本發(fā)明涉及外骨骼機(jī)器人，尤其涉及外骨骼機(jī)器人的上肢結(jié)構(gòu)及上肢結(jié)構(gòu)組件。

背景技術(shù)：

最早的人體外骨骼機(jī)器人是1966年通用電氣公司(ge)研制的hardman助力機(jī)器人。進(jìn)入21世紀(jì)之后，隨著計(jì)算機(jī)、新材料、機(jī)械工程等學(xué)科技術(shù)的進(jìn)步和突破，可穿戴式外骨骼機(jī)器人的發(fā)展開始進(jìn)入爆發(fā)期。其中著名的有美國國防部先進(jìn)研究項(xiàng)目局(dapra)的xos和hulc、洛克希德馬丁公司fortis、以色列創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目rewalk、新西蘭創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目rex以及日本筑波大學(xué)hal等外骨骼機(jī)器人類型產(chǎn)品。

然而，目前可穿戴式外骨骼機(jī)器人主要針對下肢助行，用于康復(fù)領(lǐng)域?，F(xiàn)有技術(shù)中幾乎沒有針對外骨骼機(jī)器人上肢結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

以下給出一個(gè)或多個(gè)方面的簡要概述以提供對這些方面的基本理解。此概述不是所有構(gòu)想到的方面的詳盡綜覽，并且既非旨在指認(rèn)出所有方面的關(guān)鍵性或決定性要素亦非試圖界定任何或所有方面的范圍。其唯一的目的是要以簡化形式給出一個(gè)或多個(gè)方面的一些概念以為稍后給出的更加詳細(xì)的描述之序。

本發(fā)明的一個(gè)目的在于，提供一種外骨骼機(jī)器人的上肢結(jié)構(gòu)，其能實(shí)現(xiàn)類似于人手臂的各種動作，并能實(shí)現(xiàn)人對其的隨動控制。

本發(fā)明的以上目的通過一種外骨骼機(jī)器人的上肢結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，該外骨骼機(jī)器人的上肢結(jié)構(gòu)包括：

用于固定在人體上的肩部驅(qū)動模塊；

大臂骨架，所述大臂骨架與所述肩部驅(qū)動模塊相連接并由所述肩部驅(qū)動模塊進(jìn)行動力驅(qū)動，所述大臂骨架通過大臂固定件固定在人體大臂上；

小臂骨架，所述小臂骨架與所述大臂骨架通過肘部驅(qū)動模塊相連接并由所述肘部驅(qū)動模塊進(jìn)行動力驅(qū)動；以及

把手，所述把手安裝在所述小臂骨架上，所述把手上設(shè)置有與所述肩部驅(qū)動模塊和所述肘部驅(qū)動模塊均進(jìn)行信號連接的傳感器。

根據(jù)上述技術(shù)方案，本發(fā)明的外骨骼機(jī)器人的上肢結(jié)構(gòu)能起到以下有益技術(shù)效果：由傳感器感測手部壓力信號，并將這些壓力信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柖鴤魉椭林獠框?qū)動模塊及肩部驅(qū)動模塊，繼續(xù)驅(qū)動相應(yīng)的小臂骨架及大臂骨架運(yùn)動，能實(shí)現(xiàn)類似于人手臂的各種動作，并能實(shí)現(xiàn)人對其的隨動控制。

較佳的是，所述外骨骼機(jī)器人的上肢結(jié)構(gòu)還包括背部骨架，所述肩部驅(qū)動模塊與所述背部骨架相連接固定。

較佳的是，所述外骨骼機(jī)器人的上肢結(jié)構(gòu)還包括肩部上連接件和肩部下連接件，所述肩部上連接件與所述背部骨架通過豎直軸相連接，所述肩部下連接件與所述肩部上連接件通過水平軸相連接，所述肩部上連接件與所述背部骨架之間形成一個(gè)被動關(guān)節(jié)，所述肩部下連接件與所述肩部上連接件之間形成另一個(gè)被動關(guān)節(jié)。

較佳的是，所述肩部驅(qū)動模塊包括肩部驅(qū)動關(guān)節(jié)和用于驅(qū)動所述肩部驅(qū)動關(guān)節(jié)的肩部驅(qū)動電機(jī)；所述肘部驅(qū)動模塊包括肘部驅(qū)動關(guān)節(jié)和用于驅(qū)動所述肘部驅(qū)動關(guān)節(jié)的肘部驅(qū)動電機(jī)。

較佳的是，所述外骨骼機(jī)器人的上肢結(jié)構(gòu)還包括護(hù)板，所述護(hù)板設(shè)置在所述小臂骨架的前端處。

較佳的是，所述傳感器是多軸力傳感器。

較佳的是，所述大臂固定件為大臂綁帶。

較佳的是，所述肩部上連接件與所述背部骨架通過豎直軸鉸接，所述肩部下連接件與所述肩部上連接件通過水平軸鉸接。

較佳的是，所述大臂骨架和所述小臂骨架各自具有仿生曲面。

本發(fā)明的另一目的在于，提供一種外骨骼機(jī)器人的上肢結(jié)構(gòu)組件，其 能實(shí)現(xiàn)類似于人手臂的各種動作，并能實(shí)現(xiàn)人對其的隨動控制。

