一端固定在绳外套固定销(308)上；钢丝绳外套(8)内 的钢丝绳(7)驱动主动轮(315)，实现整个模块的运动。
4. 根据权利要求1所述的外骨骼式手指运动功能康复机器人，特征在于所述的掌骨 关节模块(4)中，掌骨基座(414)固定在患者的手掌和手腕上；从动杆(402)的一端通过轴 和轴承相对移动轴承座(401)转动，形成转动副，而另一端则通过轴和轴承与主动杆(404)相连，形成转动副；主动杆(404)固定在主动轮(407)上，主动轮(407)固定在主动轴(410) 上，主动轴(410)通过轴承与主动轴承座(406)相连，形成转动副；角度传感器(409)固定 在角度传感器座(408)上，角度传感器座(408)固定在主动轴承座(406)上，并使角度传感 器(409)的转子轴线与主动轴(410)重合，用来测量主动杆(404)的转角；止动滑块(419) 可以在扇形滑槽(40602)内滑动，止动销(403)固定在主动杆(404)上，通过调整止动滑块 (419)与止动销(403)的起始相对位置，就可以实现调节最大关节角的功能；两个掌骨关节 连接相互铰接，并分别固定在移动轴承座(401)和水平旋转基座(415)上；掌骨关节模块 (4)也形成了一个平行四边形机构；钢丝绳外套(8)的一端固定在绳外套固定销(405)上； 钢丝绳外套(8)内的钢丝绳(7)驱动主动轮(407)，实现该模块的弯曲和伸直运动；水平旋 转基座(415)安装在沉头孔(41401)中，形成转动副；挡块(418)安装在掌骨基座(414) 上，U型槽(41801)与阶梯轴(41502)相配合，限制水平旋转基座(415)的上下移动，只允 许其水平转动；主动轴承座(406)固定在水平旋转基座(415)上，通孔(40601)与(41501) 同轴；传感器固定轴(413)固定在沉头孔(41401)内，并与一固定在主动轴承座(406)上的 角度传感器相连；水平主动轮(417)连接在水平旋转基座(415)上，通过驱动水平主动轮 (417)，实现该模块的水平转动。
5. 根据权利要求1所述的外骨骼式手指运动功能康复机器人，特征在于所述的远近 端关节驱动模块(5)中，一带编码器电机b(501)固定在基座(507)下部；一螺线轮b(513) 固定在该带编码器电机b(501)的输出轴上，通过钢丝绳将力矩传递到固定在轴b(512) — 端的减速轮b(511)上；驱动轮b(502)固定在轴b(512)的另一端上，通过钢丝绳驱动近端 关节模块(3)中的主动轮(315);两根钢丝绳外套(8)固定在绳外套固定块b(503)上；带 编码器电机a(510)固定在基座(507)上部；螺线轮a(504)固定在带编码器电机a(510) 的输出轴上，通过钢丝绳将力矩传递到固定在轴a(506) —端的减速轮a(505)上；驱动 轮a(509)固定在轴a(506)的另一端上，通过钢丝绳驱动远端关节模块(2)中的主动轮 (211)，两根钢丝绳外套8固定在绳外套固定块a(508)上。
6. 根据权利要求1所述的外骨骼式手指运动功能康复机器人，特征在于所述的掌骨 关节驱动模块(6)中，带编码器电机d(602)固定在基座(607)下部；螺线轮d(613)固定在 带编码器电机d(602)的输出轴上，通过钢丝绳将力矩传递到固定在轴d(612) —端的减速 轮d(611)上；驱动轮d(603)固定在轴d(612)的另一端上，通过钢丝绳驱动掌骨关节模块 (4)中的水平主动轮(417);两根钢丝绳外套(8)固定在绳外套固定块d(601)上；带编码器 电机c(610)固定在基座(607)上部；螺线轮c(606)固定在带编码器电机c (610)的输出轴 上，通过钢丝绳将力矩传递到固定在轴c(605) —端的减速轮c(604)上；驱动轮c(609)固 定在轴c(605)的另一端上，通过钢丝绳驱动掌骨关节模块(4)中的主动轮(407)，两根钢丝 绳外套(8)固定在绳外套固定块c(608)上。
全文摘要
本发明涉及一种外骨骼式手指运动功能康复机器人，包括执行部分、远近端关节驱动和掌骨关节驱动三部分；远近端关节驱动和掌骨关节驱动相互独立，通过钢丝绳实现对执行部分的单独双向驱动，所述的执行部分包括远端关节模块、近端关节模块和掌骨关节模块三大部分；每个模块之间则通过移动轴承座的滑动槽与主动轴承座连接，同时，利用移动轴承座上的滑动槽可以调节模块之间的距离，来实现适应不同患者手尺寸的功能；所述的远近端关节驱动和掌骨关节驱动部分都主要由装有编码器的电机、螺线轮、减速轮、主动轮和固定架组成。本发明可以对手指的每个关节进行单独双向驱动；执行部分长度可调，在一定范围内适应不同尺寸的人手佩戴；具有机械限位。
文档编号A61H1/02GK101721290SQ20091023817
公开日2010年6月9日 申请日期2009年11月17日 优先权日2009年11月17日
发明者张玉茹, 李继婷, 王举, 王爽 申请人:北京航空航天大学