[发明专利]穿戴式绳驱动上肢外骨骼康复机器人的仿人臂骨架

摘要

本发明公开了一种穿戴式绳驱动上肢外骨骼康复机器人的仿人臂骨架，该仿人臂骨架包括有柔性肘关节组件(1)、上臂组件(2)、前臂组件(3)以及与绳子一端固定的绳紧固件，绳子另一端固定在电机输出轴的线轮上，通过电机牵引绳子运动实现康复者的肩部和肘部基于生物学机理的运动。本发明设计的仿人臂骨架能够实现康复者的上肢的抬臂、摆臂、转臂以及肘关节的内屈外伸运动，并能够提高外骨骼康复机器人的安全性。

主权项

1.一种穿戴式绳驱动上肢外骨骼康复机器人的仿人臂骨架，其特征在于：仿人臂骨架包括有肘关节组件(1)、上臂组件(2)、前臂组件(3)和六条绳子(10A～10F)；肘关节组件(1)由肘部上连杆(1A)、肘部下连杆(1B)、肘关节结构体(1C)、关节轴(1D)、深沟球轴承(1E)和肘部端盖(1F)组成；上臂组件(2)包括有上臂环(2A)、上骨架(2B)、三组跟随夹板组(21、22、23)、三个T形件(2C、2D、2E)、六个绳紧固件(2F、2G、2H、2I、2J、2K)；前臂组件(3)包括有下臂环(3A)、下骨架(3B)、三组跟随夹板组(31、32、33)、三个T形件(3C、3D、3E)、二个绳紧固件(3F、3G)；肘部上连杆(1A)的上端与上臂组件(2)的BA夹板(21A)的下端固定，肘部上连杆(1A)的下端与肘关节结构体(1C)的凸块(1C1)固定；肘部下连杆(1B)的上端与肘关节结构体(1C)的肘部端盖(1F)固定，肘部下连杆(1B)的下端与前臂组件(3)的CB夹板(32A)的上端固定；肘关节结构体(1C)的中部设有用于固定关节轴(1D)一端的凹腔(1C4)；肘关节结构体(1C)的一端设有凸块(1C1)，凸块(1C1)上设有用于AA螺钉(1G)穿过的AD通孔(1C2)；肘关节结构体(1C)的另一端设有外圆盘体(1C3)和内圆环(1C5)，外圆盘体(1C3)与内圆环(1C5)之间是A组簧片(1M)、B组簧片(1N)、C组簧片(1P)和D组簧片(1Q)；上臂环(2A)为U形结构体；上臂环(2A)的环体上设有滑槽(2A4、2A5、2A6)，通过所述滑槽将上臂环环体分为内侧的上固定环(2A0)和外侧的上导轨环(2A9‑1、2A9‑2、2A9‑3)；上骨架(2B)上设有BA肋条(2B1)、BB肋条(2B2)、BC肋条(2B3)；BA肋条(2B1)的外面板上固定有BA‑T形件(2C)，BA肋条(2B1)的内面板上固定有BA跟随夹板组(21)；BB肋条(2B2)的外面板上固定有BB‑T形件(2D)，BB肋条(2B2)的内面板上固定有BB跟随夹板组(22)；BC肋条(2B3)的外面板上固定有BC‑T形件(2E)，BC肋条(2B3)的内面板上固定有BC跟随夹板组(23)；上臂组件（2）的三个T形件(2C、2D、2E)一方面用于支撑起上臂环(2A)，另一方面起到限定上骨架(2B)与上臂环(2A)之间的距离；BA‑T 形件(2C)上设有BA竖板(2C1)、BB竖板(2C2)和BA横板(2C3)，BA竖板(2C1)与BB竖板(2C2)之间是BA‑U形槽(2C4)；所述BA‑U形槽(2C4)中用于放置上臂环(2A)的BA凸台(2A1)；BB‑T形件(2D)上设有BC竖板(2D1)、BD竖板(2D2)和BB横板(2D3)，BC竖板(2D1)与BD竖板(2D2)之间是BB‑U形槽(2D4)；所述BB‑U形槽(2D4)中用于放置上臂环(2A)的BB凸台(2A2)；BC‑T形件(2E)上设有BE竖板（2E1）、BF竖板（2E2）和BC横板（2E3），BE竖板(2E1)与BF竖板(2E2)之间是BC‑U形槽(2E4)；所述BC‑U形槽(2E4)中用于放置上臂环(2A)的BC凸台(2A3)；BA跟随夹板组(21)包括有BA夹板(21A)、BA滑块(21B)和BA摆动件