一种便携式上肢助力无源外骨骼机器人的制作方法

本发明涉及助力机器人技术领域，尤其涉及一种便携式上肢助力无源外骨骼机器人。

背景技术：

在外骨骼领域，已有安装在人体躯干上提供手臂支撑力矩的被动支撑设备案例，但是上述案例仍具有较大的局限性。例如上述的被动支撑设备在穿戴者打算休息自己的上臂时，不能自动削减或大幅减小支撑力矩，也不能提供支撑力矩自动降低的功能。上述问题则会导致穿戴者不需要支撑时或非工作姿势时，被动支撑设备会抑制穿戴者运动并使得穿戴者产生不适。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种便携式上肢助力无源外骨骼机器人，其能够有效减少人体大臂力量，减小非工作状态时，手臂助力外骨骼对人体运动干扰的影响。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种便携式上肢助力无源外骨骼机器人，包括第一支撑单元和第二支撑单元，所述第一支撑单元的第一端固定于人体躯干上、第二端铰接所述第二支撑单元的第一端，所述第二支撑单元的第二端部设置有臂撑，所述第一支撑单元相对所述第二支撑单元形成锐角以构成助力工位，所述第一支撑单元相对所述第二支撑单元形成钝角以构成非助力工位。

进一步地，所述第一支撑单元包括第一支撑臂、设置在所述第一支撑臂上并与所述人体躯干固定连接的偏移调节器，所述偏移调节器上设置有调节销，所述调节销用于调节所述第一支撑臂相对所述偏移调节器的倾斜度。

进一步地，所述偏移调节器水平设置。

进一步地，所述第二支撑单元包括第二支撑臂、设置在所述第二支撑臂内的储能器和连接绳，所述连接绳第一端设置在所述储能器上、第二端设置在所述第一支撑单元上，所述储能器沿所述第二支撑臂延长方向带动所述连接绳运动。

进一步地，所述第二支撑臂的第二端设置有滚轮，所述连接绳由所述储能器远离所述第一支撑单元一端引出以裹附在所述滚轮上，并折回至所述第一支撑单元。

进一步地，所述第一支撑单元上设置有用于调节所述连接绳位置的端架调节轴，所述连接绳固定设置在所述端架调节轴上。

进一步地，所述第二支撑臂上开设在用于容置所述储能器的容置槽，所述容置槽的侧壁上设置有用于调节储能器位置的储能器调节轴。

进一步地，所述第一支撑单元和第二支撑单元的连接处设置有连接销轴。

进一步地，所述连接销轴上设置有用于抵接或分离所述连接绳的凸轮。

借由上述技术方案，本发明至少具有以下优点：通过设置有第一支撑单元和第二支撑单元，当处于工作状态时，所述第一支撑单元和所述第二支撑单元形成锐角以构成助力工位，能够对穿戴者提供上臂支撑力矩，减少穿戴者肩部所需扭矩；当处于非工作状态时，所述第一支撑单元和所述第二支撑单元形成钝角以构成非助力工位，能够较好地降低支撑力矩，不阻碍穿戴者的上臂休息；上述两种状态切换自由，适应性强。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的助力工位角度示意图；

图3是本发明的助力工位结构示意图；

图4是本发明的助力工位受力简图；

图5是本发明的非助力工位角度示意图；

图6是本发明的非助力工位结构示意图；

图7是本发明的非助力工位受力简图。

以上附图中：1、臂撑；2、第一支撑臂；3、偏移调节器；4、调节销；5、第二支撑臂；6、储能器；7、连接绳；8、滚轮；9、端架调节轴；10、容置槽；11、储能器调节轴；12、连接销轴；13、凸轮；14、锐角；15、钝角。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

结合图1所示，本发明公开了一种便携式上肢助力无源外骨骼机器人，包括第一支撑单元和第二支撑单元，所述第一支撑单元的第一端固定于人体躯干上、第二端铰接所述第二支撑单元的第一端，所述第二支撑单元的第二端部设置有臂撑1。所述第一支撑单元包括第一支撑臂2、设置在所述第一支撑臂2上并与所述人体躯干固定连接的偏移调节器3，所述偏移调节器3上设置有调节销4，所述调节销4用于调节所述第一支撑臂2相对所述偏移调节器3的倾斜度。所述第二支撑单元包括第二支撑臂5、设置在所述第二支撑臂5内的储能器6和连接绳7，所述连接绳7第一端设置在所述储能器6上、第二端设置在所述第一支撑单元上，所述储能器6沿所述第二支撑臂5延长方向带动所述连接绳7运动。通过设置有第一支撑单元和第二支撑单元，当处于工作状态时，所述第一支撑单元和所述第二支撑单元形成锐角14以构成助力工位，能够对穿戴者提供上臂支撑力矩，减少穿戴者肩部所需扭矩；当处于非工作状态时，所述第一支撑单元和所述第二支撑单元形成钝角15以构成非助力工位，能够较好地降低支撑力矩，不阻碍穿戴者的上臂休息；上述两种状态切换自由，适应性强。

本发明中，所述第一支撑单元上设置有用于调节所述连接绳7位置的端架调节轴9，所述连接绳7固定设置在所述端架调节轴9上。本发明中，优选地所述偏移调节器3水平设置。所述第二支撑臂5的第二端设置有滚轮8，所述连接绳7由所述储能器6远离所述第一支撑单元一端引出以裹附在所述滚轮8上，并折回至所述第一支撑单元。

本发明中，所述第二支撑臂5上开设在用于容置所述储能器6的容置槽10，所述容置槽10的侧壁上设置有用于调节储能器6位置的储能器调节轴11。所述第一支撑单元和第二支撑单元的连接处设置有连接销轴12，所述连接销,12上设置有用于抵接或分离所述连接绳的凸轮13。

结合图2至图4所示，所述第一支撑单元相对所述第二支撑单元形成锐角14以构成助力工位，能够对穿戴者提供上臂支撑力矩，减少穿戴者肩部所需扭矩。具体地若此时穿戴者大臂受力，所述第一支撑臂2与人体躯干连接处受到向下的力f1，以连接销轴12为旋转分析力矩，所述储能器6将力f2传导至连接绳7上，此时由储能器6作用的力f2乘以力矩可形成一个助力扭矩m2，用来抵消部分f1形成的称重扭矩m1。结合图5至图7所示，所述第一支撑单元相对所述第二支撑单元形成钝角15以构成非助力工位，能够较好地降低支撑力矩，不阻碍穿戴者的上臂休息。具体地此时力f2不变，l2变为凸轮13的半径，所形成的力矩m2基本为零，进而能够使得穿戴者能够得以休息。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种便携式上肢助力无源外骨骼机器人，包括第一支撑单元和第二支撑单元，所述第一支撑单元的第一端固定于人体躯干上、第二端铰接所述第二支撑单元的第一端，所述第二支撑单元的第二端部设置有臂撑，所述第一支撑单元相对所述第二支撑单元形成锐角以构成助力工位，所述第一支撑单元相对所述第二支撑单元形成钝角以构成非助力工位。本发明至少具有以下优点：能够有效减少人体大臂力量，减小非工作状态时，手臂助力外骨骼对人体运动干扰的影响。

技术研发人员：林西川;魏巍;岳春峰;刘晶晶;汝长海;孙钰
受保护的技术使用者：江苏集萃微纳自动化系统与装备技术研究所有限公司
技术研发日：2018.08.21
技术公布日：2018.11.13