一种手部康复装置及系统
阅读：1007发布：2020-11-21
专利汇可以提供一种手部康复装置及系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及医疗器械领域，具体提供一种手部康复装置及系统。本发明旨在解决现有的手部康复 机器人 训练模式单一、 自由度 少、不能实现各个 手指 各个关节的单独控制、无法提高被康复对象的训练积极性的问题。为此目的，本发明的手部康复装置包括手部训练机构、为手部训练机构提供动 力 以及实现该动力的传动的驱动机构以及带动所述手部训练机构实现被康复对象的手部康复训练动作的传动绳，其中，所述手部训练机构具有与被康复对象的手部的九个手指关节分别对应的自由度；其中，所述手部康复装置还包括 基座 承重机构，所述手部训练机构和所述驱动机构固定于所述基座承重机构。本发明的手部康复装置通过九自由度的手部训练机构改善了手部康复装置的使用性能。，下面是一种手部康复装置及系统专利的具体信息内容。
1.一种手部康复装置，其特征在于，该手部康复装置包括手部训练机构、为手部训练机构提供动力以及实现该动力的传动的驱动机构以及带动所述手部训练机构实现被康复对象的手部康复训练动作的多根传动绳，
其中，所述驱动机构包括相互独立的第一驱动机构和第二驱动机构，所述第一驱动机构包括一个驱动单元，所述第二驱动机构设置有对应于食指、中指、无名指、小拇指的相互独立的四个单指驱动机构，每个单指驱动机构包括两个相互独立的驱动单元，并且每个所述驱动单元固定有两根所述传动绳，
所述驱动单元包括驱动电机和正交齿轮箱，所述驱动电机的输出轴与所述正交齿轮箱的上齿轮相连接，所述正交齿轮箱的左齿轮和右齿轮的输出轴分别连接有左传动轮和右传动轮，两根所述传动绳的第一端分别固定于所述左传动轮和所述右传动轮的轮槽内；
其中，所述手部训练机构具有与被康复对象的手部的九个手指关节分别对应的自由度；
其中，所述手部康复装置还包括基座承重机构，所述手部训练机构和所述驱动机构固定于所述基座承重机构。
2.根据权利要求1所述的一种手部康复装置，其特征在于，所述第一驱动机构通过第一驱动电机支架安装至所述基座承重机构，所述第一驱动电机支架上设置有第一横梁，所述第一横梁上在与所述第一驱动机构的驱动单元的所述左传动轮和所述右传动轮相对应的位置均设置有带槽的轮结构，与所述第一驱动机构连接的所述传动绳的第二端穿过所述第一驱动电机支架的相应位置的孔、绕过相应位置的所述带槽的轮结构之后连接至所述手部训练机构，
所述第二驱动机构通过第二驱动电机支架安装至基座承重机构，所述第二驱动电机支架上设置有四根第二横梁，所述第二横梁上在与所述第一驱动机构的每个驱动单元的所述左传动轮和所述右传动轮相对应的位置均设置有带槽的轮结构，与所述第二驱动机构连接的所述传动绳的第二端穿过所述驱动电机支架的相应位置的孔、绕过相应位置的所述带槽的轮结构之后连接至所述手部训练机构。
3.根据权利要求2所述的一种手部康复装置，其特征在于，所述手部训练机构包括手掌衔接机构和手指外骨骼机构，所述手掌衔接机构固定于所述基座承重机构，所述手指外骨骼机构固定于所述手掌衔接机构。
4.根据权利要求3所述的一种手部康复装置，其特征在于，所述手指外骨骼机构包括大拇指外骨骼机构和四指外骨骼机构，
其中，所述大拇指外骨骼机构包括大拇指第一外骨骼和大拇指第二外骨骼，所述大拇指第一外骨骼和所述大拇指第二外骨骼之间设置有大拇指连接片；
其中，所述四指外骨骼机构包括对应于食指、中指、无名指、小拇指的相互独立的四个单指外骨骼机构，每个所述单指外骨骼机构包括依次设置的四指第一外骨骼、四指第二外骨骼和四指第三外骨骼，所述四指第一外骨骼和所述四指第二外骨骼之间设置有四指第一连接片，所述四指第二外骨骼和所述四指第三外骨骼之间设置有四指第二连接片。
5.根据权利要求4所述的一种手部康复装置，其特征在于，所述大拇指第二外骨骼通过大拇指柔性杆固定于所述手掌衔接机构的大拇指柔性杆固定槽，所述四指第三外骨骼通过四指柔性杆固定于所述手掌衔接机构的四指柔性杆固定槽。
6.根据权利要求5所述的一种手部康复装置，其特征在于，所述手掌衔接机构上设置有毛细管，所述手指外骨骼机构上设置有路径孔，绕出带槽的轮结构的所述传动绳穿过所述毛细管和路径孔并固定于所述手指外骨骼机构。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的一种手部康复装置，其特征在于，所述基座承重机构上设置有手部承重板，
在进行康复训练期间，被康复对象的手臂支撑于手部承重板，所述被康复对象的手部固定于所述手部训练机构。
8.一种手部康复系统，包括手部康复装置、计算机和下位机控制器；其中：
1)所述计算机用于：
