一种用于辅助搬运的腰部助力机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种辅助搬运的腰部助力机器人，包括背部支架、中央控制器、两个结构相同的动力装置与两个结构相同的下肢部件，中央控制器固定安装在背部支架的内部；两个结构相同的下肢部件分别安装在背部支架的两侧,所述动力装置安装在腰部助力机器人的背部支架与外骨骼下肢连接处。所述动力装置由传动装置、谐波减速器、盘式电机与角度传感器，角度传感器用以测量关节处的角度值，根据测得的角度值由中央控制装置制相应关节的运动。所述外骨骼下肢包括外骨骼大腿、外骨骼鞋及伸缩装置组成，起到对背部支架一定的支撑作用。

【技术实现步骤摘要】
一种用于辅助搬运的腰部助力机器人
本专利技术属于助力机器人研究领域，具体涉及一种用于辅助搬运的腰部助力机器人。
技术介绍
随着我国经济的快速发展,制造业已经成为我国经济发展中的支柱行业。但目前制造车间在工人装卸工件时,人体可以搬动的工件主要还是依靠单纯的人力搬运来完成。虽然人体可以搬动这些工件，但若在制造车间长期从事搬运工作会对人体造成一定的伤害。而在搬运过程中,腰部是主要承受力部位,所以说专利技术一种适于在制造车间中辅助工人搬运工件的腰部助力机器人显得尤为重要。经文献检索，申请号为201210319331.2的中国专利技术专利提出了一种可穿戴于人体四肢的重型物资搬运助力仿生外骨骼，上肢外骨骼为7自由度系统，由3自由度肩关节、1自由度肘关节、2自由度腕关节、1自由度手部以及背部的电机驱动系统箱组成，7自由度均采用电机驱动。下肢外骨骼为6自由度系统，由3自由度髋关节、1自由度膝关节、2自由度踝关节以及背部的电液驱动系统箱组成，6自由度均采用液压驱动。人体穿戴好整套外骨骼装备后，借助电机或液压等机械动力，在物资搬运时可大幅提高效率和灵活性，达到省时省力的目的。但该装置的缺点也较为明显：1)在关节处设计简单，而且并没有感应器系统与控制系统不能够准确的检测穿戴者和外骨骼的运动信息，从而无法感应与控制外骨骼的运动目的；2)下肢采用液压助力，启动速度较慢，液压缸使得系统较为笨重，增加结构重量，并不适用于人体的穿戴；3)该装置不能够改变下肢的结构长度，在穿戴时不具有通用性，并不适合不同人的穿戴；4)装置较为笨重,不易穿戴因此，针对上述技术问题，有必要提供一种结构简单，能够准确感应与控制，下肢可调节长度并且易穿戴的辅助搬运的腰部助力机器人，以解决上诉缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述问题提供一种辅助搬运的腰部助力机器人，该装置具有结构简单，能够准确感应与控制，下肢可调节长度，易穿戴并且具有通用性的特点。本专利技术是通过如下技术方案得以实现的：一种辅助搬运的腰部助力机器人，包括背部支架、中央控制器、动力装置与外骨骼下肢部件；所述背部支架上安装有中央控制器；所述在背部支架下端为U形结构，U形结构的两端均设置有输出卡盘凹槽；所述输出卡盘凹槽与动力装置一端相连接；所述动力装置另一端与外骨骼下肢部件相连接；所述动力装置包括增量式编码器、驱动电机、谐波减速器外壳、动力输出端卡盘、轴承挡盘、动力装置第一外壳、电机外壳、谐波减速器、动力输入端卡盘、输出端卡盘轴承、动力输出片与绝对式编码器；所述电机外壳内安装有驱动电机；所述驱动电机输入端与增量式编码器连接，且增压式编码器置于电机外壳的外侧；驱动电机的输出端与谐波减速器输入端相连接；所述谐波减速器置于谐波减速器外壳内；所述谐波减速器与动力输入端卡盘通过螺栓相连接；所述谐波减速器外壳与动力装置第一外壳上对应位置处开设有谐波减速器外壳孔与动力装置第一外壳孔；所述谐波减速器外壳与动力装置第一外壳通过谐波减速器外壳孔与动力装置第一外壳孔通过螺栓固连；所述动力输入端卡盘与输出端卡盘轴承依次安装在动力装置第一外壳内；所述动力输入端卡盘一侧设置有凸起轴，凸起轴安装在输出端卡盘轴承上，所述输出端卡盘轴承安装在动力输出端卡盘内；所述输出端卡盘轴承右侧设置有动力输出片；所述动力输出片通过螺栓与动力输出端卡盘上开设的孔相连接；所述动力输出片右侧面中心设置有动力输出片轴；所述动力输出片轴上安装有绝对式编码器；所述