一种用于对称康复的手指软体康复机器人系统的制作方法

本发明属于医疗康复机械技术领域，涉及一种用于对称康复的手指软体康复机器人系统，适用于偏瘫病人的手部康复训练。

背景技术：

一些疾病或者意外会导致人手运动功能受损甚至丧失，例如脑卒中患者最常见的症状为手部无法正常活动。现代康复治疗证明，肢体损伤的患者必须要进行有效的肢体训练才能恢复其功能。以往的用于康复的手指软体机器人手套大多需要加入电机作为控制，存在电气安全风险，且结构较为复杂。而电机会增加额外的重量，并且随着时间推移，精度不断降低。且已有的用于康复的手指软体机器人系统多为跟踪式，数据传输速率较慢。针对这些问题，我们提出了一种用于对称康复的手指软体康复机器人系统，它以气泵为驱动模块，传输方式为有线传输，还添加了史密斯预估器，不仅能够减轻患者的负担，而且有效地提高了系统的传输速率和准确性，加快了残疾手的反应速度，从而可以通过康复的对称性更好地提高手部功能的康复效果，具有重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于通过采集患者正常手的信息，迅速传递给偏瘫手，使得偏瘫手近乎同步地作出与正常手相同的动作，并根据康复情况分阶段来促进患者参与康复训练的主动性和积极性，从而提高手功能的康复效果。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种用于对称康复的手指软体康复机器人系统，包括软体外骨骼手套、数据采集模块、控制模块、驱动模块、监测模块及软体执行器；其中，所述数据采集模块连接所述控制模块；所述驱动模块附着在所述软体外骨骼手套上，并连接所述控制模块。所述监测模块附着在软体执行器上。

进一步，还包括数据采集手套，所述柔性角度传感器沿所述手套本体的手指方向设置在所述手套本体的手指部上；所述柔性角度传感器用于采集手指的角度信息并发送至所述控制模块；所述控制模块用于根据所述手指的角度信息控制所述真空泵工作。

进一步，真空泵有两个通气口，一个口直接暴露在空气中，与大气环境相通，另一个口通过pvc管与电磁换向阀中的常开口连接。

进一步，电磁阀的排气口通过pvc管与软体执行器连通；所述继电器用于控制电磁阀的工作状态。

进一步，应变片粘贴于各个软体执行器外侧的首尾两端，并与数字式应变仪相连，通过数字式应变仪采集应变片的电阻变化来标定软体执行器产生的力的大小，并把当前手的运动状态反馈给控制模块。控制模块采用史密斯预估器，减少软体执行器的时延，从而提高对称康复系统的同步性。

进一步，所述控制模块通过所述数据采集模块接收手指的角度信息控制所述驱动模块的电磁阀运作；所述数字式应变仪接收软体执行器上应变片的信号。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果如下：

使用软体机器人手套时，将数据采集手套穿戴在健康手上，作为主动端，采集主动端五根手指的关节角度信息，发送给控制模块。控制模块根据主动端的手指角度信息来控制气泵的运动状态。该系统采用气动驱动，大气环境中的空气通过真空泵，由pvc管输送到电磁阀的进气口。电磁阀主要作用是改变气流方向和控制气流的通断，电磁阀的通断由继电器控制。气流经过电磁阀后输送到外骨骼手套中的各软体执行器中，随着气体的不断充入，佩戴在手指背面的软体执行器不断膨胀弯曲，即可带动手指弯曲，手指的伸展由软体执行器的排气过程实现。软体执行器的容气量和最大形变量均有限，因此需要控制气泵输入执行器的气量，以免输入过多超过其负荷，造成执行器的损坏，甚至对人体造成伤害。为了准确测量当前软体执行器的弯曲角度，在各个软体执行器的首尾两端均粘贴应变片，通过数字式应变仪采集应变片的电阻变化来标定软体执行器产生的力的大小，并把当前手的运动状态反馈给控制模块。控制模块采用史密斯预估器，减少软体执行器的时延，从而提高对称康复系统的同步性。如此往复的充放气可实现手指的重复屈伸运动，进而达到康复训练的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单的介绍。

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明软体执行器及应变片示意图；

图3为本发明系统框图；

图1～3中标记含义如下：1.数据采集手套，2.软体外骨骼手套，3.控制模块，4.数据采集模块，5.柔性角度传感器，6.软体执行器，7.真空泵，8.电磁阀，9.pvc管，10.继电器，11.应变片，12.数字式应变仪。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。