11)实时记录下位机控制器上传的被康复对象的状态信息；
12)在康复训练过程中，向被康复对象提供视觉反馈；
13)向下位机控制器发送与康复训练对应的控制指令，以及
14)基于所述状态信息，调整控制指令；
2)所述下位机控制器用于：
21)接收所述控制指令，并根据所述控制指令控制手部康复装置执行康复训练动作；
22)在康复训练过程中，采集手部康复装置上传的、被康复对象的康复训练动作中包含的参数信息，基于该参数信息生成被康复对象的状态信息；
3)所述手部康复装置为如权利要求1至7中任一项所述的手部康复装置。
一种手部康复装置及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及医疗器械领域，具体提供一种手部康复装置及系统。
背景技术
[0002] 脑卒中是中国的第二大致死病因，同时也是第一大致残病因。其中，大约有2/3的人在脑卒中后会出现偏瘫现象，如一侧的手和/或手臂会出现瘫痪或者部分瘫痪。偏瘫现象是一种长时间的运动能力不足或者缺失的现象，因此会给患者本人及其家人带来极大的不便。为了恢复或改善肢体运动功能，偏瘫患者需要接受大量的康复训练。目前，临床上针对偏瘫患者的康复治疗主要依赖传统的康复训练方法，即患者在医护人员(如理疗师)的辅助下完成训练动作。随着患者数量的日益增加，加上理疗师数量和体力上的限制，患者很难接受到持续而有效的康复训练。在此基础上，康复机器人应运而生。康复机器人所提供的机器人辅助康复训练由于节省了医护人员的全程介入，因此弥补了传统的康复训练方法的不足，可以使更多的患者享受到康复训练，而且由于机器人能够根据患者需求设定相应的康复模式，因此优化了传统的康复训练动作。
[0003] 国内外已有大量研究者对康复机器人展开相关研究，并证实了康复机器人的临床康复效果。但目前针对手部康复的康复机器人还较少。而手部作为人类最常用的劳动器官之一，其功能的恢复是至关重要的，因此设计针对手部的康复训练设备显得尤其重要。仍以针对手部偏瘫现象的康复训练为例，手部主要包含五个手指，其主要运动是各个手指的各个关节的屈伸运动。目前的手部康复机器人主要以针对单个手指的训练设备为主，而且训练设备提供的训练模式单一、自由度少，因此不能够实现各个手指的各个关节的单独控制。此外，由于训练设备属于只提供输出参数不向患者反馈相关信息的被动式设备，因此无法提高患者的训练积极性。
[0004] 相应地，本领域需要一种新的手部康复装置来解决上述问题。
发明内容
[0005] 为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有的手部康复机器人训练模式单一、自由度少、不能实现各个手指各个关节的单独控制、无法提高被康复对象的训练积极性的问题，本发明一方面提供了一种手部康复装置，该手部康复装置包括手部训练机构、为手部训练机构提供动力以及实现该动力的传动的驱动机构以及带动所述手部训练机构实现被康复对象的手部康复训练动作的多根传动绳，其中，所述手部训练机构具有与被康复对象的手部的九个手指关节分别对应的自由度；其中，所述手部康复装置还包括基座承重机构，所述手部训练机构和所述驱动机构固定于所述基座承重机构。
[0006] 在上述手部康复装置的优选技术方案中，所述驱动机构包括相互独立的第一驱动机构和第二驱动机构，其中，所述第一驱动机构包括一个驱动单元，所述第二驱动机构设置有对应于食指、中指、无名指、小拇指的相互独立的四个单指驱动机构，每个单指驱动机构包括两个相互独立的驱动单元；并且每个所述驱动单元固定有两根所述传动绳。
[0007] 在上述手部康复装置的优选技术方案中，所述驱动单元包括驱动电机和正交齿轮箱，其中，所述驱动电机的输出轴与所述正交齿轮箱的上齿轮相连接，所述正交齿轮箱的左齿轮和右齿轮的输出轴分别连接有左传动轮和右传动轮，两根所述传动绳的第一端分别固定于所述左传动轮和所述右传动轮的轮槽内。
[0008] 在上述手部康复装置的优选技术方案中，所述第一驱动机构通过第一驱动电机支架安装至所述基座承重机构，所述第一驱动电机支架上设置有第一横梁，所述第一横梁上在与所述第一驱动机构的驱动单元的所述左传动轮和所述右传动轮相对应的位置均设置有带槽的轮结构，与所述第一驱动机构连接的所述传动绳的第二端穿过所述第一驱动电机支架的相应位置的孔、绕过相应位置的所述带槽的轮结构之后连接至所述手部训练机构，所述第二驱动机构通过第二驱动电机支架安装至基座承重机构，所述第二驱动电机支架上设置有四根第二横梁，所述第二横梁上在与所述第一驱动机构的每个驱动单元的所述左传动轮和所述右传动轮相对应的位置均设置有带槽的轮结构，与所述第二驱动机构连接的所述传动绳的第二端穿过所述驱动电机支架的相应位置的孔、绕过相应位置的所述带槽的轮结构之后连接至所述手部训练机构。