绝对式编码器右侧面中心处设置有髋关节连接轴，所述髋关节连接轴上安装有髋关节连接装置；所述髋关节连接装置上设置有髋关节连接装置伸出端；所述髋关节连接装置伸出端与外骨骼大腿伸缩装置一端通过螺栓连接；所述外骨骼大腿伸缩装置另一端置于外骨骼下肢部件中的外骨骼大腿中；所述外骨骼大腿伸缩装置上开设置有支撑减振器连接一孔，支撑减振器连接一孔上安装有支撑减振器，支撑减振器另一端安装在背部支架下端U形结构上开设的支撑减振器连接二孔上；所述外骨骼下肢部件包括外骨骼腿与外骨骼鞋装置；所述外骨骼腿包括大腿伸缩固定器、外骨骼大腿、膝关节轴承支架、膝关节伸缩装置、小腿伸缩固定器、外骨骼小腿；所述外骨骼大腿一端中空，且该中空处开设有槽，所述外骨骼伸缩装置的末端置于外骨骼大腿内部并通过大腿伸缩固定器固定；所述大腿伸缩固定器置于外骨骼大腿的外侧；所述外骨骼大腿另一端端末设置有外骨骼大腿连接装置，所述外骨骼大腿连接装置两侧均安装有膝关节轴承；所述膝关节轴承外圈安装在膝关节轴承支撑架上；所述膝关节轴承支撑架上开设有孔，该孔通过销钉与膝关节伸缩装置一端连接；所述膝关节伸缩装置另一端置于外骨骼小腿内；所述外骨骼小腿一端中空，且该中空处开设有槽，所述膝关节伸缩装置的末端置于外骨骼小腿内部并通过小腿伸缩固定器固定；所述小腿伸缩固定器置于外骨骼小腿的外侧；所述外骨骼小腿另一端设置有外骨骼小腿连接杆；所述外骨骼小腿连接杆上开设有连接杆孔；所述外骨骼小腿连接杆可以在踝关节第二连接装置上下移动；所述踝关节第二连接装置安装在小腿连接板上；所述小腿连接板为L形，所述小腿连接板上还安装有踝关节第一连接装置；所述踝关节第一连接装置内安装有踝关节伸缩装置；所述踝关节伸缩装置与外骨骼鞋装置相连接；所述中央控制器包括角度信号分析模块和角度控制单元；所述角度信号分析模块一端与增量式编码器与绝对式编码器相连接，角度信号分析模块另一端与角度控制单元相连接，角度控制单元控制驱动电机的转动。进一步的，所述外骨骼鞋装置包括支撑架固定装置、外骨骼鞋、外骨骼鞋连接器和外骨骼鞋支撑架；所述外骨骼鞋为鞋底状，外骨骼鞋的前端设置有竖直的绑带连接装置、后端设置有竖直的外骨骼鞋连接杆；所述外骨骼鞋连接杆通过销钉与外骨骼鞋支撑架固连；所述外骨骼鞋支撑架通过支撑架固定装置固定在踝关节伸缩装置上。进一步的，所述支撑减震器外部为弹簧，内部设置有可伸缩的杆。进一步的，所述中央控制器包括角度信号分析模块和角度控制单元；所述角度信号分析模块分别接受来自于增量式编码器与绝对式编码器的角度信号，角度信号分析模块将这些角度信号处理后传递给角度控制单元，角度控制单元控制驱动电机的转动；驱动电机旋转时，增量式编码器测量电机旋转的角度，并将测得的角度信号传递给安装在背部的中央控制器；所述绝对式编码器固定安装在动力输出片上，当动力输出片转动时带动绝对式编码器的转动，绝对式编码器将测得角度值信号传递给中央控制器。进一步的，所述背部支架上还设置有背部绑带和电源插座。进一步的，所述背部绑带其内部为柔性缓冲材料。本专利技术的有益效果是：与现有技术相比，本专利技术所述一种用于辅助搬运的腰部助力机器人，该机构能实现帮助穿戴者辅助搬运重物的基本功能，并且采用电机驱动，启动速度快，使得穿戴者，外观结构设计简单能够较为方便的穿戴，并且能够准确感应与控制，下肢可调节长度，并且下肢可以支撑背部支架的重量，适应不同人群穿戴的优点，运动效果良好的优点从而克服现有机构一些固有的缺点，更加适用于社会的需求。附图说明图1是本专利技术整体结构示意图；图2是本专利技术背部支架的侧面结构示意图；图3是本专利技术背部支架的后视结构示意图；图4是本专利技术外骨骼下肢结构示意图；图5是本专利技术外骨骼踝关节与外骨骼鞋结构示意图；图6是本专利技术动力装置结构示意图；图7是本专利技术控制装置模块框架本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种辅助搬运的腰部助力机器人，其特征在于，包括背部支架(1)、中央控制器(40)、动力装置与外骨骼下肢部件；所述背部支架(1)上安装有中央控制器(40)；所述在背部支架(1)下端为U形结构，U形结构的两端均设置有输出卡盘凹槽(23)；所述输出卡盘凹槽(23)与动力装置