【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于助力机器人领域，具体涉及一种用于上肢助力的外骨骼机器人结构。
技术介绍
1、穿戴式上肢外骨骼机器人可以为人们的上肢提供诸如助力、支撑等功能，在生产制造、物流运输等领域有着广泛的应用价值，它通过助力人体肩、肘等关节，辅助人体上肢进行生产、维修、搬运等，降低人体上肢疲劳度，增加劳动效率。
2、目前，大多数有源型上肢助力的外骨骼机器人，由于结构设计缺陷，存在适用场景少、穿戴使用时灵活性低导致用户体验感差等问题。
3、例如，上海傲鲨智能科技有限公司的一种助力型上肢外骨骼(cn 112847313a)，仅在人体肩关节处放置驱动电机，可完成肩关节助力功能，但在搬运等需要肘关节助力的场景中无法适用；其肩关节缺少外展/内收自由度，不符合人体运动学规律，在双臂竖直朝下状态下，无法直接做手臂的外展/内收动作，用户体验感较差；其手臂绑缚结构仅有一个沿着上臂杆方向的位移自由度，未考虑人体体型差异，如人体上臂在自由下垂状态下，并非严格与重力方向平行，而是存在一定角度，绑缚时将由于角度误差产生绑缚应力，用户体验感较差；颈部没有活动颈托，在长期抬头作业应用场景中，人员容易颈部疲劳而产生颈椎疾病；躯干绑缚为软性织物，在机器人受负载力情况下，躯干绑缚受外部负载力会迫使躯干绑缚机构下沉，导致机器人于人体结合不佳，降低助力效果。
技术实现思路
1、针对
技术介绍
中所述的现有上肢助力外骨骼机器人的不足，本申请提供了一种用于上肢助力的外骨骼机器人结构，其具有适用场景广，助力效果好，灵活程
2、公开的一种用于上肢助力的外骨骼机器人结构：两个助力臂组件左右对称分设于躯干组件两侧，所述助力臂组件包含前臂杆、肘关节驱动机构、上臂杆、肩关节驱动机构、转接件、第一双自由度旋转机构、第二双自由度旋转机构、前臂绑缚件、第三双自由度旋转机构和上臂绑缚件；
3、所述前臂杆的一端通过肘关节驱动机构连接于上臂杆的一端，所述上臂杆的另一端通过肩关节驱动机构连接于转接件，所述转接件通过第一双自由度旋转机构连接于躯干组件的框架，在第一双自由度旋转机构的作用下，整个助力臂组件可相对于躯干组件在内旋/外旋和内收/外展两个方向做旋转运动；
4、在前臂杆的内侧面上通过第二双自由度旋转机构连接有前臂绑缚件，在第二双自由度旋转机构的作用下，前臂绑缚件能够相对于前臂杆在内收/外展和屈曲/伸展两个方向做旋转运动，该前臂绑缚件为半圆形硬质塑料或碳纤维或金属材质，其内侧设置有缓冲垫、并通过绑带与人体前臂绑紧，来增加绑缚舒适度；
5、所述上臂杆的内侧面上通过第三双自由度旋转机构连接有上臂绑缚件，在第三双自由度旋转机构的作用下，上臂绑缚件能够相对于上臂杆在内收/外展和屈曲/伸展两个方向做旋转运动，该上臂绑缚件也为半圆形硬质塑料或碳纤维或金属材质，其内侧也设置有缓冲垫、并通过绑带与人体上臂绑紧，来增加绑缚舒适度。
6、优选地、所述第一双自由度旋转机构包含第一连接件、中间自由块和第二连接件；
7、所述第一连接件的一端铰接于中间自由块的前后面，第一连接件的另一端固定连接于转接件，所述第二连接件的一端铰接于中间自由块的上下面，第二连接件的另一端固定连接于躯干组件的框架，该第一双自由度旋转机构具有内旋/外旋和内收/外展运动自由度，通过中间自由块使两连接件的自由度旋转中心重合，更加接近人体肩关节真实旋转中心位置，可增加肩关节运动角度，获得更大的工作空间，可满足人体在双手自然下垂状态下进行外展动作，并与肩关节驱动机构形成三自由度肩关节，符合人体运动学规律。
8、优选地、所述第二双自由度旋转机构和第三双自由度旋转机构均分别包含第三连接件、旋转块和转轴，所述第三连接件铰接于旋转块的上下面，所述旋转块固定连接于转轴的一端；