一种用于对称康复的手指软体康复机器人系统，包括软体外骨骼手套2、控制模块3、数据采集模块4、驱动模块、监测模块及软体执行器6；其中，所述控制模块3一端连接所述数据采集模块4，另一端连接所述驱动模块；所述监测模块连接所述驱动模块；还包括数据采集手套1、柔性角度传感器5，其中柔性角度传感器5沿所述手套本体的手指方向设置在所述手套本体的手指部位上；所述驱动模块采用真空泵7实现；还包括电磁阀8和pvc管9，所述真空泵7的两个通气口，一个直接暴露在空气中，与大气环境相通，另一个通过pvc管9与电磁阀8中的常开口连接；还包括软体执行器6，所述电磁阀8的排气口通过pvc管9与软体执行器6连通；还包括继电器10，所述继电器10与电磁阀8相连，用于控制电磁阀8的工作状态；所述监测模块采用应变片11和数字式应变仪12来实现；所述应变片11紧贴于软体执行器6的首尾两端，用于采集当前软体执行器的弯曲角度，并连接到数字式应变仪12上，显示当前软体执行器产生的力的大小，并把当前手的运动状态反馈给控制模块；本发明还采用了史密斯预估器，体现了对称康复的同步性和稳定性；为了保证对称康复的同步性，采用有线传输方式。

图1为本发明的系统示意图。本发明的目的在于通过采集患者正常手的信息，迅速传递给偏瘫手，使得偏瘫手近乎同步地作出与正常手相同的动作，并根据康复情况分阶段来促进患者参与康复训练的主动性和积极性，从而提高手功能的康复效果。

使用软体机器人手套时，将数据采集手套穿戴在健康手上，作为主动端，采集主动端五根手指的关节角度信息，发送给控制模块。控制模块根据主动端的手指角度信息来控制真空泵的运动状态。该系统采用气动驱动，大气环境中的空气通过微型真空泵，由pvc管输送到电磁阀的进气口。电磁阀主要作用是改变气流方向和控制气流的通断，电磁阀的通断由继电器控制。气流经过电磁阀后输送到外骨骼手套中的各软体执行器中，随着气体的不断充入，佩戴在手指背面的软体执行器不断膨胀弯曲，即可带动手指弯曲，手指的伸展由软体执行器的排气过程实现。为了准确测量当前软体执行器的弯曲角度，在各个软体执行器的首尾两端均粘贴应变片，通过数字式应变仪采集应变片的电阻变化来标定软体执行器产生的力的大小，并把当前手的运动状态反馈给控制模块。控制模块采用史密斯预估器，预先估计出系统在给定信号下的动态特性，减少软体执行器的时延，从而提高对称康复系统的同步性。进而达到康复训练的目的。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理；其中，所述数据采集模块连接所述控制模块；所述控制模块通过所述数据采集模块接收所述手指的角度信息；所述控制模块用于根据所述手指的角度信息控制所述驱动模块的电磁阀运作；所述数字式应变仪根据应变片传递的信号反应软体执行器产生的力的大小，并且可以采集当前软体执行器的运动状态。

图2为本发明软体执行器及应变片示意图。当充气时，软体执行器发生形变，在每个软体执行器外侧的首尾两端粘贴应变片，用以采集软体执行器在工作时的形变程度。软体执行器工作时，底部会产生微小的形变，应变片紧贴于软体执行器底部电阻发生改变。数字式应变仪接受应变片的信号，从而对软体执行器产生的力的大小进行监测。

图3为本发明系统方框图。数据采集模块采集正常手的角度信息，并把数据发送给控制模块。控制模块根据采集到的数据，对正常手的动作进行判断，发送指令给继电器驱动电磁阀。电磁阀用于根据所述手指的角度信息控制所述真空泵工作，电磁阀的排气口通过pvc管与软体外骨骼手套连通，气流经过电磁阀后输送到外骨骼手套中的各软体执行器中。粘贴于软体执行器外侧首尾两端的应变片发生形变，通过数字式应变仪采集应变片的电阻变化来标定软体执行器产生的力的大小，并把当前手的运动状态反馈给控制模块。控制模块采用史密斯预估器，减少软体执行器的时延，从而提高对称康复系统的同步性。随着气体的不断充入，佩戴在手指背面的软体执行器不断膨胀弯曲，即可带动手指弯曲，手指的伸展由软体执行器的排气过程实现。

上述实施例仅是本发明的较优实施方式，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修饰、修改及替代变化，均属于本发明技术方案的范围内。