[发明专利]适应于肩部的外骨骼结构

说明书

本发明涉及一种外骨骼结构(1)，该外骨骼结构包括：‑旨在附接到使用者的背部的背部组件(2)；‑旨在附接到使用者的臂的臂组件(3)；‑将背部组件(2)连接到臂组件(3)的肩部连接装置(4)，该肩部连接装置(4)包括第一枢轴(10)、第二枢轴(12)以及第三枢轴(14)，从而使得臂组件(3)能够相对于背部组件(2)围绕第一旋转轴线(X1)、第二旋转轴线(X2)以及第三旋转轴线(X3)旋转，其中，第二枢轴(12)被设计成使得使得当使用者站立且臂沿身体放松时，第二旋转轴线(X2)与使用者的肩部的外展/内收轴线形成非零角度，并且与使用者的肩部的屈曲/伸展轴线形成非零角度。

技术领域

本发明涉及外骨骼结构。

背景技术

力辅助外骨骼是复制人体骨骼的结构并能够改善人体的身体能力的机械结构。

存在不同类型的力辅助外骨骼，这取决于使用者要完成的任务。每种类型的外骨骼都可以在完成某些任务期间限制或减小使用者提供的力。

例如存在如下的外骨骼结构，该外骨骼结构使得当使用者完成需要肩部运动的任务时，特别是在举起和搬运负载时，能够为使用者提供辅助。

然而，这些结构通常并不能够适应于肩部的所有运动。例如，这些结构能够使臂进行屈曲伸展运动，但是不能够使臂进行外展和内收运动。

然而，肩部复合体是具有六个累积自由度的复杂关节系统(结合了肩胛骨运动和这样的肩部运动)。

还提出了其他结构，以允许更好地再现肩部的运动。然而，这些结构通常具有相当大的体积，这阻碍了使用者的移动性。

此外，在这些结构中多个个致动器的集成导致结构的质量和能量消耗的增加。

最后，应该注意的是，在肩部进行某些顺序的运动期间，某些外骨骼结构可能会通过称为“奇异点”的构造，从而导致结构卡阻。结构的卡阻是自由度的损失，这种自由度的损失发生在结构的两个旋转轴线彼此对齐的构造中。这些卡阻情况至少需要进行已导致奇异点的一系列动作的逆过程以使使用者自由运动，甚至可能损坏外骨骼结构并给使用者带来不适。

发明内容

本发明的一个目的是提出一种外骨骼结构，该外骨骼结构能提供肩部的更大的运动自由度，同时仍是紧凑的。

在本发明的范围内通过如下的外骨骼结构而能够实现该目的，该外骨骼结构包括：

-旨在附接到使用者的背部的背部组件，

-旨在附接到使用者的臂的臂组件，

-将背部组件连接到臂组件的肩部连接装置，所述肩部连接装置包括：第一连接部件；第一枢轴，该第一枢轴将第一连接部件连接到背部组件，同时使得第一连接部件能够相对于背部组件围绕与使用者的肩部的内/外旋转轴线平行的第一旋转轴线旋转；第二连接部件；第二枢轴，该第二枢轴将第一连接部件连接至第二连接部件，同时使得第二连接部件能够相对于第一连接部件围绕与第一旋转轴线正交的第二旋转轴线旋转；第三枢轴，该第三枢轴将第二连接部件连接至臂组件，同时使得臂组件能够相对于第二连接部件围绕与第二旋转轴线正交的第三旋转轴线旋转，

其中，第二枢轴被布置为使得当使用者站立且臂沿身体放松时，第二旋转轴线与使用者的肩部的外展/内收轴线形成非零角度，并且与使用者肩部的屈曲/伸展轴线形成非零角度。

在这种类型的结构中，第二旋转轴线与使用者的肩部的外展/内收轴线以及使用者的肩部的屈曲/伸展轴线均形成非零角度。因此，可以设计一种如下的结构，在该结构中，单个致动器既使得能够在肩部的外展/内收运动期间和在肩部的屈曲/伸展运动期间辅助使用者，这使得能够减少结构的质量及其能耗。