一种虚拟手部训练控制装置及其控制方法

本发明涉及虚拟训练应用领域，具体涉及一种虚拟手部训练控制装置及其控制方法。背景技术：1、对于数字孪生技术的康复应用，通过配套设备器械可以准确识别出人们的身体参数，以形成一个可靠且丰富的数据来源，其可用于确定新的、更有效的治疗与康复路线。2、手套式控制器作为手部训练的训练器械，能够起到帮助人们助力抓握、辅助康复的作用；但传统手套式控制器通常集中设置于手掌侧，会导致手掌承重大，提高了手部的承载负荷；其实际实施的助力辅助抓握功能，在术后长时间的恢复阶段，其延缓了肌体自身的恢复构建，手指肌腱使用程度不足，降低了控制训练的使用效果。技术实现思路1、为解决上述背景技术提出的技术问题，本发明提供了一种虚拟手部训练控制装置，包括：2、手套件，适于手掌部穿戴；3、臂套件，适于手臂部穿戴，所述臂套件和所述手套件分体间隔设置；4、至少一个操作机构；所述操作机构包括定位单元、位移单元、驱动单元以及检测单元；5、所述定位单元设置在所述手套件靠近手背侧，所述定位单元沿人体手指的延伸方向布设，所述位移单元一端连接所述定位单元，所述位移单元另一端和所述驱动单元传动相连，所述驱动单元和所述检测单元安装在所述臂套件上，所述检测单元用于检测所述位移单元在手指弯曲作用下带动所述驱动单元产生的第一位移信号，以及所述驱动单元驱动所述位移单元产生的第二位移信号；6、以及控制器，所述控制器和所述驱动单元电连接，所述控制器和所述检测单元电连接，所述控制器被配置为收集所述第一位移信号和所述第二位移信号；根据所述第一位移信号，确定所述驱动单元的驱动信号，以驱动所述位移单元模拟手指弯曲的反作用姿态；根据所述第二位移信号，确定所述位移单元执行反作用过程的位移，以修正所述驱动单元的驱动信号。7、可选地，所述位移单元包括操作线和柔性齿条件；所述操作线一端连接所述驱动单元，所述操作线另一端连接所述柔性齿条件，所述柔性齿条件沿所述定位单元的延伸方向设置，所述柔性齿条件和所述定位单元配置为可调节设置。8、可选地，所述定位单元包括指帽件和定位导向件，所述指帽件活动连接所述手套件，所述指帽件适于固定套接在人体手指的指尖部分，所述定位导向件固定套接在所述手套件上，所述定位导向件和所述柔性齿条件滑动配置，所述柔性齿条件具有齿状结构，所述指帽件设置有与所述齿状结构对应设置的连接结构，以使所述指帽件同所述柔性齿条件可调节设置。9、可选地，所述虚拟手部训练控制装置还包括支架，所述支架和所述臂套件固定相连；10、所述驱动单元包括驱动件、转动构件以及支撑构件，所述驱动件安装在所述支架上，所述转动构件设置在所述驱动件的输出侧，所述支撑构件安装在所述支架上，所述操作线远离所述定位单元的一端适于滑动穿设所述支架，以与所述转动构件固定相连，所述转动构件适于卷绕收放操作线。11、可选地，所述驱动单元还包括摇臂限位件和转动止挡件，所述摇臂限位件设置在所述驱动件朝向所述转动构件的一侧，所述摇臂限位件和所述支架相对固定设置，所述转动止挡件固定设置在所述转动构件朝向所述驱动件的一侧，所述摇臂限位件设置在所述转动止挡件随所述转动构件旋转运动的路径上。12、可选地，所述检测单元包括电位器，所述电位器固定设置在所述支撑构件上，所述电位器的检测端适于检测所述转动构件的角位移。13、可选地，所述驱动单元还包括复位元件，所述复位元件设置为弹性结构，所述复位元件一端安装在所述支架上，所述复位元件另一端连接在所述转动构件上，所述复位元件适于作用所述转动构件复位。14、可选地，所述控制装置还包括力检测件，所述力检测件安装在所述复位元件上，所述力检测件和所述控制器电连接，所述力检测件用于检测所述复位元件的复位作用力。15、可选地，所述控制装置还包括连接单元，所述连接单元包括连接限位件、管体、第一接头和第二接头；16、所述连接限位件和所述手套件固定相连，所述管体连接于所述第一接头和所述接头之间，所述第一接头和所述连接限位件固定设置，所述第二接头和所述驱动单元的安装端固定相连，在所述手套件至所述臂套件的方向上，所述操作线依次滑动穿设于所述连接限位件、第一接头、管体和第二接头，以连接所述驱动单元。17、一种虚拟手部训练控制装置的控制方法，所述控制方法包括：18、由人体手指弯曲带动手套件和位移单元运动，获取位移单元的第一位移信号；19、根据第一位移信号，确定驱动单元的驱动信号；20、获取位移单元在驱动单元驱动下的第二位移信号；21、根据第二位移信号修正驱动单元的驱动信号；22、遍历手套件随手指弯曲的运动姿态，以确定驱动单元驱动位移单元模拟手指弯曲的反作用姿态模型。23、本发明提供的技术方案，具有如下优点：24、1.本发明提供的虚拟手部训练控制装置，通过将手套件和臂套件分体间隔设置，手套件在手掌部穿戴，臂套件在手臂部穿戴，有利于减轻手掌部的负载，降低使用时因设备自身对训练造成的承载负荷；通过操作机构联接手套件和臂套件，由人体手指不同程度的弯曲运动带动位移单元，检测单元检测位移单元对应的第一位移信号，并反馈至控制器进行整合采集，由控制器根据采集的第一位移信号，确定驱动单元需输出的驱动信号，以对佩戴手套件的手指弯曲提供阻力，与此同时，通过检测单元检测位移单元在驱动单元驱动下产生的第二位移信号，以确定位移单元随驱动单元执行反作用过程的位移，从而对比修正驱动单元的驱动信号。