[发明专利]一种自平衡穿戴式柔性肘关节助力外骨骼

说明书

本发明公开了一种自平衡穿戴式柔性肘关节助力外骨骼，包括肘关节固定矫形器、重力平衡模块、变刚度模块，所述肘关节固定矫形器包括上臂固定矫形器、前臂固定矫形器，所述上臂固定矫形器、所述前臂固定矫形器分别与人体肘关节的上臂、前臂连接，所述重力平衡模块的两端分别与所述上臂固定矫形器、所述前臂固定矫形器的外侧连接，所述变刚度模块置于所述重力平衡模块的外侧，所述变刚度模块被配置为改变所述重力平衡模块的刚度。本发明采用变刚度的重力平衡方式，实现机构变刚度设计，实现肘关节转动的完全重力平衡。

技术领域

本发明涉及外骨骼机器人技术领域，尤其涉及一种自平衡穿戴式柔性肘关节助力外骨骼。

背景技术

近年来，柔性机器人技术在国内外外骨骼机器人上的应用得到广泛发展，柔性机器人主要应用于肢体运动障碍人群的康复治疗与生活辅助。柔性上肢康复训练设备的出现一定程度上弥补了康复医师资源短缺的问题，同时弥补了刚性外骨骼质量较大、人机交互性差等问题。在柔性上肢增强外骨骼系统的研究中，轻型、可穿戴的自平衡上肢外骨骼系统取得了一些成果，但还无法进行广泛地推广应用。

因此，本领域的技术人员致力于提供一种自平衡穿戴式柔性肘关节助力外骨骼，为穿戴者提供肘关节屈曲助力。

发明内容

有鉴于现有技术上的缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何提供一种自平衡穿戴式柔性肘关节助力外骨骼。

为实现上述目的，本发明提供了一种自平衡穿戴式柔性肘关节助力外骨骼，包括肘关节固定矫形器、重力平衡模块、变刚度模块，所述肘关节固定矫形器包括上臂固定矫形器、前臂固定矫形器，所述上臂固定矫形器、所述前臂固定矫形器分别与人体肘关节的上臂、前臂连接，所述重力平衡模块的两端分别与所述上臂固定矫形器、所述前臂固定矫形器的外侧连接，所述变刚度模块置于所述重力平衡模块的外侧，所述变刚度模块被配置为改变所述重力平衡模块的刚度。

进一步地，所述上臂固定矫形器设有分别连接所述重力平衡模块和人体上臂的螺栓导引孔和弹性绑带，所述前臂固定矫形器设有分别连接所述重力平衡模块和人体前臂的螺栓导引孔和弹性绑带。

进一步地，所述重力平衡模块包括前臂固定杆、上臂固定杆、杆件固定盖、带凹槽盖、固定轴、弹簧，所述前臂固定杆的一端与所述前臂固定矫形器通过螺钉连接，所述上臂固定杆的一端与所述上臂固定矫形器通过螺钉连接，所述杆件固定盖、所述带凹槽盖相对设置，所述前臂固定杆的另一端和所述上臂固定杆的另一端同时夹设在所述杆件固定盖和所述凹槽盖之间；所述弹簧的一端固定在所述前臂固定杆上。

进一步地，所述前臂固定杆带有第一滑槽和一齿齿轮，所述前臂固定杆通过穿过所述第一滑槽的螺钉与所述前臂固定矫形器连接。

进一步地，所述上臂固定杆带有第二滑槽和六齿齿轮，所述上臂固定杆通过穿过所述第二滑槽的螺钉与所述上臂固定矫形器连接，所述六齿齿轮与所述一齿齿轮配合。

进一步地，所述一齿齿轮的转动范围为0-15°。

进一步地，所述前臂固定杆带有第一引导孔，所述上臂固定杆带有第二引导孔，所述杆件固定盖带有第三引导孔、第四引导孔、第五引导孔，所述带凹槽盖带有第六引导孔、第七引导孔、第八引导孔，所述固定轴穿过所述第二引导孔、第四引导孔、第七引导孔，所述第一引导孔、所述第三引导孔、所述第六引导孔内穿有同一根螺栓。

进一步地，所述变刚度模块包括钢丝绳、线轴，所述线轴通过所述固定轴与所述上臂固定杆锁定，所述钢丝绳的一端与所述弹簧连接，所述钢丝绳的另一端固定于所述线轴上；所述线轴旋转时，所述钢丝绳缠绕在所述线轴上。

进一步地，所述线轴包括钢丝绳固定模块、带键槽的第九引导孔，所述线轴通过所述第九引导孔与所述固定轴键接，所述钢丝绳固定模块通过自攻螺丝与所述线轴的上端连接，所述钢丝绳固定在所述钢丝绳固定模块上。

进一步地，所述弹簧的参数计算包括以下步骤：