基于远心点的定扭矩输出外骨骼穿戴设备及其使用方法技术

本发明专利技术公开了基于远心点的定扭矩输出外骨骼穿戴设备及其使用方法。研发外骨骼穿戴工具来辅助农民过肩劳作和举重物动作非常必要。本发明专利技术包括穿戴体、定扭矩输出装置、轮系式肩关节、上臂部和前臂部；轮系式肩关节包括第一连接架、第二连接架和第三输出齿轮；第一连接架相对穿戴体的转动中心线、第二连接架相对第一连接架的转动中心线以及第三输出齿轮相对第二连接架的转动中心线相交于空间中的一点；定扭矩输出装置包括安装笼、第一输出轴、第二输出轴、第三输出轴、驱动组件和弹力控制机构。本发明专利技术运动过程中人体肩关节中心始终不动，从而避免农民作业过程中身体被拉扯，使用过程体验好；定扭矩输出，有效避免抖动，且保护电机稳定、可靠工作。可靠工作。可靠工作。

【技术实现步骤摘要】
基于远心点的定扭矩输出外骨骼穿戴设备及其使用方法


[0001]本专利技术属于外骨骼穿戴设备领域，具体涉及一种基于远心点的定扭矩输出外骨骼穿戴设备及其使用方法。

技术介绍

[0002]近年来人们不断研究各种辅助工具应用于农民的农事活动中，来减轻农民的工作强度。比如，当农民在坡地或种植密度大等复杂地形对作物进行处理(水果套袋、采摘、剪枝等)时，需要多次往复过肩动作，不仅消耗体力，身体负担重，也会对农民的肩部关节有所损伤。针对这个问题，迫切需要一个具有减轻农民负担，适用于各种复杂环境的肩部外骨骼穿戴的工具来解决，以辅助农民经常过肩劳作和举重物的动作。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提出一种电机驱动肢体运动、使用者不需要用力、电机定扭矩输出的外骨骼穿戴设备及其使用方法。
[0004]本专利技术采用以下技术方案实现：
[0005]本专利技术基于远心点的定扭矩输出外骨骼穿戴设备，包括穿戴体、定扭矩输出装置、轮系式肩关节、上臂部和前臂部。所述的轮系式肩关节包括第一连接架、第二连接架、第一主动齿轮、第二主动齿轮、第一齿轮传动机构、第二齿轮传动机构和第三输出齿轮；第一主动齿轮、第二主动齿轮和第三输出齿轮均为锥齿轮；所述的第一连接架和第二连接架均呈圆弧形；第一连接架一端与穿戴体以及第一主动齿轮铰接，第二主动齿轮与第一主动齿轮铰接，且第一连接架与穿戴体的铰接轴、第一连接架与第一主动齿轮的铰接轴、第二主动齿轮与第一主动齿轮的铰接轴同轴设置；第一连接架另一端与第二连接架一端铰接；第三输出齿轮与第二连接架另一端铰接；所述的第二主动齿轮通过第一齿轮传动机构给第二连接架传递动力，第一主动齿轮通过第二齿轮传动机构给第三输出齿轮传递动力；第一连接架相对穿戴体的转动中心线、第二连接架相对第一连接架的转动中心线以及第三输出齿轮相对第二连接架的转动中心线相交于空间中的一点。所述的上臂部包括摆杆、第一设置框和前臂部旋转驱动件；所述的摆杆固定在第三输出齿轮上；所述的第一设置框固定在摆杆上；所述的前臂部与上臂部通过前臂部旋转驱动件连接，前臂部旋转驱动件驱动前臂部旋转。
[0006]所述的定扭矩输出装置包括安装笼、第一输出轴、第二输出轴、第三输出轴、驱动组件和弹力控制机构；所述的安装笼固定在穿戴体上；所述的第一输出轴通过轴承支承在安装笼内，第二输出轴通过轴承支承在第一输出轴内；所述第三输出轴的一端通过轴承支承在第二输出轴内，另一端通过轴承支承在盖板上；盖板固定在安装笼上；第一连接架铰接有第一主动齿轮的那端与第一输出轴固定；第一主动齿轮与第二输出轴固定；第二主动齿轮与第三输出轴固定；第一输出轴、第二输出轴和第三输出轴上均设有动态扭矩传感器；所述的驱动组件包括蜗轮、蜗杆和减速电机；减速电机的座体固定在安装笼上，减速电机的输出轴与蜗杆固定；蜗杆与蜗轮啮合；所述的驱动组件设有三个；三个驱动组件的蜗轮间距设
