一種氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的上肢外骨骼助力機(jī)構(gòu)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的上肢外骨骼助力機(jī)構(gòu)。包括兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的單臂部件和背部支架；兩個(gè)單臂部件中的肩關(guān)節(jié)分別安裝在背部支架頂板的兩側(cè)上，兩個(gè)肘關(guān)節(jié)軸經(jīng)各自的肘部鋼絲牽引線(xiàn)與背部支架中各自的氣動(dòng)肌肉連接，兩個(gè)肩關(guān)節(jié)軸分別經(jīng)各自的肩部鋼絲牽引線(xiàn)與背部支架中各自的氣動(dòng)肌肉連接。單臂部件共四個(gè)自由度，分別是肘部的屈-伸、肩關(guān)節(jié)的屈-伸、肩關(guān)節(jié)的外展-內(nèi)收和肩關(guān)節(jié)的旋內(nèi)-旋外轉(zhuǎn)動(dòng)副。穿戴好氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的助力外骨骼上肢后，借助氣動(dòng)肌肉收縮產(chǎn)生的拉力，在穿戴者托舉重物時(shí)可提高托舉強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)提升穿戴人員的機(jī)能力量。本實(shí)用新型在軍事行動(dòng)和災(zāi)難救援、救護(hù)等人的力量不足以支持所需負(fù)荷的場(chǎng)合，具有重要意義。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的上肢外骨骼助力機(jī)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及仿生結(jié)構(gòu)的機(jī)器人，尤其是涉及一種氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的上肢外骨骼助力機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]外骨骼技術(shù)是一種可穿戴式機(jī)器人技術(shù)，模仿生物界的外骨骼開(kāi)發(fā)的一種新型機(jī)電一體化裝置，可穿戴在操作者的身體外部，為操作者提供了諸如保護(hù)、身體支撐、運(yùn)動(dòng)輔助等功能。
[0003]外骨骼的驅(qū)動(dòng)大多數(shù)采用電機(jī)或液壓方式完成，只有少數(shù)采用氣壓方式驅(qū)動(dòng)，且主要見(jiàn)于醫(yī)療康復(fù)治療等輕載應(yīng)用場(chǎng)合。電機(jī)驅(qū)動(dòng)的不足之處在于功率/質(zhì)量比較小，有限重量的電機(jī)難以承擔(dān)較大負(fù)荷。液壓驅(qū)動(dòng)的缺點(diǎn)，主要在于泄漏問(wèn)題、系統(tǒng)工作效率較低及系統(tǒng)成本高。氣壓驅(qū)動(dòng)方式，雖然具有工作介質(zhì)對(duì)環(huán)境和人體友好，元器件重量輕、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，但由于常規(guī)的氣缸執(zhí)行器與液壓缸相比功率/體積質(zhì)量比遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如，無(wú)法滿(mǎn)足有較大負(fù)荷要求但安裝空間有限、對(duì)輕便性要求較高的外骨骼助力系統(tǒng)的需要，沒(méi)能得到廣泛應(yīng)用。
[0004]但隨著近年來(lái)新型氣動(dòng)元件一氣動(dòng)肌肉(Pneumatic Muscle Actuator, PMA)的出現(xiàn)，因其優(yōu)良的功率/體積比和功率/質(zhì)量比，使氣壓驅(qū)動(dòng)在外骨骼助力系統(tǒng)中逐步替代液壓驅(qū)動(dòng)成為了可能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的在于提供一種氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的上肢外骨骼助力機(jī)構(gòu)，可以提升穿戴人員的機(jī)能力量，并完成重物托舉。
