外骨骼手部康复机器人.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910308393.5 (22)申请日 2019.04.17 (71)申请人 北京因时机器人科技有限公司 地址 100089 北京市海淀区苏州街18号长 远天地大厦B2座1007 (72)发明人 杨超众陈希蔡颖鹏 (74)专利代理机构 北京集佳知识产权代理有限 公司 11227 代理人 孔祥贵李海建 (51)Int.Cl. A61H 1/02(2006.01) (54)发明名称 一种外骨骼手部康复机器人 (57)摘要 本发明提供了一种外骨骼手部康复机器人， 既设置有与四指分。

2、别一一对应的第一屈伸单元 (A)及与拇指对应的第二屈伸单元(B)， 也设置有 与拇指对应的扭转单元(C)， 因此可实现拇指的 扭转和屈伸的同时动作； 第一屈伸单元(A)、 第二 屈伸单元(B)和扭转单元(C)均采用直线驱动器 作为动力， 并配以由杆件构成的传动机构， 实现 了以较少的机构来完成手指的主要动作； 通过将 第一屈伸单元(A)、 第二屈伸单元(B)和扭转单元 (C)安装在覆盖掌骨区域的固定板(3)上， 使得部 件布置更为紧凑， 高效利用了手背的有限空间， 穿戴后不会对手腕运动形成干涉； 固定板(3)上 开设有用于穿绑带的通孔， 以绑带进行穿戴安 装， 使固定方式变得更加简单。 权利要。

3、求书2页 说明书5页 附图9页 CN 109893402 A 2019.06.18 CN 109893402 A 1.一种外骨骼手部康复机器人， 其特征在于， 包括： 覆盖在单只手的掌骨区域的固定板(3)， 所述固定板(3)包括四指区和拇指区， 所述固 定板(3)在四指区上靠近食指侧的位置和靠近小指侧的位置分别开设有用于穿绑带的通 孔； 安装在所述固定板(3)的四指区上的四套第一屈伸单元(A)， 四套所述第一屈伸单元 (A)与四指分别一一对应， 每套所述第一屈伸单元(A)均包括沿手指前伸方向布置的第一直 线驱动器(41)和由相互铰接的杆件构成的第一活动弓， 所述第一活动弓的前端铰接有用于 夹固。

4、在对应手指的中节上的第一指夹(21)， 所述第一活动弓的后端与所述固定板(3)铰接， 且所述第一活动弓相对所述固定板(3)的转动运动与对应手指的蜷曲运动位于同一平面 内； 与拇指对应的第二屈伸单元(B)， 所述第二屈伸单元(B)包括沿拇指前伸方向布置的第 二直线驱动器(51)和由相互铰接的杆件构成的第二活动弓， 所述第二活动弓的前端铰接有 用于夹固在拇指的远节上的第二指夹(22)， 所述第二活动弓的后端与所述固定板(3)的拇 指区上的活动座铰接， 且所述第二活动弓相对所述活动座的转动运动与拇指的蜷曲运动位 于同一平面内， 所述第二直线驱动器(51)安装在所述活动座上， 所述活动座用于使所述第 。

5、二屈伸单元(B)相对所述固定板(3)具有拇指扭转方向的自由度； 以及 与拇指对应的扭转单元(C)， 所述扭转单元(C)包括由第三直线驱动器(61)和杆件构成 的摇杆滑块机构， 所述第三直线驱动器(61)横放在所述固定板(3)的四指区， 所述摇杆滑块 机构的摇杆上铰接有提拉杆(64)， 所述提拉杆(64)的末端安装有用于套在拇指的近节上的 指环。 2.根据权利要求1所述的外骨骼手部康复机器人， 其特征在于， 所述固定板(3)的拇指 区设置有枢轴(33)， 所述第二屈伸单元(B)中的所述活动座为安装在所述枢轴(33)上的转 动块(34)。 3.根据权利要求1所述的外骨骼手部康复机器人， 其特征在于。

