一种主被动结合的上肢助力机器人.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113232011A(43)申请公布日2021.08.10(21)申请号202110630341.7(22)申请日2021.06.07(71)申请人西北工业大学地址710072陕西省西安市友谊西路127号(72)发明人袁小庆张家坤方甫君王文东陈浩盛赵艺林(74)专利代理机构西北工业大学专利中心61204代理人云燕春(51)Int.Cl.B25J9/00(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图5页(54)发明名称一种主被动结合的上肢助力机器人(57)摘要本发明一种主被动结合的上肢助力机器人，属于机器人技术领域；包括腰部机构、背部机构和肩部机构，所述腰部机构和背部机构分别位于人体后腰部和背部；还包括肩部机构和被动助力机构；所述肩部机构的下端与背部机构连接，上端位于背部机构的上方，通过驱动力辅助肩关节进行外展/内敛、内旋/外旋、前屈/后伸运动；所述被动助力机构下端与背部机构连接，上端与肩部机构连接，用于给使用者和肩部机构提供多方向的助推力和支撑力；本发明的肩部机构具有六个自由度，不仅为肩部提供支持力，还利用被动助力机构及扭簧提供肩关节外展/内敛、内旋/外旋、前屈/后伸三个自由度方向的助力，有效的为人体搬运以及托举货物提供多方向的助力。CN113232011ACN113232011A权利要求书1/2页1.一种主被动结合的上肢助力机器人，包括腰部机构、背部机构和肩部机构，所述腰部机构和背部机构分别位于人体后腰部和背部；其特征在于：还包括肩部机构和被动助力机构；所述肩部机构的下端与背部机构连接，上端位于背部机构的上方，通过驱动力辅助肩关节进行外展/内敛、内旋/外旋、前屈/后伸运动；所述被动助力机构下端与背部机构连接，上端与肩部机构连接，用于给使用者和肩部机构提供多方向的助推力和支撑力；所述肩部机构包括肩关节执行器、输出轴连接件、电机固定件、连接组件、支撑板和三级弯管组件；所述电机固定件的外端固定有肩关节执行器，内端与连接组件转动连接，所述转动连接的轴向垂直于肩关节执行器的输出轴，输出轴连接件垂直固定于肩关节执行器的输出轴上；所述电机固定件能够绕连接组件的中心轴转动，输出轴连接件能够绕肩关节执行器的输出轴转动；所述输出轴连接件的两侧固定有支撑板，用于支撑使用者大臂；所述三级弯管组件依次连接为阶梯结构，第一级弯管组件的上端与连接组件固定，第三级弯管组件的下端与背部机构固定连接，三级弯管组件均能够绕各自竖直方向的轴转动，从而辅助调整使用者肩关节的位置；所述被动助力机构包括依次设置的上端旋转节、套筒盖、套筒、第一拉力弹簧、活塞杆、第一支撑块、第二拉力弹簧、第二支撑块、下端旋转节；所述套筒盖一端为圆柱杆，通过上端旋转节与肩部机构的电机固定件铰接，另一端设置有外螺纹，与套筒的一端螺纹连接；所述套筒内依次同轴放入第一拉力弹簧和活塞杆，所述活塞杆朝向第一拉力弹簧一端为圆板结构，用于沿轴向压缩第一拉力弹簧；所述活塞杆的另一端依次穿过第二拉力弹簧和第二支撑块后通过下端旋转节与背部机构的外侧铰接，所述第二支撑块用于第二拉力弹簧的轴向限位；所述套筒的另一端外周面开有通孔，第一支撑块插入通孔对活塞杆的轴向运动进行限位。2.根据权利要求1所述主被动结合的上肢助力机器人，其特征在于：所述腰部机构与背部机构通过调长组件连接，所述调长组件包括四个条形板，分别为调长第一连接件、调长第二连接件、调长杆、调长第三连接件；所述调长杆竖直设置，其下端通过横向设置的调长第一连接件与腰部组件固定连接，其上部与竖直设置的调长第二连接件配合安装，所述调长第二连接件的上端通过横向设置的调长第三连接件与背部组件固定连接；所述调长杆与调长第二连接件沿长度方向设有多个调长孔洞，能够调节外骨骼的腰背长度适应不同腰背长度的使用者。3.根据权利要求2所述主被动结合的上肢助力机器人，其特征在于：所述连接组件包括第一扭簧、转动杆和连接套；所述连接套为一端封闭的套筒结构，其封闭端与第一级弯管组件连接；所述转动杆一端与电机固定件的内端固定，另一端通过深沟球轴承安装于连接套内；所述第一扭簧套装于转动杆上，并位于连接套内，第一扭簧的一端头固定于转动杆上，并通过螺栓插入连接套外周面对第一扭簧进行限位；所述连接套第一连接套和第二连接套通过螺栓固定而成。4.根据权利要求1所述主被动结合的上肢助力机器人，其特征在于：所述电机固定件板面上设有扣向所述肩关节执行器的1/4凸起圆弧，便于插入电缆为所述肩关节执行器提供电源以及发送控制信号。5.根据权利要求1所述主被动结合的上肢助力机器人，其特征在于：所述三级弯管组件包括第一级弯管组件、第二级弯管组件和第三级弯管组件；所述第一级弯管组件包括第一2CN113232011A权利要求书2/2页弯管、第一基