本發(fā)明涉及一種上肢助力外骨骼，具體涉及一種可調(diào)負(fù)載線性彈簧儲(chǔ)能上肢外骨骼。

背景技術(shù)：

目前，上肢外骨骼機(jī)器人從控制方法上可分為主動(dòng)控制和被動(dòng)控制兩種?，F(xiàn)有的利用彈簧進(jìn)行重力平衡上肢外骨骼當(dāng)面對(duì)不同負(fù)載的場(chǎng)合時(shí)大多需要人工進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，這類設(shè)計(jì)在面對(duì)負(fù)載需要頻繁變化的場(chǎng)合是由于調(diào)節(jié)工作的繁瑣使其的應(yīng)用受到了極大的限制。

本發(fā)明屬于其中的被動(dòng)控制，該方法利用彈簧儲(chǔ)存的能量與負(fù)載的重力勢(shì)能進(jìn)行平衡，從而實(shí)現(xiàn)助力效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決現(xiàn)有重力平衡外骨骼不能針對(duì)不同負(fù)載自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)的問題，而提出一種可調(diào)負(fù)載線性彈簧儲(chǔ)能上肢外骨骼。

本發(fā)明的一種可調(diào)負(fù)載線性彈簧儲(chǔ)能上肢外骨骼，其組成包括大臂、小臂、手部、肘部轉(zhuǎn)軸和手部轉(zhuǎn)軸，大臂與小臂的結(jié)構(gòu)相同，大臂包括前關(guān)節(jié)、大臂上部連桿、重力平衡彈簧、第一鋼絲繩、第二鋼絲繩、反向力彈簧、大臂下部連桿、電機(jī)、減速器、滑軌、絲杠螺母、后關(guān)節(jié)、絲杠、重力平衡彈簧固定座、反向力彈簧固定座、第一凸輪、第二凸輪、兩個(gè)上轉(zhuǎn)軸、兩個(gè)下轉(zhuǎn)軸、兩個(gè)絲杠軸承座和四個(gè)軸承，兩個(gè)上轉(zhuǎn)軸與兩個(gè)下轉(zhuǎn)軸呈矩形布置，前關(guān)節(jié)與左側(cè)的上轉(zhuǎn)軸和下轉(zhuǎn)軸通過軸承鉸接，后關(guān)節(jié)與右側(cè)的上轉(zhuǎn)軸和下轉(zhuǎn)軸通過軸承鉸接，大臂上部連桿與大臂下部連桿上下設(shè)置，大臂上部連桿的左端與前關(guān)節(jié)上的上轉(zhuǎn)軸鉸接，大臂上部連桿的右端與后關(guān)節(jié)上的上轉(zhuǎn)軸鉸接，大臂下部連桿的左端與前關(guān)節(jié)上的下轉(zhuǎn)軸鉸接，大臂下部連桿的右端與后關(guān)節(jié)上的下轉(zhuǎn)軸鉸接，大臂上部連桿、大臂下部連桿、前關(guān)節(jié)和后關(guān)節(jié)構(gòu)成平行四邊形連桿結(jié)構(gòu)，重力平衡彈簧固定座固定在大臂上部連桿的內(nèi)側(cè)壁上，重力平衡彈簧的一端與重力平衡彈簧固定座固定，重力平衡彈簧的另一端與第一鋼絲繩連接，第一鋼絲繩繞過后關(guān)節(jié)上的上轉(zhuǎn)軸連接到絲杠螺母上，反向力彈簧固定座固定在大臂下部連桿的內(nèi)側(cè)壁上，反向力彈簧的一端與反向力彈簧固定座固定，反向力彈簧的另一端與第二鋼絲繩連接，第二鋼絲繩繞過第一凸輪和第二凸輪后連接到絲杠螺母上，第一凸輪和第二凸輪均與前關(guān)節(jié)上的下轉(zhuǎn)軸鉸接，絲杠螺母與絲杠螺紋連接，絲杠通過減速器與電機(jī)連接，絲杠螺母與滑軌滑動(dòng)連接，滑軌連接到大臂下部連桿上，兩 個(gè)絲杠軸承座支撐在絲杠的兩端，絲杠軸承座連接到大臂下部連桿上，大臂、小臂和依次布置，大臂上的后關(guān)節(jié)與小臂上的前關(guān)節(jié)通過肘部轉(zhuǎn)軸鉸接，小臂上的后關(guān)節(jié)通過手部轉(zhuǎn)軸與手部前關(guān)節(jié)鉸接。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：

一、本發(fā)明設(shè)計(jì)了反向力平衡調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，使得在面對(duì)較大負(fù)載調(diào)整的場(chǎng)合都可以使用較小的力進(jìn)行調(diào)節(jié)。與現(xiàn)有的重力平衡上肢外骨骼相比，本發(fā)明本結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同負(fù)載情況的自動(dòng)調(diào)節(jié)，大大增加了實(shí)用性。

二、本發(fā)明增加的反向力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)大大減小了電機(jī)在調(diào)節(jié)過程中所需的輸出力，降低了成本，節(jié)約了能源。

三、第一凸輪和第二凸輪的作用是使反向力調(diào)節(jié)彈簧的輸出與彈簧的最大伸長量與實(shí)際伸長量的差值成正比。第一凸輪和第二凸輪使得平衡機(jī)構(gòu)在不同的掛點(diǎn)位置均能較好的實(shí)現(xiàn)反向平衡效果。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)俯視圖；

