一種負載自適應被動平衡上肢外骨骼制造技術

一種負載自適應被動平衡上肢外骨骼，大臂、肘關節、小臂和手部由左至右依次布置，大臂上桿和大臂下桿分別通過軸承與大臂肘關節殼體鉸接，小臂上桿和小臂下桿分別通過軸承與小臂肘關節殼體鉸接，大臂支撐桿設置在大臂驅動機構與大臂肘關節組件之間，且大臂支撐桿的一端與大臂驅動機構中的兩個大臂支撐桿滑塊固接，大臂支撐桿的另一端與大臂絲杠螺母連接件兩側伸出軸通過軸承鉸接，小大臂支撐桿設置在小臂驅動機構與小臂肘關節組件之間，且小大臂支撐桿的一端與小臂驅動機構中的兩個大臂支撐桿滑塊固接，小大臂支撐桿的另一端與小臂絲杠螺母連接件兩側伸出軸通過軸承鉸接，手部與腕關節鉸接。本發明專利技術用于助力搬運較重的貨物或幫助隨身攜帶某些物品。

A load adaptive passive balance of upper limb exoskeleton

A passive adaptive load balance of upper limb exoskeleton, arm, elbow, forearm and hand from left to right layout, on the arm and the arm rod rod respectively through bearings and arm elbow joint articulated arm shell, rod and small arm rod are respectively hinged with the small arm through the bearing the elbow shell, arm support rod driving mechanism is installed with a big arm elbow component in the arm, and one end of the arm rod and the big arm driving two arm of the supporting rod is fixedly connected with the slider, and the other end of the arm screw nut arm rod connector on both sides of the axis extending through bearing hinge, small arm support rod driving mechanism is installed with small elbow joint components in the arm, and one end of small arm support rod and small arm drive two arm of the supporting rod is fixedly connected with the slider, and the other end of the small arm screw screw small arm support rod The two ends of the female connecting rod extend out of the shaft and are hinged by the bearing, and the hand part is hinged with the wrist joint. The invention is used for assisting carrying heavy goods or helping to carry certain articles with you.

【技術實現步驟摘要】
一種負載自適應被動平衡上肢外骨骼
本專利技術涉及一種外骨骼機器人，具體涉及一種負載自適應被動平衡上肢外骨骼。
技術介紹
