手部外骨骼装备的制作方法

本实用新型涉及外骨骼装备领域，具体而言，涉及一种手部外骨骼装备。

背景技术：

目前的外骨骼装备主要是全身性外骨骼，包括背部、手部与脚部，全身外骨骼的助力能力高，但会存在整套外骨骼重量大，携带不方便的问题。另外，现有的手部外骨骼装备装置不具有感应穿戴者意图的能力，操作不方便。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提供一种手部外骨骼装备，以解决现有技术中的手外骨骼操作不方便的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种手部外骨骼装备，包括：手部外骨骼本体；感应装置，感应装置安装在手部外骨骼本体上用于感应穿戴者的运动意图；驱动装置，驱动装置安装在手部外骨骼本体上并与感应装置电连接，驱动装置接收感应装置发射的信号并驱动手部外骨骼本体工作。

进一步地，手部外骨骼装备还包括：能源装置，能源装置安装在手部外骨骼本体上且用于为手部外骨骼装备提供能源。

进一步地，手部外骨骼装备还包括：关节自由度调节装置，关节自由度调节装置设置在手部外骨骼本体的关节处，用于调节手部外骨骼本体之间的转动。

进一步地，感应装置包括压力传感器、动力传感器和皮肤传感器。

进一步地，驱动装置包括：电机，电机用于给手部外骨骼装备提供动力；减速器，减速器与电机连接。

进一步地，感应装置还包括用于感知环境的环境传感器。

进一步地，手部外骨骼装备还包括数据反馈装置，数据反馈装置用于将感应装置感知的数据传递给外部监控系统，外部监控系统用于监控手部外骨骼装备的工作环境和工作状况。

进一步地，手部外骨骼装备还包括：GPS定位装置，GPS定位装置安装在手部外骨骼本体上以用于定位手部外骨骼装备的位置。

进一步地，手部外骨骼本体采用轻质合金制作。

进一步地，手部外骨骼装备的重量在30kg至40kg的范围内。

应用本实用新型的技术方案，本实用新型的手部外骨骼装备，通过感应装置感应穿戴者手部的运动意图，驱动装置接收感应装置发射的信号并驱动手部外骨骼本体工作，因而使穿戴者在使用时操作更加方便，具有更高的操作舒适度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示意性示出了本实用新型的手部外骨骼装备的简化图；以及

图2示意性示出了本实用新型的手部外骨骼装备的结构框图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、手部外骨骼本体；20、关节自由度调节装置；30、感应装置；40、驱动装置；50、能源装置；60、数据反馈装置；70、GPS定位装置。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

正如背景技术中所说的，目前的外骨骼装备包括背部、手部与脚部的外骨骼，是连接在一起的整体，但是在很多种情况下，并不需要全身外骨骼的助力功能，只需要外骨骼的一部分进行助力功能即可，例如手部，使用时，工作人员需要整体穿戴外骨骼装备才能够实现手部助力，而整体外骨骼的重量很大，不方便运输携带。而在已有的一些手部外骨骼装备中，虽然可以实现只对手部进行穿戴，但是这些手部外骨骼装备不具有感应穿戴者动作意图的能力，操作时往往需要通过外部计算机来控制手部外骨骼装备的操作，操作上很不方便，影响穿戴者的操作体验。

参见图1和图2所示，本实用新型提供了一种手部外骨骼装备，该手部外骨骼装备包括手部外骨骼本体10、感应装置30和驱动装置40，其中，感应装置30安装在手部外骨骼本体10上用来感应穿戴者的运动意图，通过感应装置30感应穿戴者的运动意图来操作手部外骨骼装备，进而提高了穿戴者的使用舒适度。具体来说，驱动装置40安装在手部外骨骼本体10上并与感应装置30电连接，驱动装置40接收感应装置30发射的信号并驱动手部外骨骼本体10工作。

图2示出了本实用新型的手部外骨骼装备的结构框图，具体来说，本实用新型中的感应装置30是本实用新型的重要组成部分，它具有多种感知人体运动意图的功能，本实用新型中的感应装置30包括有压力传感器、动力传感器和皮肤传感器，其他有助于帮助感知人体运动意图的传感器如心跳传感器、肌肉传感器、神经传感器均属于本实用新型的保护范围之内。

本实用新型的驱动装置40包括有控制组件，控制组件接收感应装置30中各传感器的感应数据并进行分析处理，依据这些数据控制驱动装置40驱动相应手部外骨骼本体10进行运动。控制组件包含有中央处理器、ROM及RAM储存组件、各种通信接口(IO口、USB、I2C、UART、SPI)等能够完成控制功能或辅助完成控制功能的常规配件。

使用本实用新型的手部外骨骼装备时，穿戴者通过手部对压力传感器施压，压力传感器感知到穿戴者的手部压力，并根据不同的压力大小形成相应的压力数据，并将这些数据传递给驱动装置40中的控制组件，控制组件对这些压力数据进行分析处理后，控制本实用新型的手部外骨骼本体10运动。

具体来说，控制组件会根据压力传感器感受到的压力大小而同步调整驱动装置40驱动手部外骨骼本体10的运动力度，压力传感器感受到的压力越大，则驱动装置40驱动手部外骨骼本体10运动的力度越大，压力传感器感受到的压力越小，则驱动装置40驱动手部外骨骼本体10运动的力度越小。