(21C)；BA夹板(21A)的上端设有BA十字槽(21A2)，所述BA十字槽(21A2)用于放置BA轴连接件(21B1)；BA夹板(21A)的下端设有BA螺纹孔(21A1)，BA螺纹孔(21A1)用于安装BB轴连接件(21C1)的BA螺纹圆柱(21C11)；BA滑块(21B)由BA轴连接件(21B1)、BA螺纹杆(21B2)、BA螺母(21B3)和BB螺母(21B4)构成；BA轴连接件(21B1)上设有用于连接BA螺纹杆(21B2)一端的BB螺纹孔(21B11)；BA螺纹杆(21B2)的另一端穿过BA螺母(21B3)、上骨架(2B)上的通孔后连接BB螺母(21B4)；BA摆动件(21C)由BB轴连接件(21C1)、BA中间块(21C5)、BB螺纹杆(21C2)、BC螺母(21C3)和BD螺母(21C4)构成；BB轴连接件(21C1)的一端是BA螺纹圆柱(21C11)，BB轴连接件(21C1)的另一端有BA凸耳(21C12)和BB凸耳(21C13)，且BA凸耳(21C12)与BB凸耳(21C13)之间通过BA轴螺钉(21C6)安装有BA中间块(21C5)；BA中间块(21C5)上设有BA通孔(21C51)和BC螺纹孔(21C52)，且BA通孔(21C51)与BC螺纹孔(21C52)垂直设置；所述BA通孔(21C51)用于BA轴螺钉(21C6)穿过；所述BC螺纹孔(21C52)用于安装BB螺纹杆(21C2)的一端，BB螺纹杆(21C2)的另一端穿过BC螺母(21C3)、上骨架(2B)上的通孔后连接BD螺母(21C4)；BB跟随夹板组(22)包括有BB夹板(22A)、BB滑块(22B)和BB摆动件(22C)；BB夹板(22A)的上端设有BB十字槽(22A2)，所述BB十字槽(22A2) 用于放置BC轴连接件(22B1)；BB夹板(22A)的下端设有BD螺纹孔(22A1)，BD螺纹孔(22A1)用于安装BD轴连接件(22C1)的BB螺纹圆柱(22C11)；BB滑块(22B)由BC轴连接件(22B1)、BC螺纹杆(22B2)、BE螺母(22B3)和BF螺母(22B4)构成；BC轴连接件(22B1)上设有用于连接BC螺纹杆(22B2)一端的BE螺纹孔(22B11)；BC螺纹杆(22B2)的另一端穿过BE螺母(22B3)、上骨架(2B)上的通孔后连接BF螺母(22B4)；BB摆动件(22C)由BD轴连接件(22C1)、BB中间块(22C5)、BD螺纹杆(22C2)、BG螺母(22C3)和BH螺母(22C4)构成；BD轴连接件(22C1)的一端是BB螺纹圆柱(22C11)，BD轴连接件(22C1)的另一端有BC凸耳(22C12)和BD凸耳(22C13)，且BC凸耳(22C12)与BD凸耳(22C13)之间通过BB轴螺钉(22C6)安装有BB中间块(22C5)；BB中间块(22C5)上设有BB通孔(22C51)和BF螺纹孔(22C52)，且BB通孔(22C51)与BF螺纹孔(22C52)垂直设置；所述BB通孔(22C51)用于BB轴螺钉(22C6)穿过；所述BF螺纹孔(22C52)用于安装BD螺纹杆(22C2)的一端，BD螺纹杆(22C2)的另一端穿过BG螺母(22C3)、上骨架(2B)上的通孔后连接BH螺母(22C4)；BC跟随夹板组(23)包括有BC夹板(23A)、BC滑块(23B)和BC摆动件(23C)；BC夹板(23A)的上端设有BC十字槽(23A2)，所述BC十字槽(23A2)用于放置BE轴连接件(23B1)；BC夹板(23A)的下端设有BG螺纹孔(23A1)，BG螺纹孔(23A1)用于安装BF轴连接件(23C1)的BC螺纹圆柱(23C11)；BC滑块(23B)由BE轴连接件(23B1)、BE螺纹杆(23B2)、BI螺母(23B3)和BJ螺母(23B4)构成；BE轴连接件(23B1)上设有用于