基于正压阻塞和间歇啮合机构的二自由度上肢姿态保持外骨骼制造技术

本发明专利技术公开一种基于正压阻塞和间歇啮合机构的上肢姿态保持外骨骼，包括正压阻塞机构以及与正压阻塞机构转动连接的间歇啮合机构，正压阻塞结构由C形管、外套筒和管状气囊组成，利用气囊膨胀带动C形管和外套筒之间产生外展、内收方向上的锁紧力，并能通过控制进行状态切换；间歇啮合机构利用齿状结构啮合分离产生屈伸运动方向上的锁紧力。本发明专利技术可以实现固定人体肩关节位置、支撑双臂的作用，而且体积小、重量轻，可穿戴性和便携性强，在缓解执行甲状腺穿刺检查的医生身体疲劳方面，具有很高的应用潜力。应用潜力。应用潜力。

【技术实现步骤摘要】
基于正压阻塞和间歇啮合机构的二自由度上肢姿态保持外骨骼


[0001]本专利技术涉及外骨骼机器
，特别是涉及基于正压阻塞和间歇啮合机构的二自由度上肢姿态保持外骨骼。

技术介绍

[0002]甲状腺穿刺活检术是辅助医生判断甲状腺结节良、恶性的一种成熟外科技术，在甲状腺疾病的检查和诊断上经常被使用。然而，细针穿刺检查的过程需要医生双手持有检查工具，双臂抬起一定角度，上肢的肩关节至肘关节保持不动，持续十几分钟，直至完成检查任务。显然，长期的、多次执行该任务将会给医生带来肩部酸痛，甚至存在患病风险。
[0003]外骨骼机器人是一种可穿戴设备，具备增强穿戴者能力，辅助人体运动、减少身体疲劳等功能。因为具有可穿戴性强、柔顺性高、辅助支撑效果明显等优势，外骨骼技术被广泛应用在医疗康复、工业物流和军事救援等领域。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对长期操作甲状腺穿刺活检术的医生出现肩部疲劳或存在患病隐患的问题，而提供一种基于正压阻塞和间歇啮合机构的上肢姿态保持外骨骼机器人，为医生的双臂提供支撑，减缓上肢疲劳，降低患病风险。
[0005]为实现本专利技术的目的所采用的技术方案是：
[0006]一种基于正压阻塞和间歇啮合机构的上肢姿态保持外骨骼，包括正压阻塞机构以及与所述正压阻塞机构转动连接的间歇啮合机构；
[0007]所述正压阻塞机构包括一个外套筒、保持充气口外露而同轴心置于所述外套筒中的管状气囊，所述管状气囊与外套筒之间设置一个C形管，所述C形管包在所述管状气囊的外壁上且所述C形管的外壁在初始状态下与所述外套筒之间保留预定间隙；所述外套筒的两端分别布置止推轴承，所述C形管内两端设置挡板以对所述管状气囊在两端限位，所述C形管自所述止推轴承中穿过后向外伸出；所述外套筒与用于连接人体胳膊的胳膊连杆连接；
[0008]所述间歇啮合机构包括底部带环形状布置的上啮合齿的连接板，所述连接板与所述C形管由所述止推轴承穿过后显示在外部的露出部用螺钉连接；所述上啮合齿的下方布置有顶部带有与所述上啮合齿配合的下啮合齿的垂直旋转连杆；所述垂直旋转连杆上通过与所述下啮合齿同轴的安装孔可转动地设置有弹簧连杆；所述弹簧连杆的上端伸出所述安装孔外与所述连接板用杆状连接件连接、下端外露于所述安装孔外且下端扩径形成限位部对套装于所述弹簧连杆上的弹簧限位；所述垂直旋转连杆与用于连接人体腰部的腰部连杆连接。
[0009]优选的，所述弹簧连杆与所述安装孔之间设置有滚动轴承以形成转动连接。
[0010]优选的，所述弹簧的上端与所述的滚动轴承的下端面之间布置有定位套筒，所述
定位套筒套装在所述的弹簧连杆上。
[0011]优选的，所述连接板的底部形成外凸部，所述上啮合齿形成在所述外凸部的底部。
[0012]优选的，所述垂直旋转连杆通过自其安装所述弹簧连杆的基础部的一侧向下延伸形成的板状连接部与用于连接人体腰部的腰部连杆固定连接。
[0013]优选的，所述板状连接部包括自上而下依次连接的第一竖直部、水平部以及第二竖直部，所述第二竖直部与用于连接人体腰部的腰部连杆固定连接。
[0014]优选的，所述外套筒通过其侧壁上沿切线方向向外延伸的连接部与用于连接人体胳膊的胳膊连杆连接。
[0015]优选的，初始状态下，所述胳膊连杆的轴线与腰部连杆的轴线在相交呈预定的锐角角度。
[0016]进一步的设置有控制系统，所述控制系统包括接收控制指令用的单片机；单片机与与便携式气泵、气压表、两位三通电磁阀连接，气压表与储气罐连接，储气罐连接两位三通电磁阀，两位三通电磁阀连接至管状气囊前端的充气接头，便携式气泵连接储气罐。
[0017]优选的，所述单片机连接语音识别模块，以使人可以进行语音输入控制指令。
[0018]本专利技术的肩关节支撑结构，可独立在肩关节的屈伸运动方向和外展内收方向提供固定上肢的力矩。其中，外展、内收方向的力矩是基于正压阻塞原理实现的，而屈伸运动方向的固定力矩是基于间隙啮合机构实现的。
[0019]另外，通过控制系统，可以实现采用语音指令控制外展内收方向的力矩大小，利用人体肩关节的移动控制间隙啮合机构实现屈伸运动方向的力矩调节，这样的话，医生可根据实际情况，在双手持有检查工具的情况的下，控制外骨骼在肩关节任意位置的保持上肢稳定。
