手指外骨骼和手套外骨骼

摘要

本公开的实施例公开了手指外骨骼和手套外骨骼。该手指外骨骼的一具体实施方式包括：指骨外骨骼，与手指的指骨对应的穿戴部分；方向转换结构，与指骨外骨骼远离指尖一侧连接，方向转换结构用于将指骨外骨骼在第一平面上的运动转换成方向转换结构在第二平面上的运动，其中，第一平面与第二面垂直。该实施方式公开的手指外骨骼可以将指骨外骨骼在第一平面内的运动转换成方向转换结构在第二平面上的运动，便于手指运动信息的采集，降低了用于运动信息采集的位置信息采集结构在手套外骨骼中占据的空间位置。

说明书

技术领域

本公开的实施例涉及机器人技术领域，具体涉及手指外骨骼和手套外骨骼。

背景技术

近年来，运动功能障碍疾病(例如，中风等)的发病率近些年居高不下，特别是手指这种灵活的关节受到运动障碍的影响更为严重。

现代医学和临床表现证明，科学有效的运动疗法是一种行之有效的治疗运动功能障碍的方法。然而由于运动疗法技术要求较高，需要专业医护人员一对一的单独进行长时间的治疗，这需要大量的专业医护人员长时间的劳动，这无疑不能满足日益增多的运动障碍患者康复训练的要求。

相关技术中，采用手套外骨骼治疗手指运动功能障碍，这可以在满足运动障碍患者康复训练的需求的同时降低医护人员的工作量。但是，现有的手套外骨骼在执行抓、握等动作时，手指外骨骼主要在垂直于手掌的平面中运动，不便于手指外骨骼的位置信息的采集。此种情况下，位置信息采集结构通常需要采集各手指外骨骼在垂直于手掌的平面中运动的运动信息，这往往会导致位置信息采集结构在手套外骨骼中占据较大的空间位置、手套外骨骼实用性差的问题。

发明内容

本公开的实施例提出了手指外骨骼和手套外骨骼。

第一方面，本公开的实施例提供了一种手指外骨骼，该手指外骨骼包括：指骨外骨骼，为与手指的指骨对应的穿戴部分；方向转换结构，与指骨外骨骼远离指尖一侧连接，方向转换结构用于将指骨外骨骼在第一平面上的运动转换成方向转换结构在第二平面上的运动，其中，第一平面与第二面垂直。

在一些实施例中，方向旋转结构包括：移动杆，用于随手指外骨骼的运动进行移动；左右摆杆，设有纵向销轴孔，左右摆杆可以在第二平面内移动；纵向销轴，穿过纵向销轴孔，连接移动杆和左右摆杆，其中，纵向销轴的轴延伸方向垂直于第二平面，纵向销轴响应于移动杆的移动带动左右摆杆在第二平面内运动。

在一些实施例中，指骨外骨骼包括上下摆杆，其中，上下摆杆为与手指的近节指骨对应的穿戴部分；上下摆杆与移动杆通过第一横向销轴连接，以使移动杆响应于上下摆杆在第一平面内的运动而移动，其中，第一横向销轴的轴延伸方向与纵向销轴的轴延伸方向垂直。

在一些实施例中，方向转换结构还包括：支座，用于连接主框架板；轴承，置于支座设置的空腔内，用于连接支座和左右摆杆，以使左右摆杆相对于主框架板在第二平面内运动；上下摆杆通过第二横向销轴与支座连接，以使上下摆杆相对于主框架板在第一平面内运动，其中，第二横向销轴的轴延伸方向与纵向销轴的轴延伸方向垂直。

在一些实施例中，述左右摆杆设有螺纹孔，以使支座通过螺丝和轴承压板将轴承与左右摆杆固定连接。

在一些实施例中，轴承与支座的空腔过盈配合。

在一些实施例中，手指外骨骼还包括：第一卡簧和第二卡簧，分别设置在纵向销轴和第一横向销轴的轴槽，以固定纵向销轴和第一横向销轴。

在一些实施例中，手指外骨骼还包括：第三卡簧，设置在第二横向销轴的轴槽，以固定第二横向销轴。

第二方面，本公开的实施例提供了一种手套外骨骼，该手套包括：上述任一实施例中的手指外骨骼，其中，手套外骨骼还包括：主框架板，为与手掌对应的穿戴部分；手指外骨骼通过方向旋转结构与主框架板连接。