[0006]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:
[0007]本實(shí)用新型包括兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的單臂部件和背部支架；單臂部件從下至上依次由小臂、肘關(guān)節(jié)、上臂和肩關(guān)節(jié)構(gòu)成，兩個(gè)單臂部件中的肩關(guān)節(jié)分別安裝在背部支架頂板的兩側(cè)上，兩個(gè)肘關(guān)節(jié)軸經(jīng)各自的肘部鋼絲牽引線(xiàn)與背部支架中各自的氣動(dòng)肌肉連接，兩個(gè)肩關(guān)節(jié)軸分別經(jīng)各自的肩部鋼絲牽引線(xiàn)與背部支架中各自的氣動(dòng)肌肉連接。
[0008]所述小臂，包括L形小臂托板和小臂桿；L形小臂托板安裝在小臂桿的一端外側(cè)面上。
[0009]所述肘關(guān)節(jié)，包括肘關(guān)節(jié)軸、軸端擋圈、肘關(guān)節(jié)聯(lián)軸器、肘關(guān)節(jié)角位移傳感器和肘關(guān)節(jié)角位移傳感器安裝板；小臂桿的另一端與上臂底桿的一端通過(guò)肘關(guān)節(jié)軸連接形成肘部的屈-伸轉(zhuǎn)動(dòng)副，上臂底桿的一端與肘關(guān)節(jié)軸之間通過(guò)上臂底桿的一端外側(cè)的軸端擋圈進(jìn)行軸向定位，位于軸端擋圈外的肘關(guān)節(jié)軸與肘關(guān)節(jié)聯(lián)軸器相連；肘關(guān)節(jié)角位移傳感器通過(guò)肘關(guān)節(jié)角位移傳感器安裝板安裝在肘關(guān)節(jié)聯(lián)軸器的外側(cè)，肘關(guān)節(jié)角位移傳感器一端伸出軸插入肘關(guān)節(jié)聯(lián)軸器一端的中心孔中，肘關(guān)節(jié)軸一端伸出軸插入肘關(guān)節(jié)聯(lián)軸器另一端的中心孔中；肘關(guān)節(jié)角位移傳感器與肘關(guān)節(jié)軸之間通過(guò)肘關(guān)節(jié)聯(lián)軸器相連實(shí)現(xiàn)同步轉(zhuǎn)動(dòng)；肘關(guān)節(jié)角位移傳感器安裝板安裝在上臂底桿的外側(cè)。
[0010]所述上臂，包括第一gamma形走線(xiàn)板、上臂底桿、上臂頂桿和第二 r形走線(xiàn)板；上臂底桿的另一端底面開(kāi)有沿長(zhǎng)度方向的導(dǎo)軌槽，上臂底桿的另一端上面開(kāi)有一段與所述導(dǎo)軌槽相通的凹槽，上臂頂桿一端側(cè)面有凸起導(dǎo)軌，上臂底桿導(dǎo)軌槽與上臂頂桿凸起導(dǎo)軌相嵌并通過(guò)螺栓定位，改變上臂底桿和上臂頂桿配合的長(zhǎng)度即改變整個(gè)上臂的長(zhǎng)度，第一gamma形走線(xiàn)板的一邊固定在上臂底桿的一端側(cè)面，第二gamma形走線(xiàn)板的一邊固定在上臂頂桿的另一端側(cè)面。
[0011]所述肩關(guān)節(jié)，包括肩關(guān)節(jié)軸、肩部第一直角連接板、第一轉(zhuǎn)軸、肩部第二直角連接板、第二轉(zhuǎn)軸、肩寬可調(diào)板、導(dǎo)軌、肩部直角加強(qiáng)筋、肩關(guān)節(jié)聯(lián)軸器、肩關(guān)節(jié)角位移傳感器、肩關(guān)節(jié)角位移傳感器安裝板和平板走線(xiàn)板；上臂頂桿的另一端與肩部第一直角連接板一邊通過(guò)肩關(guān)節(jié)軸相連，從而形成肩關(guān)節(jié)的屈-伸轉(zhuǎn)動(dòng)副；肩部第一直角連接板另一邊和肩部第二直角連接板通過(guò)第一轉(zhuǎn)軸連接，從而形成肩關(guān)節(jié)的外展-內(nèi)收轉(zhuǎn)動(dòng)副；肩部第二直角連接板與肩寬可調(diào)