6、， 所述固定板(3)的拇指 区设置有绕拇指掌骨弯曲延伸的弧形导向槽， 所述第二屈伸单元(B)中的所述活动座为与 所述导向槽相配合的滑动块(39)。 4.根据权利要求1所述的外骨骼手部康复机器人， 其特征在于， 所述指环由四分之一环 的弧板(23)和穿设在所述弧板(23)上的束紧带组成， 所述提拉杆(64)与所述弧板(23)铰 接。 5.根据权利要求4所述的外骨骼手部康复机器人， 其特征在于， 所述提拉杆(64)与所述 弧板(23)之间为球铰接。 6.根据权利要求5所述的外骨骼手部康复机器人， 其特征在于， 所述提拉杆(64)的长度 可调。 7.根据权利要求1所述的外骨骼手部康复机器人， 其特征。

7、在于， 所述第二活动弓的前端 与所述第二指夹(22)之间为球铰接。 8.根据权利要求7所述的外骨骼手部康复机器人， 其特征在于， 所述第二活动弓的与所 述第二指夹(22)连接的杆件长度可调。 9.根据权利要求18中任意一项所述的外骨骼手部康复机器人， 其特征在于， 所述固 定板(3)在四指区上靠近前端的位置设置有四个固定支座， 在四指区上靠近后端的位置设 权利要求书 1/2 页 2 CN 109893402 A 2 置有四个固定底座， 所述第一活动弓由一个联动杆(45)和一个以所述固定支座为机架的双 摇杆机构组成， 所述联动杆(45)的一端铰接所述双摇杆机构的连杆， 另一端铰接所述第一 指夹(。

8、21)； 所述第一直线驱动器(41)的一端安装在所述固定底座上， 另一端与所述双摇杆机构的 作为主动杆的任一摇杆铰接。 10.根据权利要求18中任意一项所述的外骨骼手部康复机器人， 其特征在于， 所述固 定板(3)在四指区上靠近前端的位置设置有四个固定支座， 所述第一活动弓由一个联动杆 (45)和一个以所述固定支座为机架的双摇杆机构组成， 所述联动杆(45)的一端铰接所述双 摇杆机构的连杆， 另一端铰接所述第一指夹(21)； 所述第一直线驱动器(41)的一端安装在所述固定支座上， 另一端连接在所述双摇杆机 构的连杆上， 且所述双摇杆机构的连杆为所述第一活动弓的主动杆。 权利要求书 2/2 页 。

9、3 CN 109893402 A 3 一种外骨骼手部康复机器人 技术领域 0001 本发明涉及医疗设备技术领域， 特别是涉及一种外骨骼手部康复机器人。 背景技术 0002 人手是一个解剖结构极为精细且极容易受到创伤的器官， 临床上手外伤术后多需 要将患指固定于某体位34周， 因而常致使淤积于关节内肌腱周围的淤血形成纤维变性， 并直接导致手指关节及肌腱的粘连， 这将在很大程度上影响患者手部的功能。 0003 外骨骼手部康复机器人是一种帮助患者进行手部被动康复训练的穿戴式设备， 但 目前的外骨骼手部康复机器人多存在结构复杂、 不易安装， 以及占用空间大等问题， 因此， 如何提供一种结构简单的外骨骼。

10、手部康复机器人， 以便于安装及减小占用空间， 成为了本 领域技术人员亟待解决的技术问题。 发明内容 0004 有鉴于此， 本发明提供了一种外骨骼手部康复机器人， 该外骨骼手部康复机器人 以较少的机构即可完成手指的主要动作， 具有布置紧凑、 空间利用率高的优点， 使用时便于 安装且不会对手腕运动形成干涉。 0005 为了达到上述目的， 本发明提供如下技术方案： 0006 一种外骨骼手部康复机器人， 包括： 0007 覆盖在单只手的掌骨区域的固定板， 所述固定板包括四指区和拇指区， 所述固定 板在四指区上靠近食指侧的位置和靠近小指侧的位置分别开设有用于穿绑带的通孔； 0008 安装在所述固定板的四。