9、所述前臂绑缚件和第二双自由度旋转机构的第三连接件固定连接，第二双自由度旋转机构的转轴的另一端转动连接于前臂杆的内侧面，具体在前臂杆的内侧面上开设有转孔，该转轴的相应端通过轴承或轴套安装于该转孔内；
10、所述上臂绑缚件和第三双自由度旋转机构的第三连接件固定连接，第三双自由度旋转机构的转轴的另一端转动连接于上臂杆的内侧面，具体在上臂杆的内侧面上开设有转孔，该转轴的相应端通过轴承或轴套安装于该转孔内；
11、前臂绑缚件和上臂绑缚件的内收/外展运动方向的自由度可自适应人体由于体型差异导致的上肢与重力方向存在的夹角，消除由于夹角带来的绑缚应力，同时其屈曲/伸展运动方向的自由度可在一定范围内消除因体型差异导致人体和机器人关节旋转中心不重合时对人机协同运动的阻碍，降低人体穿戴要求，增加适应人群数量。
12、优选地、所述肘关节驱动机构和肩关节驱动机构均分别包含连接杆、驱动电机、基座和安装座；
13、所述连接杆的一端固定连接于驱动电机的输出端，连接杆与驱动电机的输出端垂直设置，所述驱动电机的机壳上固定安装有基座，所述基座的侧面一体连接有安装座；
14、肘关节驱动机构的连接杆另一端与前臂杆相应端固定连接，肘关节驱动机构的安装座与上臂杆的一端固定连接；
15、肩关节驱动机构的连接杆另一端与转接件固定连接，肩关节驱动机构的安装座与上臂杆的另一端固定连接；
16、所述驱动电机为能够正反转的内转子关节驱动伺服电机，在驱动电机的驱动下，可对人体上肢的肩关节和肘关节稳定助力，相比于单肩关节助力外骨骼，它可同时满足在搬运、托举等多种场景下的上肢关节助力，适用场景更加广泛，助力效果更好。
17、优选地、所述的躯干组件包含框架、箱体、腰带、背板、两个腰侧护板和两个肩带；
18、所述背板固定连接于框架，两个腰侧护板分设于背板的左右两侧、并分别固定连接于背板，所述肩带一端固定连接于背板、另一端固定连接于相应的腰侧护板，所述腰带两端分别连接于相应的腰侧护板，通过该腰带和肩带与人体躯干绑紧；
19、所述箱体位于背板后方、并固定连接于框架，所述的箱体内安装有控制板和电池。
20、所述框架为空心圆管结构，所述前臂杆和上臂杆也为中空结构，除了降低外骨骼机器人重量外，在框架内部、前臂杆内部和上臂杆内部布置有信号传输以及供电用的线缆，具有较好的隐蔽性。
21、上臂杆正面还安装有系统状态显示及控制面板，并与箱体内的控制板通过无线或有线方式形成电气连接，用于显示系统运行状态和实时设置系统运行模式；本申请的用于上肢助力的外骨骼机器人结构还包含智能控制手套，所述智能控制手套的各手指背部位置安装有弯曲传感器，指端正面安装有薄膜压力传感器，手掌背部安装有信号采集及通信控制电路，可通过弯曲传感器和薄膜压力传感器采集手指端运动状态以及手指和物体接触力，并通过有线或无线通信方式传递给箱体内部的控制板，从而控制该机器人进行适时的上肢助力；该控制方式及逻辑为现有技术，因本申请旨在保护外骨骼机器人的结构，该具体的控制方式及逻辑在此不再赘述。
22、优选地、所述第一双自由度本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于上肢助力的外骨骼机器人结构，其特征在于：两个助力臂组件分设于躯干组件两侧，所述助力臂组件包含前臂杆(1)、肘关节驱动机构(2)、上臂杆(3)、肩关节驱动机构(4)、转接件(5)、第一双自由度旋转机构(6)、第二双自由度旋转机构(7)、前臂绑缚件(8)、第三双自由度旋转机构(9)和上臂绑缚件(10)；
2.根据权利要求1所述的一种用于上肢助力的外骨骼机器人结构，其特征在于：所述第一双自由度旋转机构(6)包含第一连接件(601)、中间自由块(602)和第二连接件(603)；