板一端通過(guò)第二轉(zhuǎn)軸連接，從而形成肩關(guān)節(jié)的旋內(nèi)-旋外轉(zhuǎn)動(dòng)副；肩寬可調(diào)板底面沿長(zhǎng)度方向開(kāi)有凹槽，導(dǎo)軌的一端相嵌在肩寬可調(diào)板凹槽內(nèi)通過(guò)螺栓定位，從而改變兩肩關(guān)節(jié)之間的距離，導(dǎo)軌的另一端固定在背部支架的頂板上面的兩側(cè)；肩關(guān)節(jié)角位移傳感器通過(guò)肩關(guān)節(jié)角位移傳感器安裝板安裝在肩關(guān)節(jié)聯(lián)軸器的外側(cè)，肩關(guān)節(jié)角位移傳感器一端伸出軸插入肩關(guān)節(jié)聯(lián)軸器一端的中心孔中，肩關(guān)節(jié)軸一端伸出軸插入肩關(guān)節(jié)聯(lián)軸器另一端的中心孔中；肩關(guān)節(jié)角位移傳感器與肩關(guān)節(jié)軸之間通過(guò)肩關(guān)節(jié)聯(lián)軸器相連實(shí)現(xiàn)同步轉(zhuǎn)動(dòng)；肩關(guān)節(jié)角位移傳感器安裝板安裝在肩部第一直角連接板的直角面，平板走線(xiàn)板安裝在肩關(guān)節(jié)角位移傳感器安裝板外側(cè)。
[0012]所述背部支架，包括頂板、底板、七根背部立柱、四個(gè)雙耳吊環(huán)、四根氣動(dòng)肌肉、四個(gè)連接法蘭、兩根肘部鋼絲牽引線(xiàn)和兩根肩部鋼絲牽引線(xiàn)；七根背部立柱支撐在頂板和底板之間，四根氣動(dòng)肌肉的一端分別經(jīng)各自的連接法蘭固定在底板上，四根氣動(dòng)肌肉的另一端分別與雙耳吊環(huán)連接，兩根肘部鋼絲牽引線(xiàn)和兩根肩部鋼絲牽引線(xiàn)的一端分別穿過(guò)頂板后，與各自的雙耳吊環(huán)連接，四根氣動(dòng)肌肉的一端分別與氣源相連。
[0013]本實(shí)用新型具有的有益效果是:
[0014]本實(shí)用新型采用了一種具有類(lèi)似人類(lèi)肌肉輸出特性的柔性執(zhí)行器一氣動(dòng)肌肉(Pneumatic Muscle Actuator, PMA),使氣壓驅(qū)動(dòng)在外骨骼助力系統(tǒng)中逐步替代液壓驅(qū)動(dòng)成為了可能。同時(shí)也滿(mǎn)足了清潔、質(zhì)量輕、價(jià)格低、柔順性好等要求。穿戴者穿戴好氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的助力外骨骼上肢后，借助氣動(dòng)肌肉收縮產(chǎn)生的拉力，在穿戴者托舉重物時(shí)可大幅度提高托舉強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)提升穿戴人員的機(jī)能力量的目的。本實(shí)用新型在軍事行動(dòng)和災(zāi)難救援、救護(hù)等人的力量不足以支持所需負(fù)荷的場(chǎng)合，具有重要意義。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是基于氣動(dòng)肌肉的助力外骨骼上肢的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是小臂的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖3是肘關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖4是上臂的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖5是肩關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)不意圖。[0020]圖6是背部支架的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖中:1、小臂，2、肘關(guān)節(jié)，3、上臂，4、肩關(guān)節(jié)，5、背部支架，6、T形小臂托板，7、小
