[发明专利]一种全自由度上肢外骨骼装置

说明书

本发明公开了一种全自由度上肢外骨骼装置，由支撑机构，上臂机构和前臂机构等构成。支撑机构包括主立柱，肩颈主板，腰后板，U型板和斜立柱；主立柱安装在U型板的背面，斜立柱的下端与U型板中部转动连接。上臂机构包括肩部连接板，肩部活动片，肩撑，肩关节驱动单元和凸轮；肩部连接板和肩颈主板，凸轮与肩撑均为转动连接。肩撑侧部设置有凸轮接触面，凸轮与凸轮接触面相贴，肩关节驱动单元设置在凸轮底侧，肘关节驱动单元和肩关节驱动单元转动连接。本发明的外骨骼机器人用电机驱动来对肘关节和肩关节的弯曲伸展动作进行助力，通过凸轮和凸轮接触面的配合，抬升肩部连接板可，使得外骨骼机器人跟随人体骨骼运动，提高穿戴者的舒适度。

技术领域

本发明涉及外骨骼技术领域，具体涉及一种全自由度上肢外骨骼装置。

背景技术

可穿戴式外骨骼或称动力外骨骼，是一种由硬性或软性材料构成框架并且可让人穿上的机器装置，这个装备可以提供额外能量来增强人体搬运重物的能力。机械外骨骼的用途多样，主要用途是用来帮助重体力劳动者，以减轻他们的负担，如物流，建筑行业；也可用于残障者的康复训练，或作为义肢帮助截瘫患者的自主生活。动力外骨骼也可用于军用，增强士兵的体能和防护性。

现有的外骨骼主要存在着重量大，不够灵活，特别是自由度不够的问题。在穿戴者穿上外骨骼机器人后，外骨骼机器人的机械结构阻碍穿戴者的运动，限制了穿戴者的活动范围。

为此，我们提出一种全自由度上肢外骨骼装置，使其不妨碍穿戴者的运动，特别是能跟随人的肩关节的运动，符合人体手臂活动时肩膀回转中心的抬升，在提供助力的同时保证了穿戴者的舒适性，提高装置活动的自由度和使用者人体的舒适度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全自由度上肢外骨骼装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种全自由度上肢外骨骼装置，包括支撑机构，上臂机构和前臂机构。

支撑机构包括主立柱，肩颈主板，腰后板，U型板和斜立柱。U型板安装在腰后板的背面，主立柱上端固定安装在肩颈主板中部，主立柱下端固定安装在U型板的背面，斜立柱左右设置有两个，两个斜立柱的下端与U型板均为转动连接。

上臂机构包括肩部连接板，肩部活动片，肩撑，肩关节驱动单元，和凸轮。肩部连接板，肩部活动片，肩撑和凸轮均对称设置在主立柱和肩颈主板的两侧；肩部连接板的一侧和肩颈主板转动连接，同时肩部连接板的底部和斜立柱转动连接，肩部连接板的另一侧转动连接有肩部活动片；肩部活动片与肩撑转动连接，凸轮与肩撑转动连接，肩撑侧部设置有凸轮接触面，凸轮的边缘与凸轮接触面相贴，肩关节驱动单元设置在凸轮底侧。

前臂机构包括肘关节驱动单元，肘关节驱动单元和上臂长度调节单元转动连接，肘关节驱动单元的一侧固定连接有支撑板。

在本发明的一种实施例中，凸轮外侧设置有辅助旋转组件，辅助旋转组件底侧与肩关节驱动单元连接，支撑板的一侧和肩关节驱动单元转动连接。

在本发明的一种实施例中，肩撑一侧固定连接有滑座，滑座上滑动连接有滑动板，滑动板一侧固定连接有连接座，连接座与凸轮一体化设置，肩关节驱动单元固定连接在连接座上。

在本发明的一种实施例中，凸轮与肩撑侧部的凸轮接触面，滑座，滑动板等构成滑动副，在肩关节驱动电机驱动外骨骼手臂作屈曲/伸展的同时，抬升整个手臂(上臂和前臂)，以跟随穿戴者的肩关节的骨骼运动。但这种抬升机构不仅仅限于滑动副，其他方式，如凸轮与凸轮对滚，带齿凸轮与带齿凸轮，齿轮与齿轮，齿轮与齿条，等方式都包含在内。在本发明的一种实施例中，肩关节驱动单元包括肩部连接部，肩部连接部和连接座转动连接，肩部连接部下端设置有伸缩杆，伸缩杆下端固定连接有前臂连接部。

在本发明的一种实施例中，肩关节驱动单元包括第一减速器，第一减速器固定连接在连接座上，第一减速器的输入端固定连接有肩关节同步带轮；