一种负载自适应被动平衡上肢外骨骼制造技术

一种负载自适应被动平衡上肢外骨骼，大臂、肘关节、小臂和手部由左至右依次布置，大臂上杆和大臂下杆分别通过轴承与大臂肘关节壳体铰接，小臂上杆和小臂下杆分别通过轴承与小臂肘关节壳体铰接，大臂支撑杆设置在大臂驱动机构与大臂肘关节组件之间，且大臂支撑杆的一端与大臂驱动机构中的两个大臂支撑杆滑块固接，大臂支撑杆的另一端与大臂丝杠螺母连接件两侧伸出轴通过轴承铰接，小大臂支撑杆设置在小臂驱动机构与小臂肘关节组件之间，且小大臂支撑杆的一端与小臂驱动机构中的两个大臂支撑杆滑块固接，小大臂支撑杆的另一端与小臂丝杠螺母连接件两侧伸出轴通过轴承铰接，手部与腕关节铰接。本发明专利技术用于助力搬运较重的货物或帮助随身携带某些物品。

A load adaptive passive balance of upper limb exoskeleton

A passive adaptive load balance of upper limb exoskeleton, arm, elbow, forearm and hand from left to right layout, on the arm and the arm rod rod respectively through bearings and arm elbow joint articulated arm shell, rod and small arm rod are respectively hinged with the small arm through the bearing the elbow shell, arm support rod driving mechanism is installed with a big arm elbow component in the arm, and one end of the arm rod and the big arm driving two arm of the supporting rod is fixedly connected with the slider, and the other end of the arm screw nut arm rod connector on both sides of the axis extending through bearing hinge, small arm support rod driving mechanism is installed with small elbow joint components in the arm, and one end of small arm support rod and small arm drive two arm of the supporting rod is fixedly connected with the slider, and the other end of the small arm screw screw small arm support rod The two ends of the female connecting rod extend out of the shaft and are hinged by the bearing, and the hand part is hinged with the wrist joint. The invention is used for assisting carrying heavy goods or helping to carry certain articles with you.

【技术实现步骤摘要】
一种负载自适应被动平衡上肢外骨骼
本专利技术涉及一种外骨骼机器人，具体涉及一种负载自适应被动平衡上肢外骨骼。
技术介绍