本發(fā)明的以上目的通過一種外骨骼機(jī)器人的上肢結(jié)構(gòu)組件來實(shí)現(xiàn)，該外骨骼機(jī)器人的上肢結(jié)構(gòu)組件包括：安裝在人體背部上的背部骨架、位于人體左手側(cè)的如前所述的上肢結(jié)構(gòu)、以及位于人體右手側(cè)的如前所述的上肢結(jié)構(gòu)；位于人體左手側(cè)及右手側(cè)上肢結(jié)構(gòu)中的肩部驅(qū)動模塊均與背部骨架連接。

根據(jù)上述技術(shù)方案，本發(fā)明的外骨骼機(jī)器人的上肢結(jié)構(gòu)組件能起到以下有益技術(shù)效果：能實(shí)現(xiàn)類似于人手臂的各種動作，并能實(shí)現(xiàn)人對其的隨動控制。

較佳的是，所述背部骨架為呈三角架的背板。

附圖說明

在結(jié)合以下附圖閱讀本公開的實(shí)施例的詳細(xì)描述之后，能夠更好地理解本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)。在附圖中，各部件不一定是按比例繪制，并且具有類似的相關(guān)特性或特征的部件可能具有相同或相近的附圖標(biāo)記。

圖1是本發(fā)明一實(shí)施方式的外骨骼機(jī)器人的上肢結(jié)構(gòu)組件的整體示意圖。

附圖標(biāo)記列表

1、背部骨架

2、肩部上連接件

3、肩部下連接件

4、肩部驅(qū)動模塊

5、大臂骨架

6、大臂固定件

7、肘部驅(qū)動模塊

8、小臂骨架

9、把手

10、護(hù)板

11、傳感器

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，在以下的描述中闡述了更多的細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明顯然能夠以多種不同于此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況作類似推廣、演繹，因此不應(yīng)以此具體實(shí)施例的內(nèi)容限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

圖1是本發(fā)明一實(shí)施方式的外骨骼機(jī)器人的上肢結(jié)構(gòu)組件的整體示意圖。

如圖1所示，外骨骼機(jī)器人的上肢結(jié)構(gòu)組件可包括：安裝在人體背部上的背部骨架1、位于人體左手側(cè)的上肢結(jié)構(gòu)、以及位于人體右手側(cè)的上肢結(jié)構(gòu)。位于人體左手側(cè)的上肢結(jié)構(gòu)和位于人體右手側(cè)的上肢結(jié)構(gòu)可具有基本相同的結(jié)構(gòu)，并且可相對于彼此左右對稱。

下面參照圖1所示的外骨骼機(jī)器人上肢結(jié)構(gòu)組件的其中一個(gè)上肢結(jié)構(gòu)(例如，位于人體左手側(cè)的上肢結(jié)構(gòu))對本發(fā)明一實(shí)施方式的外骨骼機(jī)器人上肢結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。

根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式，一種外骨骼機(jī)器人的上肢結(jié)構(gòu)，包括：

肩部驅(qū)動模塊4，該肩部驅(qū)動模塊4可直接固定在人體上進(jìn)行使用，或與背部骨架1連接固定進(jìn)行使用；

大臂骨架5，大臂骨架5與背部骨架1通過肩部驅(qū)動模塊4相連接并由肩部驅(qū)動模塊4進(jìn)行動力驅(qū)動，大臂骨架5通過大臂固定件6固定在人體大臂上；

小臂骨架8，小臂骨架8與大臂骨架5通過肘部驅(qū)動模塊7相連接并由肘部驅(qū)動模塊7進(jìn)行動力驅(qū)動；以及

把手9，把手9安裝在小臂骨架8上、例如安裝在小臂骨架8的前端附近，把手9上設(shè)置有傳感器11(也就是說，把手9連接至傳感器11，把手9和傳感器11安裝在小臂骨架8的前端附近)，傳感器11與肩部驅(qū)動模塊4和肘部 驅(qū)動模塊7均進(jìn)行信號連接(例如，借助有線或無線方式實(shí)現(xiàn)彼此通信)。

這樣，由傳感器感測手部壓力信號，并將這些壓力信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柖鴤魉椭林獠框?qū)動模塊及肩部驅(qū)動模塊，繼續(xù)驅(qū)動相應(yīng)的小臂骨架及大臂骨架運(yùn)動，該外骨骼機(jī)器人的上肢結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)類似于人手臂的各種動作，并能實(shí)現(xiàn)人對其的隨動控制。

