[发明专利]一种三自由度外骨骼上肢

说明书

本发明属于外骨骼机械设备的技术领域，具体涉及的是一种三自由度外骨骼上肢。该三自由度外骨骼上肢在三个转动角度极限位置均设置了机械限位，保证穿戴者的安全；该三自由度外骨骼上肢整体设计简单、紧凑，设计的非仿人型三自由度构型可以大大简化上肢结构，降低上肢重量，便于实现人机协同控制。与液压驱动相比，伺服电机驱动系统结构轻巧、控制响应更加迅速，不仅可以在满足结构强度、刚度和作业需求的前提下大幅降低上肢结构复杂程度，而且控制方法相对简单，大臂本体和小臂本体为腔体内可以走线的空腔结构，有利于实现结构轻量化。

技术领域

本发明属于外骨骼机械设备的技术领域，具体涉及的是一种三自由度外骨骼上肢。

背景技术

目前，国内外对上肢助力外骨骼进行了大量的研究，对外骨骼上肢构型设计也是各种各样。上肢是人体肢体中最灵活的肢体，包含多个关节，可以使人手处于不同位置以完成不同的工作和任务。人体上肢可以分为手臂（包含腕部）和手掌，主要包括肩关节、肘关节、腕关节、手掌和手指。现文献中外骨骼上肢设计较多有仿人型五自由度上肢，包含肩关节屈曲/伸展、内收/外展和内旋/外旋，肘关节屈曲/伸展和内旋/外旋，由伺服电机或伺服液压系统驱动。这种结构虽然能够最大程度上匹配人体上肢运动，但是结构相对复杂导致上肢自重过大，穿戴者无法脱离保护设施单独使用，大大降低了上肢外骨骼的实用性。目前所设计外骨骼上肢助力效率普遍较低，对于穿戴者的适应性和安全性考虑的也较少。遇到复杂的作业工况，根本无法满足使用需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是伺服电机或伺服液压系统虽然能够最大程度上匹配人体上肢运动，但是结构相对复杂导致上肢自重过大，穿戴者无法脱离保护设施单独使用，大大降低了上肢外骨骼的实用性，目前所设计外骨骼上肢助力效率普遍较低，对于穿戴者的适应性和安全性考虑的也较少，遇到复杂的作业工况，根本无法满足使用需求，为解决上述问题，本发明提供一种三自由度外骨骼上肢。

本发明的目的是以下述方式实现的：一种三自由度外骨骼上肢，包括背架，所述背架通过螺栓和螺母连接肩关节外展/内收减速电机一侧，肩关节外展/内收减速电机另一侧连接肩关节屈曲/伸展减速电机，肩关节外展/内收减速电机和肩关节屈曲/伸展减速电机沿手臂方向串联，肩关节外展/内收减速电机的安装面和回转轴垂直，肩关节屈曲/伸展减速电机安装面和回转轴平行，肩关节屈曲/伸展减速电机的输出法兰连接大臂上端法兰，大臂上端法兰连接大臂本体，大臂本体远离大臂上端法兰端设置大臂下端法兰，大臂下端法兰底部设置肘关节外屈/内展减速电机，肘关节外屈/内展减速电机底部连接小臂本体，小臂本体端部设置末端抓取适配器，小臂本体靠近末端抓取适配器一端设置握把基座，握把基座通过紧定螺钉连接操作手柄。

所述肩关节外展/内收减速电机回转轴线与背架平面呈α夹角安装，其中0°≤α≤90°。

所述大臂下端法兰通过螺栓和螺母连接肘关节外屈/内展减速电机上的固定法兰，肘关节外屈/内展减速电机上的减速电机输出法兰连接小臂上端法兰，小臂上端法兰底部连接小臂本体。

所述肩关节外展/内收减速电机、肩关节屈曲/伸展减速电机和肘关节外屈/内展减速电机均内置霍尔传感器。

所述大臂上端法兰、大臂下端法兰和小臂上端法兰均设置运动限位。

所述大臂上端法兰、大臂下端法兰和小臂上端法兰均采用L型的腔体结构。

所述大臂本体和小臂本体为腔体内可以走线的空腔结构。