在一些实施例中，手指外骨骼包括支座；手指外骨骼通过支座与主框架板固定连接。

在一些实施例中，手套外骨骼还包括：位置信息采集结构，与方向旋转结构对应设置，用于采集方向旋转结构在第二平面上的运动信息。

在一些实施例中，手套外骨骼还包括：主控板，与位置信息采集结构电连接，用于处理各位置信息采集结构采集到的运动信息，生成用于控制手指外骨骼移动的控制信号。

本公开的实施例提供的手指外骨骼和手套外骨骼，包括指骨外骨骼和方向转换结构，指骨外骨骼为与手指的指骨对应的穿戴部分，方向转换结构与指骨外骨骼远离指尖一侧连接，方向转换结构可以将指骨外骨骼在第一平面上的运动转换成方向转换结构在与第一平面垂直的第二平面上的运动。本公开的方案中方向转换结构可以将指骨外骨骼在第一平面(例如，铅垂面)上的运动转换成方向转换结构在第二平面(例如，水平面)上的运动，从而使得位置信息采集结构采集方向转换结构在第二平面中的运动信息即可以确定指骨外骨骼在第一平面上的运动信息，便于指骨外骨骼运动信息的采集。可以理解的是，位置信息采集结构在手套外骨骼中占据较小的空间位置即可以实现对方向转换结构在第二平面中的运动信息的采集，该手指外骨骼缩小了手套外骨骼的体积，提高了手套外骨骼的实用性。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本公开的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1A示出了根据本公开的手指外骨骼的一个实施例的结构示意图；

图1B示出了图1A中的手指外骨骼中指骨外骨骼运动与方向转换结构运动的交替视图；

图1C示出了图1A中的手指外骨骼的局部结构的剖视图；

图2A示出了根据本公开的手套外骨骼的一个实施例的结构示意图；

图2B示出了图2A中的手套外骨骼在手部的穿戴示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。

图1A示出了根据本公开的手指外骨骼的一个实施例的结构示意图。在本实施例中，手指外骨骼100可以包括指骨外骨骼和方向转换器102，如图1A所示。可以理解的是，本实施例公开的手指外骨骼100可以构成手套外骨骼，手套的外骨骼可以为手部的可穿戴装置。

在本实施例中，上述指骨外骨骼可以为与手指的指骨对应的穿戴部分，且上述指骨外骨骼可以与方向转换结构相连接。具体地，方向转换结构可以与指骨外骨骼远离指尖一侧连接。可以理解的是，手指的指骨可以为手指中指尖到近节指骨部分。需要说明的是，为了清楚、具体地显示手指外骨骼的具体结构，图1A中仅示出了指骨外骨骼中与近节指骨对应的穿戴部分101与方向转换结构连接102。

需要说明的是，现有技术中用户在穿戴包含手指外骨骼的手套外骨骼执行抓、握等动作时，手指外骨骼中的指骨外骨骼可以在第一平面内运动。这里，第一平面可以为与手掌所在的平面垂直的平面。可以理解的是，用户在穿戴包含上述手指外骨骼100的手部穿戴设备进行抓、握时，第一平面和第二平面可以为以手掌为基准所确定的平面，例如，手掌水平放置时，上述第一平面可以为铅垂面，手指外骨骼在执行抓、握等动作时，手指外骨骼可以在铅垂面中运动。现有技术中，为了采集手指外骨骼在第一平面(例如，铅垂面等)中的运动信息，位置信息采集结构往往需要相对第一平面进行设置，此种情况下，位置信息采集结构通常需要占用较大的空间范围，造成手套外骨骼体积较大、实用性较差。

在本实施例中，上述方向转换结构102与指骨外骨骼中的近节指骨对应的穿戴部分101相连接，从而使得方向转换结构102可以将指骨外骨骼在第一平面(例如，铅垂面)上的运动可以转换成方向转换结构102在第二平面(例如，水平面)上的运动。这里，第一平面可以与第二面垂直。

因此，当包含手指外骨骼100的手套外骨骼执行例如抓、握等动作时，指骨外骨骼可以在第一平面(例如，铅垂面)中运动，而后，与方向转换结构102可以将指骨外骨骼在第一平面上的运动转换为方向转换结构在第二平面(例如，水平面)上的运动。因此，手套外骨骼中位置信息采集结构采集方向转换结构102在第二平面中的运动信息即可以确定指骨外骨骼在第一平面中的运动信息，便于位置信息采集结构在第二平面采集方向转换结构102运动信息，避免出现位置信息采集结构因必须采集第一平面的运动信息导致的手套外骨骼的体积较大的问题。可以理解的是，上述方向转换结构的具体结构可以如图1A的虚线圈所示，当然，上述方向转换结构还为其它结构形式，其可以实现将指骨外骨骼在第一平面中的运动转换为方向转换结构在第二平面中的运动即可，这里没有唯一的限定。