臂桿，8、肘關(guān)節(jié)軸，9、軸端擋圈，10、肘關(guān)節(jié)聯(lián)軸器，11、肘關(guān)節(jié)角位移傳感器，12、肘關(guān)節(jié)角位移傳感器安裝板，13、第一走T形線(xiàn)板，14、上臂底桿，15、上臂頂桿，16、第二 T形走線(xiàn)板，17、肩關(guān)節(jié)軸，18、肩部第一直角連接板，19、第一轉(zhuǎn)軸，20、肩部第二直角連接板，21、第二轉(zhuǎn)軸，22、肩寬可調(diào)板，23、導(dǎo)軌，24、肩部直角加強(qiáng)筋，25、肩關(guān)節(jié)聯(lián)軸器，26、肩關(guān)節(jié)角位移傳感器，27、肩關(guān)節(jié)角位移傳感器安裝板，28、平板走線(xiàn)板，29、頂板，30、底板，31、背部立柱，32、背部靠板，33、雙耳吊環(huán)，34、氣動(dòng)肌肉，35、連接法蘭，36、肘部鋼絲牽引線(xiàn)，37、肩部鋼絲牽引線(xiàn)。
【具體實(shí)施方式】
[0022]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0023]如圖1所示，本實(shí)用新型包括兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的單臂部件和背部支架5 ;單臂部件從下至上依次由小臂1、肘關(guān)節(jié)2、上臂3和肩關(guān)節(jié)4構(gòu)成，兩個(gè)單臂部件中的肩關(guān)節(jié)4分別安裝在背部支架5頂板的兩側(cè)上，兩個(gè)肘關(guān)節(jié)軸經(jīng)各自的肘部鋼絲牽引線(xiàn)36與背部支架5中各自的氣動(dòng)肌肉連接，兩個(gè)肩關(guān)節(jié)軸分別經(jīng)各自的肩部鋼絲牽引線(xiàn)37與背部支架5中各自的氣動(dòng)肌肉連接。單臂部件共四個(gè)自由度，分別是肘部的屈-伸、肩關(guān)節(jié)的屈-伸、肩關(guān)節(jié)的外展-內(nèi)收和肩關(guān)節(jié)的旋內(nèi)-旋外轉(zhuǎn)動(dòng)副。
[0024]如圖2所示，所述小臂1，包括T形小臂托板6和小臂桿7;T形小臂托板6安裝在小臂桿7的一端外側(cè)面上。
[0025]如圖3所示，所述肘關(guān)節(jié)2，包括肘關(guān)節(jié)軸8、軸端擋圈9、肘關(guān)節(jié)聯(lián)軸器10、肘關(guān)節(jié)角位移傳感器11和肘關(guān)節(jié)角位移傳感器安裝板12 ;小臂桿7的另一端與上臂底桿14的一端通過(guò)肘關(guān)節(jié)軸8連接形成肘部的屈-伸轉(zhuǎn)動(dòng)副，上臂底桿14的一端與肘關(guān)節(jié)軸8之間通過(guò)上臂底桿14的一端外側(cè)的軸端擋圈9進(jìn)行軸向定位,位于軸端擋圈9外的肘關(guān)節(jié)軸8與肘關(guān)節(jié)聯(lián)軸器10相連；肘關(guān)節(jié)角位移傳感器11通過(guò)肘關(guān)節(jié)角位移傳感器安裝板12安裝在肘關(guān)節(jié)聯(lián)軸器10的外側(cè)，肘關(guān)節(jié)角位移傳感器11 一端伸出軸插入肘關(guān)節(jié)聯(lián)軸器10 —端的中心孔中，肘關(guān)節(jié)軸8 —端伸出軸插入肘關(guān)節(jié)聯(lián)軸器10另一端的中心孔中；肘關(guān)節(jié)角位移傳感器11與肘關(guān)節(jié)軸8之間通過(guò)肘關(guān)節(jié)聯(lián)軸器10相連實(shí)現(xiàn)同步轉(zhuǎn)動(dòng)；從而可以測(cè)得肘關(guān)節(jié)軸8的旋轉(zhuǎn)角度；肘關(guān)節(jié)角位移傳感器安裝板12安裝在上臂底桿14的外側(cè)。
