一种手部外骨骼康复机器人及控制方法

本技术涉及医用设备，特别涉及一种手部外骨骼康复机器人及控制方法。背景技术：1、手部外骨骼康复机器人能够代替繁琐的人工康复工作，根据患者的具体情况提供个性化的康复训练。不仅可以提高康复效率和效果，还能够增加患者的康复动力和积极性，有效促进受损手部功能的恢复，从而更好地改善患者的生活质量和心理健康状态。2、目前的手部外骨骼康复机器人存在自由度低、移动性差、运动意图识别困难、缺乏患者主动参与、康复效果不理想、无法居家康复等问题。当前手部外骨骼康复机器人通常采用固定式设计，难以与患者手部结构完全贴合，从而导致不适感和局部压迫，影响康复效果。这种不完全贴合会使患者在使用时感到不舒服，甚至可能引发安全问题。并且手功能的康复治疗需要大量的训练时间，长时间的佩戴将降低实用性和舒适性。3、进一步的，手部外骨骼康复机器人需要充分还原人手的功能，因此需要高自由度，高仿生性的机械结构设计以及一个能协调这些自由度的控制器。并且手部外骨骼康复机器人多采用特定的控制方式，只能根据预先设定好的运动模式进行工作，无法灵活切换速度和力量输出。这限制了手部外骨骼康复机器人在不同康复阶段的适用性和效果。患者可能需要根据具体情况进行调整，而现有的手部外骨骼康复机器人无法满足这种需求，这导致康复训练的个性化程度不高。4、此外，手部康复外骨骼机器人需要准确地识别用户意图，否则将会阻碍用户的自由运动。现有的手部外骨骼康复机器人通常是采用肌电信号识别。肌电信号信噪比相对较高，获取更为简单方便。但是肌电信号易受外界环境和肌肉运动的干扰，控制精度和稳定性较低，容易出现误判和不稳定的情况。并且患者需要进行肌肉训练和信号识别，增加了操作的复杂性。长时间的肌电信号识别和控制还会导致肌肉疲劳问题，影响康复效果和用户体验。另外，不同用户之间的肌肉特征和信号特点存在差异，需要进行个性化调整和训练，增加了定制化和个性化设置的难度。技术实现思路1、本技术的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本技术提出一种手部外骨骼康复机器人，能够尽可能地解决手部康复外骨骼机器人穿戴不方便，设计不贴合，以及缺乏个性化调整和控制不准确导致用户体验较差，康复效果不佳的问题。2、本技术还提出一种上述手部外骨骼康复机器人的控制方法。3、根据本技术第一方面实施例的手部外骨骼康复机器人，包括：4、手掌单元；5、多个驱动单元，设置在所述手掌单元上；6、多个模块化设置的手指单元，包括手指基座、第一保护壳、第二保护壳、远指节固定环、近指节固定环、第一拉杆、第二拉杆、第三拉杆、第一曲杆和第二曲杆；7、所述手指基座可拆卸地设置在所述手掌单元上，所述第一保护壳设置在所述手指基座上，所述第一保护壳上设有第一滑动槽，所述第一曲杆滑动设置在所述第一滑动槽内；8、所述近指节固定环设置在所述第一曲杆上，所述驱动单元适于驱动所述第一曲杆滑动；9、所述第二保护壳设置在所述第一曲杆上，所述第二保护壳上设有第二滑动槽，所述第二曲杆滑动设置在所述第二滑动槽内；10、所述第一拉杆、所述第二拉杆和所述第三拉杆相连接组成连杆机构，所述第一拉杆的一端转动连接在所述第一保护壳上，所述第一拉杆的另一端与所述第二拉杆的一端转动连接；11、所述远指节固定环设置在所述第二曲杆上，所述第二拉杆转动连接于所述第二保护壳上，所述第二拉杆的另一端与所述第三拉杆的一端转动连接，所述第三拉杆的另一端与所述第二曲杆转动连接并适于带动所述第二曲杆滑动。12、根据本技术的第一方面实施例的手部外骨骼康复机器人，至少具有如下有益效果：通过模块化设计且可拆卸的设置方式，从而能够尽可能地解决手部康复外骨骼机器人穿戴不方便，设计不贴合的问题，通过手指单元的结构针对性设计，从而实现个性化、精准的康复治疗，最大程度地减少不必要的机械干预，以提高治疗效果和患者体验。13、根据本技术的第一方面实施例所述的手部外骨骼康复机器人，所述手指单元包括接头和第一固定块，所述第一固定块固定设置在所述第一曲杆上，所述接头的一端转动连接于所述第一固定块，所述接头的另一端与所述驱动单元连接；14、所述第二曲杆上设有第二固定块，所述第三拉杆的另一端转动连接于所述第二固定块。