本发明专利技术公开了一种全自由度上肢外骨骼装置，由支撑机构，上臂机构和前臂机构等构成。支撑机构包括主立柱，肩颈主板，腰后板，U型板和斜立柱；主立柱安装在U型板的背面，斜立柱的下端与U型板中部转动连接。上臂机构包括肩部连接板，肩部活动片，肩撑，肩关节驱动单元和凸轮；肩部连接板和肩颈主板，凸轮与肩撑均为转动连接。肩撑侧部设置有凸轮接触面，凸轮与凸轮接触面相贴，肩关节驱动单元设置在凸轮底侧，肘关节驱动单元和肩关节驱动单元转动连接。本发明专利技术的外骨骼机器人用电机驱动来对肘关节和肩关节的弯曲伸展动作进行助力，通过凸轮和凸轮接触面的配合，抬升肩部连接板可，使得外骨骼机器人跟随人体骨骼运动，提高穿戴者的舒适度。舒适度。舒适度。
【技术实现步骤摘要】
一种全自由度上肢外骨骼装置
[0001]本专利技术涉及外骨骼
，具体涉及一种全自由度上肢外骨骼装置。
技术介绍
[0002]可穿戴式外骨骼或称动力外骨骼，是一种由硬性或软性材料构成框架并且可让人穿上的机器装置，这个装备可以提供额外能量来增强人体搬运重物的能力。机械外骨骼的用途多样，主要用途是用来帮助重体力劳动者，以减轻他们的负担，如物流，建筑行业；也可用于残障者的康复训练，或作为义肢帮助截瘫患者的自主生活。动力外骨骼也可用于军用，增强士兵的体能和防护性。
[0003]现有的外骨骼主要存在着重量大，不够灵活，特别是自由度不够的问题。在穿戴者穿上外骨骼机器人后，外骨骼机器人的机械结构阻碍穿戴者的运动，限制了穿戴者的活动范围。
[0004]为此，我们提出一种全自由度上肢外骨骼装置，使其不妨碍穿戴者的运动，特别是能跟随人的肩关节的运动，符合人体手臂活动时肩膀回转中心的抬升，在提供助力的同时保证了穿戴者的舒适性，提高装置活动的自由度和使用者人体的舒适度。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的在于提供一种全自由度上肢外骨骼装置，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种全自由度上肢外骨骼装置，包括支撑机构，上臂机构和前臂机构。
[0007]支撑机构包括主立柱，肩颈主板，腰后板，U型板和斜立柱。U型板安装在腰后板的背面，主立柱上端固定安装在肩颈主板中部，主立柱下端固定安装在U型板的背面，斜立柱左右设置有两个，两个斜立柱的下端与U型板均为转动连接。
[0008]上臂机构包括肩部连接板，肩部活动片，肩撑，肩关节驱动单元，和凸轮。肩部连接板，肩部活动片，肩撑和凸轮均对称设置在主立柱和肩颈主板的两侧；肩部连接板的一侧和肩颈主板转动连接，同时肩部连接板的底部和斜立柱转动连接，肩部连接板的另一侧转动连接有肩部活动片；肩部活动片与肩撑转动连接，凸轮与肩撑转动连接，肩撑侧部设置有凸轮接触面，凸轮的边缘与凸轮接触面相贴，肩关节驱动单元设置在凸轮底侧。
[0009]前臂机构包括肘关节驱动单元，肘关节驱动单元和上臂长度调节单元转动连接，肘关节驱动单元的一侧固定连接有支撑板。
[0010]在本专利技术的一种实施例中，凸轮外侧设置有辅助旋转组件，辅助旋转组件底侧与肩关节驱动单元连接，支撑板的一侧和肩关节驱动单元转动连接。
[0011]在本专利技术的一种实施例中，肩撑一侧固定连接有滑座，滑座上滑动连接有滑动板，滑动板一侧固定连接有连接座，连接座与凸轮一体化设置，肩关节驱动单元固定连接在连接座上。
[0012]在本专利技术的一种实施例中，凸轮与肩撑侧部的凸轮接触面，滑座，滑动板等构成滑动副，在肩关节驱动电机驱动外骨骼手臂作屈曲/伸展的同时，抬升整个手臂(上臂和前臂)，以跟随穿戴者的肩关节的骨骼运动。但这种抬升机构不仅仅限于滑动副，其他方式，如凸轮与凸轮对滚，带齿凸轮与带齿凸轮，齿轮与齿轮，齿轮与齿条，等方式都包含在内。在本专利技术的一种实施例中，肩关节驱动单元包括肩部连接部，肩部连接部和连接座转动连接，肩部连接部下端设置有伸缩杆，伸缩杆下端固定连接有前臂连接部。
[0013]在本专利技术的一种实施例中，肩关节驱动单元包括第一减速器，第一减速器固定连接在连接座上，第一减速器的输入端固定连接有肩关节同步带轮；
[0014]肩部连接部上固定连接有肩关节驱动电机，肩关节驱动电机的输出端固定连接有肩关节同步带轮，肩关节同步带轮通过同步皮带和肩关节同步带轮传动连接。
[0015]在本专利技术的一种实施例中，肘关节驱动单元包括肘关节驱动电机，肘关节驱动电机的输出端固定连接有肘关节同步带轮；
[0016]前臂连接部上固定连接有肘关节减速器，肘关节减速器的输出端固定连接有肘关节同步带轮，肘关节同步带轮和肘关节同步带轮传动连接。
[0017]在本专利技术的一种实施例中，支撑板设置为L型板，支撑板上固定连接有缓冲层，肩颈主板和腰后板侧壁也设置有缓冲层。
[0018]在本专利技术的一种实施例中，斜立柱设置为有弧度的立柱，两个斜立柱呈V型设置，两个斜立柱相对主立柱对称设置。
[0019]综上所述，由于采用了上述技术，本专利技术的有益效果是：
[0020]本专利技术中，通过主立柱和斜立柱的设置，用于支撑整个装置，和穿戴者的背部贴合；设置腰后板，可用于放置腰带，设置肩颈主板用于和肩部连接板转动连接，可使肩部可上下活动；肩部连接板和肩部活动片转动连接，可进一步提高肩部上下活动的空间，肩部活动片和肩撑转动连接，可使肩部可前后活动，使肩部可全自由度活动；