目前，上肢被动外骨骼机器人以其独有的人机结合方式受到了广大的研究者的青睐，现有的上肢被动外骨骼多以弹簧为主动力来实现平衡，而当工况中载荷发生变化时，基本依靠人工进行手动调整。这样的结构不但负载质量不高，而且使其平衡效果受到了很大的限制，不能很好的满足各个角度的重力平衡条件，而且调整过程过于繁琐，降低了工作效率。
技术实现思路
本专利技术为解决现有外骨骼机器人负载质量不高，不能很好的满足各个角度的重力平衡条件，而且调整过程过于繁琐，降低了工作效率的问题，而提出一种负载自适应被动平衡上肢外骨骼。本专利技术的一种负载自适应被动平衡上肢外骨骼，其组成包括大臂、肘关节、小臂、手部、大臂支撑杆和小大臂支撑杆；大臂包括大臂上杆、大臂下杆、肩关节和大臂驱动机构，大臂驱动机构包括尾部固定件、气弹簧顶板、气弹簧、气弹簧滑轨、连接板、两个大臂支撑杆滑轨、两个大臂支撑杆滑块和两个气弹簧滑块，气弹簧的缸体尾部与尾部固定件固接，气弹簧的活塞杆与气弹簧顶板固接，连接板固装在气弹簧顶板的左侧，一个气弹簧滑块与连接板固接，两个气弹簧滑块均与气弹簧滑轨滑动连接，气弹簧滑轨与大臂下杆固接，两个大臂支撑杆滑轨上下平行设置且固装在气弹簧顶板的右侧，两个大臂支撑杆滑块与两个大臂支撑杆滑轨一一对应，大臂支撑杆滑块与大臂支撑杆滑轨滑动连接，大臂上杆与大臂下杆的结构相同，大臂上杆和大臂下杆对称设置在肩关节的上下端，肩关节位于大臂上杆和大臂下杆的左端，且肩关节分别通过轴承与大臂上杆和大臂下杆铰接，大臂驱动机构设置在大臂下杆中，且大臂驱动机构中的尾部固定件和大臂驱动机构中的两个气弹簧滑块均与大臂下杆固接；小臂包括小臂上杆、小臂下杆、腕关节和小臂驱动机构，小臂驱动机构与大臂驱动机构的结构相同，小臂上杆与小臂下杆的结构相同，小臂上杆和小臂下杆对称设置在腕关节的上下端，腕关节位于小臂上杆和小臂下杆的右端，且腕关节分别通过轴承与小臂上杆和小臂下杆铰接，小臂驱动机构设置在小臂上杆中，且小臂驱动机构中的尾部固定件和小臂驱动机构中的两个气弹簧滑块均与大臂下杆固接；肘关节包括大臂肘关节组件、小臂肘关节组件、肘关节驱动机构、大臂过渡齿轮、大臂过渡齿轮轴、小臂过渡齿轮、小臂过渡齿轮轴和两个滚子轴承，大臂肘关节组件包括大臂丝杠螺母、大臂丝杠螺母连接件、大臂下滚珠轴承、大臂肘关节壳体、大臂丝杠、大臂上滚珠轴承、大臂传动齿轮和两个大臂滚针推力轴承，大臂丝杠螺母与大臂丝杠螺纹连接，大臂丝杠的上端由内至外依次套装有两个大臂滚针推力轴承和大臂上滚珠轴承，大臂丝杠的下端由内至外依次套装有大臂丝杠螺母连接件和大臂下滚珠轴承，大臂丝杠螺母与大臂丝杠螺母连接件固接，大臂上滚珠轴承、大臂下滚珠轴承和两个大臂滚针推力轴承均支撑在大臂肘关节壳体中，大臂丝杠的下端外露在大臂肘关节壳体外且与大臂传动齿轮固接；小臂肘关节组件包括小臂传动齿轮、小臂肘关节壳体、小臂丝杠螺母、小臂丝杠螺母连接件、小臂上滚珠轴承、小臂丝杠、两个小臂滚针推力轴承，小臂丝杠螺母与小臂丝杠螺纹连接，小臂丝杠的上端套装有小臂丝杠螺母连接件，小臂丝杠的下端套装有两个小臂滚针推力轴承，小臂丝杠螺母与小臂丝杠螺母连接件固接，小臂丝杠螺母连接件套装在小臂丝杠上，小臂上滚珠轴承和两个小臂滚针推力轴承均支撑在小臂肘关节壳体中，小臂丝杠的下端外露在小臂肘关节壳体外且与小臂传动齿轮固接；肘关节驱动机构包括减速器输出齿轮、减速器外壳、主轴、电机和减速器，减速器设置在减速器外壳中，减速器的输入端与电机连接，减速器的输出端与主轴连接，减速器输出齿轮固装在主轴上；大臂肘关节组件和小臂肘关节组件设置在肘关节驱动机构的左右侧，减速器外壳与大臂肘关节壳体和小臂肘关节壳体固接，大臂过渡齿轮设置在减速器输出齿轮与大臂传动齿轮之间，且大臂过渡齿轮同时与减速器输出齿轮和大臂传动齿轮啮合，大臂过渡齿轮通过一个滚子轴承与大臂过渡齿轮轴连接，大臂过渡齿轮轴与大臂肘关节壳体固接，小臂过渡齿轮设置在减速器输出齿轮与小臂传动齿轮之间，且小臂过渡齿轮同时与减速器输出齿轮和小臂传动齿轮啮合，小臂过渡齿轮通过另一个滚子轴承与小臂过渡