佩戴式上肢助力臂及其助力方法
【专利摘要】佩戴式上肢助力臂及其助力方法。目前，投入使用的助力臂种类少、数量低，且其机械结构较为复杂，控制系统与动力系统庞大。本发明方法包括：背部靠板（10）上端两侧分别固定安装左护肩罩（9）和右护肩罩（12），左护肩罩和右护肩罩分别通过胸带（11）连接于腰带（3），右护肩罩上安装右肩部关节座（13），右肩部关节座连接右电动推杆A（15）、右电动推杆B（23）和右大臂托板（14），右大臂托板连接右小臂托板（16），右小臂托板前端安装控制臂（17）和右机械手（18），右大臂托板和右小臂托板分别具有一组托板（4），托板上安装固定带（5），背部靠板下端安装中央处理器（19）。本发明用于上肢助力装置。
【专利说明】佩戴式上肢助力臂及其助力方法
[0001]【技术领域】:
本发明涉及一种佩戴式上肢助力臂及其助力方法。
[0002]【背景技术】:
目前，公知的投入使用的助力臂种类少、数量低，主要原因是助力臂的机械结构较为复杂，控制系统与动力系统庞大。助力臂的控制系统多采用肌电传感器进行控制信号的收集，对设备要求精度高，受限于现有设备的结构导致其所能完成的动作精度较差，只能完成简单动作。另外，现有助力臂的动力系统多采用液压或气压进行动力输出，整个动力系统较为庞大，导致最终投入使用的助力臂较少。
[0003]
【发明内容】
:
本发明的目的是提供一种佩戴式上肢助力臂及其助力方法。
[0004]上述的目的通过以下的技术方案实现:
一种佩戴式上肢助力臂，其组成包括:背部靠板，所述的背部靠板上端左右两侧分别固定安装左护肩罩和右护肩罩，所述的左护肩罩和右护肩罩分别通过胸带连接于腰带，所述的腰带连接于所述的背部靠板底部，所述的右护肩罩上安装右肩部关节座，所述的右肩部关节座连接右电动推杆A、右电动推杆B和右大臂托板，所述的右大臂托板连接右小臂托板，所述的右小臂托板前端安装控制臂和右机械手，所述的右大臂托板和右小臂托板分别具有一组托板，所述的托板上安装固定带；所述的左护肩罩上安装左肩部关节座，所述的左肩部关节座连接左电动推杆A、左电动推杆B和左大臂托板，所述的左大臂托板连接左小臂托板，所述的左小臂托板前端安装所述的控制臂和左机械手，所述的左大臂托板和左小臂托板分别具有一组托板，所述的托板上安装固定带；其中，所述的背部靠板下端安装具有电池的中央处理器。
[0005]所述的佩戴式上肢助力臂，所述的控制臂上还分别设置了控制臂座，所述的控制臂座上安装肩部控制座和角速度位移传感器，所述的肩部控制座上安装大臂控制臂和角速度位移传感器，所述的大臂控制臂上安装小臂控制臂和角速度位移传感器，所述的小臂控制臂上安装机械手控制按钮。
[0006]所述的佩戴式上肢助力臂，所述的控制臂座与所述的肩部控制座之间通过肩部旋转轴连接，所述的肩部控制座与所述的大臂控制臂之间通过大臂控制臂旋转轴连接，所述的大臂控制臂与所述的小臂控制臂之间通过小臂控制臂旋转轴连接。
[0007]所述的佩戴式上肢助力臂，所述的右肩部关节座与右护肩罩、右大臂托板的连接处分别安装角位移传感器，所述的右大臂托板与所述的右小臂托板的连接处安装角位移传感器。
[0008]所述的佩戴式上肢助力臂，所述的左肩部关节座与左护肩罩、左大臂托板的连接处分别安装角位移传感器，所述的左大臂托板与所述的左小臂托板的连接处安装角位移传感器。
[0009]所述的佩戴式上肢助力臂，所述的背部靠板上还具有右销钉座和左销钉座，所述的右销钉座和左销钉座分别连接右电动推杆C和左电动推杆C。[0010]利用上述的佩戴式上肢助力臂的助力方法，