11、指区上的四套第一屈伸单元， 四套所述第一屈伸单元与四 指分别一一对应， 每套所述第一屈伸单元均包括沿手指前伸方向布置的第一直线驱动器和 由相互铰接的杆件构成的第一活动弓， 所述第一活动弓的前端铰接有用于夹固在对应手指 的中节上的第一指夹， 所述第一活动弓的后端与所述固定板铰接， 且所述第一活动弓相对 所述固定板的转动运动与对应手指的蜷曲运动位于同一平面内； 0009 与拇指对应的第二屈伸单元， 所述第二屈伸单元包括沿拇指前伸方向布置的第二 直线驱动器和由相互铰接的杆件构成的第二活动弓， 所述第二活动弓的前端铰接有用于夹 固在拇指的远节上的第二指夹， 所述第二活动弓的后端与所述固定板的拇指区上的。

12、活动座 铰接， 且所述第二活动弓相对所述活动座的转动运动与拇指的蜷曲运动位于同一平面内， 所述第二直线驱动器安装在所述活动座上， 所述活动座用于使所述第二屈伸单元相对所述 固定板具有拇指扭转方向的自由度； 以及 0010 与拇指对应的扭转单元， 所述扭转单元包括由第三直线驱动器和杆件构成的摇杆 滑块机构， 所述第三直线驱动器横放在所述固定板的四指区， 所述摇杆滑块机构的摇杆上 铰接有提拉杆， 所述提拉杆的末端安装有用于套在拇指的近节上的指环。 0011 优选地， 在上述外骨骼手部康复机器人中， 所述固定板的拇指区设置有枢轴， 所述 第二屈伸单元中的所述活动座为安装在所述枢轴上的转动块。 说明书。

13、 1/5 页 4 CN 109893402 A 4 0012 优选地， 在上述外骨骼手部康复机器人中， 所述固定板的拇指区设置有绕拇指掌 骨弯曲延伸的弧形导向槽， 所述第二屈伸单元中的所述活动座为与所述导向槽相配合的滑 动块。 0013 优选地， 在上述外骨骼手部康复机器人中， 所述指环由四分之一环的弧板和穿设 在所述弧板上的束紧带组成， 所述提拉杆与所述弧板铰接。 0014 优选地， 在上述外骨骼手部康复机器人中， 所述提拉杆与所述弧板之间为球铰接。 0015 优选地， 在上述外骨骼手部康复机器人中， 所述提拉杆的长度可调。 0016 优选地， 在上述外骨骼手部康复机器人中， 所述第二活动弓。

14、的前端与所述第二指 夹之间为球铰接。 0017 优选地， 在上述外骨骼手部康复机器人中， 所述第二活动弓的与所述第二指夹连 接的杆件长度可调。 0018 优选地， 在上述外骨骼手部康复机器人中， 所述固定板在四指区上靠近前端的位 置设置有四个固定支座， 在四指区上靠近后端的位置设置有四个固定底座， 所述第一活动 弓由一个联动杆和一个以所述固定支座为机架的双摇杆机构组成， 所述联动杆的一端铰接 所述双摇杆机构的连杆， 另一端铰接所述第一指夹； 0019 所述第一直线驱动器的一端安装在所述固定底座上， 另一端与所述双摇杆机构的 作为主动杆的任一摇杆铰接。 0020 优选地， 在上述外骨骼手部康复机。

15、器人中， 所述固定板在四指区上靠近前端的位 置设置有四个固定支座， 所述第一活动弓由一个联动杆和一个以所述固定支座为机架的双 摇杆机构组成， 所述联动杆的一端铰接所述双摇杆机构的连杆， 另一端铰接所述第一指夹； 0021 所述第一直线驱动器的一端安装在所述固定支座上， 另一端连接在所述双摇杆机 构的连杆上， 且所述双摇杆机构的连杆为所述第一活动弓的主动杆。 0022 根据上述技术方案可知， 本发明提供的外骨骼手部康复机器人中， 除了设置有与 四指分别一一对应的第一屈伸单元以及与拇指对应的第二屈伸单元， 还设置有与拇指对应 的扭转单元， 因此可实现拇指的扭转和屈伸的同时动作； 由于第一屈伸单元、。