[0021]通过凸轮和凸轮接触面的设置，以及斜立柱和肩部活动片的配合，穿戴者在肩关节活动(包括屈曲/伸展，内收/外展)时，凸轮和凸轮接触面互相产生力作用，抬升整个肩部连接板，以追随穿戴者肩关节的抬升运动，提高了装置活动的自由度和人体的舒适度。
[0022]肩关节及上臂可通过肩关节驱动单元驱动而转动，前臂机构可通过肘关节驱动单元而转动，从而节省使用者的体力；通过伸缩杆的设置，可手动调节伸缩杆的长度，从而适用于不同臂长的使用者；
[0023]由于肩关节同步带轮和安装架之间设置有第一减速器，使肩部连接部相对安装架转动。
[0024]本专利技术用电机驱动来对肘关节和肩关节的弯曲伸展动作进行助力，并利用关节联动来实现其他方向上的运动，不仅不妨碍穿戴者的运动，还可以跟随人的肩关节的运动，保证了穿戴者的舒适性。
附图说明
[0025]图1为本专利技术的后视结构示意图；
[0026]图2为本专利技术的斜视结构示意图；
[0027]图3为本专利技术的斜视左臂抬起结构示意图；
[0028]图4为本专利技术的侧视左臂抬起结构示意图；
[0029]图5为本专利技术的两臂下垂部分结构示意图；
[0030]图6为本专利技术的凸轮示意图(上臂下垂状态)；
[0031]图7为本专利技术的凸轮示意图(上臂抬起状态)；
[0032]图8为本专利技术的左臂外展抬升状态示意图(正视图)；
[0033]图9为本专利技术的左臂外展抬升状态示意图(立体图)。
[0034]图中：1，支撑机构；11，主立柱；12，肩颈主板；13，腰后板；14，U型板；15，斜立柱；2，上臂机构；21，肩部连接板；22，肩部活动片；23，肩撑；231，凸轮接触面；24，肩关节驱动单元；25，上臂长度调节单元；3，前臂机构；31，肘关节驱动单元；32，支撑板；261，滑座；262，滑动板；27，连接座；28，凸轮；251，肩部连接部；252，伸缩杆；253，前臂连接部；241，第一减速器；242，肩关节同步带轮；243，肩关节驱动电机；244，肩关节同步带轮；311，肘关节驱动电机；312，肘关节同步带轮；313，肘关节减速器；314，肘关节同步带轮。
具体实施方式
[0035]为使本专利技术实施方式的目的，技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施方式中的附图，对本专利技术实施方式中的技术方案本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种全自由度上肢外骨骼装置，其特征在于，包括：(1)支撑机构(1)。所述支撑机构(1)包括主立柱(11)，肩颈主板(12)，腰后板(13)，U型板(14)和斜立柱(15)。所述U型板(14)安装在所述腰后板(13)的背面，所述主立柱(11)上端固定安装在所述肩颈主板(12)中部，所述主立柱(11)下端固定安装在所述U型板(14)的背面，所述斜立柱(15)左右设置有两个，两个所述斜立柱(15)的下端均与所述U型板(14)转动连接；(2)上臂机构(2)。所述上臂机构(2)包括肩部连接板(21)，肩部活动片(22)，肩撑(23)，肩关节驱动单元(24)，和凸轮(28)。所述肩部连接板(21)，所述肩部活动片(22)，所述肩撑(23)和所述凸轮(28)均对称设置在所述主立柱(11)和所述肩颈主板(12)的两侧；所述肩颈主板(12)与肩部连接板(21)转动连接；所述肩部活动片(22)与所述肩撑(23)转动连接，所述凸轮(28)与所述肩撑(23)转动连接，所述肩撑(23)侧部设置有凸轮接触面(231)，所述凸轮(28)的边缘与所述凸轮接触面(231)相贴，所述肩关节驱动单元(24)设置在所述凸轮(28)底侧；(3)前臂机构(3)。所述前臂机构(3)包括肘关节驱动单元(31)，所述肘关节驱动单元(31)和所述上臂长度调节单元(25)传动连接，所述肘关节驱动单元(31)的一侧固定连接有支撑板(32)。2.根据权利要求1所述的一种全自由度上肢外骨骼装置，其特征在于：所述凸轮(28)外侧设置有肩关节驱动单元(24)，所述肩关节驱动单元(24)底侧与上臂长度调节单元(25)连接，所述支撑板(32)的一侧和所述上臂长度调节单元(25)转动连接。3.根据权利要求2所述的一种全自由度上肢外骨骼装置，其特征在于：所述肩撑(23)一侧固定连接有滑座(261)，所述滑座(261)上滑动连接有滑动板(262)，所述滑动板(262)一侧固定连接有连接座(27)，所述连接座(27)与所述凸轮(28)一体化设置，所述肩关节驱动单元(24)固定连接在所述连接座(27)上。4.根据权利要求3所述的一种全自由度上肢外骨骼装置，其特征在于：所述的凸轮(28)与...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱赤，刘畅，倪受东，吴方亮，梁宏博，
申请(专利权)人：南京赤研科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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