CN105559790A - 一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构，包括五自由度依次串联的三移动检测机构、T型连接板和两转动穿戴机构。所述三移动检测机构包括支撑支架，第一、第二和第三导轨移动副装置；所述两转动穿戴机构包括第一关节机构、连接弯板、第二关节机构和穿戴装置。所述三移动检测机构、T型连接板与两转动穿戴机构的连接方式：T型连接板一端固连于三移动检测机构第一转动关节固定板一支撑板上，T型连接板另一端通过螺栓组连接两转动穿戴机构。在人体上臂紧致穿戴外骨骼机构后，上臂带动外骨骼机构作随动运动，通过三移动检测机构的位移传感器，可直接获得人体肩关节旋转中心位置信息。

Description

一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构
技术领域
本发明属于康复医疗器械领域，涉及一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构。
背景技术
肩关节是人体上肢最灵活，运动幅度最大的关节，而且肩关节的的运动是人体上臂完成各种动作的基础，获得比较准确的肩关节旋转中心位置信息是设计类人肢体肩关节及虚拟人肩关节技术等的前提准备。
根据人体解剖学可知，人体肩部关节图1、图2所示错综复杂，它由肱骨、肩胛骨、锁骨、胸骨及其间的盂肱关节、肩锁关节、胸锁关节和肩胛胸壁关节连接而成，其中胸锁关节和肩胛胸壁关节运动学尚且不清楚，根据人体骨骼模型运动学分析，肩关节在完成外展/内收、前屈/后伸的运动过程中，转动中心在人体肩部关节相对于人体胸骨的运动过程中，是漂移的，并且漂移轨迹并不是线性的，而是有多段低曲率弧线构成，并且肩部中心的漂移也不仅限于矢状面内，这使研究肩关节的运动更加复杂。为了获得肩关节旋转中心位置信息，本发明设计了一种穿戴型外骨骼机构，在人体上肢带动外骨骼运动过程中，通过安置于外骨骼导轨移动副的位移传感器直接测得人体上肢肩关节旋转中心位置信息。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种能检测肩关节旋转中心位置信息，且结构简单、使用方便、占用体积小和制造成本低的一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构。其设计理念是:在人体肩部结构的研究中，模型化处理是一切工作的开始，根据人体解剖学知识，并在参考人体骨骼学、人体骨骼运动学的基础上从人体中抽出胸骨(等价于刚体)、上肢带骨(根据人体骨骼学，上肢带骨包括锁骨和肩胛骨，可视为与锁骨和肩胛骨综合运动等效的虚拟骨骼，其长度对应于胸锁关节和肩关节中心点间的距离)和肩关节旋转中心做相应的运动学分析，如图3所示。根据理论力学中点的一般运动学知识可知，上肢肩关节旋转中心位置信息的运动学模型可视为空间一般点的运动学模型，胸骨的胸锁关节处相当于基础件，肩关节旋转中心相当于空间的点，如图4所示。这样，在胸骨上建立定坐标系，设为oxyz，肩关节旋转中心点的位置可以用它在固定坐标系一组坐标数值来确定，又根据人体骨骼运动学知识可知，肩关节旋内/旋外对肩关节旋转中心的位置没有影响，基于该运动学模型，设计出了一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构，该外骨骼机构实现的功能是：在人体上肢上臂紧致穿戴该外骨骼，并做运动的情况下，外骨骼机构做随动运动，能准确检测到上肢上臂运动过程中肩关节旋转中心的位置信息。
本发明解决技术问题所采用的方案是：
一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构，包括的三移动检测机构、T型连接板和两转动穿戴机构构成，三移动检测机构包括的支撑支架、第一导轨移动副装置、第二导轨移动副装置和第三导轨移动副装置，两转动穿戴机构包括第一关节机构、连接弯板、第二关节机构和穿戴装置。