[0026]如圖4所示，所述上臂3，包括第一 T形走線(xiàn)板13、上臂底桿14、上臂頂桿15和第二 T形走線(xiàn)板16 ;上臂底桿14的另一端底面開(kāi)有沿長(zhǎng)度方向的導(dǎo)軌槽，上臂底桿14的另一端上面開(kāi)有一段與所述導(dǎo)軌槽相通的凹槽，上臂頂桿15 —端側(cè)面有凸起導(dǎo)軌，上臂底桿14導(dǎo)軌槽與上臂頂桿15凸起導(dǎo)軌相嵌并通過(guò)螺栓定位，改變上臂底桿14和上臂頂桿15配合的長(zhǎng)度即改變整個(gè)上臂的長(zhǎng)度，第一 T形走線(xiàn)板13的一邊固定在上臂底桿14的一端側(cè)面，第二 T形走線(xiàn)板16的一邊固定在上臂頂桿15的另一端側(cè)面。
[0027]改變上臂底桿14和上臂頂桿15配合的長(zhǎng)度即可改變整個(gè)上臂的長(zhǎng)度，可適應(yīng)不同上臂長(zhǎng)度的穿戴者。第一 T形走線(xiàn)板13、第二 T形走線(xiàn)板16的作用是引導(dǎo)肘部鋼絲牽引線(xiàn)36。對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)肘關(guān)節(jié)軸8的氣動(dòng)肌肉收縮34時(shí)，牽引肘部鋼絲牽引線(xiàn)36。肘部鋼絲牽引線(xiàn)36經(jīng)過(guò)平板走線(xiàn)板28、第二 T形走線(xiàn)板16、第一T形走線(xiàn)板13的引導(dǎo)，繞在肘關(guān)節(jié)軸8上，肘部鋼絲牽引線(xiàn)36的末端通過(guò)螺栓固定在肘關(guān)節(jié)軸8上。對(duì)肘關(guān)節(jié)軸8產(chǎn)生輔 助力矩，從而減輕穿戴者托舉重物時(shí)的負(fù)擔(dān)。
[0028]如圖5所示，所述肩關(guān)節(jié)4，包括肩關(guān)節(jié)軸17、肩部第一直角連接板18、第一轉(zhuǎn)軸 19、肩部第二直角連接板20、第二轉(zhuǎn)軸21、肩寬可調(diào)板22、導(dǎo)軌23、肩部直角加強(qiáng)筋24、肩關(guān) 節(jié)聯(lián)軸器25、肩關(guān)節(jié)角位移傳感器26、肩關(guān)節(jié)角位移傳感器安裝板27和平板走線(xiàn)板28 ;上 臂頂桿15的另一端與肩部第一直角連接板18—邊通過(guò)肩關(guān)節(jié)軸17相連，從而形成肩關(guān)節(jié) 的屈-伸轉(zhuǎn)動(dòng)副；肩部第一直角連接板18另一邊和肩部第二直角連接板20通過(guò)第一轉(zhuǎn)軸 19連接，從而形成肩關(guān)節(jié)的外展_內(nèi)收轉(zhuǎn)動(dòng)副；肩部第二直角連接板20與肩寬可調(diào)板22 — 端通過(guò)第二轉(zhuǎn)軸21連接，從而形成肩關(guān)節(jié)的旋內(nèi)-旋外轉(zhuǎn)動(dòng)副；肩寬可調(diào)板22底面沿長(zhǎng)度 方向開(kāi)有凹槽，導(dǎo)軌23的一端相嵌在肩寬可調(diào)板22凹槽內(nèi)通過(guò)螺栓定位，從而改變兩肩關(guān) 節(jié)之間的距離，導(dǎo)軌23的另一端固定在背部支架5的頂板29上面的兩側(cè)；肩關(guān)節(jié)角位移傳 感器26通過(guò)肩關(guān)節(jié)角位移傳感器安裝板27安裝在肩關(guān)節(jié)聯(lián)軸器25的外側(cè)，肩關(guān)節(jié)角位移 傳感器26 —端伸出軸插入肩關(guān)節(jié)聯(lián)軸器25 —端的中心孔中，肩關(guān)節(jié)軸17 —端伸出軸插入 肩關(guān)節(jié)聯(lián)軸器25另一端的中心孔中；肩關(guān)節(jié)角位移傳感器26與肩關(guān)節(jié)軸17之間通過(guò)肩關(guān) 節(jié)聯(lián)軸器25相連實(shí)現(xiàn)同步轉(zhuǎn)動(dòng)；肩關(guān)節(jié)角位移傳感器安裝板27安裝在肩部第一直角連接 板18的直角面，平板走線(xiàn)板28安裝在肩關(guān)節(jié)角位移傳感器安裝板27外側(cè)，肩部第一直角 連接板18直角處裝有肩部直角加強(qiáng)筋24。
