[發(fā)明專利]一種用于檢測人體上肢肩部盂肱關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)信息的穿戴外骨骼機(jī)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610029141.5
• 申請日: 2016-01-17
• 公開（公告）號: CN105686834B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李劍鋒;張春召
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: A61B5/11
• 分類號: A61B5/11;A61B5/00
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11203
• 代理人: 劉萍

1.一種用于檢測人體上肢肩部盂肱關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)信息的穿戴外骨骼機(jī)構(gòu)，其特征在于：由三移動(dòng)檢測機(jī)構(gòu)、T型連接板(5)和三轉(zhuǎn)動(dòng)檢測機(jī)構(gòu)構(gòu)成，三移動(dòng)檢測機(jī)構(gòu)包括支撐支架(1)、第一導(dǎo)軌移動(dòng)副裝置(2)、第二導(dǎo)軌移動(dòng)副裝置(3)和第三導(dǎo)軌移動(dòng)副裝置(4)，三轉(zhuǎn)動(dòng)檢測機(jī)構(gòu)包括盂肱關(guān)節(jié)收展關(guān)節(jié)裝置(6)、連接彎板(7)、盂肱關(guān)節(jié)屈伸關(guān)節(jié)裝置(8)和盂肱關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)裝置(9)；

支撐支架(1)，由蹄腳(51)、蹄腳支撐件(52)、支架第一型材(53)、角件(54)、支架第二型材(55)、支架第三型材(56)、端蓋(57)、支架第四型材(58)和支架第五型材(59)構(gòu)成，其中四根蹄腳支撐件(52)連接四個(gè)蹄腳(51)支撐于地面，四根蹄腳支撐件(52)、三根支架第一型材(53)、四根支架第二型材(55)、兩根支架第三型材(56)、支架第四型材(58)和支架第五型材(59)通過角件(54)互相拼接成一體，并把兩根支架第三型材(56)、支架第四型材(58)和支架第五型材(59)兩端端面用端蓋(57)蓋上，構(gòu)成支撐支架；

第一導(dǎo)軌移動(dòng)副裝置(2)，由導(dǎo)軌右一(601)、滑塊右一(602)、滑塊右二(603)、第一位移傳感器(604)、位移傳感器壓板(605)、位移傳感器壓板固定板(606)、位移傳感器安全限位裝置(607)、滑塊鎖死裝置(608)、導(dǎo)軌左一(609)、滑塊左一(610)和滑塊左二(611)構(gòu)成，導(dǎo)軌右一(601)、滑塊右一(602)和滑塊右二(603)構(gòu)成右導(dǎo)軌移動(dòng)副，導(dǎo)軌左一(609)、滑塊左一(610)和滑塊左二(611)構(gòu)成左導(dǎo)軌移動(dòng)副，右導(dǎo)軌移動(dòng)副和左導(dǎo)軌移動(dòng)副底面在一個(gè)平面內(nèi)，兩端端面互相對齊，間隔距離以安置的支撐支架距離而定，在第一位移傳感器(604)導(dǎo)桿伸出長度為標(biāo)準(zhǔn)長度時(shí)，第一位移傳感器(604)導(dǎo)桿一端端面和導(dǎo)軌右一(601)端面平齊，第一位移傳感器(604)導(dǎo)桿另一端端面和滑塊右二(603)接觸，第一位移傳感器(604)通過位移傳感器壓板(605)連接在位移傳感器壓板固定板(606)上，其中位移傳感器壓板固定板(606)和導(dǎo)軌右一(601)上部移動(dòng)面貼合，位移傳感器安全限位裝置(607)在和導(dǎo)軌右一(601)上部移動(dòng)面貼合并緊貼第一位移傳感器(604)側(cè)面，滑塊鎖死裝置(608)在保持第一位移傳感器(604)導(dǎo)桿伸出長度為標(biāo)準(zhǔn)長度的情況下，可鎖死滑塊右二(603)，從而構(gòu)成第一導(dǎo)軌移動(dòng)副裝置；