較佳的是，本發(fā)明的外骨骼機(jī)器人的上肢結(jié)構(gòu)還包括肩部上連接件2和肩部下連接件3，肩部上連接件2與背部骨架1通過豎直軸相連接(例如鉸接)，肩部下連接件3與肩部上連接件2通過水平軸相連接(例如鉸接)，肩部上連接件2與背部骨架1之間形成一個(gè)被動關(guān)節(jié)，肩部下連接件3與肩部上連接件2之間形成另一個(gè)被動關(guān)節(jié)。

較佳的是，肩部驅(qū)動模塊4包括肩部驅(qū)動關(guān)節(jié)和用于驅(qū)動肩部驅(qū)動關(guān)節(jié)的肩部驅(qū)動電機(jī)。

這樣，傳感器11所感測到的力信號可傳送至肩部驅(qū)動模塊4，經(jīng)由肩部驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動肩部驅(qū)動關(guān)節(jié)。

較佳的是，肘部驅(qū)動模塊7包括肘部驅(qū)動關(guān)節(jié)和用于驅(qū)動肘部驅(qū)動關(guān)節(jié)的肘部驅(qū)動電機(jī)。

這樣，傳感器11所感測到的力信號可傳送至肘部驅(qū)動模塊7，經(jīng)由肘部驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動肘部驅(qū)動關(guān)節(jié)。

較佳的是，外骨骼機(jī)器人的上肢結(jié)構(gòu)還包括護(hù)板10，護(hù)板10設(shè)置在小臂骨架8的前端處。

這樣，護(hù)板10可用于保護(hù)人的手指。

較佳的是，傳感器11是多軸力傳感器。

這樣，多軸力傳感器可以感測人手施加至把手9的沿著多個(gè)軸向的力信號，并將這些力信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柖鴤魉椭良绮框?qū)動模塊4和肘部驅(qū)動模塊7，從而較佳地實(shí)現(xiàn)外骨骼機(jī)器人上肢結(jié)構(gòu)類似于人手臂的各種動作，并能較佳地實(shí)現(xiàn)人對外骨骼機(jī)器人上肢結(jié)構(gòu)的隨動控制。

較佳的是，大臂固定件6為大臂綁帶。

較佳的是，背部骨架1為呈三角架的背板。這樣的背部骨架滿足力學(xué) 要求，更加穩(wěn)定可靠。

較佳的是，肩部上連接件2與背部骨架1之間形成一個(gè)被動關(guān)節(jié)，可使肩部上連接件2繞豎直軸轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)整個(gè)手臂的外展/內(nèi)收；肩部下連接件3與肩部上連接件2之間形成另一個(gè)被動關(guān)節(jié)，可使肩部下連接件3繞水平軸轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)整個(gè)手臂的內(nèi)旋/外旋。

較佳的是，大臂骨架5與肩部下連接件3通過肩部驅(qū)動模塊4相連接，大臂骨架5與肩部下連接件3之間形成一個(gè)驅(qū)動關(guān)節(jié)(即，肩部驅(qū)動關(guān)節(jié))，實(shí)現(xiàn)整個(gè)手臂的前屈/后伸。

較佳的是，小臂骨架8與大臂骨架5通過肘部驅(qū)動模塊7相連接，小臂骨架8與大臂骨架5之間形成一個(gè)驅(qū)動關(guān)節(jié)(即，肘部驅(qū)動關(guān)節(jié))，實(shí)現(xiàn)小臂的前屈/后伸。

這樣，對于一個(gè)外骨骼機(jī)器人上肢結(jié)構(gòu)而言，其可具有位于肩部的一個(gè)驅(qū)動關(guān)節(jié)和兩個(gè)被動關(guān)節(jié)(即，位于肩部的一個(gè)驅(qū)動自由度和兩個(gè)被動自由度)、以及位于肘部的一個(gè)驅(qū)動關(guān)節(jié)(即，位于肘部的一個(gè)驅(qū)動自由度)，總計(jì)具有兩個(gè)驅(qū)動自由度和兩個(gè)被動自由度，即，具有類似于人手臂的多自由度。

對于包括位于人體左手側(cè)的上肢結(jié)構(gòu)和位于人體右手側(cè)的上肢結(jié)構(gòu)的外骨骼機(jī)器人上肢結(jié)構(gòu)組件而言，其可相應(yīng)地總計(jì)具有四個(gè)驅(qū)動自由度和四個(gè)被動自由度。

較佳的是，大臂骨架5和小臂骨架8各自具有仿生曲面。

這樣，大臂骨架5和小臂骨架8采用符合人機(jī)工程學(xué)的設(shè)計(jì)，使得整體上肢結(jié)構(gòu)美觀、緊湊，同時(shí)具有較好的穿戴適應(yīng)性。

以上對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，上述具體實(shí)施方式并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在以上公開內(nèi)容的基礎(chǔ)上進(jìn)行多種修改，而不超出本發(fā)明的范圍。