齿轮轴连接，小臂过渡齿轮轴与小臂肘关节壳体固接；大臂、肘关节、小臂和手部由左至右依次布置，大臂上杆和大臂下杆分别通过轴承与大臂肘关节壳体铰接，小臂上杆和小臂下杆分别通过轴承与小臂肘关节壳体铰接，大臂支撑杆设置在大臂驱动机构与大臂肘关节组件之间，且大臂支撑杆的一端与大臂驱动机构中的两个大臂支撑杆滑块固接，大臂支撑杆的另一端与大臂丝杠螺母连接件两侧伸出轴通过轴承铰接，小大臂支撑杆设置在小臂驱动机构与小臂肘关节组件之间，且小大臂支撑杆的一端与小臂驱动机构中的两个大臂支撑杆滑块固接，小大臂支撑杆的另一端与小臂丝杠螺母连接件41两侧伸出轴通过轴承铰接，手部与腕关节铰接。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：一、本专利技术利用气弹簧输出恒力的方式使得在转动过程中的各个角度都能够完美达到平衡效果。二、由于气弹簧是功率密度较高的被动储能装置，相比弹簧结构来说，极大程度提高了设备的负载能力和紧凑型，单臂负载能力可达25kg以上。三、电机自动调整反馈系统的引入使得本专利技术可以具备在承载重物变化时的快速切换能力，使得工作效率大大提升，并且扩大了其应用场合。四、本专利技术结构可以平衡掉由于货物重量产生的重力，减轻人体上肢的负重。附图说明图1是本专利技术的整体结构立体图；图2是大臂A与肘关节B的连接关系立体图(去掉大臂下杆A2)；图3是本专利技术的主剖视图；图4是肘关节驱动机构B3的主剖视图；图5是肘关节B的主剖视图；图6是大臂支撑杆E与大臂驱动机构A4和大臂肘关节组件B1之间的连接关系立体图；图7是小大臂支撑杆K与小臂驱动机构C4和小臂肘关节组件B2之间的连接关系立体图；图8是手部D的结构立体图；图9是本专利技术的使用状态图；图10是本专利技术的原理简图。具体实施方式具体实施方式一：结合图1～图8说明本实施方式，本实施方式包括大臂A、肘关节B、小臂C、手部D、大臂支撑杆E和小大臂支撑杆F；大臂A包括大臂上杆A1、大臂下杆A2、肩关节A3和大臂驱动机构A4，大臂驱动机构A4包括尾部固定件3、气弹簧顶板4、气弹簧5、气弹簧滑轨6、连接板7、两个大臂支撑杆滑轨8、两个大臂支撑杆滑块9和两个气弹簧滑块10，气弹簧5的缸体尾部与尾部固定件3固接，气弹簧5的活塞杆与气弹簧顶板4固接，连接板7固装在气弹簧顶板4的左侧，一个气弹簧滑块10与连接板7固接，两个气弹簧滑块10均与气弹簧滑轨6滑动连接，气弹簧滑轨6与大臂下杆A2固接，两个大臂支撑杆滑轨8上下平行设置且固装在气弹簧顶板4的右侧，两个大臂支撑杆滑块9与两个大臂支撑杆滑轨8一一对应，大臂支撑杆滑块9与大臂支撑杆滑轨8滑动连接，大臂上杆A1与大臂下杆A2的结构相同，大臂上杆A1和大臂下杆A2对称设置在肩关节A3的上下端，肩关节A3位于大臂上杆A1和大臂下杆A2的左端，且肩关节A3分别通过轴承与大臂上杆A1和大臂下杆A2铰接，大臂驱动机构A4设置在大臂下杆A2中，且大臂驱动机构A4中的尾部固定件3和大臂驱动机构A4中的两个气弹簧滑块10均与大臂下杆2固接；小臂C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种负载自适应被动平衡上肢外骨骼，其特征在于：所述上肢外骨骼包括大臂(A)、肘关节(B)、小臂(C)、手部(D)、大臂支撑杆(E)和小大臂支撑杆(K)；大臂(A)包括大臂上杆(A1)、大臂下杆(A2)、肩关节(A3)和大臂驱动机构(A4)，大臂驱动机构(A4)包括尾部固定件(3)、气弹簧顶板(4)、气弹簧(5)、气弹簧滑轨(6)、连接板(7)、两个大臂支撑杆滑轨(8)、两个大臂支撑杆滑块(9)和两个气弹簧滑块(10)，气弹簧(5)的缸体尾部与尾部固定件(3)固接，气弹簧(5)的活塞杆与气弹簧顶板(4)固接，连接板(7)固装在气弹簧顶板(4)的左侧，一个气弹簧滑块(10)与连接板(7)固接，两个气弹簧滑块(10)均与气弹簧滑轨(6)滑动连接，气弹簧滑