[0010] 在上述手部康复装置的优选技术方案中，所述手指外骨骼机构包括大拇指外骨骼机构和四指外骨骼机构，其中，所述大拇指外骨骼机构包括大拇指第一外骨骼和大拇指第二外骨骼，所述大拇指第一外骨骼和所述大拇指第二外骨骼之间设置有大拇指连接片；其中，所述四指外骨骼机构包括对应于食指、中指、无名指、小拇指的相互独立的四个单指外骨骼机构，每个所述单指外骨骼机构包括依次设置的四指第一外骨骼、四指第二外骨骼和四指第三外骨骼，所述四指第一外骨骼和所述四指第二外骨骼之间设置有四指第一连接片，所述四指第二外骨骼和所述四指第三外骨骼之间设置有四指第二连接片。
[0011] 在上述手部康复装置的优选技术方案中，所述大拇指第二外骨骼通过大拇指柔性杆固定于所述手掌衔接机构的大拇指柔性杆固定槽，所述四指第三外骨骼通过四指柔性杆固定于所述手掌衔接机构的四指柔性杆固定槽。
[0012] 在上述手部康复装置的优选技术方案中，所述手掌衔接机构上设置有毛细管，所述手指外骨骼机构上设置有路径孔，绕出带槽的轮结构的所述传动绳穿过所述毛细管和路径孔并固定于所述手指外骨骼机构。
[0013] 在上述手部康复装置的优选技术方案中，所述基座承重机构上设置有手部承重板，在进行康复训练期间，被康复对象的手臂支撑于手部承重板，所述被康复对象的手部固定于所述手部训练机构。
[0014] 另一方面，本发明还提供了一种手部康复系统，该系统包括手部康复装置、计算机和下位机控制器；其中：
[0015] 1)所述计算机用于：
[0016] 11)实时记录下位机控制器上传的被康复对象的状态信息；
[0017] 12)在康复训练过程中，向被康复对象提供视觉反馈；
[0018] 13)向下位机控制器发送与康复训练对应的控制指令，以及
[0019] 14)基于所述状态信息，调整控制指令；
[0020] 2)所述下位机控制器用于：
[0021] 21)接收所述控制指令，并根据所述控制指令控制手部康复装置执行康复训练动作；
[0022] 22)在康复训练过程中，采集手部康复装置上传的、被康复对象的康复训练动作中包含的参数信息，基于该参数信息生成被康复对象的状态信息；
[0023] 3)所述手部康复装置为前述任一种方案的手部康复装置。
[0024] 本领域技术人员能够理解的是，在本发明的技术方案中，手部康复装置通过针对五根手指配置有9个自由度(大拇指两个关节配置一个自由度，其余四指各三个关节配置量个自由度)，通过传动绳控制关节的屈曲和拉伸，能够针对被康复对象的五指实现手部整体的康复训练，而且能够针对被康复对象的单根手指进行单独的康复训练，改善了康复训练的性能。此外，手部康复系统一方面能够向被康复对象提供视觉反馈，从而调动患者的训练积极性；另一方面还能够根据被康复对象的状态信息优化康复训练的控制算法，使被康复对象能够获得更接近真实需求的康复训练，从而提升了手部康复系统的用户体验。附图说明
[0025] 图1是本发明的手部康复系统的结构框图；
[0026] 图2是本发明的手部康复装置的总体结构示意图；
[0027] 图3是本发明的手部康复装置的基座承重机构的结构示意图；
[0028] 图4是本发明的手部康复装置的驱动机构的结构示意图；
[0029] 图5是图4中A处的局部放大视图；
[0030] 图6是本发明的手部康复装置的手部训练机构的结构示意图；
[0031] 图7是本发明的手指外骨骼机构的第一外骨骼机构的结构示意图(大拇指)；
[0032] 图8是本发明的手指外骨骼机构的第二外骨骼机构的结构示意图(食指)；
[0033] 图9是本发明的大拇指外骨骼机构中传动绳的路径固定孔的结构示意图；以及
[0034] 图10是本发明的食指外骨骼机构中传动绳的路径示意图。
[0035] 附图标记列表
[0036] 1、手部康复装置；11、手部训练机构；111、手掌衔接机构； 1111、手掌衔接板；1112、大拇指柔性杆固定槽；1113、四指柔性杆固定槽；1114、四指传动绳固定梁；112、手指外骨骼机构；1121、大拇指外骨骼机构；11211、大拇指第一外骨骼；11212、大拇指连接片；
11213、大拇指第二外骨骼；11214、大拇指末端固定板；1122、四指外骨骼机构； 11221、四指第一外骨骼；11222、四指第一连接片；11223、四指第二外骨骼；11224、四指第二连接片；
11225、四指第三外骨骼；11226、四指末端固定板；113、大拇指柔性杆；114、四指柔性杆；12、驱动机构； 121、四指驱动机构；122、大拇指驱动机构；123、正交齿轮箱；1230、下固定板；
1231、上齿轮；1232、左齿轮；1233、右齿轮；1234、下齿轮；1235、左传动轮；1236、右传动轮；
