[實用新型]一種氣動肌肉驅動的上肢外骨骼助力機構

有效

• 申請號: 201320559244.4
• 申請日: 2013-09-10
• 公開（公告）號: CN203576706U
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 劉昊;張丹婷;李智壽;趙勇;陶國良
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: A61F4/00
• 分類號: A61F4/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本實用新型涉及仿生結構的機器人，尤其是涉及一種氣動肌肉驅動的上肢外骨骼助力機構。

背景技術

外骨骼技術是一種可穿戴式機器人技術，模仿生物界的外骨骼開發的一種新型機電一體化裝置，可穿戴在操作者的身體外部，為操作者提供了諸如保護、身體支撐、運動輔助等功能。

外骨骼的驅動大多數采用電機或液壓方式完成，只有少數采用氣壓方式驅動，且主要見于醫療康復治療等輕載應用場合。電機驅動的不足之處在于功率/質量比較小，有限重量的電機難以承擔較大負荷。液壓驅動的缺點，主要在于泄漏問題、系統工作效率較低及系統成本高。氣壓驅動方式，雖然具有工作介質對環境和人體友好，元器件重量輕、價格便宜等優點，但由于常規的氣缸執行器與液壓缸相比功率/體積質量比遠遠不如，無法滿足有較大負荷要求但安裝空間有限、對輕便性要求較高的外骨骼助力系統的需要，沒能得到廣泛應用。

但隨著近年來新型氣動元件--氣動肌肉(Pneumatic?Muscle?Actuator，PMA)的出現，因其優良的功率/體積比和功率/質量比，使氣壓驅動在外骨骼助力系統中逐步替代液壓驅動成為了可能。

發明內容

本實用新型的目的在于提供一種氣動肌肉驅動的上肢外骨骼助力機構，可以提升穿戴人員的機能力量，并完成重物托舉。

本實用新型采用的技術方案是：

本實用新型包括兩個結構相同的單臂部件和背部支架；單臂部件從下至上依次由小臂、肘關節、上臂和肩關節構成，兩個單臂部件中的肩關節分別安裝在背部支架頂板的兩側上，兩個肘關節軸經各自的肘部鋼絲牽引線與背部支架中各自的氣動肌肉連接，兩個肩關節軸分別經各自的肩部鋼絲牽引線與背部支架中各自的氣動肌肉連接。

所述小臂，包括Г形小臂托板和小臂桿；Г形小臂托板安裝在小臂桿的一端外側面上。

所述肘關節，包括肘關節軸、軸端擋圈、肘關節聯軸器、肘關節角位移傳感器和肘關節角位移傳感器安裝板；小臂桿的另一端與上臂底桿的一端通過肘關節軸連接形成肘部的屈-伸轉動副，上臂底桿的一端與肘關節軸之間通過上臂底桿的一端外側的軸端擋圈進行軸向定位，位于軸端擋圈外的肘關節軸與肘關節聯軸器相連；肘關節角位移傳感器通過肘關節角位移傳感器安裝板安裝在肘關節聯軸器的外側，肘關節角位移傳感器一端伸出軸插入肘關節聯軸器一端的中心孔中，肘關節軸一端伸出軸插入肘關節聯軸器另一端的中心孔中；肘關節角位移傳感器與肘關節軸之間通過肘關節聯軸器相連實現同步轉動；肘關節角位移傳感器安裝板安裝在上臂底桿的外側。

所述上臂，包括第一Г形走線板、上臂底桿、上臂頂桿和第二Г形走線板；上臂底桿的另一端底面開有沿長度方向的導軌槽，上臂底桿的另一端上面開有一段與所述導軌槽相通的凹槽，上臂頂桿一端側面有凸起導軌，上臂底桿導軌槽與上臂頂桿凸起導軌相嵌并通過螺栓定位，改變上臂底桿和上臂頂桿配合的長度即改變整個上臂的長度，第一Г形走線板的一邊固定在上臂底桿的一端側面，第二Г形走線板的一邊固定在上臂頂桿的另一端側面。

所述肩關節，包括肩關節軸、肩部第一直角連接板、第一轉軸、肩部第二直角連接板、第二轉軸、肩寬可調板、導軌、肩部直角加強筋、肩關節聯軸器、肩關節角位移傳感器、肩關節角位移傳感器安裝板和平板走線板；上臂頂桿的另一端與肩部第一直角連接板一邊通過肩關節軸相連，從而形成肩關節的屈-伸轉動副；肩部第一直角連接板另一邊和肩部第二直角連接板通過第一轉軸連接，從而形成肩關節的外展-內收轉動副；肩部第二直角連接板與肩寬可調板一端通過第二轉軸連接，從而形成肩關節的旋內-旋外轉動副；肩寬可調板底面沿長度方向開有凹槽，導軌的一端相嵌在肩寬可調板凹槽內通過螺栓定位，從而改變兩肩關節之間的距離，導軌的另一端固定在背部支架的頂板上面的兩側；肩關節角位移傳感器通過肩關節角位移傳感器安裝板安裝在肩關節聯軸器的外側，肩關節角位移傳感器一端伸出軸插入肩關節聯軸器一端的中心孔中，肩關節軸一端伸出軸插入肩關節聯軸器另一端的中心孔中；肩關節角位移傳感器與肩關節軸之間通過肩關節聯軸器相連實現同步轉動；肩關節角位移傳感器安裝板安裝在肩部第一直角連接板的直角面，平板走線板安裝在肩關節角位移傳感器安裝板外側。