15、根据本技术的第一方面实施例所述的手部外骨骼康复机器人，所述手掌单元包括手掌板和基座固定槽，所述基座固定槽设置在所述手掌板上，所述手指基座可拆卸地设置在所述基座固定槽上，所述驱动单元包括直线电机，所述直线电机具有推杆，所述推杆与所述接头可拆卸连接；16、所述驱动单元包括关节轴承和第三固定块，所述手掌单元包括轴承卡扣，所述轴承卡扣设置在所述手掌板上，所述第三固定块设置在所述直线电机中相对远离所述推杆的另一端，所述关节轴承可转动地设置在所述第三固定块上，且所述关节轴承卡扣连接于所述轴承卡扣上。17、根据本技术的第一方面实施例所述的手部外骨骼康复机器人，所述第一保护壳上设有第一固定孔，所述第一拉杆通过第一限位件穿过所述第一固定孔的方式转动连接于所述第一保护壳上；18、所述第二保护壳上设有第二固定孔，所述第二拉杆通过第二限位件穿过所述第二固定孔的方式转动连接于所述第二保护壳上。19、根据本技术的第一方面实施例所述的手部外骨骼康复机器人，所述第一曲杆上设有第一连接孔，所述第一曲杆通过第一滑动件穿过所述第一连接孔并滑动设置在所述第一滑动槽内的方式可滑动设置；20、所述第二曲杆上设有第二连接孔，所述第二曲杆通过第二滑动件穿过所述第二连接孔并滑动设置在所述第二滑动槽内的方式可滑动设置。21、根据本技术的第一方面实施例所述的手部外骨骼康复机器人，所述第一滑动槽和所述第二滑动槽均为弧形槽。22、根据本技术第二方面实施例的手部外骨骼康复机器人的控制方法，包括：23、进行屈伸运动时，所述驱动单元将推出推杆，从而推动所述第一曲杆沿所述第一滑动槽滑动，所述第一曲杆通过所述近指节固定环固定的近指节传动实现掌指关节的运动；24、所述第一曲杆沿所述第一滑动槽滑动从而使所述第二拉杆做旋转运动，从而带动所述第三拉杆转动，所述第三拉杆带动所述第二曲杆沿所述第二滑动槽滑动，所述第二曲杆通过所述远指节固定环固定的远指节传动实现近指关节的运动；25、进行伸展运动时，所述驱动单元将收回推杆，此时与屈伸运动相反，可实现手指的伸展。26、根据本技术的第二方面实施例所述的手部外骨骼康复机器人的控制方法，所述的手部外骨骼康复机器人包括力传感器，通过搭载的力传感器实时监测患者手与外骨骼之间的接触力，以判断患者是否能够自主进行手部运动，方法包括：27、根据实际的接触力是否达到期望阻值进行判断，控制器自动切换到主动康复模式或被动康复模式；28、在主动康复模式下，手部外骨骼机器人采用协同控制策略跟随手指的运动；29、在被动康复模式下，手部外骨骼机器人主动介入驱动手指进行运动。30、根据本技术的第二方面实施例所述的手部外骨骼康复机器人的控制方法，所述的手部外骨骼康复机器人包括脑电波采集装置，通过脑电波采集装置采集使用者的原始脑电波，根据所述原始脑电波生成运动指令，并将所述运动指令传送到控制器，控制器依据接收到的运动指令控制手部外骨骼机器人动作，从而带动使用者的相应部位运动。31、根据本技术的第二方面实施例所述的手部外骨骼康复机器人的控制方法，脑机控制方法包括：32、在脑机接口系统中，选取eeg信号作为捕获大脑活动的信号，采集到的eeg信号进行信号预处理，包括滤波、去噪和信号放大；33、从eeg信号中提取与运动意图相关的特征，包括频域特征、时域特征或空域特征的至少之一以减小数据维度，同时保留与运动控制相关的信息；34、将提取的特征映射到手部康复外骨骼机器人的运动参数上，建立一个数学模型和算法，将大脑活动的特征与手部康复外骨骼机器人的动作相关联，采用线性模型、非线性模型或机器学习算法的至少之一，在特征解码之后，进行模式分类，以确定用户的运动意图，将解码后的特征与预定义的动作类别进行比较，以确定用户打算执行的具体动作；35、用户的运动意图确定后，脑机接口系统将生成相应的控制信号，然后将其传输至驱动单元的控制器，控制器控制驱动单元的推杆运动，使手部康复外骨骼机器人运动，从而带动患者手部运动并执行具体的运动任务。36、不难理解，本技术第二方面实施例中的手部外骨骼康复机器人的控制方法，具有如前所述第一方面实施例中的手部外骨骼康复机器人的技术效果，因而不再赘述。37、本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。