1237、左固定板；1238、右固定板；1239、上固定板；124、驱动电机；125、第二驱动电机支架；
1251、上面板；1253、左面板；1252、右面板；1254、下面板；1255、带槽轴承；1256、第二横梁；
13、基座承重机构；131、顶板；132、右侧板； 133、左侧板；134、驱动机构承重板；135、手部承重板；136、底板； 14、传动绳；2、计算机；3、下位机控制器；4、被康复对象；41、四指。
11213、大拇指第二外骨骼；11214、大拇指末端固定板；1122、四指外骨骼机构； 11221、四指第一外骨骼；11222、四指第一连接片；11223、四指第二外骨骼；11224、四指第二连接片；
11225、四指第三外骨骼；11226、四指末端固定板；113、大拇指柔性杆；114、四指柔性杆；12、驱动机构； 121、四指驱动机构；122、大拇指驱动机构；123、正交齿轮箱；1230、下固定板；
1231、上齿轮；1232、左齿轮；1233、右齿轮；1234、下齿轮；1235、左传动轮；1236、右传动轮；
1237、左固定板；1238、右固定板；1239、上固定板；124、驱动电机；125、第二驱动电机支架；
1251、上面板；1253、左面板；1252、右面板；1254、下面板；1255、带槽轴承；1256、第二横梁；
13、基座承重机构；131、顶板；132、右侧板； 133、左侧板；134、驱动机构承重板；135、手部承重板；136、底板； 14、传动绳；2、计算机；3、下位机控制器；4、被康复对象；41、四指。
具体实施方式
[0037] 下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。
[0038] 需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“前”、“后”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0039] 此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0040] 图1示出本发明的手部康复系统的结构框图，该手部康复系统主要用于向被康复对象4提供主动式手部康复训练。如图1所示，该手部康复系统主要包括手部康复装置1、计算机2和下位机控制器3。其中：
[0041] 计算机2主要用于：1)实时记录下位机控制器3上传的被康复对象4的状态信息；2)向被康复对象4提供视觉反馈，如绘制并向被康复对象展示手部康复状态的虚拟现实环境；3)向下位机控制器3发送控制指令，如根据1)中的状态信息对康复训练作出客观的评价，可以参考该评价，根据不同的康复训练模式执行相应的控制算法。
[0042] 下位机控制器3主要用于：1)在接收到计算机2发送的控制指令后，对控制指令进行解码并提取出手部康复装置1的各个驱动电机124(如图4中所示)的力和位置的控制量(如力矩、位移、速度等)，并且将相应的控制量转化为控制信号发送给手部康复装置1，从而控制手部康复装置1执行的康复训练动作；2)实时采集手部康复装置1上的传感器上传的被康复对象4的康复训练动作的参数信息，并将参数信息进行解码后生成状态信息，之后将状态信息发送给计算机2。
[0043] 手部康复装置1主要用于：1)将被康复对象4的手部固定，并被康复对象4的手部执行与下位机控制器3发送的控制信号相对应的康复训练动作；2)采集被康复对象4的康复训练动作的参数信息，如通过压力传感器和弯曲度传感器采集康复训练过程中被康复对象4手指的压力和弯曲度。
[0044] 可以看出，本发明的手部康复系统在对被康复对象4进行康复训练的过程中，一方面，通过计算机2→下位机控制器3→手部康复装置1→被康复对象4完成康复训练，另一方面，通过手部康复装置1→下位机控制器3→计算机2→被康复对象4对康复训练提供反馈。通过交互式的闭环式控制，使本发明的手部康复系统能够为被康复对象4提供一个更为有效的康复训练，提升了用户体验。其中，对康复训练提供反馈主要体现为：1)通过采集被康复对象4的康复训练动作，优化计算机在往后的康复训练中给出的控制指令；2)在被康复对象4完成康复训练动作的过程中或者之后，向被康复对象4提供汇报式的视觉反馈。其中的控制指令从技术层面优化了被康复对象4的康复训练动作，而视觉反馈使被康复对象4在吃力、漫长的康复训练中获得了当前的康复进度的知情权，尤其在康复有起色的情形下，能够提高被康复对象4的训练积极性。