目前，上肢被動外骨骼機器人以其獨有的人機結合方式受到了廣大的研究者的青睞，現有的上肢被動外骨骼多以彈簧為主動力來實現平衡，而當工況中載荷發生變化時，基本依靠人工進行手動調整。這樣的結構不但負載質量不高，而且使其平衡效果受到了很大的限制，不能很好的滿足各個角度的重力平衡條件，而且調整過程過于繁瑣，降低了工作效率。
技術實現思路
本專利技術為解決現有外骨骼機器人負載質量不高，不能很好的滿足各個角度的重力平衡條件，而且調整過程過于繁瑣，降低了工作效率的問題，而提出一種負載自適應被動平衡上肢外骨骼。本專利技術的一種負載自適應被動平衡上肢外骨骼，其組成包括大臂、肘關節、小臂、手部、大臂支撐桿和小大臂支撐桿；大臂包括大臂上桿、大臂下桿、肩關節和大臂驅動機構，大臂驅動機構包括尾部固定件、氣彈簧頂板、氣彈簧、氣彈簧滑軌、連接板、兩個大臂支撐桿滑軌、兩個大臂支撐桿滑塊和兩個氣彈簧滑塊，氣彈簧的缸體尾部與尾部固定件固接，氣彈簧的活塞桿與氣彈簧頂板固接，連接板固裝在氣彈簧頂板的左側，一個氣彈簧滑塊與連接板固接，兩個氣彈簧滑塊均與氣彈簧滑軌滑動連接，氣彈簧滑軌與大臂下桿固接，兩個大臂支撐桿滑軌上下平行設置且固裝在氣彈簧頂板的右側，兩個大臂支撐桿滑塊與兩個大臂支撐桿滑軌一一對應，大臂支撐桿滑塊與大臂支撐桿滑軌滑動連接，大臂上桿與大臂下桿的結構相同，大臂上桿和大臂下桿對稱設置在肩關節的上下端，肩關節位于大臂上桿和大臂下桿的左端，且肩關節分別通過軸承與大臂上桿和大臂下桿鉸接，大臂驅動機構設置在大臂下桿中，且大臂驅動機構中的尾部固定件和大臂驅動機構中的兩個氣彈簧滑塊均與大臂下桿固接；小臂包括小臂上桿、小臂下桿、腕關節和小臂驅動機構，小臂驅動機構與大臂驅動機構的結構相同，小臂上桿與小臂下桿的結構相同，小臂上桿和小臂下桿對稱設置在腕關節的上下端，腕關節位于小臂上桿和小臂下桿的右端，且腕關節分別通過軸承與小臂上桿和小臂下桿鉸接，小臂驅動機構設置在小臂上桿中，且小臂驅動機構中的尾部固定件和小臂驅動機構中的兩個氣彈簧滑塊均與大臂下桿固接；肘關節包括大臂肘關節組件、小臂肘關節組件、肘關節驅動機構、大臂過渡齒輪、大臂過渡齒輪軸、小臂過渡齒輪、小臂過渡齒輪軸和兩個滾子軸承，大臂肘關節組件包括大臂絲杠螺母、大臂絲杠螺母連接件、大臂下滾珠軸承、大臂肘關節殼體、大臂絲杠、大臂上滾珠軸承、大臂傳動齒輪和兩個大臂滾針推力軸承，大臂絲杠螺母與大臂絲杠螺紋連接，大臂絲杠的上端由內至外依次套裝有兩個大臂滾針推力軸承和大臂上滾珠軸承，大臂絲杠的下端由內至外依次套裝有大臂絲杠螺母連接件和大臂下滾珠軸承，大臂絲杠螺母與大臂絲杠螺母連接件固接，大臂上滾珠軸承、大臂下滾珠軸承和兩個大臂滾針推力軸承均支撐在大臂肘關節殼體中，大臂絲杠的下端外露在大臂肘關節殼體外且與大臂傳動齒輪固接；小臂肘關節組件包括小臂傳動齒輪、小臂肘關節殼體、小臂絲杠螺母、小臂絲杠螺母連接件、小臂上滾珠軸承、小臂絲杠、兩個小臂滾針推力軸承，小臂絲杠螺母與小臂絲杠螺紋連接，小臂絲杠的上端套裝有小臂絲杠螺母連接件，小臂絲杠的下端套裝有兩個小臂滾針推力軸承，小臂絲杠螺母與小臂絲杠螺母連接件固接，小臂絲杠螺母連接件套裝在小臂絲杠上，小臂上滾珠軸承和兩個小臂滾針推力軸承均支撐在小臂肘關節殼體中，小臂絲杠的下端外露在小臂肘關節殼體外且與小臂傳動齒輪固接；肘關節驅動機構包括減速器輸出齒輪、減速器外殼、主軸、電機和減速器，減速器設置在減速器外殼中，減速器的輸入端與電機連接，減速器的輸出端與主軸連接，減速器輸出齒輪固裝在主軸上；大臂肘關節組件和小臂肘關節組件設置在肘關節驅動機構的左右側，減速器外殼與大臂肘關節殼體和小臂肘關節殼體固接，大臂過渡齒輪設置在減速器輸出齒輪與大臂傳動齒輪之間，且大臂過渡齒輪同時與減速器輸出齒輪和大臂傳動齒輪嚙合，大臂過渡齒輪通過一個滾子軸承與大臂過渡齒輪軸連接，大臂過渡齒輪軸與大臂肘關節殼體固接，小臂過渡齒輪設置在減速器輸出齒輪與小臂傳動齒輪之間，且小臂過渡齒輪同時與減速器輸出齒輪和小臂傳動齒輪嚙合，小臂過渡