在本实施例的一些可选的实现方式中，上述方向转换结构102可以包括移动杆1021、左右摆杆1022、纵向销轴1023，如图1A所示。其中，移动杆1021可以随指骨外骨骼的运动进行移动。左右摆杆1022中设有纵向销轴孔10221，如图1A所示，该纵向销轴孔10221可以在第二表面移动。纵向销轴1023可以穿过左右摆杆1022中的纵向销轴孔10221，连接移动杆1021和左右摆杆1022，如图1A所示。因此，若移动杆1021在第一平面内移动，可以联动纵向销轴1023在纵向销轴孔10221内移动，从而可以带动左右摆杆1022在第二平面内移动。需要说明的是，上述纵向销轴1023的轴延伸方向垂直于第二平面。

进一步地，指骨外骨骼可以包括上下摆杆101，如图1A所示，其中，上下摆杆101可以为与手指的近节指骨对应的穿戴部分。上述上下摆杆101可以通过第一横向销轴1024与移动杆1021连接，从而可以使得移动杆1021可以响应于上下摆杆101在第一平面内的运动而移动。这里，第一横向销轴1024的轴延伸方向可以与上述纵向销轴1023的轴延伸方向垂直，如图1A所示。可以理解的是，销轴可以为标准化的紧固件，主要用于两零件的铰接处，构成铰接链接。销轴即可以起到静态固定连接的作用，也可以起到与被连接件做相对运动的作用。在本实施例中，纵向销轴1023起到与被连接件做相对运动的作用，即纵向销轴1023与左右摆杆1022相对运动，第一横向销轴1024起到静态固定连接的作用，即将移动杆1021与上下摆杆101静态固定连接。

可以理解的是，指骨外骨骼在第一平面内运动时，如图1B所示，上下摆杆101可以在第一平面内移动，联动第一横向销轴1024，拉动移动杆1021，同时联动纵向销轴1023拉动左右摆杆1022进行运动，从而完成指骨外骨骼在第一平面的运动到方向转换结构102在第二平面内的运动的转换，如图1B所示。其中，图1B示出了图1A中的手指外骨骼中指骨外骨骼运动与方向转换结构运动的交替视图。

在本实施例的一些可选的实现方式中，上述方向转换结构还可以包括：支座1025，如图1A所示。其中，支座1025可以用于固定手指外骨骼100。进一步地，上述方向转换结构102还可以包括轴承1026，如图1C所示。其中，图1C示出了图1A中的手指外骨骼的局部结构的剖视图。需要说明的是，上述支座1025可以设有空腔，如图1C所示，上述轴承1026可以置于支座1025的空腔内。该轴承1026可以连接支座1026和上述左右摆杆1022，因此左右摆杆1022随着轴承1026的转动在第二平面可以产生相对于支座1025的移动。上述上下摆杆101可以通过第二横向销轴1027与上述支座1025连接，如图1A所示，从而使得上述上下摆杆101可以相对于支座1025在第一平面上运动。其中，第二横向销轴1027的轴延伸方向与上述纵向销轴1023的轴延伸方向垂直，且第二横向销轴1027的轴延伸方向还可以与上述第一横向销轴1024的轴延伸方向平行，如图1A所示。并且，与第一横向销轴1024类似，第二横向销轴1027也起到静态固定连接的作用，即将支座1025与上下摆杆101静态固定连接。

在本实施例的一些可选的实现方式中，上述轴承1026可以与支座1025的空腔过盈配合，如图1C所示，从而可以使得轴承1026与支座1025紧密连接，提高了手指外骨骼100的稳定性。

在本实施例的一些可选的实现方式中，上述左右摆杆1022中可以设有螺纹孔1028，如图1B所示。上述支座1025可以通过螺丝1029和轴承压板1030将上述轴承1026与左右摆杆1022固定连接。可以理解的是，上述轴承压板1030与螺丝1029相互配合，从而使得轴承1026在将支座1025固定的同时，左右摆杆1022可以在第二平面内移动，即可以实现将指骨外骨骼在第一平面中的运动转换为方向转换结构在第二平面中的运动。

