一种气弹簧储能被动型上肢助力外骨骼制造技术

一种气弹簧储能被动型上肢助力外骨骼，它涉及一种外骨骼，它包括背部承载装置、两个肩部运动机构和两个大臂助力机构；背部承载装置的两侧分别布置有一个肩部机构和一个大臂助力机构；每个所述大臂助力机构包括大臂捆绑架、弹性伸缩件和肩部连接件；弹性伸缩件的一端转动安装在大臂捆绑架上，另一端转动安装在肩部连接件上，肩部连接件与肩部运动机构固接，大臂捆绑架可转动地设置于肩部连接件上；所述大臂捆绑架转动轴线与弹性伸缩件的两端转动轴线均平行；所述肩部运动机构与背部承载装置连接，用于随人体肩部被动运动。本发明专利技术结构紧凑，有助于减轻工作人员长期工作时肩颈部的压力负荷，降低穿戴者的疲劳损伤。

An air spring energy storage passive upper limb assist exoskeleton

【技术实现步骤摘要】
一种气弹簧储能被动型上肢助力外骨骼
本专利技术涉及一种外骨骼，具体涉及一种气弹簧储能被动型上肢助力外骨骼。
技术介绍
外骨骼机器人是一种特殊的人机协作的机器人，其特殊之处在于使用时需要操作者将其穿戴在身上进行作业，从而实现机器人驱动能力与人体机能的协同工作。而助力型上肢外骨骼装置研究作为外骨骼机器人研究的一个重要分支，这种外骨骼系统面向身体健全的普通人，当进行诸如汽车底盘装拆的工作时，上肢需要长期保持托举姿势，并且随着上肢运动位置发生改变，重物对肩关节的负载力矩也会不断变化，这对肩、颈部产生较大的疲劳损伤，并且随着力臂的增加这种情况会愈加严重，容易发生工具脱手砸伤等安全问题，从而影响正常的作业任务及工作效率。
技术实现思路
本专利技术是为克服现有技术不足，提供一种气弹簧储能被动型上肢助力外骨骼，该上肢外骨骼结构紧凑，有助于减轻工作人员长期工作时肩颈部的压力负荷，避免安全事故的发生。一种气弹簧储能被动型上肢助力外骨骼包括背部承载装置、两个肩部运动机构和两个大臂助力机构；背部承载装置的两侧分别布置有一个肩部机构和一个大臂助力机构；每个所述大臂助力机构包括大臂捆绑架、弹性伸缩件和肩部连接件；弹性伸缩件的一端转动安装在大臂捆绑架上，另一端转动安装在肩部连接件上，肩部连接件与肩部运动机构固接，大臂捆绑架可转动地设置于肩部连接件上；所述大臂捆绑架转动轴线与弹性伸缩件的两端转动轴线均平行；所述肩部运动机构与背部承载装置连接，用于随人体肩部被动运动。本专利技术相比现有技术的有益效果是：r>当本专利技术上肢助力外骨骼处于一定状态时，大臂助力机构中的弹性伸缩件与大臂助力机构整体和上肢形成受力平衡，当被动外骨骼在被穿戴后的使用过程中，此时大臂受力，整体呈下压状态使得大臂助力机构与水平面所成角度减小，使弹性伸缩件受压收缩，提供一定量的反力，支撑工人们保持抬举动作。本专利技术通过合理的机械结构设计，在操作者进行搬运、托举等动作时对其上肢进行助力，在实现增强人体上肢出力能力的同时，能够将负载通过机械结构从承载能力较弱的肩颈部传递到承载能力更强的腰背部，从而减轻人体上肢长时间工作时的承载负担，降低穿戴者的疲劳损伤，避免安全事故的发生。本专利技术可以广泛应用于生产装配、货物搬运、救援抢险等场合，以及其它需要上肢进行长期负荷输出的场合。下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步地说明：附图说明图1为本专利技术的立体图；图2为大臂捆绑架的外部结构图；图3为大臂捆绑架的内部结构图；图4为去掉内盖的大臂捆绑架的结构图；图5为肩部运动机构和背部承载装置的结构图；图6为连接装置的结构图；图7为本专利技术的工作原理图；图8为工作过程中负载变化和外骨骼助力的相互关系图。具体实施方式参见图1-图3所示，本实施方式的一种气弹簧储能被动型上肢助力外骨骼包括背部承载装置3、两个肩部运动机构2和两个大臂助力机构1；背部承载装置3的两侧分别布置有一个肩部机构2和一个大臂助力机构1；每个所述大臂助力机构1包括大臂捆绑架1-1、弹性伸缩件1-2和肩部连接件1-3；弹性伸缩件1-2的一端转动安装在大臂捆绑架1-1上，另一端转动安装在肩部连接件1-3上，肩部连接件1-3与肩部运动机构2固接，大臂捆绑架1-1可转动地设置于肩部连接件1-3上；所述大臂捆绑架1-1转动轴线与弹性伸缩件1-2的两端转动轴线均平行；所述肩部运动机构2与背部承载装置3连接，用于随人体肩部被动运动。