第二導(dǎo)軌移動(dòng)副裝置(3)，由第二導(dǎo)軌支撐件一(701)、第二導(dǎo)軌固定板一(702)、第二導(dǎo)軌一(703)、第二滑塊一(704)、位移傳感器壓板(705)、第二位移傳感器壓板固定板(706)、位移傳感器安全限位裝置(707)、滑塊鎖死裝置一(708)、滑塊鎖死裝置二(709)、第二位移傳感器(710)、第二導(dǎo)軌支撐件二(711)、第二導(dǎo)軌二(712)、第二滑塊二(713)、第二導(dǎo)軌固定板二(714)、第二導(dǎo)軌固定板三(715)和第二導(dǎo)軌固定板四(716)構(gòu)成，第二導(dǎo)軌支撐件一(701)和第二導(dǎo)軌支撐件二(711)通過螺栓組連接第二導(dǎo)軌固定板一(702)、第二導(dǎo)軌固定板二(714)、第二導(dǎo)軌固定板三(715)、第二導(dǎo)軌固定板四(716)，第二導(dǎo)軌一(703)和第二導(dǎo)軌二(712)通過螺栓組連接于第二導(dǎo)軌固定板一(702)、第二導(dǎo)軌固定板二(714)、第二導(dǎo)軌固定板三(715)和第二導(dǎo)軌固定板四(716)上，第二導(dǎo)軌一(703)和第二滑塊一(704)組成移動(dòng)副，第二導(dǎo)軌二(712)、第二滑塊二(713)也組成移動(dòng)副，在第二位移傳感器(710)導(dǎo)桿伸出長度為標(biāo)準(zhǔn)長度時(shí)，第二位移傳感器(710)導(dǎo)桿一端端面和第二滑塊二(713)接觸，第二位移傳感器(710)導(dǎo)桿另一端端面和第二導(dǎo)軌一(703)端面對齊，在滿足上述條件下通過位移傳感器壓板(705)把第二位移傳感器(710)固定在第二位移傳感器壓板固定板(706)上，其中第二位移傳感器壓板固定板(706)通過螺釘安裝于第二導(dǎo)軌固定板一(702)上，位移傳感器安全限位裝置(707)在一面緊貼第二位移傳感器(710)側(cè)面的情況下，通過螺釘連接于第二導(dǎo)軌固定板一(702)上，滑塊鎖死裝置一(708)通過螺栓組連接于第二導(dǎo)軌一(703)上，滑塊鎖死裝置二(709)在卡住第二滑塊一(704)的情況下，可通過螺釘固連在滑塊鎖死裝置一(708)上，從而構(gòu)成了第二導(dǎo)軌移動(dòng)副裝置；

第三導(dǎo)軌移動(dòng)副裝置(4)，由第三導(dǎo)軌型材固定板(801)、第三導(dǎo)軌型材(802)、第三導(dǎo)軌(803)、第三導(dǎo)軌滑塊一(804)、第三導(dǎo)軌滑塊二(805)、第三位移傳感器(806)、第三位移傳感器固定板(807)、第三滑塊鎖死裝置一(808)、第三滑塊鎖死裝置二(809)、第一轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)固定板一支撐板(810)、平衡裝置一(811)、平衡鋼絲繩(812)、平衡裝置二(813)、平衡裝置三(814)、平衡塊(815)和第三位移傳感壓板(816)構(gòu)成，第三導(dǎo)軌型材(802)通過螺栓組固定在第三導(dǎo)軌型材固定板(801)上，長度能在松開第三導(dǎo)軌型材(802)連接螺栓的情況下進(jìn)行調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同身高和臂長人體進(jìn)行上肢肩部盂肱關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)信息的測量，第三導(dǎo)軌(803)通過螺栓組固定在第三導(dǎo)軌型材(802)上，第三導(dǎo)軌滑塊一(804)和第三導(dǎo)軌滑塊二(805)通過螺釘和第一轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)固定板一支撐板(810)固連，在第三位移傳感器(806)導(dǎo)桿伸出長度為標(biāo)準(zhǔn)長度且第三位移傳感器(806)導(dǎo)桿端面和第三導(dǎo)軌滑塊一(804)接觸的情況下，第三位移傳感器(806)通過第三位移傳感器壓板(816)以螺釘連接的形式固定在第三位移傳感器固定板(807)上，第三滑塊鎖死裝置一(808)卡住第三導(dǎo)軌滑塊一(804)和第三滑塊鎖死裝置二(809)通過螺栓組固連，第三滑塊鎖死裝置二(809)通過螺釘連接的形式固連在第三位移傳感器固定板(807)上，且第三滑塊鎖死裝置一(808)螺釘連接處是槽孔連接，以利于在第三位移傳感器(806)導(dǎo)桿伸出長度為標(biāo)準(zhǔn)長度時(shí)，第三滑塊鎖死裝置一(808)和第三滑塊鎖死裝置二(809)能通過螺栓組固定，平衡鋼絲繩(812)一端通過螺栓組連接的形式固連在第一轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)固定板一支撐板(810)上，另一端經(jīng)過平衡裝置一(811)、平衡裝置二(813)和平衡裝置三(814)連接平衡塊(815)，其中平衡裝置一(811)、平衡裝置二(813)和平衡裝置三(814)分別通過螺栓組固定連接在第三導(dǎo)軌型材(802)上，使第三導(dǎo)軌型材(802)在整體外骨骼裝配完成的情況下，能在自然狀態(tài)下保持平衡，從而構(gòu)成第三導(dǎo)軌移動(dòng)副裝置；

