一种气动肌肉驱动的上肢外骨骼机器人.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CN108858148A(43)申请公布日2018.11.23(21)申请号201810785041.4(22)申请日2018.07.17(71)申请人东北大学地址110819辽宁省沈阳市和平区文化路三巷11号(72)发明人程红太蒋洪飞李潇(74)专利代理机构大连理工大学专利中心21200代理人陈玲玉梅洪玉(51)Int.Cl.B25J9/00(2006.01)B25J17/00(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图5页(54)发明名称一种气动肌肉驱动的上肢外骨骼机器人(57)摘要本发明涉及机器人系统设计技术领域，一种气动肌肉驱动的上肢外骨骼机器人，包括背部支架和上臂。所述的上臂通过肩背连接件固定在背部支架上，背部支架对上臂起连接和支撑作用。肢外骨骼机器人的结构以背部支架中心线左右对称。所述背部支架包括框架结构、滑轮、肩背连接件和肩关节驱动肌肉，滑轮固定在框架结构上侧；所述上臂包括闭锁式球关节、上臂外侧夹板、上臂内侧夹板、上臂滑轮、肘关节定轮、串联驱动肌肉；所述的闭锁式球关节固定在肩背连接件上端下表面。本发明的有益效果为：以气动肌肉作为驱动，相比于电机和液压驱动也大大降低了结构复杂性和成本；肘关节处安装有定轮，能实现在极端角度的情况下仍能保证串联肌肉能输出足够的力矩。CN108858148ACN108858148A权利要求书1/2页1.一种气动肌肉驱动的上肢外骨骼机器人，其特征在于，包括背部支架和上臂；所述的上臂通过肩背连接件(9)固定在背部支架上；肢外骨骼机器人的结构沿背部支架中心线对称；所述背部支架包括框架结构、滑轮(8)、肩背连接件(9)和肩关节驱动肌肉(10)，六个滑轮(8)等间距固定在框架结构上侧；六根肩关节驱动肌肉(10)平行置于框架结构内部且与六个滑轮(8)分别对应，其下端与框架结构下侧固定，肩关节驱动肌肉(10)上端分别通过钢丝绳(6)绕过位于框架结构上侧的滑轮(8)与闭锁式球关节的驱动绳索连接，实现对闭锁式球关节的驱动；所述的肩背连接件(9)为V结构，V形开口角度大于90度，V形下端固定在框架结构右侧，上端与上臂的闭锁式球关节连接；所述上臂包括闭锁式球关节、上臂外侧夹板(20)、上臂内侧夹板(21)、上臂滑轮(18)、肘关节定轮(23)、串联驱动肌肉(19)；所述的闭锁式球关节固定在肩背连接件(9)下表面；闭锁式球关节的顶平面设有三个均匀分布且距离顶平面中心距离均为R的孔；三个肩部导向滑轮(5)固定在肩背连接件(9)的上表面，三个肩部导向滑轮(5)与闭锁式球关节的顶平面的孔一一对应；闭锁式球关节的三根驱动绳索分别绕过肩部导向滑轮(5)与钢丝绳(6)连接；闭锁式球关节下端固定在上臂外侧夹板(20)和上臂内侧夹板(21)之间，上臂内、外侧夹板的下端与小臂(22)铰接，实现小臂(22)转动，肘关节定轮(23)以铰接点为圆心固定在小臂(22)上；上臂外侧夹板(20)外侧固定上臂滑轮(18)，钢丝绳绕过上臂滑轮(18)分别与两根肘关节驱动肌肉(19)一端连接，两根肘关节驱动肌肉(19)另一端分别与小臂(22)上的肘关节定轮(23)和上臂外侧夹板(20)下端连接。2.如权利要求1所述的一种气动肌肉驱动的上肢外骨骼机器人，其特征在于，所述的闭锁式球关节，包括肩关节固定平台(14)、肩关节动平台(17)、关节球(15)、上臂旋转轴(16)和驱动绳索；所述肩关节固定平台(14)包括顶平面和支柱，顶平面设有三个均匀分布且距离顶平面中心距离均为R的孔，顶平面固定在支柱上端，支柱的下端中心处设有球窝，关节球(15)置于球窝中；关节球(15)下端与上臂旋转轴(16)连接；上臂旋转轴(16)外套肩关节动平台(17)，肩关节动平台(17)为套筒形状，套筒外壁同截面均匀分布三个连接端，连接端与套筒中心轴距离均为r；肩关节动平台(17)的三个连接端分别固定三根驱动绳索，三根驱动绳索的另一端穿过在肩关节固定平台(14)的顶平面的三个孔后与钢丝绳(6)连接。3.如权利要求1或2所述的一种气动肌肉驱动的上肢外骨骼机器人，其特征在于，所述的外骨骼机器人还包括绑带，绑带包括肩部绑带(13)、胸部绑带(12)、腰部绑带(11)、上臂绑带(3)和小臂绑带(2)，肩部绑带(13)为U形硬质材料，肩部绑带(13)对称固定在框架结构上；其余绑带均为柔性绑带，采用软质材料，胸部绑带(12)和腰部绑带(11)均固定在框架结构上，用于匹配人体躯干和外骨骼之间的相对位置，上臂绑带(3)连接在上臂内侧夹板(21)上，小臂绑带(2)固定在小臂(22)上。4.如权利要求1或2所述的一种气动肌肉驱动的上肢外骨骼机器人，其特征在于，所述肘关节定轮(23)是扇形带槽轮，肘关节定轮(23)与小臂(22)