16、 第二屈伸单元 和扭转单元均采用直线驱动器作为动力， 并配以由杆件构成的传动机构， 所以本发明提供 的外骨骼手部康复机器人以较少的机构即可完成手指的主要动作； 通过将第一屈伸单元、 第二屈伸单元和扭转单元安装在覆盖掌骨区域的固定板上， 使得部件布置更为紧凑， 高效 利用了手背的有限空间， 穿戴后不会对手腕运动形成干涉； 固定板上开设有用于穿绑带的 通孔， 以绑带进行穿戴安装， 使固定方式变得更加简单。 附图说明 0023 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案， 下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本 发明的实施例， 。

17、对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据 提供的附图获得其他的附图。 0024 图1是本发明实施例一提供的一种外骨骼手部康复机器人的示意图； 0025 图2是实施例一提供的外骨骼手部康复机器人的第一屈伸单元的示意图； 0026 图3是图2所示第一屈伸单元的伸舒状态示意图； 说明书 2/5 页 5 CN 109893402 A 5 0027 图4是图2所示第一屈伸单元的屈曲状态示意图； 0028 图5是实施例一提供的外骨骼手部康复机器人的第二屈伸单元和扭转单元的示意 图； 0029 图6是图5所示第二屈伸单元和扭转单元的另一视角的示意图； 0030 图7是图5所示第。

18、二屈伸单元的伸舒状态示意图； 0031 图8是图5所示第二屈伸单元的屈曲状态示意图； 0032 图9是本发明实施例二提供的外骨骼手部康复机器人的第二屈伸单元的示意图； 0033 图10是图9所示第二屈伸单元从掌面向掌背方向的视图； 0034 图11是图9所示第二屈伸单元的屈曲状态示意图； 0035 图12是本发明实施例三提供的外骨骼手部康复机器人的第一屈伸单元的示意图。 0036 图中标记为： 0037 A、 第一屈伸单元； B、 第二屈伸单元； C、 扭转单元； 11、 拇指远节； 12、 食指中节； 13、 中指中节； 14、 无名指中节； 15、 小指中节； 21、 第一指夹； 22、 。

19、第二指夹； 23、 弧板； 3、 固定板； 31、 第一固定支座； 32、 第一固定底座； 33、 枢轴； 34、 转动块； 35、 第二固定底座； 36、 第一固定 支架； 37、 第二固定支座； 38、 导向座； 39、 滑动块； 41、 第一直线驱动器； 42、 第一摇杆； 43、 第 二摇杆； 44、 第一连杆； 45、 联动杆； 51、 第二直线驱动器； 52、 主动杆； 53、 从动杆； 54、 调整杆； 55、 辅助杆； 56、 纵拉杆； 57、 第二固定支架； 61、 第三直线驱动器； 62、 第二连杆； 63、 第三摇 杆； 64、 提拉杆。 具体实施方式 0038 为了便于。

20、理解， 下面结合附图对本发明作进一步的描述。 0039 实施例一 0040 参见图1， 为本发明实施例一提供的一种外骨骼手部康复机器人的示意图， 该外骨 骼手部康复机器人包括固定板3、 四套与四指分别一一对应的第一屈伸单元A， 以及与拇指 对应的第二屈伸单元B和扭转单元C。 0041 为了便于展示外骨骼手部康复机器人的各使用状态， 图中用杆件模拟了人手的指 节， 例如图中所示的拇指远节11、 食指中节12、 中指中节13、 无名指中节14和小指中节15。 0042 参见图2、 图5和图6， 图2是实施例一提供的外骨骼手部康复机器人的第一屈伸单 元A的示意图， 图5是实施例一提供的外骨骼手部康复。

21、机器人的第二屈伸单元B和扭转单元C 的示意图， 图6是图5所示第二屈伸单元B和扭转单元C的另一视角的示意图。 0043 固定板3包括四指区和拇指区， 使用时覆盖在单只手的掌骨区域， 如图1所示， 四套 第一屈伸单元A就安装在固定板3的四指区， 而第二屈伸单元B则安装在拇指区。 为了实现穿 戴， 固定板3在四指区上靠近食指侧的位置和靠近小指侧的位置分别开设有用于穿绑带的 通孔(图中未标记)， 如图5所示。 0044 图2展示了实施例一中第一屈伸单元A的结构， 第一屈伸单元A包括沿手指前伸方 向布置的第一直线驱动器41和由相互铰接的杆件构成的第一活动弓， 第一活动弓的前端铰 接有用于夹固在对应手指。

