一种仿生康复机器手的制作方法

本实用新型涉及辅助医疗康复训练设备，尤其涉及一种仿生康复机器手。

背景技术：

仿生康复机器系统技术，是近年来迅速发展的一门新兴技术，是机器系统技术在康复医学的新应用。目前，仿生康复机器系统已经成为国际社会的研究热点之一，有着广阔的发展前景。

随着康复医学的发展和相关技术的进步，仿生机器技术将深入到康复医学的更多领域，包括在人体四肢和器官结构和功能上的重建、助残、康复治疗以及职业技能训练等诸多层面。生物学和仿生学的发展，将指引仿生康复机器系统的未来发展方向。目前，人造肌肉、人造组织和人造骨骼等研究已相当深入，人类将来会克隆出人的肢体和器官，这将是仿生机器在康复领域应用的更高层次。再者，对人体肌电信号和神经信号的最新研究成果，也已成功应用于仿生康复机器中，生物技术的发展又一次引领了仿生康复机器的未来前景。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种结构简单、操作方便的仿生康复机器手，可利用患者患侧肌电信号为患者提供机械帮助。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种仿生康复机器手，包括生物电反馈信号采集模块、关节驱动模块及数据控制装置，所述生物电反馈信号采集模块与关节驱动模块连接，所述生物电反馈信号采集模块及关节驱动模块分别与数据控制装置连接；所述数据控制装置包括依次电连接的初级放大电路、隔直电路、二次放大及高通滤波电路、低通滤波电路和双T带陷滤波电路。

作为上述方案的改进，所述生物电反馈信号采集模块包括两组生物电采集电极，所述生物电采集电极用于采集患部关节相对应的肌肉的肌电信号。

作为上述方案的改进，所述关节驱动模块包括手指关节结构、手腕关节结构、手指关节连杆、手腕关节连杆、连杆传动固定座及驱动电机，所述连杆传动固定座用于固定所述手指关节连杆及手腕关节连杆，所述驱动电机用于驱动所述手指关节连杆及手腕关节连杆；所述手指关节连杆及手腕关节连杆构成双通道连杆结构。

作为上述方案的改进，所述手指关节结构、手指关节连杆及驱动电机构成手指关节驱动模块，所述驱动电机驱动手指关节连杆转动，所述手指关节连杆带动手指关节结构产角度变化形成手指的弯曲运动。

作为上述方案的改进，所述手腕关节结构、手腕关节连杆及驱动电机构成手腕关节驱动模块，所述驱动电机驱动手腕关节连杆转动，所述手腕关节连杆带动手腕关节结构产角度变化形成手腕的弯曲运动。

作为上述方案的改进，所述手指关节连杆、手腕关节连杆及连杆传动固定座的表层进行抛光氧化处理。

作为上述方案的改进，所述驱动电机采用悬挂方式倒扣于手背上。

作为上述方案的改进，所述关节驱动模块与数据控制装置之间通过串口连接。

作为上述方案的改进，所述初级放大电路内设有INA128放大芯片。

作为上述方案的改进，所述仿生康复机器手还包括与所述数据控制装置相连的显示器，所述显示器用于显示数据、患部关节的活动度及活动范围。

实施本实用新型的有益效果在于：

本实用新型仿生康复机器包括生物电反馈信号采集模块、关节驱动模块及数据控制装置，可有效利用患者患侧肌电信号为患者提供机械帮助。具体地，生物电反馈信号采集模块实时侦测患部关节相对应的肌肉的肌电信号并将所感测到的肌电信号输入至数据控制装置，数据控制装置根据输入的肌电信号驱动关节驱动模块，关节驱动模块作用于患部并驱动患部关节产生角度偏移，实现康复训练。

同时，本实用新型的数据控制装置内集成有初级放大电路、隔直电路、二次放大及高通滤波电路、低通滤波电路和双T带陷滤波电路，通过数据控制装置可有效实现肌电信号的放大及滤波，得到稳定、可靠的肌电信号，从而更好的指导康复训练。

另外，本实用新型的关节驱动模块中将驱动电机与多套传动连杆相结合，将驱动电机的直线推动方向转化成连杆的转动方向，从而形成一个角度的旋转来完成手指或手腕的弯曲运动，操作方便，灵活性强。

附图说明

图1是本实用新型仿生康复机器手的第一实施例结构示意图；

图2是本实用新型中数据控制装置的电路原理图；

图3是图2中高通滤波电路的电路图；

图4是图2中低通滤波电路的电路图；

图5是图2中双T带陷滤波电路的电路图；

图6是本实用新型中关节驱动模块的结构示意图；

图7是本实用新型仿生康复机器手的第二实施例结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。仅此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。