[0045] 对于上述的手部康复装置，本发明提出了一种能够针对五指的、针对九个关节均具有自由度的手部康复装置，能够向患者同时提供分别针对五个手指的康复训练。其中，九个自由度的含义在于，本发明的手部康复装置能够向被康复对象4同时提供包括“大拇指一个自由度、其余四个手指(食指、中指、无名指、小拇指)各两个自由度”的屈伸康复训练。
[0046] 图2示出本发明的手部康复装置的总体结构示意图。如图2 所示，手部康复装置1主要包括手部训练机构11、用于为手部训练机构 11提供动力以及实现动力传动的驱动机构12、主要用于固定手部训练机构11和驱动机构12的基座承重机构13以及带动手部训练机构11实现被康复对象4的手部康复训练动作的传动绳14。
[0047] 图3示出手部康复装置的基座承重机构13的结构示意图。如图3所示，基座承重机构13主要包括底板136、分别安装在底板136 两端并与底板136垂直的左侧板133和右侧板132、设置在左侧板133和右侧板132之间的、自下而上依次设置的手部承重板135、驱动机构承重板134以及顶板131。其中，底板136上可以安装如电源转换模块(图中未示出)等，手部承重板135主要用于在手部康复训练时支撑被康复对象4的手臂，驱动机构承重板134则主要用于安装并支撑驱动机构12。此外，为了保证手部康复装置的整体性以及为了便于将被康复对象4的手部固定于手部训练机构11，手部训练机构11也优选地安装在驱动机构承重板134上。
[0048] 本领域技术人员可以理解的是，基座承重机构13的具体结构以及各个部件的设置位置可以灵活调整，如可以将驱动机构承重板134 和底板136之间的空间自左向右通过隔板分割为多个空间，其中一个空间对应的底板136部分作为手部承重板135。
[0049] 继续参阅图3，驱动机构12主要包括驱动原理和结构大致相同的大拇指驱动机构122和四指驱动机构121，其中大拇指驱动机构 122只针对大拇指设置有一个驱动单元(控制一个关节的屈伸)，而四指驱动机构121对应于(食指、中指、无名指、小拇指)分别设置有相应的单指驱动机构，每个单指驱动机构包括两个驱动单元(控制两个关节的屈伸)。下面以四指驱动机构121为例来说明驱动机构12的结构。
[0050] 图4示出四指驱动机构121的结构示意图。如图4所示，四指驱动机构121主要包括第二驱动电机支架125和安装在第二驱动电机支架125的上面板1251上的、与“食指、中指、无名指、小拇指”四个指头分别对应的四个单指驱动机构，每个单指驱动机构包括两个驱动单元，每个驱动单元包括驱动电机124、与驱动电机124的输出轴连接的正交齿轮箱123以及正交齿轮箱的(左、右)两侧的输出轴分别连接的(左、右)传动轮。也就是说，四指驱动机构121的第二驱动电机支架125上安装有八个正交齿轮箱123，每两个为一组，每个齿轮箱控制单根手指的一个关节，即通过驱动电机的正传和反转使该手指实现弯曲和伸直的康复训练。鉴于每个手指有三个指关节，远离手掌的两个关节的弯曲和伸直是通过驱动电机来实现，而靠近手掌较的第三个关节则通过四指柔性杆114进行被动的拉伸训练。第二驱动电机支架125为一个由上面板1251、左面板1253、右面板1252和下面板1254围设而成的箱体式结构，上面板1251用于安装上述八个正交齿轮箱123，左面板1253和右面板1252 之间设置有四根第二横梁1256，即每个驱动单元对应有一根第二横梁 1256，第二横梁1256的两端分别固定于或者活动式连接至左面板1253 和右面板1252，第二横梁1256上对应每个正交齿轮箱123的左右两侧的左传动轮和右传动轮各配置有一个带槽的轮结构(换向轨道)，即每根第二横梁1256上沿轴向设置有带槽的轮结构，主要用于将正交齿轮箱123 输出的竖直方向的运动转变为水平方向的屈伸运动。如换向轨道可以是设置于第二横梁1256上的带槽轴承
1255，如前所述横梁1256可以在左面板1253和右面板1252之间自由转动或者相对固定，带槽轴承1255可以在第二横梁1256上自由转动或者相对固定。
1255，如前所述横梁1256可以在左面板1253和右面板1252之间自由转动或者相对固定，带槽轴承1255可以在第二横梁1256上自由转动或者相对固定。
[0051] 需要说明的是，对于四指驱动机构121而言，由于每个手指配置有一组即两个驱动单元(即两个正交齿轮箱)，每个正交齿轮箱配置有两个传动轮，每个传动轮固定有一根传动绳。也就是说，每组驱动单元会引出四根传动绳绕过该组驱动单元对应的第二横梁上的四个带槽轴承1255，这样一来，八个驱动单元共16根传动绳之间很可能发生运动干涉。进一步参照图4，按照图4所示方位，每组驱动单元的两个正交齿轮箱沿左右布置，四组驱动单元之间前后平行且相邻的驱动单元之间的正交齿轮交错设置。由于第一组驱动单元和第三组驱动单元的正交齿轮在左右方向的位置大致重合，因此很可能出现第一组驱动单元和第三组驱动单元的传动绳在绕过第二横梁的相应带槽轴承1255时发生交叉、打结、拧结等现象。鉴于此，可以将四根第二横梁错开布置，如从将四根第二横梁分成两组，其中(前一、前二)为第一组，(后一、后二)第二组，第一组和第二组沿上下方向上交错布置，如第一组布置于较高的位置且二者处于同一平面，第二组布置于较低的位置且二者处于同一平面。