一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构支撑支架，由蹄脚、蹄脚支撑件、支架第一型材、角件、支架第二型材、支架第三型材、端盖、支架第四型材和支架第五型材构成，其中四根蹄脚支撑件连接四个蹄脚支撑于地面，四根蹄脚支撑件、三根支架第一型材、四根支架第二型材、两根支架第三型材、支架第四型材和支架第五型材通过套角件互相拼接成一体，并把两根支架第三型材、支架第四型材和支架第五型材两端端面用端盖盖上，构成支撑支架。
一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构第一导轨移动副装置，由导轨右一、滑块右一、滑块右二、第一位移传感器、位移传感器压板、位移传感器压板固定板、位移传感器安全限位装置、滑块锁死装置、导轨左一、滑块左一和滑块左二构成，导轨右一、滑块右一和滑块右二构成右导轨移动副，导轨左一、滑块左一和滑块左二构成左导轨移动副，右导轨移动副和左导轨移动副底面在一个平面内，两端端面互相对齐，间隔距离以安置的支撑支架距离而定，在第一位移传感器导杆伸出长度为标准长度时，第一位移传感器导杆一端端面和导轨右一端面平齐，第一位移传感器导杆另一端端面和滑块右二接触，第一位移传感器通过位移传感器压板连接在位移传感器压板固定板上，其中位移传感器压板固定板和导轨右一上部移动面贴合，位移传感器安全限位装置在和导轨右一上部移动面贴合并紧贴第一位移传感器侧面，滑块锁死装置在保持第一位移传感器导杆伸出长度为标准长度的情况下，可锁死滑块右二，从而构成第一导轨移动副装置。
一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构第二导轨移动副装置，由第二导轨支撑件一、第二导轨固定板一、第二导轨一、第二滑块一、位移传感器压板、第二位移传感器压板固定板、位移传感器安全限位装置、滑块锁死装置一、滑块锁死装置二、第二位移传感器、第二导轨支撑件二、第二导轨二、第二滑块二、第二导轨固定板二、第二导轨固定板三和第二导轨固定板四构成，第二导轨支撑件一和第二导轨支撑件二通过螺栓组连接第二导轨固定板一、第二导轨固定板二、第二导轨固定板三、第二导轨固定板四，第二导轨一和第二导轨二通过螺栓组连接于第二导轨固定板一、第二导轨固定板二、第二导轨固定板三和第二导轨固定板四上，第二导轨一和第二滑块一组成移动副，第二导轨二、第二滑块二也组成移动副，在第二位移传感器导杆伸出长度为标准长度时，第二位移传感器导杆一端端面和滑块二接触，第二位移传感器导杆另一端端面和第二导轨一端面对齐，在满足上述条件下通过位移传感器压板把第二位移传感器固定在第二位移传感器压板固定板上，其中第二位移传感器压板固定板通过螺钉安装于第二导轨固定板一上，位移传感器安全限位装置在一面紧贴第二位移传感器侧面的情况下，通过螺钉连接于第二导轨固定板一上，滑块锁死装置一通过螺栓组连接与第二导轨一上，滑块锁死装置二在卡住第二滑块一的情况下，可通过螺钉固连在滑块锁死装置一上，从而构成了第二导轨移动副装置。
一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构第三导轨移动副装置，由第三导轨型材固定板、第三导轨型材、第三导轨、第三导轨滑块一、第三导轨滑块二、第三位移传感器、第三位移传感器固定板、第三滑块锁死装置一、第三滑块锁死装置二、第一转动关节固定板一支撑板、平衡装置一、平衡钢丝绳、平衡装置二、平衡装置三、平衡块和第三位移传感压板构成，第三导轨型材通过螺栓组固定在第三导轨型材固定板上，长度可以在松开第三导轨型材连接螺栓的情况下进行调节，以适应不同身高和臂长人体进行上肢肩关节旋转中心位置信息的测量，第三导轨通过螺栓组固定在第三导轨型材上，第三导轨滑块一和第三导轨滑块二通过螺钉和第一转动关节固定板一支撑板固连，在第三位移传感器导杆伸出长度为标准长度且第三位移传感器导杆端面和第三导轨滑块一接触的情况下，第三位移传感器通过第三位移传感器压板以螺钉连接的形式固定在第三位移传感器固定板上，第三滑块锁死装置一卡住第三导轨滑块一和第三滑块锁死装置二通过螺栓组固连，第三滑块锁死装置二通过螺钉固连在第三位移传感器固定板上，且第三滑块锁死装置一螺钉连接处是槽孔连接，以利于在第三位移传感器导杆伸出长度为标准长度时，第三滑块锁死装置一和第三滑块锁死装置二能通过螺栓组固定，平衡钢丝绳一端通过螺栓组连接的形式固连在第一转动关节固定板一支撑板上，另一端经过平衡装置一、平衡装置二和平衡装置三连接平衡块，其中平衡装置一、平衡装置二和平衡装置三分别通过螺栓组固定连接在第三导轨型材上，平衡块平衡转动系统等的重量，使其在整体外骨骼装配完成的情况下，能在自然状态下保持平衡，从而构成第三导轨移动副装置。