置，且分别与第一输出轴、第二输出轴和第三输出轴轴固定；所述的弹力控制机构包括驱动环、主动滚轮、弹性绳、T形滑块、驱动齿轮、驱动电机和从动滚轮；所述的驱动环与安装笼构成转动副，驱动环内壁设有一段内齿部；所述的驱动齿轮固定在驱动电机的输出轴上，并与内齿部啮合；驱动电机的底座固定在安装笼上；驱动环上设有一体成型且沿驱动环周向均布的三个斜槽条；每个斜槽条与一根圆轴构成滑动副；圆轴一端铰接有主动滚轮，另一端固定有T形滑块；所述的T形滑块与安装笼上沿径向开设的滑槽构成滑动副；每个主动滚轮与一个从动滚轮通过环状的弹性绳连接；三个弹力控制机构间距设置，每个弹力控制机构的三个从动滚轮与一个驱动组件的蜗轮在沿周向均布的三个铰接位处铰接。
[0007]所述的减速电机和驱动电机均由控制器控制，动态扭矩传感器的信号输出端连接控制器。
[0008]进一步，所述的穿戴体包括背板、肩带和腰带；所述肩带的中部与背板固定；所述腰带的中部与肩带固定。
[0009]进一步，所述肩带的两端分别粘贴魔术贴的子、母面，腰带的两端也分别粘贴魔术贴的子、母面。
[0010]进一步，所述的背板采用金属材质，肩带和腰带均采用布料。
[0011]进一步，第一连接架铰接有第一主动齿轮的那端设有一体成型的牙嵌，且第一连接架的牙嵌与第一输出轴上一体成型的牙嵌固定。
[0012]进一步，所述的第一齿轮传动机构包括第二中间齿轮和固定齿轮；第二中间齿轮和固定齿轮均为锥齿轮；所述的第二中间齿轮铰接在第一连接架中部；第二中间齿轮两侧分别与第二主动齿轮和固定齿轮啮合；所述的固定齿轮与第二连接架相对第一连接架的转动中心线同轴设置，并固定在第二连接架上。
[0013]进一步，所述的第二齿轮传动机构包括第一中间齿轮、第一输出齿轮、第二输出齿轮和第三中间齿轮；第一中间齿轮、第一输出齿轮、第二输出齿轮和第三中间齿轮均为锥齿轮；所述的第一输出齿轮和第二输出齿轮通过固定轴固定，组成双联齿轮；所述的固定轴与第一连接架铰接，且与第二连接架相对第一连接架的转动中心线同轴设置；固定轴有一部分穿出第一连接架外；第二输出齿轮设置在第一连接架外；所述的第一中间齿轮铰接在第一连接架中部，且两侧分别与第一输出齿轮和第一主动齿轮啮合；所述的第三中间齿轮铰接在第二连接架中部，且两侧分别与第三输出齿轮和第二输出齿轮啮合。
[0014]进一步，所述的前臂部旋转驱动件包括升缩杆和谐波电机；所述的升缩杆与摆杆的滑槽构成滑动副，且升缩杆的螺纹孔与穿过摆杆的调节槽的螺栓连接；所述谐波电机的底座固定在升缩杆上，谐波电机由控制器控制，驱动前臂部旋转。
[0015]进一步，所述的前臂部包括滑槽杆、移动板和第二设置框；所述的滑槽杆与谐波电机的输出轴固定；所述的移动板与滑槽杆的滑槽构成滑动副，且移动板的螺纹孔与穿过滑槽杆的调节槽的螺栓连接；所述的第二设置框固定在移动板上。
[0016]该基于远心点的定扭矩输出外骨骼穿戴设备的使用方法，具体如下：
[0017]佩戴穿戴体，大臂穿过上臂部的第一设置框，小臂套入前臂部，将人体肩关节中心与第一连接架相对背板的转动中心线、第二连接架相对第一连接架的转动中心线以及第三输出齿轮相对第二连接架的转动中心线交点对齐；其中，通过调节升缩杆在摆杆上的位置适应不同大臂长度；通过调节移动板在滑槽杆上的位置适应不同小臂长度。轮系式肩关节
在工作时，由定扭矩输出装置的第一输出轴带动第一连接架绕穿戴体转动，由定扭矩输出装置的第三输出轴带动第二主动齿轮转动，由定扭矩输出装置的第二输出轴带动第一主动齿轮转动；第二主动齿轮经第一齿轮传动机构带动第二连接架相对于第一连接架转动，第一主动齿轮经第二齿轮传动机构带动第三输出齿轮转动；第三输出齿轮带动上臂部转动，上臂部经前臂部旋转驱动件驱动前臂部旋转；无论第一连接架和第二连接架旋转到什么位置，第一连接架相对背板的转动中心线、第二连接架相对第一连接架的转动中心线以及第三输出齿轮相对第二连接架的转动中心线相交于空间中的一个定点，使得人体大臂被上臂部带动以及小臂被前臂部带动过程中人体肩关节中心始终不动，从而避免农民作业过程中身本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于远心点的定扭矩输出外骨骼穿戴设