一種可穿戴式助力外骨骼上肢機(jī)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及機(jī)器人領(lǐng)域，尤其涉及一種可穿戴式助力外骨骼上肢機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]軍隊士兵經(jīng)常需要背負(fù)重物進(jìn)行長距離行走或作戰(zhàn)，過重的負(fù)載常會對士兵身體造成一定的傷害，在這種背景下，需要開發(fā)一款能在戰(zhàn)場環(huán)境中增強(qiáng)士兵速度、力量以及耐力的外骨骼裝備；在科考、消防營救等領(lǐng)域，科考人員及消防營救人員常常需要長距離行走、背負(fù)重物、運(yùn)送傷員、野外作戰(zhàn)、登山探險等，傳統(tǒng)的輪式交通工具難以在這些特殊場合發(fā)揮作用。除此之外，外骨骼也可以被用于倉庫的貨物裝卸，以減輕搬運(yùn)工人的勞動強(qiáng)度。外骨骼與人的組合能適應(yīng)非結(jié)構(gòu)化的環(huán)境，擁有極好的靈活性，可以完成一些復(fù)雜的裝卸的工作，如為戰(zhàn)斗機(jī)裝卸導(dǎo)彈等，這是其他的裝卸設(shè)備難以比擬的。外骨骼在這些領(lǐng)域的應(yīng)用將對這些領(lǐng)域起到非常積極的作用。另外，老齡化正在全球蔓延，外骨骼的出現(xiàn)不僅可以幫助一些老年人解決體力較差、行走不變的問題，也可以幫助一些喪失行動能力的人恢復(fù)部分的行動能力。助力外骨骼的特點是要求在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下與穿戴者進(jìn)行協(xié)作，這要求研究人員需要解決非結(jié)構(gòu)性環(huán)境下高度協(xié)調(diào)的人機(jī)一體化問題，包括有效、可靠的人機(jī)間交互問題，對人體運(yùn)動意圖的快速響應(yīng)問題，輕便、靈活的仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計，人機(jī)系統(tǒng)的安全性問題等，這些技術(shù)問題還處于初級摸索階段，并不成熟，還需要進(jìn)行深入的研究。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可穿戴式助力外骨骼上肢機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、穿戴方便、長度可調(diào)性、適合不同身高體重的人穿戴和外骨骼各關(guān)節(jié)活動自如等特點。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本實用新型所采用的技術(shù)方案如下:一種可穿戴式助力外骨骼上肢機(jī)構(gòu)，包括:左臂、右臂、背架、實時控制器和電機(jī)驅(qū)動器；其中，所述左臂和右臂結(jié)構(gòu)相同，分別鉸接在背架的兩側(cè)；所述左臂與右臂均包括:大臂電機(jī)、從動圓柱齒輪、肩關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)編碼器、球鉸、大臂、小臂電機(jī)、從動錐齒輪、肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)編碼器、多維力傳感器、小臂、手掌、主動圓柱齒輪、主動錐齒輪、小臂綁帶；其中，大臂電機(jī)安裝在背架的上端一側(cè)；大臂電機(jī)的輸出軸與主動圓柱齒輪固定連接；從動圓柱齒輪鉸接在背架上，并與主動圓柱齒輪嚙合傳動，在鉸接處設(shè)置肩關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)編碼器；球鉸的一端與從動圓柱齒輪固定連接，另一端與大臂上端固定連接；大臂下端與小臂的上端鉸接，在鉸接處設(shè)置肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)編碼器；小臂電機(jī)設(shè)置在大臂上，主動錐齒輪與小臂電機(jī)輸出軸固定連接；從動錐齒輪固定在小臂上，并與主動錐齒輪嚙合傳動；小臂的下端與手掌鉸接；多維力傳感器設(shè)置在小臂上，多維力傳感器與小臂綁帶相連；大臂電機(jī)和小臂電機(jī)均與電機(jī)驅(qū)動器相連；電機(jī)驅(qū)動器、肩關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)編碼器、肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)編碼器和多維力傳感器均與實時控制器相連。
[0005]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是:本實用新型主要針對在長時間負(fù)重作業(yè)環(huán)境下輔助或者增強(qiáng)人們上肢負(fù)重能力。其動力系統(tǒng)采用具有節(jié)能、穩(wěn)定、可控性高、占地面積小、運(yùn)轉(zhuǎn)率高、快速響應(yīng)，維修方便等特點的電機(jī)驅(qū)動方式。設(shè)置柔性機(jī)構(gòu)，采用擬人機(jī)構(gòu)設(shè)計，可穿戴式的結(jié)構(gòu)設(shè)計適應(yīng)人體生理結(jié)構(gòu)，通過與人體上肢運(yùn)動關(guān)節(jié)的耦合實現(xiàn)與人體協(xié)調(diào)運(yùn)動，具有結(jié)構(gòu)簡單、穿戴方便、長度可調(diào)性、適合不同身高體重的人穿戴和外骨骼各關(guān)節(jié)活動自如等特點。
【附圖說明】
[0006]圖1是本實用新型的整體形狀結(jié)構(gòu)示意圖；
[0007]圖2是本實用新型的肩關(guān)節(jié)局部放大圖；
[0008]圖3是本實用新型的肘關(guān)節(jié)局部放大圖；
[0009]圖中，背架1、大臂電機(jī)2、從動圓柱齒輪3、肩關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)編碼器4、球鉸5、大臂6、小臂電機(jī)7、從動錐齒輪8、肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)編碼器9、多維力傳感器10、小臂11、手掌12、主動圓柱齒輪13、主動錐齒輪14、小臂綁帶15。