[0020]通过语音控制的引入，一方面能降低了医生的上至疲劳感，另一方面，在检查过程，能更加保障医生手部的稳定操作性。因此，本专利技术能够有效解决执行甲状腺穿刺任务的医生当前所面临的问题，具有很高的实用推广价值。
[0021]本专利技术能使执行甲状腺穿刺检查的医生实现肩关节的放松效果，能有效降低医生肩关节处的疲劳感和患病风险。除此之外，还具备结构简单、设计巧妙并且操作便捷、容易控制的优点。
附图说明
[0022]图1
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图6依次为上肢姿态保持外骨骼的主视图、A
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A剖面图、俯视图、E
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E剖面图、以及图4中Ⅱ部分、Ⅰ部分的局部放大图。
[0023]图7
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图10分别为外骨骼在外展、内收运方向上的工作原理图以及对应运动状态下Ⅱ部分部分的状态变化图。
[0024]图11
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图12分别为主视以及侧视下的外骨骼在屈伸运动方向上的工作原理图。
[0025]图13为外骨骼在屈伸运动下对应的状态变换下的垂直旋转连杆与带齿的连接板的啮合分离示意图。
[0026]图14为本专利技术的为语音控制系统原理图。
[0027]图15
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图16为上肢姿态保持外骨骼穿戴下的主视图示意以及侧视示意图。
[0028]图7
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图12中，
“×”
表示无法移动，“√”表示可移动。
[0029]图中附图标记：
[0030]胳膊连杆1、第一螺钉2、第二螺钉4、第三螺钉5、第四螺钉8、第五螺钉13、第六螺钉19、外套筒3、管状气囊6、止推轴承7、C形管9、挡板10、螺母11、连接板12、弹簧连杆14、垂直旋转连杆15、滚动轴承16、定位套筒17、弹簧18、腰部连杆20、上啮合齿121、下啮合齿151；
[0031]固定支撑21、人体22、电源23、语音识别模块24、单片机25、便携式气泵26、储气罐27、气压表28、两位三通电磁阀29、气管接头30、上肢姿态保持外骨骼31、绑带32。
具体实施方式
[0032]以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0033]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于正压阻塞和间歇啮合机构的二自由度上肢姿态保持外骨骼，其特征在于，包括正压阻塞机构以及与所述正压阻塞机构转动连接的间歇啮合机构；所述正压阻塞机构包括一个外套筒、保持充气口外露而同轴心置于所述外套筒中的管状气囊，所述管状气囊与外套筒之间设置一个C形管，所述C形管包在所述管状气囊的外壁上且所述C形管的外壁在初始状态下与所述外套筒之间保留预定间隙；所述外套筒的两端分别布置止推轴承，所述C形管内两端设置挡板以对所述管状气囊在两端限位，所述C形管自所述止推轴承中穿过后向外伸出；所述外套筒与用于连接人体胳膊的胳膊连杆连接；所述间歇啮合机构包括底部带环形状布置的上啮合齿的连接板，所述连接板与所述C形管由所述止推轴承穿过后显示在外部的露出部用螺钉连接；所述上啮合齿的下方布置有顶部带有与所述上啮合齿配合的下啮合齿的垂直旋转连杆；所述垂直旋转连杆上通过与所述下啮合齿同轴的安装孔可转动地设置有弹簧连杆；所述弹簧连杆的上端伸出所述安装孔外与所述连接板用杆状连接件连接、下端外露于所述安装孔外且下端扩径形成限位部对套装于所述弹簧连杆上的弹簧限位；所述垂直旋转连杆与用于连接人体腰部的腰部连杆连接。2.根据权利要求1所述二自由度上肢姿态保持外骨骼，其特征在于，所述弹簧连杆与所述安装孔之间设置有滚动轴承以形成转动连接。3.根据权利要求2所述二自由度上肢姿态保持外骨骼，其特征在于，所述弹簧的上端与所述的滚动轴承的下端面之间布置有定位套筒，所述定位套筒套...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建彬，马卓，左思洋，张杰，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：