齒輪通過另一個滾子軸承與小臂過渡齒輪軸連接，小臂過渡齒輪軸與小臂肘關節殼體固接；大臂、肘關節、小臂和手部由左至右依次布置，大臂上桿和大臂下桿分別通過軸承與大臂肘關節殼體鉸接，小臂上桿和小臂下桿分別通過軸承與小臂肘關節殼體鉸接，大臂支撐桿設置在大臂驅動機構與大臂肘關節組件之間，且大臂支撐桿的一端與大臂驅動機構中的兩個大臂支撐桿滑塊固接，大臂支撐桿的另一端與大臂絲杠螺母連接件兩側伸出軸通過軸承鉸接，小大臂支撐桿設置在小臂驅動機構與小臂肘關節組件之間，且小大臂支撐桿的一端與小臂驅動機構中的兩個大臂支撐桿滑塊固接，小大臂支撐桿的另一端與小臂絲杠螺母連接件41兩側伸出軸通過軸承鉸接，手部與腕關節鉸接。本專利技術與現有技術相比具有以下有益效果：一、本專利技術利用氣彈簧輸出恒力的方式使得在轉動過程中的各個角度都能夠完美達到平衡效果。二、由于氣彈簧是功率密度較高的被動儲能裝置，相比彈簧結構來說，極大程度提高了設備的負載能力和緊湊型，單臂負載能力可達25kg以上。三、電機自動調整反饋系統的引入使得本專利技術可以具備在承載重物變化時的快速切換能力，使得工作效率大大提升，并且擴大了其應用場合。四、本專利技術結構可以平衡掉由于貨物重量產生的重力，減輕人體上肢的負重。附圖說明圖1是本專利技術的整體結構立體圖；圖2是大臂A與肘關節B的連接關系立體圖(去掉大臂下桿A2)；圖3是本專利技術的主剖視圖；圖4是肘關節驅動機構B3的主剖視圖；圖5是肘關節B的主剖視圖；圖6是大臂支撐桿E與大臂驅動機構A4和大臂肘關節組件B1之間的連接關系立體圖；圖7是小大臂支撐桿K與小臂驅動機構C4和小臂肘關節組件B2之間的連接關系立體圖；圖8是手部D的結構立體圖；圖9是本專利技術的使用狀態圖；圖10是本專利技術的原理簡圖。具體實施方式具體實施方式一：結合圖1～圖8說明本實施方式，本實施方式包括大臂A、肘關節B、小臂C、手部D、大臂支撐桿E和小大臂支撐桿F；大臂A包括大臂上桿A1、大臂下桿A2、肩關節A3和大臂驅動機構A4，大臂驅動機構A4包括尾部固定件3、氣彈簧頂板4、氣彈簧5、氣彈簧滑軌6、連接板7、兩個大臂支撐桿滑軌8、兩個大臂支撐桿滑塊9和兩個氣彈簧滑塊10，氣彈簧5的缸體尾部與尾部固定件3固接，氣彈簧5的活塞桿與氣彈簧頂板4固接，連接板7固裝在氣彈簧頂板4的左側，一個氣彈簧滑塊10與連接板7固接，兩個氣彈簧滑塊10均與氣彈簧滑軌6滑動連接，氣彈簧滑軌6與大臂下桿A2固接，兩個大臂支撐桿滑軌8上下平行設置且固裝在氣彈簧頂板4的右側，兩個大臂支撐桿滑塊9與兩個大臂支撐桿滑軌8一一對應，大臂支撐桿滑塊9與大臂支撐桿滑軌8滑動連接，大臂上桿A1與大臂下桿A2的結構相同，大臂上桿A1和大臂下桿A2對稱設置在肩關節A3的上下端，肩關節A3位于大臂上桿A1和大臂下桿A2的左端，且肩關節A3分別通過軸承與大臂上桿A1和大臂下桿A2鉸接，大臂驅動機構A4設置在大臂下桿A2中，且大臂驅動機構A4中的尾部固定件3和大臂驅動機構A4中的兩個氣彈簧滑塊10均與大臂下桿2固接；小臂C本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種負載自適應被動平衡上肢外骨骼，其特征在于：所述上肢外骨骼包括大臂(A)、肘關節(B)、小臂(C)、手部(D)、大臂支撐桿(E)和小大臂支撐桿(K)；大臂(A)包括大臂上桿(A1)、大臂下桿(A2)、肩關節(A3)和大臂驅動機構(A4)，大臂驅動機構(A4)包括尾部固定件(3)、氣彈簧頂板(4)、氣彈簧(5)、氣彈簧滑軌(6)、連接板(7)、兩個大臂支撐桿滑軌(8)、兩個大臂支撐桿滑塊(9)和兩個氣彈簧滑塊(10)，氣彈簧(5)的缸體尾部與尾部固定件(3)固接，氣彈簧(5)的活塞桿與氣彈簧頂板(4)固接，連接板(7)固裝在氣彈簧頂板(4)的左側，一個氣彈簧滑塊(10)與連接板(7)固接，兩個氣彈簧滑塊(10)均與氣彈簧滑軌(6)滑動連接，氣彈簧滑軌(6)與大臂下