本实用新型中的动力传感器即动态力传感器，通过动态力传感器测量穿戴者的手臂动态，如手臂的速度、加速度等，动态传感器将感知的手臂动态数据传递给驱动装置40中的控制组件，控制组件对手臂动态数据进行分析处理，辅助其他传感器判断出穿戴者的运动意图，驱动手部外骨骼本体10完成相应的动作。

为了使本实用新型的外骨骼装备在工作时能够更加准确的感应到穿戴者的运动意图，本实用新型中的感应装置30中还包括有皮肤传感器，通过皮肤传感器感应到人体手部各个位置的触碰信息，并将这些触碰信息传递给驱动装置40中的控制组件，通过控制组件分析穿戴者的工作意图并进行相应判断，驱动手部外骨骼本体10完成相应的动作。

本实用新型的手部外骨骼装备工作时所需的能量都通过本实用新型的手部外骨骼装备中的能源装置50供给，具体来说，能源装置50安装在手部外骨骼本体10上且用于为外骨骼装备的各组成部件提供能源。

本实用新型中的能源装置50为高电量锂电池组成，当然，只要可以满足本实用新型的外骨骼装备所需的能量，其他类型电池也可。能源装置50还包括电源监控模块，一旦电源不足，会提示穿戴者电量不足，及时充电。

为了使本实用新型中的手部外骨骼本体10的运动更加灵活，本实用新型还包括关节自由度调节装置20，关节自由度调节装置20设置在手部外骨骼本体10的关节处，用于调节手部外骨骼本体10的各部件之间的转动。

本实用新型的手部外骨骼装备具体来说，具有至少三个自动单元的手外骨骼。一者用于与拇指附接，并且具有用于与远节指骨和近节指骨附接的两个元件。其他两者每一个具有三个元件，用于与食指和中指的远节指骨、中节指骨和近节指骨附接。每个自动单元的元件通过关节自由度调节装置20互相连接，产生元件的相对角度运动，该运动的旋转轴基本与使用者的指间关节运动的旋转轴吻合。驱动机构与各外骨骼关机相关联，以能够驱动两个元件。 当然，在无名指与小拇指附接有相应的自动单元也属于本实用新型的保护范围，另外，本实用新型的每个自动单元都设置有限位结构，当本实用新型的手部外骨骼的运动超过穿戴者手部的运动极限时，限位结构会切断电源，以保护穿戴者的手部安全。

本实用新型中的驱动装置40包括电机和减速器，电机用于给本实用新型的手部外骨骼装备提供动力，减速器与电机连接以供给相应速度给手部外骨骼本体10进行运动。本实用新型中的驱动装置40设置在手部外骨骼本体10上的不同位置，以驱动各位置手部外骨骼本体10的运动，本实用新型中的驱动装置40包含舵机、步进电机、伺服电机、直流电机等驱动件，当然其他满足运动驱动装置40的驱动要求的驱动件也可。

由于穿戴者通过本实用新型的手部外骨骼本体10来实现助力，所以很难通过穿戴者的手部来了解外部环境，在一些高温或腐蚀度高的环境中通过手部感知也存在一定的危险，因此，本实用新型的感应装置30还包括用于感知环境的环境传感器。具体来说，本实用新型中的环境传感器包含有温度传感器和湿度传感器，在拾取物体时，穿戴者不能通过直接触觉正确感知外部的温度和湿度，本实用新型中的环境传感器包括湿温度传感器，在工作时，湿温度传感器随时感知外部的温度和湿度，并通过数据反馈装置60反馈给外部监控系统，对工作环境进行实时监控，使穿戴者能够及时了解触碰物体的温度和湿度，可以有效避免危险。本实用新型中的数据反馈装置60安装在本实用新型的手部外骨骼本体10上，用于将感应装置30感知的数据传递给外部监控系统，外部监控系统用于监控手部外骨骼装备的工作环境和工作状况。本实用新型中的数据反馈装置60包含有WIFI模块、2.4G通信模块、RFID、ZIGBEE、蓝牙、红外通信模块等，只要有助于传递传感器感知的数据的均可。

在一些较复杂的环境中，外部指挥人员需要知道本实用新型的手部外骨骼装备穿戴者的具体位置，以便进行及时施救或指挥，本实用新型的手部外骨骼装备还包括GPS定位装置70，该GPS定位装置70安装在手部外骨骼本体10上以用于定位手部外骨骼装备的位置。工作时，GPS实时定位穿戴者的位置，并报告给外部指挥人员。

为了减轻本实用新型的手部外骨骼装备的整体重量，本实用新型中的手部外骨骼本体10采用轻质合金制作，当然，其他不影响手部外骨骼本体10强度性能且质量轻的材料均可。

本实用新型的手部外骨骼装备的重量在30Kg至40Kg的范围内。本实用新型的手部外骨骼装备具有重量轻的优点，本实用新型的手部外骨骼装备不仅仅局限于手部的外骨骼应用，也可以扩展到其他外骨骼上，如腿部、腰部等。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。