【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及人体外骨骼，尤其涉及一种手臂外骨骼系统。
技术介绍
1、当前，越来越多的工业企业开始将外骨骼装置(也称为外骨骼机器人)作为工人的辅助工具来使用，用于缓解或预防工人在工作过程中可能出现的腰椎劳损或其他肌肉骨骼疾病。已经有较多的手臂外骨骼装置投入市场中。
2、手臂的肘关节和前臂在日常活动中扮演着至关重要的角色，涉及到肘关节的伸展、弯曲运动、前臂的内旋和外旋运动。这些运动对于完成日常任务至关重要。因此，辅助手臂运动的手臂外骨骼具有更多的应用场景和更大的市场需求。但是，现有的手臂外骨骼装置仍然存在较多的问题。例如，部分可佩带的手臂外骨骼系统仅能够有效辅助或者驱动手臂进行上臂运动，对手臂前臂的动作的适配性较差，使得前臂的运动被局部约束。再例如，部分手臂外骨骼装置的前臂旋转机构通常采用固定的c型结构或整体圆形结构来束缚手臂，以使得手臂外骨骼系统能够跟随人体的手臂运动。固定的c型结构或整体圆形结构使得外骨骼装置变得笨重且难以适配不同尺寸的肢体。需要使用手臂外骨骼装置的人包括儿童和成人。儿童和成人的手臂尺寸差异较大，当前的手臂外骨骼装置无法同时适配儿童和成人。
3、例如，公开号为cn107835675a的专利申请公开了一种手臂支承外骨骼，其包括连接至手臂连杆机构的肩部基部。手臂连杆机构包括：被构造成围绕旋转关节相对于彼此旋转的近端连杆和远端连杆、适于将使用者的手臂连接至远端连杆的至少一个手臂连接器、连接至近端连杆和远端连杆并提供使远端连杆相对于近端连杆屈曲的力矩的张力产生器以及实质上位于旋转关节处的突出部。
4、再例如，公开号为cn110815171a的专利申请公开了一种外骨骼，包括第一连杆和第二连杆，该第一连杆绕第一竖直轴线在横向平面中枢转，该第二连杆绕第二竖直轴线在横向平面中枢转。第二连杆耦接到第一连杆。臂支撑组件耦接到第二连杆并绕水平轴线枢转。该臂支撑组件包括弹簧，其用于产生抵消重力的辅助扭矩。该臂支撑组件为穿戴者的手臂提供辅助扭矩以支撑该穿戴者的手臂。该臂支撑组件还包括凸轮轮廓和凸轮从动件。该弹簧、凸轮从动件和凸轮轮廓之间的接触确定由该臂支撑组件提供的辅助力的量。套箍耦接到该臂支撑组件和穿戴者的手臂。该外骨骼同样仅支撑手臂的上臂，无法对手臂的前臂进行辅助运动。
5、再例如，公开号为cn114986478a的专利申请公开了一种手臂外骨骼。该手臂外骨骼包括肩部外骨骼、肘部外骨骼以及腕部外骨骼；肩部外骨骼、肘部外骨骼与腕部外骨骼依次连接。在手臂外骨骼根据控制指令进行主动运动，或跟随使用者的手臂运动进行从动运动的过程当中，通过肩部电机组模拟由人体的肩关节所引导的运动，通过肘部电机组模拟由人体的肘关节所引导的运动，并且通过腕关节组模拟由人体的腕关节所引导的运动。
6、再例如，公开号为cn112077827a的专利申请公开了一种仿竹结构的上肢外骨骼装置，包括：肩部内收外展关节、肩部屈伸关节、肘部屈伸关节、仿竹结构机械臂、驱动模块、背板支架以及电气系统；肩部内收外展关节与肩部屈伸关节通过l型工件相连接；肩部屈伸关节与肘部屈伸关节相连接；仿竹结构机械臂与肘部屈伸关节过盈配合；驱动模块与肩部内收外展关节、肩部屈伸关节、肘部屈伸关节分别相连。其束缚手臂以使得手臂外骨骼装置随手臂运动的结构就是典型的c形结构，较宽、坚硬且舒适度较差。该专利技术的前臂部位的外骨骼部分采用直线型结构来支撑前臂，使得前臂部位的外骨骼无法像人体的前臂一样做出内旋和外旋的运动动作。这使得该手臂外骨骼与前臂的贴合度较差，使用也不灵活。该专利技术专利中的肘部屈伸关节存在的缺陷包括：(1)体积冗大。肘部屈伸关节采用钢索驱动，但是钢索绕行的输出端和输入端分别固定在两块连接件上，加上这种阵列孔式、无法连续性尺寸调节的板件，导致体积臃肿过大；竹节圆筒体积冗余，非常浪费使用空间。
7、(2)无机械限位。该肘部屈伸关节没有设计机械限位，对于人体使用的穿戴器械，必须根据人肢体的运动极限范围设计机械式的限位，以防止软件层失控或其它不可控因素导致外骨骼运动超过人体关节极限。
8、(3)结构缺乏模块化，结构分散；安装、维护困难。由于部件之间没有模块化的连接，导致手臂外骨骼的可靠性低，稳定性差。如上所示，当前的手臂外骨骼，普遍存在的缺陷包括：(1)不能同时适用于儿童和成年人，即尺寸不方便调节；(2)束缚手臂部位的结构与手臂的贴合度较差，手臂外骨骼装置在使用时显得笨重，不够灵巧；(3)手臂外骨骼装置在肘关节部位和前臂部位的转动不够灵活，手臂外骨骼的结构难以配合前部进行内旋和外旋，导致部分企业在设计手臂外骨骼装置时放弃了前臂部位的外骨骼结构。
9、本专利技术希望提供一种手臂外骨骼系统，能够使得前臂部分也与人体前臂更好地贴合且实现灵活且自然的运动。
10、此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本专利技术时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本专利技术不具备这些现有技术的特征，相反本专利技术已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在