三移動(dòng)檢測機(jī)構(gòu)，由支撐支架(1)、第一導(dǎo)軌移動(dòng)副裝置(2)、第二導(dǎo)軌移動(dòng)副裝置(3)和第三導(dǎo)軌移動(dòng)副裝置(4)構(gòu)成，導(dǎo)軌右一(601)和導(dǎo)軌左一(609)通過螺栓組連接于支架第四型材(58)、支架第五型材(59)上，并且導(dǎo)軌右一(601)、導(dǎo)軌左一(609)兩端和支架第四型材(58)、支架第五型材(59)的兩端對齊，其中位移傳感器壓板固定板(606)通過螺栓組連接于支架第四型材(58)上，位移傳感器安全限位裝置(607)通過螺栓組連接于支架第四型材(58)上，滑塊鎖死裝置(608)一面緊貼支架第四型材(58)并通過螺栓組連接于支架第四型材(58)上，第二導(dǎo)軌支撐件一(701)和第二導(dǎo)軌支撐件二(711)通過螺釘連接于第一導(dǎo)軌移動(dòng)副裝置的滑塊右一(602)、滑塊右二(603)和滑塊左一(610)、滑塊左二(611)上，第三導(dǎo)軌型材固定板(801)通過連接螺釘固定在第二滑塊一(704)、第二滑塊二(713)上，從而構(gòu)成了能在三維空間檢測人體上肢肩部盂肱關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)信息的三移動(dòng)檢測機(jī)構(gòu)，該三移動(dòng)檢測機(jī)構(gòu)在三維空間的移動(dòng)方向兩兩互相垂直；

T型連接板(5)和連接彎板(7)，T型連接板(5)的一端開有通孔(1101)，另一端開有通孔(1102)、槽孔(1103)，連接彎板(7)一端開有通孔(1201)，另一端開有槽孔(1202)；

盂肱關(guān)節(jié)收展關(guān)節(jié)裝置(6)，由肩收展關(guān)節(jié)固定板(1301)、肩收展關(guān)節(jié)第一側(cè)板(1302)、肩收展關(guān)節(jié)鎖死螺釘(1303)、肩收展關(guān)節(jié)端蓋(1304)、第一編碼器支撐板(1305)、第一光電編碼器(1306)、第一聯(lián)軸器(1307)、肩收展關(guān)節(jié)第二側(cè)板(1308)、肩收展關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)軸(1309)、關(guān)節(jié)軸支撐軸承一(1310)、關(guān)節(jié)軸支撐軸承二(1311)和關(guān)節(jié)卡簧(1312)構(gòu)成，其中第一光電編碼器(1306)通過螺釘固定在第一編碼器支撐板(1305)上，第一編碼器支撐板(1305)通過螺釘固定在肩收展關(guān)節(jié)第二側(cè)板(1308)上，肩收展關(guān)節(jié)第一側(cè)板(1302)、肩收展關(guān)節(jié)端蓋(1304)、肩收展關(guān)節(jié)第二側(cè)板(1308)、關(guān)節(jié)軸支撐軸承一(1310)、關(guān)節(jié)軸支撐軸承二(1311)、關(guān)節(jié)卡簧(1312)及通過螺釘固定連接在肩收展關(guān)節(jié)固定板(1301)上的肩收展關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)軸(1309)共同構(gòu)成了肩收展關(guān)節(jié)，其中關(guān)節(jié)軸支撐軸承一(1310)、關(guān)節(jié)軸支撐軸承二(1311)分別和肩收展關(guān)節(jié)第一側(cè)板(1302)、肩收展關(guān)節(jié)第二側(cè)板(1308)相應(yīng)軸承配合段的孔為過盈配合，關(guān)節(jié)軸支撐軸承一(1310)、關(guān)節(jié)軸支撐軸承二(1311)共同支撐肩收展關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)軸(1309)，和肩收展關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)軸(1309)相應(yīng)軸段為過盈配合，支撐肩收展關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)軸(1309)的旋轉(zhuǎn)，肩收展關(guān)節(jié)端蓋(1304)和關(guān)節(jié)卡簧(1312)分別對肩收展關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)軸支撐軸承一(1310)、關(guān)節(jié)軸支撐軸承二(1311)予以軸向限位，其中第一聯(lián)軸器(1307)通過螺釘連接肩收展關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)軸(1309)伸出軸和第一光電編碼器(1306)伸出軸，能用肩收展關(guān)節(jié)鎖死螺釘(1303)鎖定肩關(guān)節(jié)收展運(yùn)動(dòng)在標(biāo)準(zhǔn)位置，當(dāng)不鎖定肩關(guān)節(jié)收展關(guān)節(jié)在標(biāo)準(zhǔn)位置時(shí)，在人體上肢運(yùn)動(dòng)過程中，人體上肢帶動(dòng)編碼器旋轉(zhuǎn)，以檢測人體肩關(guān)節(jié)收展的運(yùn)動(dòng)學(xué)信息，從而構(gòu)成盂肱關(guān)節(jié)收展關(guān)節(jié)裝置；

