手指训练的康复机械手设计

20093802图1

装置的各个机械部件

手指训练的康复机械手设计

梁字辉，周宏甫

（华南理工大学，

广东广州

560140）

收稿日期：2008－09－13

，协助患者完成指骨三个关节的屈伸运动，且三个关节的运动彼此独立。。；设计文献标识码：A

文章编号：1009－9492(2009)02－0084－02

1概述

各种神经肌肉紊乱如中风等导致手部偏瘫功能丧失是很常见的，而手部的屈伸运动又是最经常受损的机动功能，这严重影响了患者的个人自理能力，给社会和家庭造成较大负担。研究表明除必要的药物介入外，适当的运动训练对患者肢体功能的恢复有很大的辅助作用

［1］

。机器人

装置被引入以协助患者完成运动训练。康复机器人是工业机器人和医用机器人的结合，最终目标是恢复人体肌体组织的运动功能，实现肌体组织的自然化动作

［2］

。从功能上

可分为康复训练机器人和辅助型康复机器人，康复训练机器人的主要功能是帮助患者完成各种运动功能恢复训练，如手臂运动训练、行走训练、脊椎训练运动等。康复机器人技术在欧美国家得到普遍重视

［4］

。

本文针对手部偏瘫患者设计了一种手部辅助训练装置协助患者完成指骨的屈伸运动。该装置由电机驱动，可使指骨的三个关节各自独立运动。

2外骨胳康复机械手的体系结构

该康复机械手由三个彼此独立的装置组成，三个部分设计基本相同，独立完成指骨一个关节的屈伸运动。每一部分主要由一对相互啮合的齿轮及其它附属零部件组成。整个装置的各个组成部分如图1所示。

小齿轮由一个微型主流电机带动，利用齿轮的啮合运动带动大齿轮，大齿轮后方附有一连接臂随大齿轮一起作圆周运动。连接臂的另一端焊接在一对金属夹棒上，金属加持棒紧贴手指关节末端的上下两侧。正是加持棒随大齿轮的圆周运动实现手指关节的屈伸运动，电机的正反转动完成手指的屈伸运动，整个装置的装配图如图2所示，为组装后的完整装置。

3外骨胳康复机械手的外骨胳设计

整个装置由三个相互独立的关节组成，实现整个手指的屈伸运动。如图3所示。

图2单个完整装置

研究与开发

200938024一个手指的运动仿真

设定三台电机的工作参数相同，三个关节的协同运动可以实现整个手指的屈伸运动，图4～6是截取了手指关节协同运动下手指的三个不同位置以展示整个装置协同动作的效果，可见足以顺利完成手指的屈伸，协助病人完成相应的康复训练，达到预期的效果。

5总结

本文针对手部偏瘫患者设计了一款手部运动康复装置，实现手指关节的屈伸运动，设计紧凑小巧，各环节相互独立，且多数零部件为标准件，既给不同患者较大的选

择空间，满足不同患者的需要，同时易于实现大批量生产，且造价低廉，前景广阔。

参考文献：

［1］S．C．Jacobsen ，J．E．Wood ，D．F．Knutti ，K．B．Biggers．The

Utah ／MIT dexterous hand ：work in progress ［J ］．The Inter-national Journal of Robotics Research ，1984，3（4）：21－50．

［2］Michael Leo Turner．Programming Dexterous Manipulation by

Demonstration ［D ］．USA ：Stanford University ，2001．［3］P．Rea ，G．Figliolini．Synthesis and optimization of an under-

actuated finger mechanism ［C ］．9th SYROM International Symposium on

Theory

of

Machines

and

Mechanisms ，

Bucharest ，

Romania ，2005．

［4］Jacobsen SC ，Ko H ，Iversen EK ，Davis CC．Control Strate-

gies for Tendon －Driven Manipulators ［J ］．Control Systems Magazine ，1990，10（2）：23－28．

［5］Chang ，S．L．，Lee ，J．J．，Yen ，H．C．．Kinematic and Compli-

ance Analysis for Tendon －Driven Robotic Mechanisms with Flexible Tendons ［J ］．Mechanism and Machine Theory ，

2005（40）：728－739．

［6］T．Laliberte ，C．M．Gosselin．Simulation and Design of Underac-

tuated Mechanical Hands ［J ］．Mechanism and Machine

Theory ，1998，33（1）：39－57．

［7］P．Richard ，G．Burdea ，G．Birebent ，D．Gomez ，N．Lan-

grana ，and P．Coiffet．Effect of Frame Rate and Force Feed-back on Virtual Object Manipulation ［J ］．Presence－Teleop-eration and Virtual Environment ，1996，5（1）：l－14．

［8］Mourad Bouzit ，George V．Popescu ，Grigore C．Burdea ，

Rares F．Boian．The Rutgers Master II－ND Force Feedback

Glove ［A ］．Symposium on Haptic Interfaces for Virtual En-vironment and Teleoperator Systems ［C ］．2002．

第一作者简介：梁字辉，男，1984年生，河北河间人，硕士研究生。研究领域：机械制造及自动化。

(编辑：向飞)

图3手指装配图

图5屈伸运动位置二

图4屈伸运动位置一图6

屈伸运动位置三

研究与开发