一种穿戴式上肢仿生柔性外骨骼机器人及其助力方法.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CN109693223A(43)申请公布日2019.04.30(21)申请号201710983007.3(22)申请日2017.10.20(71)申请人中国科学院沈阳自动化研究所地址110016辽宁省沈阳市东陵区南塔街114号(72)发明人刘连庆李宁杨铁常俊玲赵亮于鹏(74)专利代理机构沈阳科苑专利商标代理有限公司21002代理人王倩(51)Int.Cl.B25J9/00(2006.01)B25J9/10(2006.01)B25J9/12(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图9页(54)发明名称一种穿戴式上肢仿生柔性外骨骼机器人及其助力方法(57)摘要本发明涉及一种穿戴式上肢仿生柔性外骨骼机器人及其助力方法，在人体每个骨骼肌两个端点对应的皮肤处设置结点对，结点对之间通过拉力线连接；控制系统包括控制器、电机驱动器、电机和电源，控制器通过电机驱动器连接电机，发送控制命令给电机，通过电机驱动器驱动电机工作，电源为控制系统供电；拉力线缠绕在电机输出端的绕线轮上，对结点对进行拉力输出。本发明采用柔性外骨骼技术，基于仿生学和运动生物力学的原理，将人体运动的骨骼、肌肉模型化，基于人体自身骨骼结构，利用拉力线模拟骨骼肌、柔性绑带模拟肌腱，从而使装置结构具有人体相似的运动构型，驱动方式符合人体驱动原理，使佩戴者运动符合人体正常模式，同时结构轻便，可日常穿戴。CN109693223ACN109693223A权利要求书1/1页1.一种穿戴式上肢仿生柔性外骨骼机器人，其特征在于：包括顺序连接的控制系统、拉力线和结点；结点，设于人体骨骼肌端点对应的皮肤处；拉力线，用于模拟人体骨骼肌，实现控制系统与结点间的连接；控制系统，用于带动拉力线，实现模拟骨骼肌收缩产生运动。2.根据权利要求1所述的一种穿戴式上肢仿生柔性外骨骼机器人，其特征在于所述控制系统包括控制器、电机驱动器、电机；所述控制器通过电机驱动器连接电机；控制器，用于发送控制命令给电机驱动器，通过电机驱动器驱动电机工作。3.根据权利要求1所述的穿戴式上肢仿生柔性外骨骼机器人，其特征在于：两个结点构成结点对；结点A、结点B的位置分别对应人体某骨骼肌的两个端点；结点对中，距离肢体连接处近的结点为结点A，距离肢体连接处远的结点为结点B；结点A、结点B处分别设有固定于人体上的连接挡块、结构件；控制系统中电机输出端的绕线轮缠绕的拉力线经连接挡块与结构件连接。4.根据权利要求1所述的穿戴式上肢仿生柔性外骨骼机器人，其特征在于所述拉力线在电机输出端的绕线轮与连接挡块之间的部分套有套索；所述套索为中空管，使拉力线通过其中空部分。5.根据权利要求3所述的穿戴式上肢仿生柔性外骨骼机器人，其特征在于所述连接挡块为阶梯孔结构，距离肢体连接处较远一端开孔B直径小于距离肢体连接处较近一端开孔A直径，使套索从开孔A插入孔内，且无法从开孔B穿出，同时使拉力线贯穿开孔A和开孔B。6.根据权利要求3所述的穿戴式上肢仿生柔性外骨骼机器人，其特征在于所述结构件为非弹性结构件。7.根据权利要求1所述的穿戴式上肢仿生柔性外骨骼机器人，其特征在于所述连接挡块、结构件通过魔术贴设于人体。8.根据权利要求7所述的穿戴式上肢仿生柔性外骨骼机器人，其特征在于：所述魔术贴与人体皮肤之间设有弹性结构件，用于对人体进行保护。9.根据权利要求1所述的一种穿戴式上肢仿生柔性外骨骼机器人，其特征在于所述控制系统设置于背包内，且通过绑带穿戴于人体上。10.一种穿戴式上肢仿生柔性外骨骼机器人的助力方法，其特征在于包括以下步骤：在人体骨骼肌两个端点对应的皮肤处分别设置结点A、结点B；控制系统中的控制器发送控制命令至电机驱动器，通过电机驱动器驱动电机工作；电机通过绕线轮缠绕拉力线产生拉力，模拟人体骨骼肌收缩；拉力线穿过设于结点A的连接挡块、带动设于结点B的结构件，进而拉动该结构件所对应的肢体，模拟骨骼肌收缩时产生的运动，驱动关节旋转，实现仿生柔性外骨骼机器人的助力。2CN109693223A说明书1/5页一种穿戴式上肢仿生柔性外骨骼机器人及其助力方法技术领域[0001]本发明涉及穿戴式机器人领域，具体地说是一种穿戴式上肢仿生柔性外骨骼机器人及其助力方法。背景技术[0002]现代军事领域，士兵在重负载或长期保持姿势时经常出现肌肉疲劳等状况；正常人，也经常因为生活或者工作中因重复动作造成肌肉疲劳；而对于肌肉力量不足的残疾人或老年人来说，无法实现抬臂、抓取等日常基本动作。[0003]现有的外骨骼助力机器人，结构多采用为刚性部件，干扰关节运动，从而使佩戴者偏离自然运动模式，同时，刚性构件的大惯量和笨重的调整机制，增加了佩戴者代谢与穿着的系统成本，损害佩戴者运动的灵活性。发明内容[0004]针对现有技术