一种线驱动多自由度穿戴式上肢医疗外骨骼结构的制作方法

本发明涉及辅助患者运动的线驱动穿戴式上肢医疗外骨骼结构，尤其是一种多自由度的上肢外骨骼结构。

背景技术：

传统的刚性驱动上肢医疗外骨骼可以提供给患者在小臂提升的自由度上很大的辅助，但是整体刚性结构非常笨重，不能运用在平常生活中，而且不能实现手腕转动的自由度，在患者日常活动中存在很多局限性。线驱动穿戴式上肢医疗外骨骼装置的优势在于线驱动的驱动方式可以轻松使患者穿戴，同时增加了手腕转动的自由度，大大增加了实用性。本发明采用电机后置线绳驱动的方式，线绳通过预留的孔对装置进行姿态控制，提高了装置的容错率的同时大大减少了装置的整体尺寸和重量。

技术实现要素：

本发明依据要解决的技术问题是提出一种线驱动多自由度穿戴式上肢医疗外骨骼结构，以减小装置整体体积同时增加手腕转动的自由度，使其可以在患者日常生活中便捷使用。该结构稳定性可靠，功能完善，可以任意控制装置弯曲的姿态。

为实现上述目的，主要机械难点解决方案如下：一般上肢外骨骼的驱动方式都是电机在关节处直接驱动，虽然提供力矩较大，但是浪费很多空间并且重量过大，不便于患者日常穿戴；并且这种驱动方式无法提供手腕转动的自由度，不能满足一般活动的需要。本发明采用电机后置的线驱动方式，通过线绳长度的变化来实现装置自由度的实现，大大减小了装置的重量和体积，并且增加了手腕转动的自由度，方便控制装置的姿态。

本发明的具体技术方案：一种线驱动多自由度穿戴式上肢医疗外骨骼结构，由线绳、套筒、手腕固定装置、小臂固定装置、连接套、大臂固定装置、组成。

大臂固定装置的伸出部分预留的通孔和小臂固定装置的伸出部分预留的通孔由连接套连接；由小臂固定装置通过其预留定位孔与套筒固定；手腕固定装置与套筒相连；第一线绳、第二线绳穿过小臂固定装置的通孔固定在手腕固定装置的孔上；第三线绳穿过大臂固定装置的通孔固定在小臂固定装置的孔上。线绳分别由后部的步进电机驱动。

附图说明

图1是本发明整体结构图；

图2是本发明套筒示意图；

图3是本发明小臂固定装置示意图；

图4是本发明手腕弯曲自由度示意图；

图5是本发明小臂弯曲自由度示意图；

图中：1、第一线绳，2、第二线绳，3、套筒，4、手腕固定装置，5、小臂固定装置，6、连接套，7、大臂固定装置，8、第三线绳。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示，一种线驱动多自由度穿戴式上肢医疗外骨骼结构，该结构包括第一线绳(1)、第二线绳(2)、第三线绳(8)、套筒(3)、手腕固定装置(4)、小臂固定装置(5)、连接套(6)和大臂固定装置(7)。

大臂固定装置(7)的前端设有伸出部分，小臂固定装置(5)的尾端设有伸出部分，大臂固定装置(7)和小臂固定装置(5)的伸出部分处预留有通孔，大臂固定装置(7)的前端和小臂固定装置(5)的尾端上的通孔由连接套(6)进行连接；大臂固定装置(7)与大臂通过魔术贴进行固定；套筒(3)设置在小臂固定装置(5)的前端，小臂固定装置(5)通过的前端预留有的通孔与套筒(3)进行固定；小臂固定装置(5)与小臂通过魔术贴进行固定；手腕固定装置(4)与套筒(3)相连；手腕固定装置(4)与手腕通过魔术贴进行固定；第一线绳(1)、第二线绳(2)穿过小臂固定装置(5)的尾端通孔固定在手腕固定装置(4)上；第三线绳(8)穿过大臂固定装置(7)的通孔固定在小臂固定装置(5)的孔上。第一线绳(1)、第二线绳(2)和第三线绳(8)分别由后部的步进电机驱动。手腕固定装置(4)、小臂固定装置(5)和大臂固定装置(7)沿直线方向顺次布置。

可穿戴式的设计能够使应用者更加方便的活动，实现小臂提升和手腕转动两个自由度更好的应对日常活动的需要。

第一线绳(1)、第二线绳(2)固定在手腕固定装置(4)上，当第一线绳(1)、第二线绳(2)的步进电机转动带动第一线绳(1)、第二线绳(2)向后运动，手腕固定装置(4)与套筒(3)滑动连接，实现手腕的转动，同样，通过步进电机的反转使第一线绳(1)、第二线绳(2)向前运动实现复位；第三线绳(8)固定在小臂固定装置(5)上，当步进电机转动带动第三线绳(8)向后运动，小臂固定装置(5)与大臂固定装置(7)转动连接配合，实现小臂提升的自由度，同样，通过步进电机的反转使第三线绳(8)向前运动实现复位；每一根线绳分别由一个步进电机控制，仿照人体上肢运动进行设计，更好的帮助应用者进行日常活动。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种线驱动多自由度穿戴式上肢医疗外骨骼结构，大臂固定装置的伸出部分预留的通孔和小臂固定装置的伸出部分预留的通孔由连接套连接；由小臂固定装置通过其预留定位孔与套筒固定；手腕固定装置与套筒相连；第一线绳、第二线绳穿过小臂固定装置的通孔固定在手腕固定装置的孔上；第三线绳穿过大臂固定装置的通孔固定在小臂固定装置的孔上。线绳分别由后部的步进电机驱动。本发明可以辅助患者实现小臂提升和手腕弯曲两个自由度的穿戴式上肢医疗外骨骼装置。本外骨骼装置由线绳、套筒、手腕固定装置、小臂固定装置、连接套和大臂固定装置组成。由步进电机控制线绳伸长，从而实现该外骨骼装置的姿态控制。

技术研发人员：高国华;刘聪;王皓;郑玉航;李博文;田博兴
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：2018.05.27
技术公布日：2018.10.16