[發明專利]一種基于張拉整體結構的仿生上肢可穿戴設備

有效

• 申請號: 202111483855.0
• 申請日: 2021-12-07
• 公開（公告）號: CN114131583B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 孫建偉;董家麟;張松宇;李維佳;王振宇;李雨峰;王金朔;楊博文
• 申請（專利權）人: 長春工業大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J9/10
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 李云

本發明公開了一種基于張拉整體結構的仿生上肢可穿戴設備，其中前臂機構包括小臂第一套筒、前臂第一平板、前臂第一支撐板、前臂第二支撐板、小臂第二套筒、前臂第二平板、前臂旋轉支桿、前臂第一彈性體、前臂第三支撐板和前臂第四支撐板；大臂機構包括大臂第一支撐板、大臂第二支撐板、轉動齒條、轉動齒輪、鎖定滑塊組件、大臂第三支撐板、大臂第一彈性體、大臂第二彈性體、大臂第三彈性體和大臂第四彈性體；本發明通過轉動齒輪與轉動齒條的嚙合，來使得肘關節旋轉中心具有一定的位移量，并且使用四桿張拉機構與套筒的配合，完成了肘關節旋前旋后的運動功能，通過改變彈性體拉力，來改變肘關節平衡位置，可以實現不同平衡狀態的助力。

技術領域

本發明涉及上肢可穿戴設備技術領域，更具體的說是涉及一種基于張拉整體結構的仿生上肢可穿戴設備。

背景技術

近年來，在工程應用領域，用于輔助人體運動的可穿戴設備，特別是上肢可穿戴設備，逐漸受到了學者們的重視。人體上肢運動的空間更為廣泛，形式也更為多樣，如上肢運動空間內任意點的抓取，拖拽，同時也存在保持彎肘搬運工作時的相對穩定運動狀態。在靈活的上肢運動中，肘關節起到了十分重要的作用，肘關節可穿戴設備在便攜性、適應性及靈活性方面具有其獨特的優勢。

但是，肘關節可穿戴設備具有自身的局限性：首先，具有主動驅動裝置的肘關節設備，不可避免的需要設置龐大且沉重的電機、電池設備，如果使用液壓或氣壓驅動，則需要外接液壓泵或氣泵等難以攜帶的設備；在外骨骼的結構設計中，肘關節可穿戴設備在很多情況下被視為簡單的剛性旋轉結構，且驅動往往被設計在旋轉軸位置，對結構進行直接驅動，對可穿戴設備工作條件而言，復雜的工作情況存在面對沖擊的可能，剛性的結構設計面對沖擊時，應力大多集中在如鉸鏈連接點等結構的薄弱處，使可穿戴設備具有損壞的風險，并且由于機械關節的剛性運動副原因，無法與人體肘關節完全適配，會導致佩戴者肘關節活動困難或感到不適，而柔性結構在工作環境中無法給佩戴者提供較為精準的助力，且控制系統復雜，操控不便。

因此，在符合人體肘關節運動規律的條件下，提供一種整體質量輕便，具有一定的負載能力，面對沖擊具有自穩定與自恢復性的基于張拉整體結構的仿生上肢可穿戴設備是本領域技術人員亟需解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種基于張拉整體結構的仿生上肢可穿戴設備，以解決上述提到的技術問題。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于張拉整體結構的仿生上肢可穿戴設備，包括：

前臂機構，所述前臂機構包括小臂第一套筒、前臂第一平板、兩個前臂第一支撐板、兩個前臂第二支撐板、小臂第二套筒、前臂第二平板、四個前臂旋轉支桿、四個前臂第一彈性體、前臂第三支撐板和前臂第四支撐板；所述小臂第一套筒與所述前臂第一平板栓接；兩個前臂第一支撐板和兩個前臂第二支撐板均對稱分布；所述小臂第二套筒的兩側分別栓接于兩個所述前臂第一支撐板以及兩個所述前臂第二支撐板上，并且所述小臂第二套筒嵌套在所述小臂第一套筒上；所述前臂第二平板兩側分別通過支撐連接塊與兩個所述前臂第一支撐板固定連接；四個所述前臂旋轉支桿的兩端分別通過前臂旋轉球關節連接在所述前臂第一平板與所述前臂第二平板之間形成的四個側面的對角頂點上；四個所述前臂第一彈性體的一端分別固定在所述前臂第一平板的四個頂點上，四個所述前臂第一彈性體的另一端分別固定在所述前臂第二平板相對應的四個頂點上，且所述前臂第一彈性體與所述前臂旋轉支桿交錯分布；所述前臂第三支撐板的兩側分別通過角鐵與兩個所述前臂第一支撐板的前端栓接；所述前臂第四支撐板的兩側分別通過角鐵與兩個所述前臂第一支撐板的末端栓接；