连接BE螺纹杆(23B2)一端的BH螺纹孔(23B11)；BE螺纹杆(23B2)的另一端穿过BI螺母(23B3)、上骨架(2B)上的通孔后连接BJ螺母(23B4)；BC摆动件(23C)由BF轴连接件(23C1)、BC中间块(23C5)、BF螺纹杆(23C2)、BK螺母(23C3)和BL螺母(23C4)构成；BF轴连接件(23C1)的一端是BC螺纹圆柱(23C11)，BF轴连接件(23C1)的另一端有BE凸耳(23C12)和BF凸耳(23C13)，且BE凸耳(23C12)与BF凸耳(23C13)之间通过BC轴螺钉(23C6)安装有BC中间块(23C5)；BC中间块(23C5)上设有BC通孔(23C51)和BI螺纹孔(23C52)，且BC通孔(23C51)与BI螺纹孔(23C52)垂直设置；所述BC通孔(23C51)用于BC轴螺钉(23C6)穿过；所述BI螺纹孔(23C52)用于安装BF螺纹杆(23C2)的一端，BF螺纹杆(23C2)的另一端穿过BK螺母(23C3)、上骨架(2B)上的通孔后连接BL螺母(23C4)；CA跟随夹板组(31)包括有CA夹板(31A)、CA滑块(31B)和CA摆动件(31C)；CA夹板(31A)的上端设有CA十字槽(31A2)，所述CA十字槽(31A2)用于放置CA轴连接件(31B1)；CA夹板(31A)的下端设有CA螺纹孔(31A1)，CA螺纹孔(31A1)用于安装CB轴连接件(31C1)的CA螺纹圆柱(31C11)；CA滑块(31B)由CA轴连接件(31B1)、CA螺纹杆(31B2)、CA螺母(31B3)和CB螺母(31B4)构成；CA轴连接件(31B1)上设有用于连接CA螺纹杆(31B2)一端的CB螺纹孔(31B11)；CA螺纹杆(31B2)的另一端穿过CA螺母(31B3)、上骨架(2B)上的通孔后连接CB螺母(31B4)；CA摆动件(31C)由CB轴连接件(31C1)、CA中间块(31C5)、CB螺纹杆(31C2)、CC螺母(31C3)和CD螺母(31C4)构成；CB轴连接件(31C1)的一端是CA螺纹圆柱(31C11)，CB轴连接件(31C1)的另一端有CA凸耳(31C12)和CB凸耳(31C13)，且CA凸耳(31C12)与CB凸耳(31C13)之间通过CA轴螺钉(31C6)安装有CA中间块(31C5)；CA中间块(31C5)上设有CA通孔(31C51)和CC螺纹孔(31C52)，且CA通孔(31C51)与CC螺纹孔(31C52)垂直设置；所述CA通孔(31C51)用于CA轴螺钉(31C6)穿过；所述CC螺纹孔(31C52)用于安装CB螺纹杆(31C2)的一端，CB螺纹杆(31C2)的另一端穿过CC螺母(31C3)、上骨架(2B)上的通孔后连接CD螺母(31C4)；CB跟随夹板组(32)包括有CB夹板(32A)、CB滑块(32B)和CB摆动件(32C)；CB夹板(32A)的上端设有CB十字槽(32A2)，所述CB十字槽(32A2)用于放置CC轴连接件(32B1)；CB夹板(32A)的下端设有CD螺纹孔(32A1)，CD螺纹孔(32A1)用于安装CD轴连接件(32C1)的CB螺纹圆柱(32C11)；CB滑块(32B)由CC轴连接件(32B1)、CC螺纹杆(32B2)、CE螺母(32B3) 