轨(6)与大臂下杆(A2)固接，两个大臂支撑杆滑轨(8)上下平行设置且固装在气弹簧顶板(4)的右侧，两个大臂支撑杆滑块(9)与两个大臂支撑杆滑轨(8)一一对应，大臂支撑杆滑块(9)与大臂支撑杆滑轨(8)滑动连接，大臂上杆(A1)与大臂下杆(A2)的结构相同，大臂上杆(A1)和大臂下杆(A2)对称设置在肩关节(A3)的上下端，肩关节(A3)位于大臂上杆(A1)和大臂下杆(A2)的左端，且肩关节(A3)分别通过轴承与大臂上杆(A1)和大臂下杆(A2)铰接，大臂驱动机构(A4)设置在大臂下杆(A2)中，且大臂驱动机构(A4)中的尾部固定件(3)和大臂驱动机构(A4)中的两个气弹簧滑块(10)均与大臂下杆(2)固接；小臂(C)包括小臂上杆(C1)、小臂下杆(C2)、腕关节(C3)和小臂驱动机构(C4)，小臂驱动机构(C4)与大臂驱动机构(A4)的结构相同，小臂上杆(C1)与小臂下杆(C2)的结构相同，小臂上杆(C1)和小臂下杆(C2)对称设置在腕关节(C3)的上下端，腕关节(C3)位于小臂上杆(C1)和小臂下杆(C2)的右端，且腕关节(C3)分别通过轴承与小臂上杆(C1)和小臂下杆(C2)铰接，小臂驱动机构(C4)设置在小臂上杆(C1)中，且小臂驱动机构(C4)中的尾部固定件(3)和小臂驱动机构(C4)中的两个气弹簧滑块(10)均与大臂下杆(2)固接；肘关节(B)包括大臂肘关节组件(B1)、小臂肘关节组件(B2)、肘关节驱动机构(B3)、大臂过渡齿轮(B4)、大臂过渡齿轮轴(B5)、小臂过渡齿轮(B6)、小臂过渡齿轮轴(B7)和两个滚子轴承(B8)，大臂肘关节组件(B1)包括大臂丝杠螺母18、大臂丝杠螺母连接件(19)、大臂下滚珠轴承(20)、大臂肘关节壳体(22)、大臂丝杠(23)、大臂上滚珠轴承(24)、大臂传动齿轮(21)和两个大臂滚针推力轴承(17)，大臂丝杠螺母(18)与大臂丝杠(23)螺纹连接，大臂丝杠(23)的上端由内至外依次套装有两个大臂滚针推力轴承(17)和大臂上滚珠轴承(24)，大臂丝杠(23)的下端由内至外依次套装有大臂丝杠螺母连接件(19)和大臂下滚珠轴承(20)，大臂丝杠螺母(18)与大臂丝杠螺母连接件(19)固接，大臂上滚珠轴承(24)、大臂下滚珠轴承(20)和两个大臂滚针推力轴承(17)均支撑在大臂肘关节壳体(22)中，大臂丝杠(23)的下端外露在大臂肘关节壳体(22)外且与大臂传动齿轮(21)固接；小臂肘关节组件(B2)包括小臂传动齿轮(38)、小臂肘关节壳体(39)、小臂丝杠螺母(40)、小臂丝杠螺母连接件(41)、小臂上滚珠轴承(42)、小臂丝杠(43)、两个小臂滚针推力轴承(44)，小臂丝杠螺母(40)与小臂丝杠(43)螺纹连接，小臂丝杠(43)的上端套装有小臂丝杠螺母连接件(41)，小臂丝杠(43)的下端套装有两个小臂滚针推力轴承(44)，小臂丝杠螺母(40)与小臂丝杠螺母连接件(41)固接，小臂丝杠螺母连接件(41)套装在小臂丝杠(43)上，小臂上滚珠轴承(42)和两个小臂滚针推力轴承(44)均支撑在小臂肘关节壳体(39)中，小臂丝杠(43)的下端外露在小臂肘关节壳体(39)外且与小臂传动齿轮(38)固接；肘关节驱动机构(B3)包括减速器输出齿轮(25)、减速器外壳(26)、主轴(27)、电机(28)和减速器(29)，减速器(29)设置在减速器外壳(26)中，减速器(29)的输入端与电机(28)连接，减速器(29)的输出端与主轴(27)连接，减速器输出齿轮(25)固装在主轴(27)上；大臂肘关节组件(B1)和小臂肘关节组件(B2)设置在肘关节驱动机构(B3)的左右侧，减速器外壳(26)与大臂肘关节壳体(22)和小臂肘关节壳体(39)固接，大臂过渡齿轮(B4)设置在减速器输出齿轮(25)与大臂传动齿轮(21)之间，且大臂过渡齿轮(B4)同时与减速器输出齿轮(25)和大臂传动齿轮(21)啮合，大臂过渡齿轮(B4)通过一个滚子轴承(B8)与大臂过渡齿轮轴(...