[0052] 本领域技术人员可以理解的是，第二驱动电机支架125的具体结构以及各个部件的设置位置可以灵活调整，如进一步参照图4，可以在(上、下)面板之间的(左、右)面板设置有加强筋。与第二驱动电机支架类似，大拇指驱动机构122配置有第一驱动电机支架(图中未标出)。与第二横梁1256类似，第一驱动电机支架也应当配置有一根第一横梁(图中未示出)，第一横梁上对应于驱动单元的(左、右)传动轮配置有两个带槽的轮结构。进一步参照图3，可以为第一驱动机构进行冗余设计，即在第一驱动电机支架上配置两个驱动单元，其中的一个为备用。
[0053] 图5示出图4中A处的局部放大视图。如图5所示，正交齿轮箱123主要包括由上固定板1239、左固定板1237、右固定板1238 和下固定板1230围设成的齿轮箱体、设置于齿轮箱体内的由上齿轮1231、左齿轮1232、右齿轮1233和下齿轮1234形成的齿轮组以及输出动力的左传动轮1235右传动轮1236。其中，驱动电机124安装在上固定板1239 的上侧，并且其输出轴穿过上固定板1239伸出至上固定板1239的下侧，上齿轮1231固定连接于驱动电机124的输出轴上并与驱动电机124同步转动。左齿轮1232与上齿轮1231啮合且其输出轴穿过左固定板1237，右齿轮1233与上齿轮1231啮合且其输出轴穿过右固定板1238，下齿轮 1234与左齿轮1232和右齿轮1233分别啮合且下齿轮1234安装在下固定板1230的上侧(如下固定板1230上设置有能够相对下固定板1230自由转动的转动轴，下齿轮1234固定安装于该转动轴并与其同步)。左传动轮1235安装在左齿轮1232伸出左固定板1237的齿轮轴上，即左传动轮
1235跟随左齿轮1232同步转动。右传动轮1236安装在右齿轮1233伸出右固定板1238的齿轮轴上，即右传动轮1236跟随右齿轮1233同步转动。
1235跟随左齿轮1232同步转动。右传动轮1236安装在右齿轮1233伸出右固定板1238的齿轮轴上，即右传动轮1236跟随右齿轮1233同步转动。
[0054] 正交齿轮箱123的左右两侧的左传动轮1235和右传动轮 1236各配置有一根传动绳14，且相应侧的传动绳14分别固定在左传动轮1235和右传动轮1236的轮槽的孔内，并且穿过相应位置的第二驱动电机支架125的上面板1251上的孔并环绕到左传动轮1235和右传动轮 1236对应的带槽轴承1255上。这样一来，通过传动绳即可将传动齿轮在竖直方向的转动转换为手部训练机构在水平方向的屈伸运动。具体而言，驱动电机124驱动上齿轮1231转动，由于左齿轮1232和右齿轮1233都与上齿轮1231啮合，因此左齿轮1232和右齿轮1233的转向相反。相应地，左传动轮1235和右传动轮1236的转向也相反，因而正交齿轮箱123 左右两侧的传动绳14中只有一根处于拉伸状态，这样的设置可以有效避免两根传动绳14在所受的拉伸力不一致时，手部训练机构11被卡住。
[0055] 图6示出手部训练机构的结构示意图。如图6所示，手部训练机构11主要包括手掌衔接机构111和手指外骨骼机构112，手指外骨骼机构112固定于手掌衔接机构111，手掌衔接机构111固定于驱动机构承重板134上。其中，手指外骨骼机构112包括对大拇指提供康复训练的第一外骨骼机构(下文称大拇指外骨骼机构1121)和对四指41提供康复训练的第二外骨骼机构(下文称四指外骨骼机构1122)，其中四指外骨骼机构1122包括原理和结构大致相同的食指外骨骼机构、中指外骨骼机构、无名指外骨骼机构和小拇指外骨骼机构。大拇指外骨骼机构1121 和四肢外骨骼机构1122分别通过大拇指柔性杆113和四个四指柔性杆 114固定于手掌衔接机构111。具体而言，大拇指柔性杆113的一端连接在手掌衔接机构111上的大拇指1112内，另一端连接在大拇指外骨骼机构1121上。每个四指柔性杆114的一端连接在手掌衔接机构111上的相应的四指柔性杆固定槽1113内，另一端则连接在相应的四指外骨骼机构 1122上。手掌衔接机构111包括手掌衔接板1111、粘贴在手掌衔接板1111 上的用于确定传动绳14的路径的毛细管(图中未示出)以及前述的大拇指1112和四个四指柔性杆固定槽1113，每个四指柔性杆固定槽1113的两侧分别设置有四指传动绳固定梁1114，四指传动绳固定梁上设置有允许传动绳穿过的孔，主要用于防止传动绳在进行康复训练期间出现位置跑偏的现象。当然，也可以在大拇指柔性杆113的两侧也配置等同功能或者类似结构的传动绳固定梁。优选地，大拇指1112和四指柔性杆固定槽1113均采用柔性橡胶材料制成。这是因为，每根手指只针对远离手掌的关节配置两个驱动电机，但是每根手指靠近手掌的关节其应该也是活动的，因此通过柔性橡胶材料的设置能够保证每根手指还能够具有一个被动的活动自由度。