一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构三移动检测机构，包括支撑支架、第一导轨移动副装置、第二导轨移动副装置和第三导轨移动副装置构成，导轨右一和导轨左一通过螺栓组连接于支架第四型材、支架第五型材上，并且导轨右一、导轨左一两端和支架第四型材、支架第五型材的两端对齐，其中位移传感器压板固定板通过螺栓组连接于支架第四型材上，位移传感器安全限位装置通过螺栓组连接于支架第四型材上，滑块锁死装置一面紧贴支架第四型材并通过螺栓组连接于支架第四型材上，第二导轨支撑件一和第二导轨支撑件二通过螺钉连接于第一导轨移动副装置的滑块右一、滑块右二和滑块左一、滑块左二上，第三导轨型材固定板通过连接螺钉固定在第二滑块一、第二滑块二上，从而构成了能在三维空间检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的三移动检测机构，该三移动检测机构在三维空间的移动方向两两互相垂直。
一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构T型连接板和连接弯板，T型连接板的一端开有T型连接板通孔，另一端开有T型连接板通孔、T型连接板槽孔，连接弯板一端开有连接弯板通孔，另一端开有连接弯板槽孔。
一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构第一关节机构，包括第一关节侧板一、第一关节侧板二、第一关节初始位型锁紧螺钉和第一关节固定板构成，第一关节侧板一、第一关节侧板二和第一关节固定板构成第一关节，第一关节初始位型锁紧螺钉可锁定第一关节在初始位型，从而构成第一关节机构。
一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构第二关节机构，包括第二关节侧板一、第二关节侧板二、第二关节初始位型锁紧螺钉和第二关节板构成，第二关节侧板一、第二关节侧板二和第二关节板构成第二关节，第二关节初始位型锁紧螺钉可固定第二关节在初始位型，从而构成第二关节机构。
一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构穿戴装置，包括穿戴具、穿戴垫块和穿戴绷带孔构成，穿戴垫块嵌入在穿戴具内，穿戴绷带孔用绷带将人体上臂和二转动穿戴机构固连，从而构成穿戴装置。
一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构二转动穿戴机构，包括第一关节机构、连接弯板、第二关节机构和穿戴装置构成，连接弯板一端开有连接弯板通孔和第一关节机构中第一关节侧板一、第一关节侧板二用螺栓组固连，另一端开有连接弯板槽孔和第二关节机构第二关节侧板一、第二关节侧板二用螺栓组固连，穿戴装置中穿戴具用螺栓组固定在第二关节机构中第二关节板上，调整穿戴装置中穿戴具相对于第二关节机构中第二关节板的不同固定位置，以适应不同臂长的人们，从而构成二转动穿戴机构，该二转动穿戴机构中第一关节机构和第二关节机构二转动副轴线在空间交与一点，对应与人体肩关节内收/外展、前屈/后伸的二个旋转运动，并且二转动穿戴机构中第一关节机构轴线和第二关节机构轴线在锁定在标准位置时能在水平面内相会垂直。