[0029]平板走線(xiàn)板28用于肘部鋼絲牽引線(xiàn)36和肩部鋼絲牽引線(xiàn)37的導(dǎo)向；肩關(guān)節(jié)角位 移傳感器11通過(guò)肩關(guān)節(jié)角位移傳感器安裝板12安裝在肩關(guān)節(jié)聯(lián)軸器10的外側(cè)，肩關(guān)節(jié)角 位移傳感器11 一端伸出的軸插入肩關(guān)節(jié)聯(lián)軸器10 —邊的孔，肩關(guān)節(jié)軸8 一端伸出的軸插 入肩關(guān)節(jié)聯(lián)軸器10另一邊的孔；肩關(guān)節(jié)角位移傳感器11與肩關(guān)節(jié)軸8之間通過(guò)肩關(guān)節(jié)聯(lián) 軸器10相連實(shí)現(xiàn)同步轉(zhuǎn)動(dòng)。從而可以測(cè)得肩關(guān)節(jié)軸17的旋轉(zhuǎn)角度。
[0030]如圖6所示，所述背部支架5，包括頂板29、底板30、七根背部立柱31、四個(gè)雙耳吊 環(huán)33、四根氣動(dòng)肌肉34、四個(gè)連接法蘭35、兩根肘部鋼絲牽引線(xiàn)36和兩根肩部鋼絲牽引線(xiàn) 37 ;七根背部立柱31支撐在頂板29和底板30之間，四根氣動(dòng)肌肉34的一端分別經(jīng)各自的 連接法蘭35固定在底板30上，四根氣動(dòng)肌肉34的另一端分別與雙耳吊環(huán)33連接，兩根肘 部鋼絲牽引線(xiàn)36和兩根肩部鋼絲牽引線(xiàn)37的一端分別穿過(guò)頂板29后，與各自的雙耳吊環(huán) 33連接，四根氣動(dòng)肌肉34的一端分別與氣源相連，背部支架5的后面安裝有背部靠板32。
[0031]本實(shí)用新型的工作過(guò)程如下：
[0032]當(dāng)穿戴者需要助力時(shí)，穿戴者穿上本實(shí)用新型，將背部支架5和人體背部柔性連 接，小臂1和人體小臂柔性連接，肘關(guān)節(jié)2與人體肘關(guān)節(jié)柔性連接，上臂3和人體上臂柔性 連接，肩關(guān)節(jié)4與人體肩關(guān)節(jié)柔性連接。
[0033]當(dāng)人體上肢開(kāi)始托舉重物時(shí)，給對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)肘關(guān)節(jié)軸8的氣動(dòng)肌肉34充氣，氣動(dòng)肌 肉34收縮時(shí)，牽引肘部鋼絲牽引線(xiàn)36。肘部鋼絲牽引線(xiàn)36經(jīng)過(guò)平板走線(xiàn)板28、第二 r形 走線(xiàn)板16、第一 r形走線(xiàn)板13的引導(dǎo)，繞在肘關(guān)節(jié)軸8上，肘部鋼絲牽引線(xiàn)36的末端通 過(guò)螺栓固定在肘關(guān)節(jié)軸8上，對(duì)肘關(guān)節(jié)軸8產(chǎn)生輔助力矩，從而減輕穿戴者托舉重物時(shí)肘 關(guān)節(jié)2的負(fù)擔(dān)。同時(shí)也給對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)肩關(guān)節(jié)軸17的氣動(dòng)肌肉34充氣，氣動(dòng)肌肉34收縮時(shí)， 牽引肩部鋼絲牽引線(xiàn)37。肩部鋼絲牽引線(xiàn)37經(jīng)過(guò)平板走線(xiàn)板28的引導(dǎo)，繞在肩關(guān)節(jié)軸17 上，肩部鋼絲牽引線(xiàn)37的末端通過(guò)螺栓固定在肩關(guān)節(jié)軸17上，對(duì)肩關(guān)節(jié)軸17產(chǎn)生輔助力矩，從而減輕穿戴者托舉重物時(shí)肩關(guān)節(jié)4的負(fù)擔(dān)。
[0034]本實(shí)用新型借助氣動(dòng)肌肉34收縮產(chǎn)生的拉力，對(duì)相應(yīng)關(guān)節(jié)軸產(chǎn)生輔助力矩，在穿戴者托舉重物時(shí)可大幅度提高托舉強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)提升穿戴人員的機(jī)能力量的目的。
【權(quán)利要求】