一端相连接；所述动力装置另一端与外骨骼下肢部件相连接；所述动力装置包括增量式编码器(3)、驱动电机(4)、谐波减速器外壳(5)、动力输出端卡盘(6)、轴承挡盘(7)、动力装置第一外壳(8)、电机外壳(9)、谐波减速器(10)、动力输入端卡盘(11)、输出端卡盘轴承(12)、动力输出片(13)与绝对式编码器(14)；所述电机外壳(9)内安装有驱动电机(4)；所述驱动电机(4)输入端与增量式编码器(3)连接，且增压式编码器(3)置于电机外壳(9)的外侧；驱动电机(4)的输出端与谐波减速器(10)输入端相连接；所述谐波减速器(10)置于谐波减速器外壳(5)内；所述谐波减速器(10)与动力输入端卡盘(11)通过螺栓相连接；所述谐波减速器外壳(5)与动力装置第一外壳(8)上对应位置处开设有谐波减速器外壳孔(44)与动力装置第一外壳孔(45)；所述谐波减速器外壳(5)与动力装置第一外壳(8)通过谐波减速器外壳孔(44)与动力装置第一外壳孔(45)通过螺栓固连；所述动力输入端卡盘(11)与输出端卡盘轴承(12)依次安装在动力装置第一外壳(8)内；所述动力输入端卡盘(11)一侧设置有凸起轴，凸起轴安装在输出端卡盘轴承(12)上，所述输出端卡盘轴承(12)安装在动力输出端卡盘(6)内；所述输出端卡盘轴承(12)右侧设置有动力输出片(13)；所述动力输出片(13)通过螺栓与动力输出端卡盘(6)上开设的孔相连接；所述动力输出片(13)右侧面中心设置有动力输出片轴(43)；所述动力输出片轴(43)上安装有绝对式编码器(14)；所述绝对式编码器(14)右侧面中心处设置有髋关节连接轴(16)，所述髋关节连接轴(16)上安装有髋关节连接装置(17)；所述髋关节连接装置(17)上设置有髋关节连接装置伸出端(18)；所述髋关节连接装置伸出端(18)与外骨骼大腿伸缩装置(19)一端通过螺栓连接；所述外骨骼大腿伸缩装置(19)另一端置于外骨骼下肢部件中的外骨骼大腿(22)中；所述外骨骼大腿伸缩装置(19)上开设置有支撑减振器连接一孔(20)，支撑减振器连接一孔(20)上安装有支撑减振器(31)，支撑减振器(31)另一端安装在背部支架(1)下端U形结构上开设的支撑减振器连接二孔(15)上；所述外骨骼下肢部件包括外骨骼腿与外骨骼鞋装置；所述外骨骼腿包括大腿伸缩固定器(21)、外骨骼大腿(22)、膝关节轴承支架(24)、膝关节伸缩装置(25)、小腿伸缩固定器(26)、外骨骼小腿(27)；所述外骨骼大腿(22)一端中空，且该中空处开设有槽，所述外骨骼伸缩装置(19)的末端置于外骨骼大腿(22)内部并通过大腿伸缩固定器(21)固定；所述大腿伸缩固定器(21)置于外骨骼大腿(22)的外侧；所述外骨骼大腿(22)另一端端末设置有外骨骼大腿连接装置(42)，所述外骨骼大腿连接装置(42)两侧均安装有膝关节轴承(30)；所述膝关节轴承(30)外圈安装在膝关节轴承支撑架(24)上；所述膝关节轴承支撑架(24)上开设有孔，该孔通过销钉与膝关节伸缩装置(25)一端连接；所述膝关节伸缩装置(25)另一端置于外骨骼小腿(27)内；所述外骨骼小腿(27)一端中空，且该中空处开设有槽，所述膝关节伸缩装置(25)的末端置于外骨骼小腿(27)内部并通过小腿伸缩固定器(26)固定；所述小腿伸缩固定器(26)置于外骨骼小腿(27)的外侧；所述外骨骼小腿(27)另一端设置有外骨骼小腿连接杆(28)；所述外骨骼小腿连接杆(28)上开设有连接杆孔(29)；所述外骨骼小腿连接杆(28)可以在踝关节第二连接装置(33‑2)上下移动；所述踝关节第二连接装置(33‑2)安装在小腿连接板(32)上；所述小腿连接板(32)为L形，所述小腿连接板(32)上还安装有踝关节第一连接装置(33‑1)；所述踝关节第一连接装置(33‑1)内安装有踝关节伸缩装置(34)；所述踝关节伸缩装置(34)与外骨骼鞋装置相连接；所述中央控制器(40)包括角度信号分析模块(40‑1)和角度控制单元(40‑2)；所述角度信号分析模块(40‑1)一端与增量式编码器(3)与绝对式编码器(14)相连接，角度信号分析模块(40‑1)另一端与角度控制单元(40‑2)相连接，角度控制单元(40‑2)控制驱动电机(4)的转动。...