桿(A2)固接，兩個大臂支撐桿滑軌(8)上下平行設置且固裝在氣彈簧頂板(4)的右側，兩個大臂支撐桿滑塊(9)與兩個大臂支撐桿滑軌(8)一一對應，大臂支撐桿滑塊(9)與大臂支撐桿滑軌(8)滑動連接，大臂上桿(A1)與大臂下桿(A2)的結構相同，大臂上桿(A1)和大臂下桿(A2)對稱設置在肩關節(A3)的上下端，肩關節(A3)位于大臂上桿(A1)和大臂下桿(A2)的左端，且肩關節(A3)分別通過軸承與大臂上桿(A1)和大臂下桿(A2)鉸接，大臂驅動機構(A4)設置在大臂下桿(A2)中，且大臂驅動機構(A4)中的尾部固定件(3)和大臂驅動機構(A4)中的兩個氣彈簧滑塊(10)均與大臂下桿(2)固接；小臂(C)包括小臂上桿(C1)、小臂下桿(C2)、腕關節(C3)和小臂驅動機構(C4)，小臂驅動機構(C4)與大臂驅動機構(A4)的結構相同，小臂上桿(C1)與小臂下桿(C2)的結構相同，小臂上桿(C1)和小臂下桿(C2)對稱設置在腕關節(C3)的上下端，腕關節(C3)位于小臂上桿(C1)和小臂下桿(C2)的右端，且腕關節(C3)分別通過軸承與小臂上桿(C1)和小臂下桿(C2)鉸接，小臂驅動機構(C4)設置在小臂上桿(C1)中，且小臂驅動機構(C4)中的尾部固定件(3)和小臂驅動機構(C4)中的兩個氣彈簧滑塊(10)均與大臂下桿(2)固接；肘關節(B)包括大臂肘關節組件(B1)、小臂肘關節組件(B2)、肘關節驅動機構(B3)、大臂過渡齒輪(B4)、大臂過渡齒輪軸(B5)、小臂過渡齒輪(B6)、小臂過渡齒輪軸(B7)和兩個滾子軸承(B8)，大臂肘關節組件(B1)包括大臂絲杠螺母18、大臂絲杠螺母連接件(19)、大臂下滾珠軸承(20)、大臂肘關節殼體(22)、大臂絲杠(23)、大臂上滾珠軸承(24)、大臂傳動齒輪(21)和兩個大臂滾針推力軸承(17)，大臂絲杠螺母(18)與大臂絲杠(23)螺紋連接，大臂絲杠(23)的上端由內至外依次套裝有兩個大臂滾針推力軸承(17)和大臂上滾珠軸承(24)，大臂絲杠(23)的下端由內至外依次套裝有大臂絲杠螺母連接件(19)和大臂下滾珠軸承(20)，大臂絲杠螺母(18)與大臂絲杠螺母連接件(19)固接，大臂上滾珠軸承(24)、大臂下滾珠軸承(20)和兩個大臂滾針推力軸承(17)均支撐在大臂肘關節殼體(22)中，大臂絲杠(23)的下端外露在大臂肘關節殼體(22)外且與大臂傳動齒輪(21)固接；小臂肘關節組件(B2)包括小臂傳動齒輪(38)、小臂肘關節殼體(39)、小臂絲杠螺母(40)、小臂絲杠螺母連接件(41)、小臂上滾珠軸承(42)、小臂絲杠(43)、兩個小臂滾針推力軸承(44)，小臂絲杠螺母(40)與小臂絲杠(43)螺紋連接，小臂絲杠(43)的上端套裝有小臂絲杠螺母連接件(41)，小臂絲杠(43)的下端套裝有兩個小臂滾針推力軸承(44)，小臂絲杠螺母(40)與小臂絲杠螺母連接件(41)固接，小臂絲杠螺母連接件(41)套裝在小臂絲杠(43)上，小臂上滾珠軸承(42)和兩個小臂滾針推力軸承(44)均支撐在小臂肘關節殼體(39)中，小臂絲杠(43)的下端外露在小臂肘關節殼體(39)外且與小臂傳動齒輪(38)固接；肘關節驅動機構(B3)包括減速器輸出齒輪(25)、減速器外殼(26)、主軸(27)、電機(28)和減速器(29)，減速器(29)設置在減速器外殼(26)中，減速器(29)的輸入端與電機(28)連接，減速器(29)的輸出端與主軸(27)連接，減速器輸出齒輪(25)固裝在主軸(27)上；大臂肘關節組件(B1)和小臂肘關節組件(B2)設置在肘關節驅動機構(B3)的左右側，減速器外殼(26)與大臂肘關節殼體(22)和小臂肘關節殼體(39)固接，大臂過渡齒輪(B4)設置在減速器輸出齒輪(25)與大臂傳動齒輪(21)之間，且大臂過渡齒輪(B4)同時與減速器輸出齒輪(25)和大臂傳動齒輪(21)嚙合，大臂過渡齒輪(B4)通過一個滾子軸承(B8)與大臂過渡齒輪軸(...