技术介绍
中增加相关现有技术之权利。
技术实现思路
1、由于人体前臂的转动比较灵活，机械结构无法与前臂的转动、移动准确匹配，因此现有技术中的手臂外骨骼系统，普遍着重于对手臂上臂的辅助。很多手臂外骨骼系统都选择不设置前臂结构，以避免不恰当的驱动角度对前臂活动形成阻碍。但是，人体前臂同样在日常使用中需要保护和得到手臂外骨骼的辅助。因此，本专利技术改进了手臂外骨骼的机械结构，提供了一种前臂结构能够精确驱动人体前臂内旋和外旋。
2、现有技术已经出现通过驱动绳索的牵引来实现人体前臂旋转的技术方案。例如，公开号为cn106691778a的专利文献公开了一种穿戴式外骨骼上肢康复机器人，包括手臂调整组件、肩关节屈伸组件、肩关节展收组件、上臂旋转运动组件、肘关节屈伸组件、前臂旋转运动组件、腕关节屈伸组件和机架电机组件；手臂调整组件固定在机架电机组件上，手臂调整组件、肩关节屈伸组件、肩关节展收组件、上臂旋转运动组件、肘关节屈伸组件、前臂旋转运动组件与腕关节屈伸组件之间依次连接。该技术方案能够实现肩关节的屈伸和内收外摆、上臂的内旋外旋、肘关节的屈伸、前臂的内旋外旋和腕关节的屈伸六个自由度以及手臂调整一个自由度的运动，其中的前臂的内旋外旋运动过程主要通过驱动前臂旋转从动轮的转动来实现。然而，该技术方案中的前臂旋转过程是将前臂限制在前臂旋转从动轮内，并通过直接作用于前臂实现其内外旋运动过程。一方面，人体的前臂内旋和外旋过程通常是由人体腕部的转动并带动前臂实现的，此种自然状态下的运动方式与该技术方案中通过直接作用于前臂来带动腕部的内外旋的运动过程完全相反，无法提供更适应于人体运动本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种手臂外骨骼系统，包括上臂单元、肘关节单元(105)和前臂单元；所述上臂单元、所述肘关节单元(105)和所述前臂单元依次机械连接，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的手臂外骨骼系统，其特征在于，所述肘关节单元(105)内设置有肘关节驱动绕盘(126)，
3.根据权利要求1或2所述的手臂外骨骼系统，其特征在于，所述上臂单元通过伸缩组件(109)与所述肘关节单元(105)连接，使得所述上臂单元和所述肘关节单元(105)之间的距离基于不同尺寸的上臂部位调节。
4.根据权利要求1～3任一项所述的手臂外骨骼系统，其特征在于，在所述第一扭矩传动单元中，至少一个导向组件(106)设置在上臂单元外侧，
5.根据权利要求1～4任一项所述的手臂外骨骼系统，其特征在于，在所述肘关节单元(105)中，
6.根据权利要求1～5任一项所述的手臂外骨骼系统，其特征在于，所述肘关节单元(105)还包括限位块(125)，
7.根据权利要求1～6任一项所述的手臂外骨骼系统，其特征在于，在所述前臂单元中，所述第一扭矩传动单元通过驱动组件(
8.根据权利要求1～7任一项所述的手臂外骨骼系统，其特征在于，所述前臂单元中的驱动组件(119)设置在前臂轴端固件(115)的第一端，所述前臂轴端固件(115)的第二端设置有固定基座(112)，
9.根据权利要求1～8任一项所述的手臂外骨骼系统，其特征在于，
10.根据权利要求1～9任一项所述的系统，其特征在于，驱动组件(119)设置在移位限制组件(104)的空腔内，并且所述驱动杆(103)贯穿所述移位限制组件(104)，从而所述移位限制组件(104)能够限制所述驱动杆(103)的移动角度范围，以实现所述驱动杆(103)在人体前臂部位的内旋或外旋的角度内移动。
...【技术特征摘要】
1.一种手臂外骨骼系统，包括上臂单元、肘关节单元(105)和前臂单元；所述上臂单元、所述肘关节单元(105)和所述前臂单元依次机械连接，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的手臂外骨骼系统，其特征在于，所述肘关节单元(105)内设置有肘关节驱动绕盘(126)，
3.根据权利要求1或2所述的手臂外骨骼系统，其特征在于，所述上臂单元通过伸缩组件(109)与所述肘关节单元(105)连接，使得所述上臂单元和所述肘关节单元(105)之间的距离基于不同尺寸的上臂部位调节。
4.根据权利要求1～3任一项所述的手臂外骨骼系统，其特征在于，在所述第一扭矩传动单元中，至少一个导向组件(106)设置在上臂单元外侧，
5.根据权利要求1～4任一项所述的手臂外骨骼系统，其特征在于，在所述肘关节单元(105)中，
6.根据权利要求1～5任一项所述的手臂外骨骼系统，其特征在于，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱立红，张东，孙礼杰，袁书慧，杨兴楼，张瑞，刘俊纬，谈家忞，赵亮程，张良，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：
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