两套肩部机构2和两套大臂助力机构1分别镜像布置。如此的连接方式，使得大臂捆绑架1-1、肩部连接件1-3及弹性伸缩件1-2构成一个单边长可变的三角形结构，以弹性伸缩件1-2的被动线性伸缩变形来为工人们提供一定量的上臂抬举力。可选地，弹性伸缩件1-2为气弹簧。采用气弹簧被动驱动的方式，保证了外骨骼的结构紧凑性，同时也提高了便携性，以及后期维护的方便化，降低维护成本。本实施方式的外骨骼可减轻工人长期工作时肩颈部的压力负荷，并且在上肢运动过程中的每个姿态位置，负载载荷能够最大程度地被平衡抵消，从而提升工作效率并避免安全事故的发生。该外骨骼兼顾了便携性、轻量性及可穿戴性，减少不必要机构带来的压力负荷。可选地，如图2-图4所示，所述大臂捆绑架1-1包括外盖1-11、内盖1-12和绑带件1-13；外盖1-11和内盖1-12扣合在一起，气弹簧和肩部连接件1-3布置扣合的空腔内，气弹簧的一端通过轴承与外盖1-11转动连接，另一端通过轴承与肩部连接件1-3转动连接，肩部连接件1-3通过轴承安装在外盖1-11和内盖1-12上，绑带件1-13安装在内盖1-12上。本实施例所述轴承为深沟球轴承。作为一个示例：如图3所示，肩部连接件1-3为槽钢型或带槽的构件，工作时，气弹簧能置于肩部连接件1-3的槽。肩部连接件1-3的上部通过两处深沟球轴承进行径向固定和轴向固定，分别与外盖1-11、内盖1-12及肩部运动机构2进行连接；同时肩部连接件1-3的下部通过两处的深沟球轴承连接到气弹簧铰链上实现与气弹簧的联动；而气弹簧通过螺栓及轴承连接固定在外盖1-11上的轴承座上。作为另一个示例：如图4所示，绑带件1-13通过捆绑连接件1-4固定到内盖1-12上，从而实现工人们工作时大臂处的受力通过绑带件1-13转化为助力结构中的负载。可选地，绑带件1-13为带有绑带的绑带板。绑带板上并排多处打孔与捆绑连接件1-4的连接，实现绑带件1-13的位置调节，通过在绑带板上并排多处打孔的方式来更好地满足不同工人的身体条件，以提高此装置的可穿戴性能。如图5所示，每个所述肩部运动机构2为连杆机构，所述连杆机构包括前连杆2-1、中连杆2-2和后连杆2-3；前连杆2-1一端与肩部连接件1-3固接，另一端与所述中连杆2-2的一端转动连接；中连杆2-2的另一端与后连杆2-3的一端转动连接，后连杆2-3的另一端与背部承载装置3转动连接，所述前连杆2-1和中连杆2-2、中连杆2-2和后连杆2-3及后连杆2-3与背部承载装置3的转动轴线平行，在穿戴时竖向布置。三根连杆分别通过两个深沟球轴承连接在一起，构成连杆机构，以提高工人在使用装置时的自由性；同时后连杆2-3通过深沟球轴承与背部承载装置3连接在一起，从而实现连杆机构与大臂助力机构1及背部承载装置3的整体联动，保证使用灵活性。如图5所示，所述背部承载装置3包括前背板3-1、后背板3-2和胯部固定件3-3；前背板3-1和后背板3-2连接，用于被穿戴于人体后背；胯部固定件3-3固定在后背板3-2上，用于穿戴于人体腰背部；后连杆2-3与后背板3-2连接。前背板3-1通过螺栓连接与后背板3-2固连；作为一个示例：前背板3-1为镂空板，中间掏空的形状以减轻装置的总体重量，提高便携性以及使用时的低负荷；而前背板3-1外部形状设计贴合人体背部形状，较大程度上保证工人们工作时手部及肩部的活动范围；同时在其上安装绑带3-11，方便穿戴并将承载量传导至人体的肩部，如图5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气弹簧储能被动型上肢助力外骨骼，其特征在于：它包括背部承载装置(3)、两个肩部运动机构(2)和两个大臂助力机构(1)；/n背部承载装置(3)的两侧分别布置有一个肩部机构(2)和一个大臂助力机构(1)；/n每个所述大臂助力机构(1)包括大臂捆绑架(1-1)、弹性伸缩件(1-2)和肩部连接件(1-3)；弹性伸缩件(1-2)的一端转动安装在大臂捆绑架(1-1)上，另一端转动安装在肩部连接件(1-3)上，肩部连接件(1-3)与肩部运动机构(2)固接，大臂捆绑架(1-1)可转动地设置于肩部连接件(1-3)上；/n所述大臂捆绑架(1-1)转动轴线与弹性伸缩件(1-2)的两端转动轴线均平行；/n所述肩部运动机构(2)与背部承载装置(3)连接，用于随人体肩部被动运动。/n