【技术特征摘要】
1.一种负载自适应被动平衡上肢外骨骼，其特征在于：所述上肢外骨骼包括大臂(A)、肘关节(B)、小臂(C)、手部(D)、大臂支撑杆(E)和小大臂支撑杆(K)；大臂(A)包括大臂上杆(A1)、大臂下杆(A2)、肩关节(A3)和大臂驱动机构(A4)，大臂驱动机构(A4)包括尾部固定件(3)、气弹簧顶板(4)、气弹簧(5)、气弹簧滑轨(6)、连接板(7)、两个大臂支撑杆滑轨(8)、两个大臂支撑杆滑块(9)和两个气弹簧滑块(10)，气弹簧(5)的缸体尾部与尾部固定件(3)固接，气弹簧(5)的活塞杆与气弹簧顶板(4)固接，连接板(7)固装在气弹簧顶板(4)的左侧，一个气弹簧滑块(10)与连接板(7)固接，两个气弹簧滑块(10)均与气弹簧滑轨(6)滑动连接，气弹簧滑轨(6)与大臂下杆(A2)固接，两个大臂支撑杆滑轨(8)上下平行设置且固装在气弹簧顶板(4)的右侧，两个大臂支撑杆滑块(9)与两个大臂支撑杆滑轨(8)一一对应，大臂支撑杆滑块(9)与大臂支撑杆滑轨(8)滑动连接，大臂上杆(A1)与大臂下杆(A2)的结构相同，大臂上杆(A1)和大臂下杆(A2)对称设置在肩关节(A3)的上下端，肩关节(A3)位于大臂上杆(A1)和大臂下杆(A2)的左端，且肩关节(A3)分别通过轴承与大臂上杆(A1)和大臂下杆(A2)铰接，大臂驱动机构(A4)设置在大臂下杆(A2)中，且大臂驱动机构(A4)中的尾部固定件(3)和大臂驱动机构(A4)中的两个气弹簧滑块(10)均与大臂下杆(2)固接；小臂(C)包括小臂上杆(C1)、小臂下杆(C2)、腕关节(C3)和小臂驱动机构(C4)，小臂驱动机构(C4)与大臂驱动机构(A4)的结构相同，小臂上杆(C1)与小臂下杆(C2)的结构相同，小臂上杆(C1)和小臂下杆(C2)对称设置在腕关节(C3)的上下端，腕关节(C3)位于小臂上杆(C1)和小臂下杆(C2)的右端，且腕关节(C3)分别通过轴承与小臂上杆(C1)和小臂下杆(C2)铰接，小臂驱动机构(C4)设置在小臂上杆(C1)中，且小臂驱动机构(C4)中的尾部固定件(3)和小臂驱动机构(C4)中的两个气弹簧滑块(10)均与大臂下杆(2)固接；肘关节(B)包括大臂肘关节组件(B1)、小臂肘关节组件(B2)、肘关节驱动机构(B3)、大臂过渡齿轮(B4)、大臂过渡齿轮轴(B5)、小臂过渡齿轮(B6)、小臂过渡齿轮轴(B7)和两个滚子轴承(B8)，大臂肘关节组件(B1)包括大臂丝杠螺母18、大臂丝杠螺母连接件(19)、大臂下滚珠轴承(20)、大臂肘关节壳体(22)、大臂丝杠(23)、大臂上滚珠轴承(24)、大臂传动齿轮(21)和两个大臂滚针推力轴承(17)，大臂丝杠螺母(18)与大臂丝杠(23)螺纹连接，大臂丝杠(23)的上端由内至外依次套装有两个大臂滚针推力轴承(17)和大臂上滚珠轴承(24)，大臂丝杠(23)的下端由内至外依次套装有大臂丝杠螺母连接件(19)和大臂下滚珠轴承(20)，大臂丝杠螺母(18)与大臂丝杠螺母连接件(19)固接，大臂上滚珠轴承(24)、大臂下滚珠轴承(20)和两个大臂滚针推力轴承(17)均支撑在大臂肘关节壳体(22)中，大臂丝杠(23)的下端外露在大臂肘关节壳体(22)外且与大臂传动齿轮(21)固接；小臂肘关节组件(B2)包括小臂传动齿轮(38)、小臂肘关节壳体(39)、小臂丝杠螺母(40)、小臂丝杠螺母连接件(41)、小臂上滚珠轴承(42)、小臂丝杠(43)、两个小臂滚...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱延河，张国安，李洪武，赵杰，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23