[发明专利]一种基于张拉整体结构的仿生上肢可穿戴设备

说明书

本发明公开了一种基于张拉整体结构的仿生上肢可穿戴设备，其中前臂机构包括小臂第一套筒、前臂第一平板、前臂第一支撑板、前臂第二支撑板、小臂第二套筒、前臂第二平板、前臂旋转支杆、前臂第一弹性体、前臂第三支撑板和前臂第四支撑板；大臂机构包括大臂第一支撑板、大臂第二支撑板、转动齿条、转动齿轮、锁定滑块组件、大臂第三支撑板、大臂第一弹性体、大臂第二弹性体、大臂第三弹性体和大臂第四弹性体；本发明通过转动齿轮与转动齿条的啮合，来使得肘关节旋转中心具有一定的位移量，并且使用四杆张拉机构与套筒的配合，完成了肘关节旋前旋后的运动功能，通过改变弹性体拉力，来改变肘关节平衡位置，可以实现不同平衡状态的助力。

技术领域

本发明涉及上肢可穿戴设备技术领域，更具体的说是涉及一种基于张拉整体结构的仿生上肢可穿戴设备。

背景技术

近年来，在工程应用领域，用于辅助人体运动的可穿戴设备，特别是上肢可穿戴设备，逐渐受到了学者们的重视。人体上肢运动的空间更为广泛，形式也更为多样，如上肢运动空间内任意点的抓取，拖拽，同时也存在保持弯肘搬运工作时的相对稳定运动状态。在灵活的上肢运动中，肘关节起到了十分重要的作用，肘关节可穿戴设备在便携性、适应性及灵活性方面具有其独特的优势。

但是，肘关节可穿戴设备具有自身的局限性：首先，具有主动驱动装置的肘关节设备，不可避免的需要设置庞大且沉重的电机、电池设备，如果使用液压或气压驱动，则需要外接液压泵或气泵等难以携带的设备；在外骨骼的结构设计中，肘关节可穿戴设备在很多情况下被视为简单的刚性旋转结构，且驱动往往被设计在旋转轴位置，对结构进行直接驱动，对可穿戴设备工作条件而言，复杂的工作情况存在面对冲击的可能，刚性的结构设计面对冲击时，应力大多集中在如铰链连接点等结构的薄弱处，使可穿戴设备具有损坏的风险，并且由于机械关节的刚性运动副原因，无法与人体肘关节完全适配，会导致佩戴者肘关节活动困难或感到不适，而柔性结构在工作环境中无法给佩戴者提供较为精准的助力，且控制系统复杂，操控不便。

因此，在符合人体肘关节运动规律的条件下，提供一种整体质量轻便，具有一定的负载能力，面对冲击具有自稳定与自恢复性的基于张拉整体结构的仿生上肢可穿戴设备是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于张拉整体结构的仿生上肢可穿戴设备，以解决上述提到的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于张拉整体结构的仿生上肢可穿戴设备，包括：

前臂机构，所述前臂机构包括小臂第一套筒、前臂第一平板、两个前臂第一支撑板、两个前臂第二支撑板、小臂第二套筒、前臂第二平板、四个前臂旋转支杆、四个前臂第一弹性体、前臂第三支撑板和前臂第四支撑板；所述小臂第一套筒与所述前臂第一平板栓接；两个前臂第一支撑板和两个前臂第二支撑板均对称分布；所述小臂第二套筒的两侧分别栓接于两个所述前臂第一支撑板以及两个所述前臂第二支撑板上，并且所述小臂第二套筒嵌套在所述小臂第一套筒上；所述前臂第二平板两侧分别通过支撑连接块与两个所述前臂第一支撑板固定连接；四个所述前臂旋转支杆的两端分别通过前臂旋转球关节连接在所述前臂第一平板与所述前臂第二平板之间形成的四个侧面的对角顶点上；四个所述前臂第一弹性体的一端分别固定在所述前臂第一平板的四个顶点上，四个所述前臂第一弹性体的另一端分别固定在所述前臂第二平板相对应的四个顶点上，且所述前臂第一弹性体与所述前臂旋转支杆交错分布；所述前臂第三支撑板的两侧分别通过角铁与两个所述前臂第一支撑板的前端栓接；所述前臂第四支撑板的两侧分别通过角铁与两个所述前臂第一支撑板的末端栓接；