一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构，包括三移动检测机构、T型连接板和两转动穿戴机构构成，二转动穿戴机构第一关节固定板通过螺栓组固定于T型连接板，T型连接板开有T型连接板槽孔和T型连接板通孔，有利于通过调节二转动穿戴机构第一关节固定板的高度来适应不同身高和臂长的人体，第一关节固定板还可以调节相对于T型连接板的固定位置以适应不同胖瘦的人进行人体肩关节运动信息的检测，三移动检测机构的第一转动关节固定板一支撑板通过螺栓组和T型连接板的一端开有T型连接板通孔固连，第一转动关节固定板一支撑板上固连位置有通孔，目的为和T型连接板的一段开有T型连接板通孔在该方向长度可调并固连，即构成了一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：
本发明的一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构，具有五个自由度，具体为具有沿着坐标轴的三个平移运动和对应人体肩关节内收/外展、前屈/后伸的二个旋转运动，在人体上肢上臂穿戴该外骨骼机构进行运动时，从理论机构自由度分析的条件上讲，该机构对人体上肢肩关节的空间运动有旋内/旋外的影响，又根据人体骨骼运动学知识可知，肩关节旋内/旋外对肩关节旋转中心的位置没有影响，即该机构在理论自由度条件下，对人体上肢肱骨的运动过程中，肩关节旋转中心位置信息的变化没有影响，从实际机械结构层面上讲，该外骨骼机构在充分考虑理论力学，仿生学，外骨骼运动学等相关知识的条件下，在人体康复需要的正常运动范内，对人体上肢肩关节在旋内/旋外运动排除的情况下的运动没有干涉，能在模拟跟踪空间的上肢上臂肱骨的运动过程中，正确检测上肢肩关节旋转中心的位置信息。
本发明的技术效果是：人体上肢上臂带动外骨骼机构做随动运动过程中，通过在第一导轨移动副装置安装的第一位移传感器、第二导轨移动副装置安装的第二位移传感器、第三导轨移动副装置安装的第三位移传感器，检测人体上肢肩关节旋转中心的位置信息。本发明带来的有益效果是，在人体上肢上臂正确紧致穿戴外骨骼机构后，外骨骼机构与人体上肢上臂构成运动恰定的封闭运动链，这样可直接获得更为准确的人体肩关节旋转中心的位置信息。
本发明公开的一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构，结构简单紧凑、使用方便、重量轻、能适应不同操作的身高和臂长。
附图说明
图1为人体右侧上肢肩部骨骼示意图
图2为人体右侧上肢肩部骨骼结构示意图
图3为人体右侧上肢肩部简化运动学模型示意图
图4为空间一般点的运动学模型示意图
图5为支撑支架
图6为第一导轨移动副装置
图7为第二导轨移动副装置
图8为第三导轨移动副装置
图9为三移动检测机构
图10为三移动机构等效运动示意图
图11为T型连接板
图12为连接弯板
图13为第一关节机构
图14为第二关节机构
图15为穿戴装置
图16为二转动穿戴机构
图17为一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构
附图标记说明：
附图5-17中标号说明：51.蹄脚，52.蹄脚支撑件，53.支架第一型材，54.角件，55.支架第二型材，56.支架第三型材，57.端盖，58.支架第四型材，59.支架第五型材，601.导轨右一，602.滑块右一，603.滑块右二，604.第一位移传感器，605.位移传感器压板，606.位移传感器压板固定板，607.位移传感器安全限位装置，608.滑块锁死装置，609.导轨左一，610.滑块左一，611.滑块左二，701.第二导轨支撑件一，702.第二导轨固定板一，703.第二导轨一，704.第二滑块一，705.位移传感器压板，706.第二位移传感器压板固定板，707.位移传感器安全限位装置，708.滑块锁死装置一，709.滑块锁死装置二,710.第二位移传感器，711.第二导轨支撑件二，712.第二导轨二，713.第二滑块二，714.第二导轨固定板二，715.第二导轨固定板三，716.第二导轨固定板四，801.第三导轨型材固定板，802.第三导轨型材，803.第三导轨，804.第三导轨滑块一，805.第三导轨滑块二，806.第三位移传感器，807.第三位移传感器固定板，808.第三滑块锁死装置一，809.第三滑块锁死装置二，810.第一转动关节固定板一支撑板，811.