【具體實施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步的說明。
[0011]如圖1-3所示，一種可穿戴式助力外骨骼上肢機(jī)構(gòu)，包括:左臂、右臂、背架1、實時控制器、電機(jī)驅(qū)動器；其中，所述左臂和右臂結(jié)構(gòu)相同，分別鉸接在背架1的兩側(cè)；所述左臂與右臂均包括:大臂電機(jī)2、從動圓柱齒輪3、肩關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)編碼器4、球鉸5、大臂6、小臂電機(jī)7、從動錐齒輪8、肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)編碼器9、多維力傳感器10、小臂11、手掌12、主動圓柱齒輪13、主動錐齒輪14、小臂綁帶15 ;其中，大臂電機(jī)2安裝在背架1的上端一側(cè)；大臂電機(jī)2的輸出軸與主動圓柱齒輪13固定連接；從動圓柱齒輪3鉸接在背架1上，并與主動圓柱齒輪13嚙合傳動，在鉸接處設(shè)置肩關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)編碼器4 ;球鉸5的一端與從動圓柱齒輪3固定連接，另一端與大臂6上端固定連接，可實現(xiàn)內(nèi)外伸展一個自由度；大臂6下端與小臂11的上端鉸接，在鉸接處設(shè)置肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)編碼器9 ;小臂電機(jī)7設(shè)置在大臂6上，主動錐齒輪14與小臂電機(jī)7輸出軸固定連接；從動錐齒輪8固定在小臂11上，并與主動錐齒輪14嚙合傳動；小臂11的下端與手掌12鉸接；多維力傳感器10設(shè)置在小臂11上，多維力傳感器10與小臂綁帶15相連；大臂電機(jī)2和小臂電機(jī)7均與電機(jī)驅(qū)動器相連；電機(jī)驅(qū)動器、肩關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)編碼器4、肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)編碼器9和多維力傳感器10均與實時控制器相連。所述實時控制器可采用的型號為NI CR10-9031的產(chǎn)品，但不限于此；所述電機(jī)驅(qū)動器可采用的型號為EP0S2的產(chǎn)品，但不限于此。
【主權(quán)項】
1.一種可穿戴式助力外骨骼上肢機(jī)構(gòu)，其特征在于，包括:左臂、右臂、背架(1)、實時控制器和電機(jī)驅(qū)動器；其中，所述左臂和右臂結(jié)構(gòu)相同，分別鉸接在背架(1)的兩側(cè)；所述左臂與右臂均包括:大臂電機(jī)(2)、從動圓柱齒輪(3)、肩關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)編碼器(4)、球鉸(5)、大臂(6)、小臂電機(jī)(7)、從動錐齒輪(8)、肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)編碼器(9)、多維力傳感器(10)、小臂(11)、手掌(12)、主動圓柱齒輪(13)、主動錐齒輪(14)、小臂綁帶(15);其中，大臂電機(jī)(2)安裝在背架(1)的上端一側(cè)；大臂電機(jī)(2)的輸出軸與主動圓柱齒輪(13)固定連接；從動圓柱齒輪(3)鉸接在背架(1)上，并與主動圓柱齒輪(13)嚙合傳動，在鉸接處設(shè)置肩關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)編碼器(4);球鉸(5)的一端與從動圓柱齒輪(3)固定連接，另一端與大臂(6)上端固定連接；大臂(6)下端與小臂(11)的上端鉸接，在鉸接處設(shè)置肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)編碼器(9);小臂電機(jī)(7)設(shè)置在大臂(6)上，主動錐齒輪(14)與小臂電機(jī)(7)輸出軸固定連接；從動錐齒輪⑶固定在小臂(11)上，并與主動錐齒輪(14)嚙合傳動；小臂(11)的下端與手掌(12)鉸接；多維力傳感器(10)設(shè)置在小臂(11)上，多維力傳感器(10)與小臂綁帶(15)相連；大臂電機(jī)(2)和小臂電機(jī)(7)均與電機(jī)驅(qū)動器相連；電機(jī)驅(qū)動器、肩關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)編碼器(4)、肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)編碼器(9)和多維力傳感器(10)均與實時控制器相連。
【專利摘要】本實用新型公開了一種可穿戴式助力外骨骼上肢機(jī)構(gòu)，包括：左臂、右臂、背架、實時控制器和電機(jī)驅(qū)動器；所述左臂和右臂結(jié)構(gòu)相同，分別鉸接在背架的兩側(cè)；大臂電機(jī)安裝在背架的上端一側(cè)；大臂電機(jī)通過一對齒輪圓柱的嚙合傳動將動力傳遞給大臂；小臂電機(jī)設(shè)置在大臂上，其動力通過一對錐齒輪的嚙合傳動傳遞給小臂；小臂的下端與手掌鉸接；本實用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、穿戴方便、長度可調(diào)性、適合不同身高體重的人穿戴和外骨骼各關(guān)節(jié)活動自如等特點。
【IPC分類】B25J9/00, B25J9/08
【公開號】CN204997660
【申請?zhí)枴緾N201520616001
【發(fā)明人】宋揚(yáng), 朱世強(qiáng), 張學(xué)群, 裴翔, 姚斌, 朱笑叢, 韓永紅, 徐兆紅, 陳珊, 陳慶誠, 賀靜, 徐業(yè)業(yè), 潘忠強(qiáng), 李渠成, 嚴(yán)水峰
【申請人】上海申磬產(chǎn)業(yè)有限公司, 浙江大學(xué)
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年8月14日