22、的中节(图2所示为中指中节13)上的第一指夹21， 第一活动弓的 后端与固定板3铰接， 且第一活动弓相对固定板3的转动运动与对应手指的蜷曲运动位于同 一平面内。 说明书 3/5 页 6 CN 109893402 A 6 0045 在实施例一中， 第一活动弓由一个联动杆45和一个双摇杆机构组成， 该双摇杆机 构以第一固定支座31为机架， 还包括第一摇杆42、 第二摇杆43和第一连杆44， 联动杆45的一 端铰接第一连杆44， 另一端铰接第一指夹21。 0046 固定板3在四指区上靠近前端的位置设置有四个第一固定支座31， 在四指区上靠 近后端的位置设置有四个第一固定底座32， 第一直线驱动器41。

23、的一端安装在第一固定底座 32上， 另一端与第一摇杆42铰接。 不难理解的是， 如果双摇杆机构将第二摇杆43作为主动 杆， 那么第一直线驱动器41应当与第二摇杆43铰接。 第一屈伸单元A的伸舒状态如图3所示， 而屈曲状态如图4所示。 0047 图5和图6以不同视角展示了实施例一中第二屈伸单元B和扭转单元C的结构， 第二 屈伸单元B包括沿拇指前伸方向布置的第二直线驱动器51和由相互铰接的杆件构成的第二 活动弓， 第二活动弓的前端铰接有用于夹固在拇指的远节(图中以拇指远节11模拟)上的第 二指夹22， 第二活动弓的后端与固定板3的拇指区上的活动座铰接， 且第二活动弓相对活动 座的转动运动与拇指的蜷。

24、曲运动位于同一平面内， 第二直线驱动器51安装在活动座上， 活 动座用于使第二屈伸单元B相对固定板3具有拇指扭转方向的自由度。 0048 具体实际应用中， 第二活动弓的前端与第二指夹22之间可以为球铰接， 而且， 第二 活动弓的与第二指夹22连接的杆件可以设计为长度可调的， 这样可以更好地适应不同长度 的拇指。 0049 在实施例一中， 固定板3的拇指区设置有枢轴33， 第二屈伸单元B中的活动座为安 装在枢轴33上的转动块34， 如图5所示。 第二活动弓由主动杆52、 从动杆53、 调整杆54和辅助 杆55组成， 辅助杆55与转动块34铰接， 调整杆54与第二指夹22铰接， 第二直线驱动器51。

25、安装 在转动块34上， 用于驱动主动杆52。 第二屈伸单元B的伸舒状态如图7所示， 而屈曲状态如图 8所示。 0050 扭转单元C包括一个摇杆滑块机构和与该摇杆滑块机构的摇杆铰接的提拉杆64， 提拉杆64的末端安装有用于套在拇指的近节上的指环。 0051 如图6所示， 扭转单元C中的摇杆滑块机构是以横放在固定板3的四指区的第三直 线驱动器61为机架和滑块的， 具体地， 固定板3在四指区上靠近小指侧的位置设置有第二固 定底座35， 在四指区上靠近食指侧的位置设置有第二固定支座37， 并在第二固定底座35和 第二固定支座37之间的位置设置有第一固定支架36， 第三直线驱动器61的一端安装在第二 固。

26、定底座35上， 并由第一固定支架36固定， 第三直线驱动器61的前端铰接第二连杆62， 第二 连杆62的另一端与第三摇杆63铰接， 第三摇杆63铰接安装在第二固定支座37上， 因此， 第三 直线驱动器61、 第二连杆62和第三摇杆63构成一个摇杆滑块机构。 0052 提拉杆64的一端与第三摇杆63铰接， 另一端安装有指环， 第三直线驱动器61使第 三摇杆63发生摆动， 第三摇杆63通过提拉杆64带动指环运动， 从而实现拇指的扭转动作。 拇 指扭转运动过程中， 拇指通过第二指夹22和第二活动弓带动转动块34绕枢轴33转动。 0053 在实施例一中， 指环由四分之一环的弧板23和穿设在弧板23上的。