[0056] 图7示出手指外骨骼机构中的大拇指外骨骼机构的结构示意图。如图7所示，大拇指外骨骼机构1121主要包括位于大拇指外骨骼机构1121末端的大拇指第一外骨骼11211、靠近手掌的大拇指第二外骨骼11213以及安装在大拇指第一外骨骼11211和大拇指第二外骨骼11213 之间的、用于连接大拇指第一外骨骼11211和大拇指第二外骨骼11213 的大拇指连接片11212，大拇指第一外骨骼11211的末端位置还设置有大拇指末端固定板11214。具体而言，在大拇指第一外骨骼11211和大拇指第二外骨骼11213之间的左侧和右侧位置分别设置有大拇指连接片11212，大拇指连接片11212上设置有安装孔。此外，大拇指第一外骨骼11211 和大拇指第二外骨骼11213的左侧面和右侧面均设置有一系列安装孔，优选为等距的安装孔，与大拇指连接片11212上的安装孔相对应，通过选择不同的安装孔进行相应的安装来改变大拇指外骨骼机构1121的长度，以适应不同的被康复对象4的大拇指的长度。大拇指第一外骨骼11211 与大拇指末端固定板11214连接后形成一个封闭的环，用于固定被康复对象4的大拇指的末端。封闭的环上设置有用于安装相关的传感器的安装位，如大拇指第一外骨骼11211的上表面设置有四个圆柱形凸起，可以用于安装检测被康复对象4的大拇指的康复训练参数的弯曲度传感器和压力传感器等。大拇指第二外骨骼11213的上表面设置有用于连接大拇指柔性杆113的固定支架，如图7所示的固定支架的两端为U型带孔的结构，大拇指柔性杆113通过与U型带孔的结构相匹配的安装轴实现与大拇指第二外骨骼11213的可枢转连接。
[0057] 下面以四指外骨骼机构1122中的食指外骨骼机构为例来说明四指外骨骼机构1122的原理和结构。图8示出四指外骨骼机构的食指外骨骼机构示意图。如图8所示，四指外骨骼机构1122主要包括位于四指外骨骼机构1122末端的四指第一外骨骼11221、位于中间的四指第二外骨骼 11223、靠近手掌的四指第三外骨骼11225以及分别安装在(四指第一外骨骼11221、四指第二外骨骼11223)和(四指第二外骨骼11223、四指第三外骨骼11225)之间的四指第一连接片11222和四指第二连接片 11224。四指第一外骨骼11221的末端位置还设置有四指末端固定板11226。具体而言，在四指第一外骨骼11221和四指第二外骨骼11223之间的左侧和右侧位置分别设置有四指第一连接片11222，在四指第二外骨骼 11223和四指第三外骨骼11225之间的左侧和右侧位置分别设置有四指第二连接片11224，四指第一连接片11222和四指第二连接片11224上均设置有安装孔。四指第一外骨骼11221、四指第二外骨骼11223、四指第三外骨骼11225的左侧面和右侧面均设置有一系列的安装孔，优选为等距的孔，与四指第一连接片11222和四指第二连接片11224上的安装孔相对应，通过选择不同的安装孔进行相应的安装来改变四指外骨骼机构 1122的长度，以适应不同的被康复对象4的四指的长度。四指第一外骨骼11221与四指末端固定板11226连接后形成一个封闭的环，用于固定被康复对象4的食指的末端。封闭的环上设置有用于安装相关的传感器的安装位，如四指第一外骨骼11221的上表面设置有四个圆柱形凸起用于安装相关的传感器，可以用于安装检测被康复对象4的食指的康复训练参数的弯曲度传感器和压力传感器等。四指第三外骨骼11225的上表面设置有用于连接四指柔性杆114的固定支架，如图8所示的固定支架的两端为U型带孔的结构，四指柔性杆114通过与U型带孔的结构相匹配的安装轴实现与四指第三外骨骼11225的可枢转连接。不过U型带孔的结构只是一种具体的连接方式，四指柔性杆114还可以通过替他方式实现与四指第三外骨骼11225的连接，如参照图10，在四指第三外骨骼 11225上也设置有类似用于安装传感器的四个圆柱形凸起的结构，四指柔性杆
114上设置有能够与四个圆柱形凸起匹配连接的四个孔结构。
114上设置有能够与四个圆柱形凸起匹配连接的四个孔结构。
