[发明专利]面向搬运工作的气动上肢助力外骨骼机器人

说明书

技术领域

本发明涉及一种穿戴式机械装置，具体涉及面向搬运工作的气动上肢助力外骨骼机器人。

背景技术

随着现代物流行业的蓬勃发展，现在已经出现了多种运用在货物传输各个环节的运载工具。但其中部分应用于货物装卸环节的运载工具对使用场所要求高、便携性能差，不适用于物流传输终端的小件搬运装卸工作，故大部分装卸工作实际上都是靠人力进行的。这种长时间高负荷的劳动负担亟待解决。

发明内容

本发明提供一种面向搬运工作的气动上肢助力外骨骼机器人，为解决在面对操作空间狭窄和无法获得外接能源的情况下，减轻人力搬运装卸货物负担的问题。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：

面向搬运工作的气动上肢助力外骨骼机器人包括背部安装板、气路控制装置、供气系统、两套腕部偏差检测装置和两套上肢助力系统；

腕部偏差检测装置包括安装座、滑块、导轨、滑动变阻器和两个弹簧；导轨安装在安装座上，安装座安装在助力小臂上，滑块安装在导轨上且能在导轨上滑动，滑块上下两侧的导轨上分别装有弹簧，滑动变阻器安装在助力小臂上，滑动变阻器的滑帽与滑块连接；

上肢助力系统包括托板、助力小臂、气动肌肉、助力大臂、肩关节连接件、肩关节过渡件和肩关节安装件；托板安装在助力小臂一端，助力小臂另一端与助力大臂转动连接，助力大臂与肩关节连接件旋转连接，肩关节连接件、肩关节过渡件和肩关节安装件串接在一起构成一个空间球面结构，空间球面结构运动中心与人体肩关节活动中心一致，气动肌肉一端通过安装件与助力大臂铰接，气动肌肉的另一端与助力小臂固接，两个肩关节安装件均连接背部安装板；供气系统经气路控制装置给气动肌肉输送气源，气路控制装置用于控制气动肌肉输出力大小。

进一步地，气路控制装置包括控制器和四套调速控制组件；控制器安装于背部安装板上，四组调速控制组件安装在背部安装板的背面；

每套调速控制组件包括舵机和调速阀；舵机的输出轴与调速阀旋钮相连接，调速阀安装在布置在背部安装板上的阀座上，每个气动肌肉的进气口和出气口处分别安装一个调速阀，滑动变阻器与控制器相连接，控制器控制舵机的转速和停止。

进一步地，供气系统包括高压储气瓶、减压阀、开关阀和气动接头；高压储气瓶先通过减压阀，然后与气动肌肉进气口处的调速阀连通，连通的管路上还安装有开关阀和气动接头。

本发明相比现有技术的有益效果是：

1、本机器人采用了应用使用者的小臂的运动来操作上肢助力系统的动作的方式。便于使用者在搬运动作中进行操控。控制方式简单易操作，同时控制中存在对操作人员的力反馈，操作特性易于掌握。减轻了人力搬运装卸货物负担的问题。

2、通过借助外部分析软件进行结构优化设计与使用新型气动肌肉作为驱动器，使得机器人驱动力-自重比较高，能量使用效率得到提高。

3、肩部关节采用空间球面关节方式进行设计，通过调节设计参数使得上肢助力系统肩关节运动中心与人体肩关节中心重合。在将机器人对人体运动干涉减到最小的同时保证了装置的结构紧凑性，有利于在狭小环境下使用。

4、通过高压储气瓶作为主要能源储备尽可能的储存高压的气体，更加适应搬运工作对于活动空间灵活性的需求，同时也不会浪费使用者太多时间用来补充能量。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为腕部偏差检测装置示意图；

图3为本发明的一种变形状态图；

图4为本发明的另一种变形状态图；

图5为调速控制组件的示意图；

图6为气路控制装置控制气动肌肉原理图；

图7为供气系统和调速阀连接关系图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地说明。

参见图1-图5说明，面向搬运工作的气动上肢助力外骨骼机器人包括背部安装板3、气路控制装置4、供气系统5、两套腕部偏差检测装置1和两套上肢助力系统2；

腕部偏差检测装置1包括安装座1-1、滑块1-3、导轨1-5、滑动变阻器1-6和两个弹簧1-2；导轨1-5安装在安装座1-1上，安装座1-1安装在助力小臂2-2上，滑块1-3安装在导轨1-5上且能在导轨1-5上滑动，滑块1-3上下两侧的导轨1-5上分别装有弹簧1-2，滑动变阻器1-6安装在助力小臂2-2上，滑动变阻器1-6的滑帽与滑块1-3连接；