操作机构的数量可根据需求配置，能够达到对不同手指的弯曲运动姿态进行阻抗的目的。本发明能够加强手部手指肌腱的使用程度，加速肌体自身的恢复构建，提高控制训练的使用效果。25、2.本发明提供的虚拟手部训练控制装置，将柔性齿条件和定位单元配置为可调节设置，以根据手指长度选取适宜工作长度的柔性齿条件，柔性齿条件随手套件手指部分作用产生弯曲，柔性齿条件远离指尖部分的一端带动操作线进行位移，以供检测单元检测。26、3.本发明提供的虚拟手部训练控制装置，通过将摇臂限位件设置在转动止挡件随转动构件旋转运动的路径上，在操作线带动转动构件运动时，在摇臂限位件和转动构件相接触限位时，操作线受转动构件的约束，可对手指弯曲运动进行固定的阻抗作用。技术特征：1.一种虚拟手部训练控制装置，其特征在于，包括：2.根据权利要求1所述的虚拟手部训练控制装置，其特征在于，所述位移单元(4)包括操作线(41)和柔性齿条(42)件；所述操作线(41)一端连接所述驱动单元(6)，所述操作线(41)另一端连接所述柔性齿条(42)件，所述柔性齿条(42)件沿所述定位单元(3)的延伸方向设置，所述柔性齿条(42)件和所述定位单元(3)配置为可调节设置。3.根据权利要求2所述的虚拟手部训练控制装置，其特征在于，所述定位单元(3)包括指帽件(31)和定位导向件(32)，所述指帽件(31)活动连接所述手套件(1)，所述指帽件(31)适于固定套接在人体手指的指尖部分，所述定位导向件(32)固定套接在所述手套件(1)上，所述定位导向件(32)和所述柔性齿条(42)件滑动配置，所述柔性齿条(42)件具有齿状结构，所述指帽件(31)设置有与所述齿状结构对应设置的连接结构，以使所述指帽件(31)同所述柔性齿条(42)件可调节设置。4.根据权利要求2所述的虚拟手部训练控制装置，其特征在于，所述虚拟手部训练控制装置还包括支架(8)，所述支架(8)和所述臂套件(2)固定相连；5.根据权利要求4所述的虚拟手部训练控制装置，其特征在于，所述驱动单元(6)还包括摇臂限位件(62)和转动止挡件(65)，所述摇臂限位件(62)设置在所述驱动件(61)朝向所述转动构件(63)的一侧，所述摇臂限位件(62)和所述支架(8)相对固定设置，所述转动止挡件(65)固定设置在所述转动构件(63)朝向所述驱动件(61)的一侧，所述摇臂限位件(62)设置在所述转动止挡件(65)随所述转动构件(63)旋转运动的路径上。6.根据权利要求4所述的虚拟手部训练控制装置，其特征在于，所述检测单元(7)包括电位器(71)，所述电位器(71)固定设置在所述支撑构件(64)上，所述电位器(71)的检测端适于检测所述转动构件(63)的角位移。7.根据权利要求4所述的虚拟手部训练控制装置，其特征在于，所述驱动单元(6)还包括复位元件，所述复位元件设置为弹性结构，所述复位元件一端安装在所述支架(8)上，所述复位元件另一端连接在所述转动构件(63)上，所述复位元件适于作用所述转动构件(63)复位。8.根据权利要求7所述的虚拟手部训练控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括力检测件，所述力检测件安装在所述复位元件上，所述力检测件和所述控制器电连接，所述力检测件用于检测所述复位元件的复位作用力。9.根据权利要求2所述的虚拟手部训练控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括连接单元(5)，所述连接单元(5)包括连接限位件(51)、管体(52)、第一接头(53)和第二接头(54)；10.一种虚拟手部训练控制装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：技术总结本发明公开了一种虚拟手部训练控制装置及其控制方法，涉及虚拟训练应用领域。虚拟手部训练控制装置包括手套件、臂套件、操作机构以及控制器，臂套件和手套件分体间隔设置；操作机构包括定位单元、位移单元、驱动单元以及检测单元。本发明通过将手套件和臂套件分体间隔设置，降低使用时因设备自身对训练造成的承载负荷；通过操作机构联接手套件和臂套件，由人体手指不同程度的弯曲运动带动位移单元，检测单元检测位移单元对应的第一位移信号，并反馈至控制器进行整合采集，以对佩戴手套件的手指弯曲提供阻力。本发明能够加强手部手指肌腱的使用程度，加速肌体自身的恢复构建，提高控制训练的使用效果。技术研发人员：郭凯,朱笑莹,杨洪波,陈远凯,马哈茂德·艾尔萨曼缇受保护的技术使用者：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/26