第一步，使用者将佩戴式上肢助力臂穿戴于身体上身，通过胸带和腰带使所述的佩戴式上肢助力臂固定在使用者身上，通过托板和固定带将手臂固定在左大臂托板、右大臂托板与左小臂托板、右小臂托板上，使用者的手部分别放置在左小臂托板、右小臂托板的前端;
第二步，掰动控制臂时，控制臂各旋转轴上安装的角速度位移传感器分别收集肩部旋转轴、大臂控制臂旋转轴和小臂控制臂旋转轴的各旋转轴动作信息，并把所采集的信息发送给中央处理器，通过中央处理器进行计算，将控制信号发送给与各旋转轴相对应的电动推杆，各电动推杆驱动与所述的佩戴式上肢助力臂相对应的左肩部关节座、右肩部关节座；左大臂托板、右大臂托板；左小臂托板、右小臂托板。同时，所述的佩戴式上肢助力臂各旋转轴上安装的角位移传感器对其动作进行收集，并将动作信息发送给中央处理器，使整个系统为闭环控制，从而保证佩戴式上肢助力臂的动作与控制臂的动作相一致；
第三步，左小臂控制臂和右小臂控制臂前端分别安装左、右机械手控制按钮，按下相应按钮，与之对应的左机械手或右机械手抓紧并保持，再次按下相应机械手控制按钮，机械手放松，完成机械手的抓取工作。
[0011]有益效果:
1.本发明设置背部靠板，并在背部靠板顶部左右两侧分别设置左护肩罩和右护肩罩，通过左护肩罩和右护肩罩延伸连接出能够弯曲和抓取物品的大臂托板、小臂托板以及小臂托板上设置的控制臂和机械手，各个结构之间相互配合，通过掰动控制臂实现对整个佩戴式上肢助力臂的控制，使佩戴式上肢助力臂的控制变得简单，同时采用电池供电的电动推杆对佩戴式上肢助力臂进行驱动，达到活动助力的目的。本发明结构紧凑，采用电动推杆驱动使控制原理更简单。
[0012]2.本发明在左肩部关节座、右肩部关节座、左大臂托板、右大臂托板、左小臂托板、右小臂托板旋转轴上分别安装有角位移传感器，对佩戴式上肢助力臂的动作进行反馈，实现对佩戴式上肢助力臂的闭环控制，保证佩戴式上肢助力臂动作的准确性，完成对佩戴式上肢助力臂的控制。
[0013]【专利附图】
【附图说明】:
附图1是本发明的结构示意图。
[0014]附图2是本发明的左侧局部结构示意图。
[0015]附图3是本发明的右侧局部结构示意图。
[0016]附图4是本发明涉及的右小臂托板的局部结构示意图。
[0017]附图5是本发明涉及的背部靠板的局部结构示意图。
[0018]附图6是本发明涉及的控制臂的局部结构示意图。
[0019]附图7是附图5的左视图。
[0020]附图8是附图6的左视图。
[0021]图中，1.左机械手，2.左小臂托板，3.腰带，4.托板，5.固定带，6.左电动推杆A，7.左大臂托板，8.左肩部关节座，9.左护肩罩，10.背部靠板，11.胸带，12.右护肩罩，13.右肩部关节座，14.右大臂托板，15.右电动推杆A，16.右小臂托板，17.控制臂，18.右机械手，19.中央处理器，20.左电动推杆B，21.左电动推杆C，22.右电动推杆C，23.右电动推杆B，24.肩部控制座，25.肩部旋转轴，26.大臂控制臂旋转轴，27.大臂控制臂，28.控制臂座，29.小臂控制臂旋转轴，30.小臂控制臂，31.机械手控制按钮。
[0022]【具体实施方式】:
实施例1:
一种佩戴式上肢助力臂，其组成包括:一种佩戴式上肢助力臂，其组成包括:背部靠板10，所述的背部靠板上端左右两侧分别固定安装左护肩罩9和右护肩罩12，所述的左护肩罩和右护肩罩分别通过胸带11连接于腰带3，所述的腰带连接于所述的背部靠板底部，所述的右护肩罩上安装右肩部关节座13，所述的右肩部关节座连接右电动推杆A (图中件号为15)、右电动推杆B (图中件号为23)和右大臂托板14，所述的右大臂托板连接右小臂托板16，所述的右小臂托板前端安装控制臂17和右机械手18，所述的右大臂托板和右小臂托板分别具有一组托板4，所述的托板上安装固定带5 ;所述的左护肩罩上安装左肩部关节座8，所述的左肩部关节座连接左电动推杆A (图中件号为6)、左电动推杆B (图中件号为20)和左大臂托板7，所述的左大臂托板连接左小臂托板2，所述的左小臂托板前端安装所述的控制臂和左机械手I，所述的左大臂托板和左小臂托板分别具有一组托板，所述的托板上安装固定带；其中，所述的背部靠板下端安装具有电池的中央处理器19。
[0023]实施例2:
根据实施例1所述的佩戴式上肢助力臂，所述的控制臂上还分别设置了控制臂座28，所述的控制臂座上安装肩部控制座24和角速度位移传感器，所述的肩部控制座上安装大臂控制臂27和角速度位移传感器，所述的大臂控制臂上安装小臂控制臂30和角速度位移传感器，所述的小臂控制臂上安装机械手控制按钮31。
[0024]实施例3:
根据实施例2所述的佩戴式上肢助力臂，所述的控制臂座与所述的肩部控制座之间通过肩部旋转轴25连接，所述的肩部控制座与所述的大臂控制臂之间通过大臂控制臂旋转轴26连接，所述的大臂控制臂与所述的小臂控制臂之间通过小臂控制臂旋转轴29连接。
[0025]实施例4:
根据实施例1或2或3所述的佩戴式上肢助力臂，所述的右肩部关节座与右护肩罩、右大臂托板的连接处分别安装角位移传感器，所述的右大臂托板与所述的右小臂托板的连接处安装角位移传感器。
[0026]实施例5:
根据实施例1或2或3或4所述的佩戴式上肢助力臂，所述的左肩部关节座与左护肩罩、左大臂托板的连接处分别安装角位移传感器，所述的左大臂托板与所述的左小臂托板的连接处安装角位移传感器。
[0027]实施例6:
根据实施例1或2或3或4或5所述的佩戴式上肢助力臂，所述的背部靠板上还具有右销钉座和左销钉座，所述的右销钉座和左销钉座分别连接右电动推杆C (图中件号为22)和左电动推杆C (图中件号为21)。
[0028]实施例7:
利用上述实施例1-6所述的佩戴式上肢助力臂的助力方法:
第一步，使用者将佩戴式上肢助力臂穿戴于身体上身，通过胸带和腰带使所述的佩戴式上肢助力臂固定在使用者身上，通过托板和固定带将手臂固定在左大臂托板、右大臂托板与左小臂托板、右小臂托板上，使用者的手部分别放置在左小臂托板、右小臂托板的前端;
第二步，掰动控制臂时，控制臂各旋转轴上安装的角速度位移传感器分别收集肩部旋转轴、大臂控制臂旋转轴和小臂控制臂旋转轴的各旋转轴动作信息，并把所采集的信息发送给中央处理器，通过中央处理器进行计算，将控制信号发送给与各旋转轴相对应的电动推杆，各电动推杆驱动与所述的佩戴式上肢助力臂相对应的左肩部关节座、右肩部关节座；左大臂托板、右大臂托板；左小臂托板、右小臂托板。同时，所述的佩戴式上肢助力臂各旋转轴上安装的角位移传感器对其动作进行收集，并将动作信息发送给中央处理器，使整个系统为闭环控制，从而保证佩戴式上肢助力臂的动作与控制臂的动作相一致；
第三步，左小臂控制臂和右小臂控制臂前端分别安装左、右机械手控制按钮，按下相应按钮，与之对应的左机械手或右机械手抓紧并保持，再次按下相应机械手控制按钮，机械手放松，完成机械手的抓取工作。
【权利要求】