27、束紧带(图中未 示出)组成， 提拉杆64与弧板23铰接。 具体实际应用中， 提拉杆64与弧板23之间可以为球铰 接。 为了适应不同大小的手， 提拉杆64可以采用长度可调的杆件。 0054 实施例二 0055 参见图9图11， 图9是本发明实施例二提供的外骨骼手部康复机器人的第二屈伸 说明书 4/5 页 7 CN 109893402 A 7 单元B的示意图， 图10是图9所示第二屈伸单元B从掌面向掌背方向的视图， 图11是图9所示 第二屈伸单元B的屈曲状态示意图。 0056 实施例二设计了一种与实施例一不同的活动座， 同样可以实现第二屈伸单元B对 拇指扭转动作的配合， 在实施例二中， 固定板3的。

28、拇指区设置有导向座38， 导向座38开设有 绕拇指掌骨弯曲延伸的弧形导向槽， 第二屈伸单元B中的活动座为与导向槽相配合的滑动 块39， 第二直线驱动器51和辅助杆55均安装在滑动块39上。 0057 需要说明的是， 与实施例一相比， 实施例二中第二直线驱动器51、 主动杆52和辅助 杆55三者的连接处的设计方案是有变化的， 而且， 为了实现第二活动弓的运动， 在实施例二 中， 第二直线驱动器51上安装有第二固定支架57， 第二固定支架57通过纵拉杆56与主动杆 52连接， 如图9和图11所示。 0058 实施例三 0059 参见图12， 为本发明实施例三提供的外骨骼手部康复机器人的第一屈伸单元。

29、A的 示意图。 0060 实施例三设计了一种与实施例一不同的第一直线驱动器41的布置方案， 同样可以 驱动第一活动弓运动。 与实施例一相比， 实施例三中的固定板3不再设置第一固定底座32， 仅在四指区上靠近前端的位置设置有四个第一固定支座31。 0061 在实施例三中， 第一活动弓同样由一个联动杆45和一个以第一固定支座31为机架 的双摇杆机构组成， 联动杆45的一端铰接双摇杆机构的连杆(即第一连杆44)铰接， 另一端 铰接第一指夹21。 与实施例一不同的是， 在实施例三中， 第一直线驱动器41的一端安装在固 定支座上， 另一端连接在双摇杆机构的连杆上， 且双摇杆机构的连杆为第一活动弓的主动 。

30、杆。 0062 本发明提供的外骨骼手部康复机器人中， 除了设置有与四指分别一一对应的第一 屈伸单元A以及与拇指对应的第二屈伸单元B， 还设置有与拇指对应的扭转单元C， 因此可实 现拇指的扭转和屈伸的同时动作； 由于第一屈伸单元A、 第二屈伸单元B和扭转单元C均采用 直线驱动器作为动力， 并配以由杆件构成的传动机构， 所以本发明提供的外骨骼手部康复 机器人以较少的机构即可完成手指的主要动作； 通过将第一屈伸单元A、 第二屈伸单元B和 扭转单元C安装在覆盖掌骨区域的固定板3上， 使得部件布置更为紧凑， 高效利用了手背的 有限空间， 穿戴后不会对手腕运动形成干涉； 固定板3上开设有用于穿绑带的通孔，。

31、 以绑带 进行穿戴安装， 使固定方式变得更加简单。 0063 对所公开的实施例的上述说明， 使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的， 本文中所定义的一般 原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下， 在其它实施例中实现。 因此， 本发明将不 会被限制于本文所示的实施例， 而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽 的范围。 说明书 5/5 页 8 CN 109893402 A 8 图1 说明书附图 1/9 页 9 CN 109893402 A 9 图2 图3 说明书附图 2/9 页 10 CN 109893402 A 10 图4 说明书附图 3/9 页 11 CN 109893402 A 11 图5 说明书附图 4/9 页 12 CN 109893402 A 12 图6 图7 说明书附图 5/9 页 13 CN 109893402 A 13 图8 说明书附图 6/9 页 14 CN 109893402 A 14 图9 说明书附图 7/9 页 15 CN 109893402 A 15 图10 说明书附图 8/9 页 16 CN 109893402 A 16 图11 图12 说明书附图 9/9 页 17 CN 109893402 A 17 。