【技术特征摘要】
1.一种辅助搬运的腰部助力机器人，其特征在于，包括背部支架(1)、中央控制器(40)、动力装置与外骨骼下肢部件；所述背部支架(1)上安装有中央控制器(40)；所述在背部支架(1)下端为U形结构，U形结构的两端均设置有输出卡盘凹槽(23)；所述输出卡盘凹槽(23)与动力装置一端相连接；所述动力装置另一端与外骨骼下肢部件相连接；所述动力装置包括增量式编码器(3)、驱动电机(4)、谐波减速器外壳(5)、动力输出端卡盘(6)、轴承挡盘(7)、动力装置第一外壳(8)、电机外壳(9)、谐波减速器(10)、动力输入端卡盘(11)、输出端卡盘轴承(12)、动力输出片(13)与绝对式编码器(14)；所述电机外壳(9)内安装有驱动电机(4)；所述驱动电机(4)输入端与增量式编码器(3)连接，且增压式编码器(3)置于电机外壳(9)的外侧；驱动电机(4)的输出端与谐波减速器(10)输入端相连接；所述谐波减速器(10)置于谐波减速器外壳(5)内；所述谐波减速器(10)与动力输入端卡盘(11)通过螺栓相连接；所述谐波减速器外壳(5)与动力装置第一外壳(8)上对应位置处开设有谐波减速器外壳孔(44)与动力装置第一外壳孔(45)；所述谐波减速器外壳(5)与动力装置第一外壳(8)通过谐波减速器外壳孔(44)与动力装置第一外壳孔(45)通过螺栓固连；所述动力输入端卡盘(11)与输出端卡盘轴承(12)依次安装在动力装置第一外壳(8)内；所述动力输入端卡盘(11)一侧设置有凸起轴，凸起轴安装在输出端卡盘轴承(12)上，所述输出端卡盘轴承(12)安装在动力输出端卡盘(6)内；所述输出端卡盘轴承(12)右侧设置有动力输出片(13)；所述动力输出片(13)通过螺栓与动力输出端卡盘(6)上开设的孔相连接；所述动力输出片(13)右侧面中心设置有动力输出片轴(43)；所述动力输出片轴(43)上安装有绝对式编码器(14)；所述绝对式编码器(14)右侧面中心处设置有髋关节连接轴(16)，所述髋关节连接轴(16)上安装有髋关节连接装置(17)；所述髋关节连接装置(17)上设置有髋关节连接装置伸出端(18)；所述髋关节连接装置伸出端(18)与外骨骼大腿伸缩装置(19)一端通过螺栓连接；所述外骨骼大腿伸缩装置(19)另一端置于外骨骼下肢部件中的外骨骼大腿(22)中；所述外骨骼大腿伸缩装置(19)上开设置有支撑减振器连接一孔(20)，支撑减振器连接一孔(20)上安装有支撑减振器(31)，支撑减振器(31)另一端安装在背部支架(1)下端U形结构上开设的支撑减振器连接二孔(15)上；所述外骨骼下肢部件包括外骨骼腿与外骨骼鞋装置；所述外骨骼腿包括大腿伸缩固定器(21)、外骨骼大腿(22)、膝关节轴承支架(24)、膝关节伸缩装置(25)、小腿伸缩固定器(26)、外骨骼小腿(27)；所述外骨骼大腿(22)一端中空，且该中空处开设有槽，所述外骨骼伸缩装置(19)的末端置于外骨骼大腿(22)内部并通过大腿伸缩固定器(21)固定；所述大腿伸缩固定器(21)置于外骨骼大腿(22)的外侧；所述外骨骼大腿(22)另一端端末设置有外骨骼大腿连接装置(42)，所述外骨骼大腿连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘会霞，高坤，王富良，王霄，陈树洋，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32