1.一種氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的上肢外骨骼助力機(jī)構(gòu)，其特征在于:包括兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的單臂部件和背部支架(5);單臂部件從下至上依次由小臂(I)、肘關(guān)節(jié)(2)、上臂(3)和肩關(guān)節(jié)(4)構(gòu)成，兩個(gè)單臂部件中的肩關(guān)節(jié)(4)分別安裝在背部支架(5)頂板的兩側(cè)上，兩個(gè)肘關(guān)節(jié)軸經(jīng)各自的肘部鋼絲牽引線(xiàn)(36)與背部支架(5)中各自的氣動(dòng)肌肉連接，兩個(gè)肩關(guān)節(jié)軸分別經(jīng)各自的肩部鋼絲牽引線(xiàn)(37)與背部支架(5)中各自的氣動(dòng)肌肉連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的上肢外骨骼助力機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述小臂(1)，包括gamma形小臂托板(6)和小臂桿(7); GAMMA形小臂托板(6)安裝在小臂桿(7)的一端外側(cè)面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的上肢外骨骼助力機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述肘關(guān)節(jié)(2)，包括肘關(guān)節(jié)軸(8)、軸端擋圈(9)、肘關(guān)節(jié)聯(lián)軸器(10)、肘關(guān)節(jié)角位移傳感器(11)和肘關(guān)節(jié)角位移傳感器安裝板(12);小臂桿(7)的另一端與上臂底桿(14)的一端通過(guò)肘關(guān)節(jié)軸(8)連接形成肘部的屈-伸轉(zhuǎn)動(dòng)副，上臂底桿(14)的一端與肘關(guān)節(jié)軸(8)之間通過(guò)上臂底桿(14)的一端外側(cè)的軸端擋圈(9)進(jìn)行軸向定位,位于軸端擋圈(9)外的肘關(guān)節(jié)軸(8)與肘關(guān)節(jié)聯(lián)軸器(10)相連；肘關(guān)節(jié)角位移傳感器(11)通過(guò)肘關(guān)節(jié)角位移傳感器安裝板(12)安裝在肘關(guān)節(jié)聯(lián)軸器(10)的外側(cè)，肘關(guān)節(jié)角位移傳感器(11) 一端伸出軸插入肘關(guān)節(jié)聯(lián)軸器(10) —端的中心孔中，肘關(guān)節(jié)軸(8) —端伸出軸插入肘關(guān)節(jié)聯(lián)軸器(10)另一端的中心孔中；肘關(guān)節(jié)角位移傳感器(11)與肘關(guān)節(jié)軸(8)之間通過(guò)肘關(guān)節(jié)聯(lián)軸器(10)相連實(shí)現(xiàn)同步轉(zhuǎn)動(dòng)；肘關(guān)節(jié)角位移傳感器安裝板(12)安裝在上臂底桿(14)的外側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的上肢外骨骼助力機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述上臂(3)，包括第一 GAMMA形走線(xiàn)板(13)、上臂底桿(14)、上臂頂桿(15)和第二 gamma形走線(xiàn)板(16);上臂底桿(14)的另一端底面開(kāi)有沿長(zhǎng)度方向的導(dǎo)軌槽，上臂底桿(14)的另一端上面開(kāi)有一段與所述導(dǎo)軌槽相通的凹槽，上臂頂桿(15) 一端側(cè)面有凸起導(dǎo)軌，上臂底桿(14)導(dǎo)軌槽與上臂頂桿(15)凸起導(dǎo)軌相嵌并通過(guò)螺栓定位，改變上臂底桿(14)和上臂頂桿(15)配合的長(zhǎng)度即改變整個(gè)上臂的長(zhǎng)度，第一 GAMMA形走線(xiàn)板(13)的一邊固定在上臂底桿(14)的一端側(cè)面，第二 