圖2是大臂A的俯視圖；

圖3是大臂A的剖視圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：結(jié)合圖1～圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式包括大臂A、小臂B、手部C、肘部轉(zhuǎn)軸D和手部轉(zhuǎn)軸E，大臂A與小臂B的結(jié)構(gòu)相同，大臂A包括前關(guān)節(jié)3、大臂上部連桿4、重力平衡彈簧5、第一鋼絲繩6、第二鋼絲繩7、反向力彈簧8、大臂下部連桿9、電機(jī)10、減速器11、滑軌13、絲杠螺母14、后關(guān)節(jié)15、絲杠16、重力平衡彈簧固定座17、反向力彈簧固定座20、第一凸輪21、第二凸輪22、兩個(gè)上轉(zhuǎn)軸1、兩個(gè)下轉(zhuǎn)軸2、兩個(gè)絲杠軸承座19和四個(gè)軸承12，兩個(gè)上轉(zhuǎn)軸1與兩個(gè)下轉(zhuǎn)軸2呈矩形布置，前關(guān)節(jié)3與左側(cè)的上轉(zhuǎn)軸1和下轉(zhuǎn)軸2通過軸承12鉸接，后關(guān)節(jié)15與右側(cè)的上轉(zhuǎn)軸1和下轉(zhuǎn)軸2通過軸承12鉸接，大臂上部連桿4與大臂下部連桿9上下設(shè)置，大臂上部連桿4的左端與前關(guān)節(jié)3上的上轉(zhuǎn)軸1鉸接，大臂上部連桿4的右端與后關(guān)節(jié)15上的上轉(zhuǎn)軸1鉸接，大臂下部連桿9的左端與前關(guān)節(jié)3上的下轉(zhuǎn)軸2鉸接，大臂下部連桿9的右端與后關(guān)節(jié)15上的下轉(zhuǎn)軸2鉸接，大臂上部連桿4、大臂下部連桿9、前關(guān)節(jié)3和后關(guān)節(jié)15構(gòu)成平行四邊形連桿結(jié)構(gòu)，重力平衡彈簧固定座17固定在大臂上部連桿4的內(nèi)側(cè)壁上，重力平衡彈簧5的一端與重力平衡彈簧固定座17固定，重力平衡彈簧5的另一端與第一 鋼絲繩6連接，第一鋼絲繩6繞過后關(guān)節(jié)15上的上轉(zhuǎn)軸1連接到絲杠螺母14上，實(shí)現(xiàn)正向的平衡；反向力彈簧固定座20固定在大臂下部連桿9的內(nèi)側(cè)壁上，反向力彈簧8的一端與反向力彈簧固定座20固定，反向力彈簧8的另一端與第二鋼絲繩7連接，第二鋼絲繩7繞過第一凸輪21和第二凸輪22后連接到絲杠螺母14上，實(shí)現(xiàn)反向的平衡；第一凸輪21和第二凸輪22均與前關(guān)節(jié)3上的下轉(zhuǎn)軸2鉸接，絲杠螺母14與絲杠16螺紋連接，絲杠16通過減速器11與電機(jī)10連接，電機(jī)10與大臂上部連桿4固接，絲杠螺母14與滑軌13滑動(dòng)連接，滑軌13連接到大臂下部連桿9上，兩個(gè)絲杠軸承座19支撐在絲杠16的兩端，絲杠軸承座19連接到大臂下部連桿9上；

大臂A、小臂B和依次布置，大臂A上的后關(guān)節(jié)15與小臂B上的前關(guān)節(jié)3通過肘部轉(zhuǎn)軸D鉸接，小臂B上的后關(guān)節(jié)15通過手部轉(zhuǎn)軸E與手部C前關(guān)節(jié)3鉸接。

具體實(shí)施方式二：結(jié)合圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的第一凸輪21和第二凸輪22的結(jié)構(gòu)形狀、大小尺寸相同。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式三：結(jié)合圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的重力平衡彈簧固定座17和反向力彈簧固定座20均為直角板。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式一或二相同。

具體實(shí)施方式四：結(jié)合圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與的具體實(shí)施方式三不同的是它還增加有滾輪18，滾輪18套裝在后關(guān)節(jié)15上的上轉(zhuǎn)軸1上，且位于滾輪18上轉(zhuǎn)軸1與第一鋼絲繩6之間。這樣設(shè)計(jì)可以減少第一鋼絲繩6的摩擦力。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式三相同。

本發(fā)明的具體原理及運(yùn)轉(zhuǎn)過程：

當(dāng)大臂A實(shí)現(xiàn)俯仰方向的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在負(fù)載不變的情況下，保持絲杠螺母14位置不動(dòng)，大臂俯仰的不同角度對(duì)應(yīng)重力平衡彈簧5的不同伸長量，從而實(shí)現(xiàn)大臂A在不同姿態(tài)時(shí)均能保持垂直方向上的平衡狀態(tài)。

當(dāng)負(fù)載重量發(fā)生變化時(shí)，通過電機(jī)10帶動(dòng)絲杠16轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠螺母14沿滑軌13移動(dòng)，通過第一鋼絲繩6調(diào)節(jié)重力平衡彈簧5的伸長量，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)在新負(fù)載下的平衡。絲杠螺母14沿滑軌13移動(dòng)的同時(shí)，通過第二鋼絲繩7調(diào)節(jié)反向力彈簧8的伸長量，以部分平衡重力平衡彈簧5在實(shí)現(xiàn)重力平衡效果時(shí)產(chǎn)生的沿絲杠16軸向的力，使得電機(jī)10在針對(duì)不同負(fù)載調(diào)節(jié)彈簧掛點(diǎn)時(shí)，能夠以較小的輸出實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)作用。