【技術特征摘要】
1.一種負載自適應被動平衡上肢外骨骼，其特征在于：所述上肢外骨骼包括大臂(A)、肘關節(B)、小臂(C)、手部(D)、大臂支撐桿(E)和小大臂支撐桿(K)；大臂(A)包括大臂上桿(A1)、大臂下桿(A2)、肩關節(A3)和大臂驅動機構(A4)，大臂驅動機構(A4)包括尾部固定件(3)、氣彈簧頂板(4)、氣彈簧(5)、氣彈簧滑軌(6)、連接板(7)、兩個大臂支撐桿滑軌(8)、兩個大臂支撐桿滑塊(9)和兩個氣彈簧滑塊(10)，氣彈簧(5)的缸體尾部與尾部固定件(3)固接，氣彈簧(5)的活塞桿與氣彈簧頂板(4)固接，連接板(7)固裝在氣彈簧頂板(4)的左側，一個氣彈簧滑塊(10)與連接板(7)固接，兩個氣彈簧滑塊(10)均與氣彈簧滑軌(6)滑動連接，氣彈簧滑軌(6)與大臂下桿(A2)固接，兩個大臂支撐桿滑軌(8)上下平行設置且固裝在氣彈簧頂板(4)的右側，兩個大臂支撐桿滑塊(9)與兩個大臂支撐桿滑軌(8)一一對應，大臂支撐桿滑塊(9)與大臂支撐桿滑軌(8)滑動連接，大臂上桿(A1)與大臂下桿(A2)的結構相同，大臂上桿(A1)和大臂下桿(A2)對稱設置在肩關節(A3)的上下端，肩關節(A3)位于大臂上桿(A1)和大臂下桿(A2)的左端，且肩關節(A3)分別通過軸承與大臂上桿(A1)和大臂下桿(A2)鉸接，大臂驅動機構(A4)設置在大臂下桿(A2)中，且大臂驅動機構(A4)中的尾部固定件(3)和大臂驅動機構(A4)中的兩個氣彈簧滑塊(10)均與大臂下桿(2)固接；小臂(C)包括小臂上桿(C1)、小臂下桿(C2)、腕關節(C3)和小臂驅動機構(C4)，小臂驅動機構(C4)與大臂驅動機構(A4)的結構相同，小臂上桿(C1)與小臂下桿(C2)的結構相同，小臂上桿(C1)和小臂下桿(C2)對稱設置在腕關節(C3)的上下端，腕關節(C3)位于小臂上桿(C1)和小臂下桿(C2)的右端，且腕關節(C3)分別通過軸承與小臂上桿(C1)和小臂下桿(C2)鉸接，小臂驅動機構(C4)設置在小臂上桿(C1)中，且小臂驅動機構(C4)中的尾部固定件(3)和小臂驅動機構(C4)中的兩個氣彈簧滑塊(10)均與大臂下桿(2)固接；肘關節(B)包括大臂肘關節組件(B1)、小臂肘關節組件(B2)、肘關節驅動機構(B3)、大臂過渡齒輪(B4)、大臂過渡齒輪軸(B5)、小臂過渡齒輪(B6)、小臂過渡齒輪軸(B7)和兩個滾子軸承(B8)，大臂肘關節組件(B1)包括大臂絲杠螺母18、大臂絲杠螺母連接件(19)、大臂下滾珠軸承(20)、大臂肘關節殼體(22)、大臂絲杠(23)、大臂上滾珠軸承(24)、大臂傳動齒輪(21)和兩個大臂滾針推力軸承(17)，大臂絲杠螺母(18)與大臂絲杠(23)螺紋連接，大臂絲杠(23)的上端由內至外依次套裝有兩個大臂滾針推力軸承(17)和大臂上滾珠軸承(24)，大臂絲杠(23)的下端由內至外依次套裝有大臂絲杠螺母連接件(19)和大臂下滾珠軸承(20)，大臂絲杠螺母(18)與大臂絲杠螺母連接件(19)固接，大臂上滾珠軸承(24)、大臂下滾珠軸承(20)和兩個大臂滾針推力軸承(17)均支撐在大臂肘關節殼體(22)中，大臂絲杠(23)的下端外露在大臂肘關節殼體(22)外且與大臂傳動齒輪(21)固接；小臂肘關節組件(B2)包括小臂傳動齒輪(38)、小臂肘關節殼體(39)、小臂絲杠螺母(40)、小臂絲杠螺母連接件(41)、小臂上滾珠軸承(42)、小臂絲杠(43)、兩個小臂滾...

【專利技術屬性】
技術研發人員：朱延河，張國安，李洪武，趙杰，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學，
類型：發明
國別省市：黑龍江,23