备，包括穿戴体、上臂部和前臂部，其特征在于：还包括定扭矩输出装置和轮系式肩关节；所述的轮系式肩关节包括第一连接架、第二连接架、第一主动齿轮、第二主动齿轮、第一齿轮传动机构、第二齿轮传动机构和第三输出齿轮；第一主动齿轮、第二主动齿轮和第三输出齿轮均为锥齿轮；所述的第一连接架和第二连接架均呈圆弧形；第一连接架一端与穿戴体以及第一主动齿轮铰接，第二主动齿轮与第一主动齿轮铰接，且第一连接架与穿戴体的铰接轴、第一连接架与第一主动齿轮的铰接轴、第二主动齿轮与第一主动齿轮的铰接轴同轴设置；第一连接架另一端与第二连接架一端铰接；第三输出齿轮与第二连接架另一端铰接；所述的第二主动齿轮通过第一齿轮传动机构给第二连接架传递动力，第一主动齿轮通过第二齿轮传动机构给第三输出齿轮传递动力；第一连接架相对穿戴体的转动中心线、第二连接架相对第一连接架的转动中心线以及第三输出齿轮相对第二连接架的转动中心线相交于空间中的一点；所述的上臂部包括摆杆、第一设置框和前臂部旋转驱动件；所述的摆杆固定在第三输出齿轮上；所述的第一设置框固定在摆杆上；所述的前臂部与上臂部通过前臂部旋转驱动件连接，前臂部旋转驱动件驱动前臂部旋转；所述的定扭矩输出装置包括安装笼、第一输出轴、第二输出轴、第三输出轴、驱动组件和弹力控制机构；所述的安装笼固定在穿戴体上；所述的第一输出轴通过轴承支承在安装笼内，第二输出轴通过轴承支承在第一输出轴内；所述第三输出轴的一端通过轴承支承在第二输出轴内，另一端通过轴承支承在盖板上；盖板固定在安装笼上；第一连接架铰接有第一主动齿轮的那端与第一输出轴固定；第一主动齿轮与第二输出轴固定；第二主动齿轮与第三输出轴固定；第一输出轴、第二输出轴和第三输出轴上均设有动态扭矩传感器；所述的驱动组件包括蜗轮、蜗杆和减速电机；减速电机的座体固定在安装笼上，减速电机的输出轴与蜗杆固定；蜗杆与蜗轮啮合；所述的驱动组件设有三个；三个驱动组件的蜗轮间距设置，且分别与第一输出轴、第二输出轴和第三输出轴轴固定；所述的弹力控制机构包括驱动环、主动滚轮、弹性绳、T形滑块、驱动齿轮、驱动电机和从动滚轮；所述的驱动环与安装笼构成转动副，驱动环内壁设有一段内齿部；所述的驱动齿轮固定在驱动电机的输出轴上，并与内齿部啮合；驱动电机的底座固定在安装笼上；驱动环上设有一体成型且沿驱动环周向均布的三个斜槽条；每个斜槽条与一根圆轴构成滑动副；圆轴一端铰接有主动滚轮，另一端固定有T形滑块；所述的T形滑块与安装笼上沿径向开设的滑槽构成滑动副；每个主动滚轮与一个从动滚轮通过环状的弹性绳连接；三个弹力控制机构间距设置，每个弹力控制机构的三个从动滚轮与一个驱动组件的蜗轮在沿周向均布的三个铰接位处铰接；所述的减速电机和驱动电机均由控制器控制，动态扭矩传感器的信号输出端连接控制器。2.根据权利要求1所述基于远心点的定扭矩输出外骨骼穿戴设备，其特征在于：所述的穿戴体包括背板、肩带和腰带；所述肩带的中部与背板固定；所述腰带的中部与肩带固定。3.根据权利要求2所述基于远心点的定扭矩输出外骨骼穿戴设备，其特征在于：所述肩带的两端分别粘贴魔术贴的子、母面，腰带的两端也分别粘贴魔术贴的子、母面。4.根据权利要求1、2或3所述基于远心点的定扭矩输出外骨骼穿戴设备，其特征在于：所述的背板采用金属材质，肩带和腰带均采用布料。5.根据权利要求1所述基于远心点的定扭矩输出外骨骼穿戴设备，其特征在于：第一连
接架铰接有第一主动齿轮的那端设有一体成型的牙嵌，且第一连接架的牙嵌与第一输出轴上一体成型的牙嵌固定。6.根据权利要求1所述基于远心点的定扭矩输出外骨骼穿戴设备，其特征在于：所述的第一齿轮传动机构包括第二中间齿轮和固定齿轮；第二中间齿轮和固定齿轮均为锥齿轮；所述的第二中间齿轮铰接在第一连接架中部；第二中间齿轮两侧分别与第二主动齿轮和固定齿轮啮合；所述的固定...

【专利技术属性】
技术研发人员：季光波，孙良，陈培杰，白绍平，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：