GAMMA形走線(xiàn)板(16)的一邊固定在上臂頂桿(15)的另一端側(cè)面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的上肢外骨骼助力機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述肩關(guān)節(jié)(4)，包括肩關(guān)節(jié)軸(17)、肩部第一直角連接板(18)、第一轉(zhuǎn)軸(19)、肩部第二直角連接板(20)、第二轉(zhuǎn)軸(21)、肩寬可調(diào)板(22)、導(dǎo)軌(23)、肩部直角加強(qiáng)筋(24)、肩關(guān)節(jié)聯(lián)軸器(25)、肩關(guān)節(jié)角位移傳感器(26)、肩關(guān)節(jié)角位移傳感器安裝板(27)和平板走線(xiàn)板(28);上臂頂桿(15)的另一端與肩部第一直角連接板(18)—邊通過(guò)肩關(guān)節(jié)軸(17)相連，從而形成肩關(guān)節(jié)的屈-伸轉(zhuǎn)動(dòng)副；肩部第一直角連接板(18)另一邊和肩部第二直角連接板(20)通過(guò)第一轉(zhuǎn)軸(19)連接，從而形成肩關(guān)節(jié)的外展-內(nèi)收轉(zhuǎn)動(dòng)副；肩部第二直角連接板(20 )與肩寬可調(diào)板(22 ) —端通過(guò)第二轉(zhuǎn)軸(21)連接，從而形成肩關(guān)節(jié)的旋內(nèi)-旋外轉(zhuǎn)動(dòng)副；肩寬可調(diào)板(22)底面沿長(zhǎng)度方向開(kāi)有凹槽，導(dǎo)軌(23)的一端相嵌在肩寬可調(diào)板(22)凹槽內(nèi)通過(guò)螺栓定位，從而改變兩肩關(guān)節(jié)之間的距離，導(dǎo)軌(23)的另一端固定在背部支架(5)的頂板(29)上面的兩側(cè)；肩關(guān)節(jié)角位移傳感器(26)通過(guò)肩關(guān)節(jié)角位移傳感器安裝板(27)安裝在肩關(guān)節(jié)聯(lián)軸器(25)的外側(cè)，肩關(guān)節(jié)角位移傳感器(26) —端伸出軸插入肩關(guān)節(jié)聯(lián)軸器(25) —端的中心孔中,肩關(guān)節(jié)軸(17) —端伸出軸插入肩關(guān)節(jié)聯(lián)軸器(25)另一端的中心孔中；肩關(guān)節(jié)角位移傳感器(26)與肩關(guān)節(jié)軸(17)之間通過(guò)肩關(guān)節(jié)聯(lián)軸器(25)相連實(shí)現(xiàn)同步轉(zhuǎn)動(dòng)；肩關(guān)節(jié)角位移傳感器安裝板(27)安裝在肩部第一直角連接板(18)的直角面，平板走線(xiàn)板(28)安裝在肩關(guān)節(jié)角位移傳感器安裝板(27)外側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的上肢外骨骼助力機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述背部支架(5)，包括頂板(29)、底板(30)、七根背部立柱(31)、四個(gè)雙耳吊環(huán)(33)、四根氣動(dòng)肌肉(34)、四個(gè)連接法蘭(35)、兩根肘部鋼絲牽引線(xiàn)(36)和兩根肩部鋼絲牽引線(xiàn)(37)；七根背部立柱(31)支撐在頂板(29)和底板(30)之間，四根氣動(dòng)肌肉(34)的一端分別經(jīng)各自的連接法蘭(35)固定在底板(30)上，四根氣動(dòng)肌肉(34)的另一端分別與雙耳吊環(huán)(33)連接，兩根肘部鋼絲牽引線(xiàn)(36)和兩根肩部鋼絲牽引線(xiàn)(37)的一端分別穿過(guò)頂板(29)后，與各自的雙耳吊環(huán)(33) 連接，四根氣動(dòng)肌肉(34)的一端分別與氣源相連。
【文檔編號(hào)】A61F4/00GK203576706SQ201320559244
【公開(kāi)日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2013年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月10日
【發(fā)明者】劉昊, 張丹婷, 李智壽, 趙勇, 陶國(guó)良 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)