3.根据权利要求1所述的一种用于上肢助力的外骨骼机器人结构，其特征在于：所述第二双自由度旋转机构(7)和第三双自由度旋转机构(9)均分别包含第三连接件(7901)、旋转块(7902)和转轴(7903)，所述第三连接件(7901)铰接于旋转块(7902)的上下面，所述旋转块(7902)固定连接于转轴(7903)的一端；
4.根据权利要求1所述的一种用于上肢助力的外骨骼机器人结构，其特征在于：所述肘关节驱动机构(2)和肩关节驱动机构(4)均分别包含连接杆(2401)、驱
5.根据权利要求1所述的一种用于上肢助力的外骨骼机器人结构，其特征在于：所述的躯干组件包含框架(11)、箱体(20)、腰带(12)、背板(13)、两个腰侧护板(14)和两个肩带(15)；
6.根据权利要求2所述的一种用于上肢助力的外骨骼机器人结构，其特征在于：所述第一双自由度旋转机构(6)的第二连接件(603)通过套管(22)可拆卸连接于躯干组件的框架(11)，所述套管(22)套于框架(11)上，框架(11)在套管(22)相应位置处圆周开设有多个螺纹孔阵列，套管(22)上开设有多个安装孔、并通过螺栓与框架(11)的相应螺纹孔阵列进行连接。
7.根据权利要求4所述的一种用于上肢助力的外骨骼机器人结构，其特征在于：所述肘关节驱动机构(2)的驱动电机(2402)机壳上固定连接有限位块(201)，所述限位块(201)位于相应驱动电机(2402)机壳靠近连接杆(2401)的一面、并位于相应连接杆(2401)的下方。
8.根据权利要求6所述的一种用于上肢助力的外骨骼机器人结构，其特征在于：所述躯干组件还包含肩托(16)，所述肩托(16)为弧形结构，肩托(16)位于套管(22)下方，肩托(16)的中部铰接于套管(22)的侧面。
9.根据权利要求5所述的一种用于上肢助力的外骨骼机器人结构，其特征在于：所述躯干组件还包含颈托(17)，所述颈托(17)通过支架(21)安装于框架(11)上部，颈托(17)为弧形结构，颈托(17)的中部铰接于支架(21)。
...【技术特征摘要】
1.一种用于上肢助力的外骨骼机器人结构，其特征在于：两个助力臂组件分设于躯干组件两侧，所述助力臂组件包含前臂杆(1)、肘关节驱动机构(2)、上臂杆(3)、肩关节驱动机构(4)、转接件(5)、第一双自由度旋转机构(6)、第二双自由度旋转机构(7)、前臂绑缚件(8)、第三双自由度旋转机构(9)和上臂绑缚件(10)；
2.根据权利要求1所述的一种用于上肢助力的外骨骼机器人结构，其特征在于：所述第一双自由度旋转机构(6)包含第一连接件(601)、中间自由块(602)和第二连接件(603)；
3.根据权利要求1所述的一种用于上肢助力的外骨骼机器人结构，其特征在于：所述第二双自由度旋转机构(7)和第三双自由度旋转机构(9)均分别包含第三连接件(7901)、旋转块(7902)和转轴(7903)，所述第三连接件(7901)铰接于旋转块(7902)的上下面，所述旋转块(7902)固定连接于转轴(7903)的一端；
4.根据权利要求1所述的一种用于上肢助力的外骨骼机器人结构，其特征在于：所述肘关节驱动机构(2)和肩关节驱动机构(4)均分别包含连接杆(2401)、驱动电机(2402)、基座(2403)和安装座(2404)；
5.根据权利要求1所述的一种用于上肢助力的外骨骼机器人结构，其特征在于：所述的躯干组件包含框架(11)、箱体(20)、...
【专利技术属性】
技术研发人员：芮岳峰，
申请(专利权)人：海普曼机器人上海有限公司，
类型：发明
国别省市：
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