平衡装置一，812.平衡钢丝绳，813.平衡装置二，814.平衡装置三，815.平衡块，816.第三位移传感压板，1.支撑支架，2.第一导轨移动副装置、3.第二导轨移动副装置，4.第三导轨移动副装置，5.T型连接板，1101.T型连接板通孔，1102.T型连接板通孔，1103.T型连接板槽孔，7.连接弯板，1201.连接弯板通孔，1202.连接弯板槽孔，1301.第一关节侧板一，1302.第一关节侧板二，1303.第一关节初始位型锁紧螺钉，1304.第一关节固定板，1401.第二关节侧板一，1402.第二关节侧板二，1403.第二关节初始位型锁紧螺钉，1404.第二关节板，1501.穿戴具，1502.穿戴垫块，1503.穿戴绷带孔，6.第一关节机构，7.连接弯板，8.第二关节机构，9.穿戴装置
具体实施方式
为了进一步阐述本发明的实质，以下结合附图5-17说明本发明的实施方式。
一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构，包括的三移动检测机构、T型连接板5和两转动穿戴机构构成，三移动检测机构包括的支撑支架1、第一导轨移动副装置2、第二导轨移动副装置3和第三导轨移动副装置4，两转动穿戴机构包括第一关节机构6、连接弯板7、第二关节机构8和穿戴装置9。该外骨骼共包含五个自由度，三移动检测机构与人体上肢肩关节旋转中心空间三维移动信息相对应，用于检测人体上肢肩关节旋转中心的位置，二转动穿戴机构和人体上肢肩关节的内收/外展,前屈/后伸相对应，用于跟随人体上臂运动的同时带动三移动检测机构运动。
参照图5，一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构支撑支架1，由蹄脚51、蹄脚支撑件52、支架第一型材53、角件54、支架第二型材55、支架第三型材56、端盖57、支架第四型材58和支架第五型材59构成，其中四根蹄脚支撑件52连接四个蹄脚51支撑于地面，四根蹄脚支撑件52、三根支架第一型材53、四根支架第二型材55、两根支架第三型材56、支架第四型材58和支架第五型材59通过二十二套角件54互相拼接成一体，并把两根支架第三型材56、支架第四型材58和支架第五型材59两端端面用八个端盖57盖上，构成支撑支架。
参照图6，一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构第一导轨移动副装置2，由导轨右一601、滑块右一602、滑块右二603、第一位移传感器604、位移传感器压板605、位移传感器压板固定板606、位移传感器安全限位装置607、滑块锁死装置608、导轨左一609、滑块左一610和滑块左二611构成，导轨右一601、滑块右一602和滑块右二603构成右导轨移动副，导轨左一609、滑块左一610和滑块左二611构成左导轨移动副，右导轨移动副和左导轨移动副底面在一个平面内，两端端面互相对齐，间隔距离以安置的支撑支架距离而定，在第一位移传感器604导杆伸出长度为标准长度时，第一位移传感器604导杆一端端面和导轨右一601端面平齐，第一位移传感器604导杆另一端端面和滑块右二603接触，第一位移传感器604通过位移传感器压板605连接在位移传感器压板固定板606上，其中位移传感器压板固定板606和导轨右一601上部移动面贴合，位移传感器安全限位装置607在和导轨右一601上部移动面贴合并紧贴第一位移传感器604侧面，滑块锁死装置608在保持第一位移传感器604导杆伸出长度为标准长度的情况下，可锁死滑块右二603，从而构成第一导轨移动副装置。