盂肱關(guān)節(jié)屈伸關(guān)節(jié)裝置(8)，由屈伸關(guān)節(jié)側(cè)板一(1401)、屈伸關(guān)節(jié)側(cè)板二(1402)、屈伸關(guān)節(jié)端蓋(1403)、第二聯(lián)軸器(1404)、第二編碼器支撐板(1405)、第二光電編碼器(1406)、屈伸關(guān)節(jié)板(1407)、關(guān)節(jié)軸(1408)、關(guān)節(jié)軸承一(1409)、關(guān)節(jié)軸承二(1410)、關(guān)節(jié)卡簧(1411)和肩關(guān)節(jié)屈伸關(guān)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)位置鎖定螺釘(1412)構(gòu)成，第二光電編碼器(1406)通過螺釘固定在第二編碼器支撐板(1405)上，第二編碼器支撐板(1405)通過螺釘固定在屈伸關(guān)節(jié)側(cè)板一(1401)，屈伸關(guān)節(jié)側(cè)板一(1401)、屈伸關(guān)節(jié)側(cè)板二(1402)、屈伸關(guān)節(jié)端蓋(1403)、關(guān)節(jié)軸承一(1409)、關(guān)節(jié)軸承二(1410)、關(guān)節(jié)卡簧(1411)及通過螺釘固定連接在屈伸關(guān)節(jié)板(1407)上的關(guān)節(jié)軸(1408)共同組成了肩關(guān)節(jié)屈伸關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其中關(guān)節(jié)軸承一(1409)、關(guān)節(jié)軸承二(1410)分別和屈伸關(guān)節(jié)第一側(cè)板(1401)、屈伸關(guān)節(jié)第二側(cè)板(1402)相應(yīng)軸承配合段的孔為過盈配合，關(guān)節(jié)軸承一(1409)、關(guān)節(jié)軸承二(1410)支撐關(guān)節(jié)軸(1408)，和關(guān)節(jié)軸(1408)為過盈配合，支撐關(guān)節(jié)軸的旋轉(zhuǎn)，屈伸關(guān)節(jié)端蓋(1403)和關(guān)節(jié)卡簧(1411)分別對關(guān)節(jié)軸承一(1409)、關(guān)節(jié)軸承二(1410)予以限位，其中第二聯(lián)軸器(1404)連接第二光電編碼器(1406)伸出軸和關(guān)節(jié)軸(1408)，能用肩關(guān)節(jié)屈伸關(guān)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)位置鎖定螺釘(1412)鎖定肩部關(guān)節(jié)屈伸關(guān)節(jié)在標(biāo)準(zhǔn)位置，當(dāng)不鎖定鎖定肩關(guān)節(jié)屈伸關(guān)節(jié)在標(biāo)準(zhǔn)位置時(shí)，上肢外骨骼跟隨人體上肢上臂的運(yùn)動(dòng)，編碼器顯示人體肩部盂肱關(guān)節(jié)屈伸的運(yùn)動(dòng)信息，從而構(gòu)成了盂肱關(guān)節(jié)屈伸關(guān)節(jié)裝置；