在本实施例的一些可选的实现方式中，上述手指外骨骼100还可以包括与纵向销轴1023、第一横向销轴1024和第二横向销轴1027相互配合的卡簧，如图1A和1C所示。卡簧可以称为挡圈或扣环，属于紧固件的一种，用于紧固轴承，避免轴承脱落。具体地，上述手指外骨骼100可以包括分别与纵向销轴1023、第一横向销轴1024和第二横向销轴1027对应的第一卡簧1031、第二卡簧1032和第三卡簧1033，如图1A和1C所示。其中，第一卡簧1031可以设置在纵向销轴1023的轴槽，如图1A所示。第二卡簧1032可以设置在第一横向销轴1024的轴槽，第三卡1033可以设置在第二横向销轴1027的轴槽，如图1A和1C所示。

本公开的上述实施例提供的手指外骨骼100可以包括指骨外骨骼和方向转换结构102，指骨外骨骼为与手指的指骨对应的穿戴部分，方向转换结构102可以与指骨外骨骼远离指尖一侧连接，方向转换结构102可以将指骨外骨骼在第一平面上的运动转换成方向转换结构在与第一平面垂直的第二平面上的运动。本公开的方案中方向转换结构可以将指骨外骨骼在第一平面(例如，铅垂面)上的运动转换成方向转换结构在第二平面(例如，水平面)上的运动，从而使得位置信息采集结构采集方向转换结构在第二平面中的运动信息即可以确定指骨外骨骼在第一平面上的运动信息，便于指骨外骨骼运动信息的采集。可以理解的是，位置信息采集结构在手套外骨骼中占据较小的空间位置即可以实现对方向转换结构在第二平面中的运动信息的采集，该手指外骨骼缩小了手套外骨骼的体积，提高了手套外骨骼的实用性。

接下来，请继续参考图2A，图2A示出了根据本公开的手套外骨骼的一个实施例的结构示意图。在本实施例中，包括如图2A所示的手套外骨骼200的手套可以为手部的可穿戴设备。上述手套外骨骼200可以包括主框架板201和至少一个手指外骨骼，比如可以包括五个手指外骨骼202、203、204、205、206，如图2A所示。当然也可以根据实际需要设置手指外骨骼的数目。这里以手套外骨骼200包括五个手指外骨骼为例，如图2A所示，该手套外骨骼200中的五个手指外骨骼202、203、204、205、206可以分别包括五个方向转换结构2021、2031、2041、2051、2061，各方向转换结构在手套外骨骼可以位于如图2A中的虚线圈内。

在本实施例中，上述主框架板201可以为与手掌对应的穿戴部分，如图2A所示，该主框架板201的形状与手掌的形状相适应，例如，主框架板201可以为如图2A所示的、投影为矩形的板状结构。当然，上述主框架板201还可以为如投影为梯形的板状结构等其他形状结构，这里没有唯一的限定。上述五个手指外骨骼202、203、204、205和206可以分别为与五个手指对应的穿戴部分，如图2B所示，图2B示出了图2A中的手套外骨骼在手部的穿戴示意图。具体地，上述五个手指外骨骼可以包括拇指外骨骼202、食指外骨骼203、中指外骨骼204、无名指外骨骼205和小指外骨骼206。可以理解的是，上述拇指外骨骼202可以为与大拇指对应的穿戴部分，食指外骨骼203可以为与食指对应的穿戴部分，中指外骨骼204可以为与中指对应的穿戴部分，无名指外骨骼205可以为与无名指对应的穿戴部分，小指外骨骼206可以为与小指对应的穿戴部分，如图2B所示。

需要说明的是，上述各手指外骨骼通常需要连接到主框架板201上，从而可以实现手套外骨骼200的可穿戴功能。现有技术，各手指外骨骼往往直接固定连接到主框架板201上。因此，用户在穿戴如图2A所示的手套外骨骼执行抓、握等动作时，各手指外骨骼可以在第一平面内运动。这里，第一平面可以为与主框架板201的第一表面平行的表面。可以理解的是，用户在穿戴包含手套外骨骼200的手套时，主框架板201可以与手掌相对设置，上述第一表面可以为主框架板201中与手掌相对的表面。例如，手掌水平放置时，上述第一平面可以为铅垂面，各手指外骨骼在执行抓、握等动作时，手指外骨骼可以在铅垂面中运动。现有技术中的手套外骨骼，为了采集各指骨外骨骼在第一平面(例如，铅垂面等)中的运动信息，位置信息采集结构往往需要相对第一平面进行设置，此种情况下，位置信息采集结构通常需要占用较大的空间范围，造成手套外骨骼体积较大、实用性较差。

