[發明專利]一種穿戴式上肢仿生柔性外骨骼機器人及其助力方法

在審

• 申請號: 201710983007.3
• 申請日: 2017-10-20
• 公開（公告）號: CN109693223A
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發明（設計）人: 劉連慶;李寧;楊鐵;常俊玲;趙亮;于鵬
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J9/10;B25J9/12
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 王倩

本發明涉及一種穿戴式上肢仿生柔性外骨骼機器人及其助力方法，在人體每個骨骼肌兩個端點對應的皮膚處設置結點對，結點對之間通過拉力線連接；控制系統包括控制器、電機驅動器、電機和電源，控制器通過電機驅動器連接電機，發送控制命令給電機，通過電機驅動器驅動電機工作，電源為控制系統供電；拉力線纏繞在電機輸出端的繞線輪上，對結點對進行拉力輸出。本發明采用柔性外骨骼技術，基于仿生學和運動生物力學的原理，將人體運動的骨骼、肌肉模型化，基于人體自身骨骼結構，利用拉力線模擬骨骼肌、柔性綁帶模擬肌腱，從而使裝置結構具有人體相似的運動構型，驅動方式符合人體驅動原理，使佩戴者運動符合人體正常模式，同時結構輕便，可日常穿戴。

技術領域

本發明涉及穿戴式機器人領域，具體地說是一種穿戴式上肢仿生柔性外骨骼機器人及其助力方法。

背景技術

現代軍事領域，士兵在重負載或長期保持姿勢時經常出現肌肉疲勞等狀況；正常人，也經常因為生活或者工作中因重復動作造成肌肉疲勞；而對于肌肉力量不足的殘疾人或老年人來說，無法實現抬臂、抓取等日常基本動作。

現有的外骨骼助力機器人，結構多采用為剛性部件，干擾關節運動，從而使佩戴者偏離自然運動模式，同時，剛性構件的大慣量和笨重的調整機制，增加了佩戴者代謝與穿著的系統成本，損害佩戴者運動的靈活性。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種穿戴式上肢仿生柔性外骨骼機器人，采用仿生學和運動生物力學的原理，將人體運動的骨骼、肌肉模型化，基于人體自身骨骼結構，利用拉力線模擬骨骼肌、柔性綁帶模擬肌腱，避免傳統剛性構件外骨骼機器人對關節運動的干擾，解決了現有傳統剛性構件外骨骼機器人存在的擾關節運動、大慣量及笨重等問題，使佩戴者運動符合人體正常模式。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案是：一種穿戴式上肢仿生柔性外骨骼機器人，包括順序連接的控制系統、拉力線和結點；

結點，設于人體骨骼肌端點對應的皮膚處；

拉力線，用于模擬人體骨骼肌，實現控制系統與結點間的連接；

控制系統，用于帶動拉力線，實現模擬骨骼肌收縮產生運動。

所述控制系統包括控制器、電機驅動器、電機；所述控制器通過電機驅動器連接電機；

控制器，用于發送控制命令給電機驅動器，通過電機驅動器驅動電機工作。

兩個結點構成結點對；結點A、結點B的位置分別對應人體某骨骼肌的兩個端點；

結點對中，距離肢體連接處近的結點為結點A，距離肢體連接處遠的結點為結點B；結點A、結點B處分別設有固定于人體上的連接擋塊、結構件；控制系統中電機輸出端的繞線輪纏繞的拉力線經連接擋塊與結構件連接。

所述拉力線在電機輸出端的繞線輪與連接擋塊之間的部分套有套索；所述套索為中空管，使拉力線通過其中空部分。

所述連接擋塊為階梯孔結構，距離肢體連接處較遠一端開孔B直徑小于距離肢體連接處較近一端開孔A直徑，使套索從開孔A插入孔內，且無法從開孔B穿出，同時使拉力線貫穿開孔A和開孔B。

所述結構件為非彈性結構件。

所述連接擋塊、結構件通過魔術貼設于人體。

所述魔術貼與人體皮膚之間設有彈性結構件，用于對人體進行保護。

所述控制系統設置于背包內，且通過綁帶穿戴于人體上。

一種穿戴式上肢仿生柔性外骨骼機器人的助力方法，包括以下步驟：

在人體骨骼肌兩個端點對應的皮膚處分別設置結點A、結點B；

控制系統中的控制器發送控制命令至電機驅動器，通過電機驅動器驅動電機工作；