和CF螺母(32B4)构成；CC轴连接件(32B1)上设有用于连接CC螺纹杆(32B2)一端的CE螺纹孔(32B11)；CC螺纹杆(32B2)的另一端穿过CE螺母(32B3)、上骨架(2B)上的通孔后连接CF螺母(32B4)；CB摆动件(32C)由CD轴连接件(32C1)、CB中间块(32C5)、CD螺纹杆(32C2)、CG螺母(32C3)和CH螺母(32C4)构成；CD轴连接件(32C1)的一端是CB螺纹圆柱(32C11)，CD轴连接件(32C1)的另一端有CC凸耳(32C12)和CD凸耳(32C13)，且CC凸耳(32C12)与CD凸耳(32C13)之间通过CB轴螺钉(32C6)安装有CB中间块(32C5)；CB中间块(32C5)上设有CB通孔(32C51)和CF螺纹孔(32C52)，且CB通孔(32C51)与CF螺纹孔(32C52)垂直设置；所述CB通孔(32C51)用于CB轴螺钉(32C6)穿过；所述CF螺纹孔(32C52)用于安装CD螺纹杆(32C2)的一端，CD螺纹杆(32C2)的另一端穿过CG螺母(32C3)、上骨架(2B)上的通孔后连接CH螺母(32C4)；CC跟随夹板组(33)包括有CC夹板(33A)、CC滑块(33B)和CC摆动件(33C)；CC夹板(33A)的上端设有CC十字槽(33A2)，所述CC十字槽(33A2)用于放置CE轴连接件(33B1)；CC夹板(33A)的下端设有CG螺纹孔(33A1)，CG螺纹孔(33A1)用于安装CF轴连接件(33C1)的CC螺纹圆柱(33C11)；CC滑块(33B)由CE轴连接件(33B1)、CE螺纹杆(33B2)、CI螺母(33B3)和CJ螺母(33B4)构成；CE轴连接件(33B1)上设有用于连接CE螺纹杆(33B2)一端的CH螺纹孔(33B11)；CE螺纹杆(33B2)的另一端穿过CI螺母(33B3)、上骨架(2B)上的通孔后连接CJ螺母(33B4)；CC摆动件(33C)由CF轴连接件(33C1)、CC中间块(33C5)、CF螺纹杆(33C2)、CK螺母(33C3)和CL螺母(33C4)构成；CF轴连接件(33C1)的一端是CC螺纹圆柱(33C11)，CF轴连接件(33C1)的另一端有CE凸耳(33C12)和CF凸耳(33C13)，且CE凸耳(33C12)与CF凸耳(33C13)之间通过CC轴螺钉(33C6)安装有CC中间块(33C5)；CC中间块(33C5)上设有CC通孔(33C51)和CI螺纹孔(33C52)，且CC通孔(33C51)与CI螺纹孔(33C52)垂直设置；所述CC通孔(33C51)用于CC轴螺钉(33C6)穿过；所述CI螺纹孔(33C52)用于安装CF螺纹杆(33C2) 的一端，CF螺纹杆(33C2)的另一端穿过CK螺母(33C3)、上骨架(2B)上的通孔后连接CL螺母(33C4)；下臂环(3A)为U形结构体；下臂环(3A)的环体上设有滑槽(3A4、3A5、3A6)，通过所述滑槽将下臂环环体分为内侧的下固定环(3A0)和外侧的上导轨环(3A9‑1、3A9‑2、3A9‑3)；下固定环(3A0)的内侧设有用于分别与前臂组件（3）的三个T形件(3C、3D、3E)连接的凸台(3A1、3A2、3A3)，通过凸台与T形件的连接，实现T形件的一端固定在下臂环(3A)上， T形件的另一端固定在下骨架(3B)上；下骨架（3B）上设有CA肋条(3B1)、CB肋条(3B2)、CC肋条(3B3)；CA肋条(3B1)的外面板上固定有CA‑T形件(3C)，CA肋条(3B1)的内面板上固定有CA跟随夹板组(31)；CB肋条(3B2)的外面板上固定有CB‑T形件(3D)，CB肋条(3B2)的内面板上固定有CB跟随夹板组(32)；CC肋条(3B3)的外面板上固定有CC‑T形件(3E)，CC肋条(3B3)的内面板上固定有CC跟随夹板组(33)；CA‑T形件(3C)上设有CA竖板(3C1)、CB竖板(3C2)和CA横板(3C3)，CA竖板(3C1)与CB竖板(3C2)之间是CA‑U形槽(3C4)；所述CA‑U形槽(3C4)中用于放置下臂环(3A)的CA凸台(3A1)，且通过螺钉与螺母的配合实现固定；所述CA横板(3C3)的两端设有用于螺钉穿过的通孔；CB‑T形件(3D)上设有CC竖板(3D1)、CD竖板(3D2)和CB横板(3D3)，CC竖板(3D1)与CD竖板(3D2)之间是CB‑U形槽(3D4)；所述CB‑U形槽(3D4)中用于放置下臂环(3A)的CB凸台(3A2)，且通过螺钉与螺母的配合实现固定；所述CB横板(3D3)的两端设有用于螺钉穿过的通孔；CC‑T形件(3E)上设有CE竖板(3E1)、CF竖板(3E2)和CC横板(3E3)，CE竖板(3E1)与CF竖板(3E2)之间是CC‑U形槽(3E4)；所述CC‑U形槽(3E4)中用于放置下臂环(3A)的CC凸台(3A3)，且通过螺钉与螺母的配合实现固定；所述CC横板(3E3)的两端设有用于螺钉穿过的通孔；BA绳紧固件(2F)由BA‑L形件(2F1)、BA压板(2F2)和BA自润滑轴承(2F3)构成；BA‑L形件(2F1)上设有用于放置BA自润滑轴承(2F3)的BA 轴通孔(2F11)；BA‑L形件(2F1)与BA压板(2F2)通过螺钉与螺母配合固定在BA上导轨环(2A9‑1)上；第一绳子(10A)的输出绳端与直流电机的输出轴上的线轮连接，第一绳子(10A)的轴承绳端经AA绳紧固件(11A)的自润滑轴承后连接在BA绳紧固件(2F)的BA自润滑轴承(2F3)上；BB绳紧固件(2G)由BB‑L形件(2G1)、BB压板(2G2)和BB自润滑轴承(2G3)构成；BB‑L形件(2G1)上设有用于放置BB自润滑轴承(2G3)的BB轴通孔(2G11)；BB‑L形件(2G1)与BB压板(2G2)通过螺钉与螺母配合固定在BB上导轨环(2A9‑2)上；第五绳子(10E)的输出绳端与直流电机的输出轴上的线轮连接，第五绳子(10E)的轴承绳端经BB绳紧固件(2G)的BB自润滑轴承(2G3)后连接在CA绳紧固件(3F)的CA自润滑轴承(3F3)上；BC绳紧固件(2H)由BC‑L形件(2H1)、BC压板(2H2)和BC自润滑轴承(2H3)构成；BC‑L形件(2H1)上设有用于放置BC自润滑轴承(2H3)的BC轴通孔(2H11)；BC‑L形件(2H1)与BC压板(2H2)通过螺钉与螺母配合固定在BB上导轨环(2A9‑2)上；第二绳子(10B)的输出绳端与直流电机的输出轴上的线轮连接，第二绳子(10B)的轴承绳端经AB绳紧固件(11B)的自润滑轴承后连接在BC绳紧固件(2H)的BC自润滑轴承(2H3)上；BD绳紧固件(2I)由BD‑L形件(2I1)、BD压板(2I2)和BD自润滑轴承(2I3)构成；BD‑L形件(2I1)上设有用于放置BD自润滑轴承(2I3)的BD轴通孔(2I11)；BD‑L形件(2I1)与BD压板(2I2)通过螺钉与螺母配合固定在BB上导轨环(2A9‑2)上；第三绳子(10C)的输出绳端与直流电机的输出轴上的线轮连接，第三绳子（10C）的轴承绳端经AC绳紧固件(11C)的自润滑轴承后连接在BD绳紧固件(2I)的BD自润滑轴承(2I3)上；BE绳紧固件(2J)由BE‑L形件(2J1)、BE压板(2J2)和BE自润滑轴承(2J3)构成；BE‑L形件(2J1)上设有用于放置BJ自润滑轴承(2F3)的BE轴通孔(2J11)；BE‑L形件(2J1)与BE压板(2J2)通过螺钉与螺母配合固定在BB上导轨环(2A9‑2)上；第四绳子(10D)的输出绳端与直流电机的输出轴上的线轮连接，第四绳子(10D)的轴承绳端经AD绳紧固件(11D)的自润滑轴承后连接在BE绳紧固件(2J)的BE自润滑轴承(2J3)上；BF绳紧固件(2K)由BF‑L形件(2K1)、BF压板(2K2)和BF自润滑轴承(2K3)构成；BF‑L形件(2K1)上设有用于放置BF自润滑轴承(2K3)的BF轴通孔(2K11)；BF‑L形件(2K1)与BF压板(2K2)通过螺钉与螺母配合固定在BC上导轨环(2A9‑3)上；第六绳子(10F)的输出绳端与直流电机的输出轴上的线轮连接，第六绳子(10F)的轴承绳端经BF绳紧固件(2K)的BF自润滑轴承(2K3)后连接在CB绳紧固件(3G)的CB自润滑轴承(3G3)上。