盂肱關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)裝置(9)，由薄壁軸承座(1501)、薄壁軸承壓板(1502)、薄壁軸承(1503)、F型支架(1504)、I型支架(1505)、套筒(1506)、大齒輪齒圈(1507)、穿戴機(jī)構(gòu)固定板(1508)、小齒輪軸支撐座(1509)、小齒輪軸軸承座(1510)、小齒輪軸(1511)、薄壁軸承座連接板(1512)、第三光電編碼器(1513)、第三聯(lián)軸器(1514)、小齒輪支撐軸承(1515)和氣囊(1516)構(gòu)成，薄壁軸承(1503)放在薄壁軸承座(1501)內(nèi)，通過薄壁軸承壓板(1502)，把薄壁軸承(1503)壓在薄壁軸承座內(nèi)，F(xiàn)型支架(1504)卡在薄壁軸承(1503)內(nèi)圈上，并用螺釘穿過F型支架(1504)，插在薄壁軸承(1503)內(nèi)圈和薄壁軸承(1503)外圈之間，防止F型支架(1504)脫離薄壁軸承(1503)，四個(gè)I型支架(1505)，套筒(1506)，大齒輪齒圈(1507)分別通過螺栓組連接為一體，并最終和四套F型支架(1504)通過螺栓組固連，使大齒輪齒圈(1507)相對薄壁軸承(1503)外圈做相對轉(zhuǎn)動(dòng)，第三光電編碼器(1513)通過螺釘連接在薄壁軸承座(1501)上，薄壁軸承座連接板(1512)通過螺釘連接薄壁軸承座(1501)和小齒輪軸支撐座(1509)，使小齒輪軸支撐座(1509)，薄壁軸承座(1501)，薄壁軸承座連接板(1512)固為一體，在第三聯(lián)軸器(1514)通過螺釘固連第三光電編碼器(1513)輸入軸和小齒輪軸(1511)，使第三聯(lián)軸器(1514)、第三光電編碼器(1513)輸入軸和小齒輪軸(1511)固為一體，小齒輪軸(1511)插在小齒輪支撐軸承(1515)內(nèi)，并且在小齒輪軸(1511)中小齒輪齒圈和大齒輪齒圈(1507)正確嚙合的條件，待人體穿戴上后，通過氣囊(1516)加壓，使人體帶動(dòng)套筒(1506)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，第三光電編碼器(1513)能檢測出人體肩部盂肱關(guān)節(jié)的旋內(nèi)/旋外的運(yùn)動(dòng)信息，從而構(gòu)成了盂肱關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)裝置；

三轉(zhuǎn)動(dòng)檢測機(jī)構(gòu)，由盂肱關(guān)節(jié)收展關(guān)節(jié)裝置(6)、連接彎板(7)、盂肱關(guān)節(jié)屈伸關(guān)節(jié)裝置(8)和盂肱關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)裝置(9)構(gòu)成，連接彎板(7)通孔(1201)通過螺栓組連接盂肱關(guān)節(jié)收展關(guān)節(jié)裝置(6)的肩收展關(guān)節(jié)第一側(cè)板(1302)、肩收展關(guān)節(jié)第二側(cè)板(1308)上，連接彎板(7)槽孔(1202)通過螺栓組連接盂肱關(guān)節(jié)屈伸關(guān)節(jié)裝置(8)的屈伸關(guān)節(jié)側(cè)板一(1401)、屈伸關(guān)節(jié)側(cè)板二(1402)上，盂肱關(guān)節(jié)屈伸關(guān)節(jié)裝置(8)和盂肱關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)裝置(9)通過盂肱關(guān)節(jié)屈伸關(guān)節(jié)裝置(8)的屈伸關(guān)節(jié)板(1407)和盂肱關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)裝置(9)的穿戴機(jī)構(gòu)固定板(1508)用螺栓組相連接，屈伸關(guān)節(jié)板(1407)上打有通孔，能方便調(diào)節(jié)穿戴機(jī)構(gòu)的位置，從而構(gòu)成了三轉(zhuǎn)動(dòng)檢測機(jī)構(gòu)，該三轉(zhuǎn)動(dòng)檢測機(jī)構(gòu)中盂肱關(guān)節(jié)收展關(guān)節(jié)裝置、盂肱關(guān)節(jié)屈伸關(guān)節(jié)裝置和盂肱關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)裝置的三轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線在空間交與一點(diǎn)，對應(yīng)于人體上肢盂肱關(guān)節(jié)內(nèi)收/外展,前屈/后伸，旋內(nèi)/旋外的三個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并且在三轉(zhuǎn)動(dòng)檢測機(jī)構(gòu)中，在盂肱關(guān)節(jié)收展關(guān)節(jié)裝置(6)和盂肱關(guān)節(jié)屈伸關(guān)節(jié)裝置(8)鎖定在標(biāo)準(zhǔn)位置時(shí)，盂肱關(guān)節(jié)收展關(guān)節(jié)裝置(6)、盂肱關(guān)節(jié)屈伸關(guān)節(jié)裝置(8)和盂肱關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)裝置能兩兩相互垂直。