如图1所示，图1显示了本实用新型仿生康复机器手100的第一实施例，其包括生物电反馈信号采集模块1、关节驱动模块2及数据控制装置3，所述生物电反馈信号采集模块1与关节驱动模块2连接，所述生物电反馈信号采集模块1及关节驱动模块2分别与数据控制装置3连接。所述关节驱动模块2与数据控制装置3之间通过串口连接。

仿生康复机器手100工作时，生物电反馈信号采集模块1实时侦测患部关节相对应的肌肉的肌电信号，并将所感测到的肌电信号输入至数据控制装置3，数据控制装置3根据输入的肌电信号驱动关节驱动模块2，关节驱动模块2作用于患部并驱动患部关节产生角度偏移，实现康复训练。

具体地，所述生物电反馈信号采集模块1包括两组生物电采集电极，所述生物电采集电极用于采集患部关节相对应的肌肉的肌电信号。

如图2所示，所述数据控制装置3包括依次电连接的初级放大电路31、隔直电路32、二次放大及高通滤波电路33（参见图3）、低通滤波电路34（参见图4）和双T带陷滤波电路35（参见图5）。优选地，所述初级放大电路31内设有INA128放大芯片。

需要说明的是，肌电信号是一种较微弱的电信号，国内外大量实验研究表明，其信号幅值在100-5000uV，峰值一般在0-10mV，均方根值在0-1.5mV，一般有用信号频率成分为10-500HZ，因此在定位肌电位置时，通过示波器可能无法清晰的显示波形图。本实用新型的数据控制装置3中设置有初级放大电路31，通过初级放大电路31可将肌电信号进行初级放大后(倍数设置为十几倍)，从而得到较为清楚的波形图。

同时，拇指肌电信号比四指肌电信号更加微弱，在稳定性更差。本实用新型的数据控制装置3中设置隔直电路32、二次放大及高通滤波电路33、低通滤波电路34，通过采取二级放大（设置高放大倍数），同时进行隔直处理，并在二级放大的基础上，采取高通滤波电路33，使肌电信号在高倍放大后能够得到较为稳定的输出波形，然后进一步通过低通滤波电路34进行滤波处理，从而得到一个比较稳定的肌电信号。

另外，有研究表明，表面肌电信号易受50Hz工频及其他共模信号的干扰，因此检测到的肌电信号虽然被放大了，但仍可能不是我们所需要的，干扰性太强，无法正确的区分出波峰和波谷，看不出完整的周期性。本实用新型的数据控制装置3中设置双T带陷滤波电路35，通过双T带陷滤波电路35可有效滤除50Hz工频干扰。

如图6所示，所述关节驱动模块2包括手指关节结构21、手腕关节结构22、手指关节连杆23、手腕关节连杆24、连杆传动固定座25及驱动电机26，所述连杆传动固定座25用于固定所述手指关节连杆23及手腕关节连杆24，所述驱动电机26用于驱动所述手指关节连杆23及手腕关节连杆24；所述手指关节连杆23及手腕关节连杆24构成双通道连杆结构。所述驱动电机26采用悬挂方式倒扣于手背上。

需要说明的是，由于手指属于非常精细的关节，在较小的空间内都能够充分活动，但是现有的康复手的机械结构往往比较笨重和复杂，容易导致手指不灵活，而且手指是弯曲运动，电机是直线运动，因此如何将电机的直线运动转化成手指的弯曲运动是康复手的关键。本实用新型中的关节驱动模块2采用驱动电机26悬挂方式倒扣在手背上，再通过多套传动连杆，将驱动电机26的直线推动方向转化成连杆的转动方向，从而形成一个角度的旋转来完成手指的弯曲运动。

具体地，所述手指关节结构21、手指关节连杆23及驱动电机26构成手指关节驱动模块，所述驱动电机26驱动手指关节连杆23转动，所述手指关节连杆23带动手指关节结构21产角度变化形成手指的弯曲运动。所述手腕关节结构22、手腕关节连杆24及驱动电机26构成手腕关节驱动模块，所述驱动电机26驱动手腕关节连杆24转动，所述手腕关节连杆24带动手腕关节结构22产角度变化形成手腕的弯曲运动。

进一步，所述手指关节连杆23、手腕关节连杆24及连杆传动固定座25表层进行抛光氧化处理，可有效提高关节驱动模块2的耐磨性、致密性，延长关节驱动模块2的使用寿命。

如图7所示，图7显示了本实用新型仿生康复机器手100的第二实施例，与图1所示的第一实施例不同的是，本实施例中，所述仿生康复机器手100还包括与所述数据控制装置3相连的显示器4，所述显示器4用于显示数据、患部关节的活动度及活动范围，可方便使用者直观地了解康复情况，进一步指导康复治疗。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。