【技术特征摘要】
1.一种气弹簧储能被动型上肢助力外骨骼，其特征在于：它包括背部承载装置(3)、两个肩部运动机构(2)和两个大臂助力机构(1)；
背部承载装置(3)的两侧分别布置有一个肩部机构(2)和一个大臂助力机构(1)；
每个所述大臂助力机构(1)包括大臂捆绑架(1-1)、弹性伸缩件(1-2)和肩部连接件(1-3)；弹性伸缩件(1-2)的一端转动安装在大臂捆绑架(1-1)上，另一端转动安装在肩部连接件(1-3)上，肩部连接件(1-3)与肩部运动机构(2)固接，大臂捆绑架(1-1)可转动地设置于肩部连接件(1-3)上；
所述大臂捆绑架(1-1)转动轴线与弹性伸缩件(1-2)的两端转动轴线均平行；
所述肩部运动机构(2)与背部承载装置(3)连接，用于随人体肩部被动运动。


2.根据权利要求1所述一种气弹簧储能被动型上肢助力外骨骼，其特征在于：所述弹性伸缩件(1-2)为气弹簧。


3.根据权利要求2所述一种气弹簧储能被动型上肢助力外骨骼，其特征在于：所述大臂捆绑架(1-1)包括外盖(1-11)、内盖(1-12)和绑带件(1-13)；
外盖(1-11)和内盖(1-12)扣合在一起，气弹簧和肩部连接件(1-3)布置扣合的空腔内，气弹簧的一端通过轴承与外盖(1-11)转动连接，另一端通过轴承与肩部连接件(1-3)转动连接，肩部连接件(1-3)通过轴承安装在外盖(1-11)和内盖(1-12)上，绑带件(1-13)安装在内盖(1-12)上。


4.根据权利要求3所述一种气弹簧储能被动型上肢助力外骨骼，其特征在于：每个所述肩部运动机构(2)为连杆机构，所述连杆机构包括前连杆(2-1)、中连杆(2-2)和后连杆(2-3)；
前连杆(2-1)一端与肩部连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱延河，滑宇翔，李莹辉，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;23