1.一种佩戴式上肢助力臂，其组成包括:背部靠板，其特征是:所述的背部靠板上端左右两侧分别固定安装左护肩罩和右护肩罩，所述的左护肩罩和右护肩罩分别通过胸带连接于腰带，所述的腰带连接于所述的背部靠板底部，所述的右护肩罩上安装右肩部关节座，所述的右肩部关节座连接右电动推杆A、右电动推杆B和右大臂托板,所述的右大臂托板连接右小臂托板，所述的右小臂托板前端安装控制臂和右机械手，所述的右大臂托板和右小臂托板分别具有一组托板，所述的托板上安装固定带；所述的左护肩罩上安装左肩部关节座，所述的左肩部关节座连接左电动推杆A、左电动推杆B和左大臂托板，所述的左大臂托板连接左小臂托板，所述的左小臂托板前端安装所述的控制臂和左机械手，所述的左大臂托板和左小臂托板分别具有一组托板，所述的托板上安装固定带；其中，所述的背部靠板下端安装具有电池的中央处理器。
2.根据权利要求1所述的佩戴式上肢助力臂，其特征是:所述的控制臂上还分别设置了控制臂座，所述的控制臂座上安装肩部控制座和角速度位移传感器，所述的肩部控制座上安装大臂控制臂和角速度位移传感器，所述的大臂控制臂上安装小臂控制臂和角速度位移传感器，所述的小臂控制臂上安装机械手控制按钮。
3.根据权利要求2所述的佩戴式上肢助力臂，其特征是:所述的控制臂座与所述的肩部控制座之间通过肩部旋转轴连接，所述的肩部控制座与所述的大臂控制臂之间通过大臂控制臂旋转轴连接，所述的大臂控制臂与所述的小臂控制臂之间通过小臂控制臂旋转轴连接。
4.根据权利要求1或2或3所述的佩戴式上肢助力臂，其特征是:所述的右肩部关节座与右护肩罩、右大臂托板的连接处分别安装角位移传感器，所述的右大臂托板与所述的右小臂托板的连接处安装角位移传感器。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的佩戴式上肢助力臂，其特征是:所述的左肩部关节座与左护肩罩、左大臂托板的连接处分别安装角位移传感器，所述的左大臂托板与所述的左小臂托板的连接处安装角位移传感器。
6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的佩戴式上肢助力臂，其特征是:所述的背部罪板上还具有右销钉座和左销钉座，所述的右销钉座和左销钉座分别连接右电动推杆C和左电动推杆C。
7.利用权利要求1-6之一所述的佩戴式上肢助力臂的助力方法，其特征是:第一步，使用者将佩戴式上肢助力臂穿戴于身体上身，通过胸带和腰带使所述的佩戴式上肢助力臂固定在使用者身上，通过托板和固定带将手臂固定在左大臂托板、右大臂托板与左小臂托板、右小臂托板上，使用者的手部分别放置在左小臂托板、右小臂托板的前端； 第二步，掰动控制臂时，控制臂各旋转轴上安装的角速度位移传感器分别收集肩部旋转轴、大臂控制臂旋转轴和小臂控制臂旋转轴的各旋转轴动作信息，并把所采集的信息发送给中央处理器，通过中央处理器进行计算，将控制信号发送给与各旋转轴相对应的电动推杆，各电动推杆驱动与所述的佩戴式上肢助力臂相对应的左肩部关节座、右肩部关节座；左大臂托板、右大臂托板；左小臂托板、右小臂托板；同时，所述的佩戴式上肢助力臂各旋转轴上安装的角位移传感器对其动作进行收集，并将动作信息发送给中央处理器，使整个系统为闭环控制，从而保证佩戴式上肢助力臂的动作与控制臂的动作相一致； 第三步，左小臂控制臂和右小臂控制臂前端分别安装左、右机械手控制按钮，按下相应按钮，与之对应的左机械手或右机械手抓紧并保持，再次按下相应机械手控制按钮，机械手放松，完成机械手的抓取工作·。
【文档编号】B25J9/00GK103707284SQ201310736257
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月29日 优先权日:2013年12月29日
【发明者】张元 , 刘强, 李锟 申请人:哈尔滨理工大学