[0058] 图9示出大拇指外骨骼机构中传动绳的路径孔的结构示意图。如图9所示并继续参阅图7，大拇指第一外骨骼11211的两个侧面均设置有垂直于大拇指第一外骨骼11211的侧板，该侧板上设置有能够使大拇指外骨骼机构1121屈伸运动的绳固定孔H4，侧板远离指尖的一端设置成弧形结构(如大致为半圆形)。下面以弧形结构为半圆形结构为例说明传动绳14的路径孔。半圆形结构的外缘设置有半圆形凹槽H7，半圆形结构的两侧末端分别延伸有上通孔H6和下通孔H5，且上通孔H6和下通孔H5分别连接至绳固定孔H4。大拇指第二外骨骼
11213的两侧端面内均设置有通入孔H2。大拇指连接片11212的靠近大拇指第二外骨骼
11213的端面内设置有水平孔H1，大拇指连接片11212上相应地设置有能够与水平孔H1连通的过渡孔H3。在组装好的状态下，过渡孔H3的轴线与半圆形凹槽H7过该点的切线重合，以使传动绳14的第二端经孔(H2、H3)之后能够恰好绕至半圆形凹槽H7，之后经下通孔H5到达并固定于H4。传动绳14的第一端从大拇指通入孔H2内穿出来后，通过粘贴在手掌衔接机构111上的毛细管环绕至带槽轴承1255，之后从第一驱动电机支架的上面板上的小孔穿出，固定到第一驱动机构的左传动轮1235或右传动轮1236上的安装孔。
11213的两侧端面内均设置有通入孔H2。大拇指连接片11212的靠近大拇指第二外骨骼
11213的端面内设置有水平孔H1，大拇指连接片11212上相应地设置有能够与水平孔H1连通的过渡孔H3。在组装好的状态下，过渡孔H3的轴线与半圆形凹槽H7过该点的切线重合，以使传动绳14的第二端经孔(H2、H3)之后能够恰好绕至半圆形凹槽H7，之后经下通孔H5到达并固定于H4。传动绳14的第一端从大拇指通入孔H2内穿出来后，通过粘贴在手掌衔接机构111上的毛细管环绕至带槽轴承1255，之后从第一驱动电机支架的上面板上的小孔穿出，固定到第一驱动机构的左传动轮1235或右传动轮1236上的安装孔。
[0059] 当然，前述的路径孔只是设置于大拇指外骨骼机构单侧(左侧)的结构，在另一个(右侧)也设置有大致相同的结构。不过，有所区别的是，在另一侧，传动绳14是依次经通入孔H2和过渡孔H4直接经上通孔H6到达绳固定孔H4的，因此对于过渡孔H3的要求不是轴线与切线重合，而是，轴线与上通孔H6重合。两侧的传动绳14的路径设置为分别通过上行和下行的方式固定于绳固定孔H4的理由如下，对应于同一个驱动电机的左右传动轮的转向相反，只有通过这样的设置，才能通过同一个驱动电机带动同一指关节实现屈伸的康复训练。
[0060] 图10示出食指外骨骼机构中传动绳的路径示意图。如图10 所示并继续参照图8，食指外骨骼机构对应于两个关节设置有两组路径孔，单组路径孔的结构设计与大拇指外骨骼机构类似，在此不再赘述。由于大拇指只有一个需要通过传动绳控制的关节，因此通孔H2只需要加工一个。而四指则具有两个需要通过传动绳控制的关节，因此参照图10可以看出，H2需要有两个。不过考虑到加工和组装方便的要求，大拇指与四指的关节结构尽量一致，即大拇指第二外骨骼通孔H2也设置为两个，只不过只有一个H2为有效路径孔。在此前提下，仍以弧形结构为半圆形结构为例，进一步参照图10来说明传动绳14的路径。第一四指外骨骼和第二四指外骨骼分别配置有一个驱动单元，固定于同一个驱动电机的左传动轮和右传动轮上的两根传动绳14的第一端分别穿过第二驱动电机支架之后环绕带槽轴承进入粘贴在手掌衔接机构111上的毛细管，之后穿过四指传动绳固定梁1114上的孔进入食指外骨骼机构。之后，对应于第一四指外骨骼的驱动单元的左侧的传动绳14在食指外骨骼机构上的路径为： H2→H3→H7→H5→H4，右侧的传动绳14在食指外骨骼机构上的路径为： H2→H1→H3→H6→H4。类似地，对应于第二四指外骨骼的驱动单元的左侧的传动绳14在食指外骨骼机构上的路径为：H2→H3→H7→H5→H4，右侧的传动绳14在食指外骨骼机构上的路径为：H2→H3→H6→H4。
[0061] 本领域技术人员能够理解的是，考虑到被康复对象的使用体验以及手部康复装置的加工工艺，本发明中的手部康复装置中，大拇指第一外骨骼11211、各个四指(第一、第二)外骨骼可以设计成大致相同的结构；大拇指第二外骨骼11213和各个四指第三外骨骼11225可以设计成大致相同的结构；大拇指连接片11212和各个四指(第一、第二)连接片可以设计成大致相同的结构。考虑到装配工艺，十个驱动单元可以设计成相同，驱动单元的正交齿轮箱中的各个齿轮的规格和连接方式设计成一致相同。
[0062] 至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
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