在本实施例中，各手指外骨骼可以通过对应的方向转换结构连接到主框架板201。具体地，拇指外骨骼202通过与拇指外骨骼202对应的方向转换结构2021连接到主框架板201，食指外骨骼203通过与食指外骨骼203对应的方向转换结构2031连接到主框架板201，中指外骨骼204与中指外骨骼204对应的方向转换结构2041，无名指外骨骼205通过与无名指外骨骼205对应的方向转换结构2051连接到主框架板201，小指外骨骼206通过与小指外骨骼206对应的方向转换结构2061连接到主框架板201，如图2A所示。

上述各方向转换结构可以用于将对应的指骨外骨骼在第一平面上的运动转换成方向转换结构在第二平面上的运动。需要说明的是，上述第二平面可以与主框架板201的第一表面平行。因此，当手套外骨骼200执行例如抓、握等动作时，各手指外骨骼中的指骨外骨骼在第一平面(例如，铅垂面)中运动，而后各手指外骨骼中的方向转换结构可以将对应的指骨外骨骼在第一平面上的运动转换为方向转换结构在第二平面(例如，水平面)上的运动。因此，位置信息采集结构采集方向转换结构在第二平面中的运动信息即可以确定指骨外骨骼在第一平面中的运动信息，方向转换结构可以便于位置信息采集结构在第二平面采集运动信息，避免出现位置信息采集结构因采集第一平面的运动信息导致的手套外骨骼的体积较大的问题。

可以理解的是，各手指外骨骼的位置信息采集结构通常采集手指外骨骼远离指尖端的运动，因此，位置信息采集结构往往设置在手指外骨骼远离指尖端。并且，位置信息采集结构采集第二表面中的运动信息即可，因此位置信息采集结构可以与第二表面相对设置。结合上述两点，位置信息采集结构在手套外骨骼中占据较小的空间即可实现手指外骨骼的运动信息的采集，从而可以减小手套外骨骼的体积。

在本实施例的一些可选的实现方式中，上述手套外骨骼200可以包括与各手指外骨骼对应的位置信息采集结构，例如包括五个位置信息采集结构，如图2A所示，各位置信息采集结构可以分别与手指外骨骼对应设置。这里，以与小指外骨骼206对应的位置信息采集结构207为例，如图2A所示，该位置信息采集结构207可以与小指外骨骼206对应的方向旋转结构2061对应设置。进一步地，与小指外骨骼206对应的位置信息采集结构207可以与方向旋转结构2061接触连接，从而使得位置信息采集结构207可以采集该位置信息采集结构207在第二平面内的运动信息。需要说明的是，对于除小指外骨骼之外的其他手指外骨骼结构对应的位置信息采集结构的位置和功能等与上述位置信息采集结构207的位置和功能等相同或相似，这里不再赘述。可以理解的是，上述各位置信息采集结构还可以设置在手套外骨骼200的其他位置处，这里没有唯一的限定。

在本实施例的一些可选的实现方式中，手套外骨骼200还可以包括主控板208，如图2A所示，上述各位置信息采集结构(例如，位置信息采集结构207)可以与主控板208电连接。因此，上述主控板208可以从各位置信息采集结构获取对应的手指外骨骼的运动信息。而后，主控板208可以对所获取的运动信息进行处理分析，从而可以生成用于控制各手指外骨骼移动的控制信号。可选的，上述主控板208可以通过螺丝固定在主框架板201上，如图2A所示。可以理解的是，上述主控板208还可以设置在手套外骨骼200的其他位置处，这里没有唯一的限定。

本申请的上述实施例所公开的手套外骨骼200，包括上述实施例中的手指外骨骼，以及主框架板201，各手指外骨骼通过其中的方向转换结构连接到主框架板201。本实施例公开的方案中方向转换结构可以将手指外骨骼在第一平面(例如，铅垂面)上的运动转换成方向转换结构在第二平面(例如，水平面)上的运动，从而使得位置信息采集结构采集方向转换结构在第二平面中的运动信息即可以确定手指外骨骼在第一方向上的运动信息，位置信息采集结构在手套外骨骼中占据较小的空间位置即可以实现对方向转换结构在第二平面中的运动信息的采集，缩小了手套外骨骼的体积，提高了手套外骨骼的实用性。

以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开的实施例中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开的实施例中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。