参照图7，一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构第二导轨移动副装置3，由第二导轨支撑件一701、第二导轨固定板一702、第二导轨一703、第二滑块一704、位移传感器压板705、第二位移传感器压板固定板706、位移传感器安全限位装置707、滑块锁死装置一708、滑块锁死装置二709、第二位移传感器710、第二导轨支撑件二711、第二导轨二712、第二滑块二713、第二导轨固定板二714、第二导轨固定板三715和第二导轨固定板四716构成，第二导轨支撑件一701和第二导轨支撑件二711通过螺栓组连接第二导轨固定板一702、第二导轨固定板二714、第二导轨固定板三715、第二导轨固定板四716，第二导轨一703和第二导轨二712通过螺栓组连接于第二导轨固定板一702、第二导轨固定板二714、第二导轨固定板三715和第二导轨固定板四716上，第二导轨一703和第二滑块一704组成移动副，第二导轨二712、第二滑块二713也组成移动副，在第二位移传感器710导杆伸出长度为标准长度时，第二位移传感器710导杆一端端面和第二滑块二713接触，第二位移传感器710导杆另一端端面和第二导轨一703端面对齐，在满足上述条件下通过位移传感器压板705把第二位移传感器710固定在第二位移传感器压板固定板706上，其中第二位移传感器压板固定板706通过螺钉安装于第二导轨固定板一702上，位移传感器安全限位装置707在一面紧贴第二位移传感器710侧面的情况下，通过螺钉连接于第二导轨固定板一702上，滑块锁死装置一708通过螺栓组连接与第二导轨一703上，滑块锁死装置二709在可卡住第二滑块一704的情况下，可通过螺钉固连在滑块锁死装置一708上，从而构成了第二导轨移动副装置。
参照图8，一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构第三导轨移动副装置4，由第三导轨型材固定板801、第三导轨型材802、第三导轨803、第三导轨滑块一804、第三导轨滑块二805、第三位移传感器806、第三位移传感器固定板807、第三滑块锁死装置一808、第三滑块锁死装置二809、第一转动关节固定板一支撑板810、平衡装置一811、平衡钢丝绳812、平衡装置二813、平衡装置三814、平衡块815和第三位移传感压板816构成，第三导轨型材802通过螺栓组固定在第三导轨型材固定板801上，长度可以在松开第三导轨型材802连接螺栓的情况下进行调节，以适应不同身高和臂长人体进行上肢肩关节旋转中心位置信息的测量，第三导轨803通过螺栓组固定在第三导轨型材802上，第三导轨滑块一804和第三导轨滑块二805通过螺钉和第一转动关节固定板一支撑板810固连，在第三位移传感器806导杆伸出长度为标准长度且第三位移传感器806导杆端面和第三导轨滑块一804接触的情况下，第三位移传感器806通过第三位移传感器压板816以螺钉连接的形式固定在第三位移传感器固定板807上，第三滑块锁死装置一808卡住第三导轨滑块一804和第三滑块锁死装置二809可通过螺栓组固连，第三滑块锁死装置二809通过螺钉固连在第三位移传感器固定板807上，且第三滑块锁死装置一808螺钉连接处是槽孔连接，以利于在第三位移传感器806导杆伸出长度为标准长度时，第三滑块锁死装置一808和第三滑块锁死装置二809能通过螺栓组固定，平衡钢丝绳812一端通过螺栓组连接的形式固连在第一转动关节固定板一支撑板810上，另一端经过平衡装置一811、平衡装置二813和平衡装置三814连接平衡块815，其中平衡装置一811、平衡装置二813和平衡装置三814分别通过螺栓组固定连接在第三导轨型材802上，平衡块平衡转动系统等的重量，使其在整体外骨骼装配完成的情况下，能在自然状态下保持平衡，从而构成第三导轨移动副装置。
参照图5、6、7、8、9，一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构三移动检测机构，包括支撑支架1、第一导轨移动副装置2、第二导轨移动副装置3和第三导轨移动副装置4构成，导轨右一601和导轨左一609通过螺栓组连接于支架第四型材58、支架第五型材59上，并且导轨右一601、导轨左一609两端和支架第四型材58、支架第五型材59的两端对齐，其中位移传感器压板固定板606通过螺栓组连接于支架第四型材58上，位移传感器安全限位装置607通过螺栓组连接于支架第四型材58上，滑块锁死装置608一面紧贴支架第四型材58并通过螺栓组连接于支架第四型材58上，第二导轨支撑件一701和第二导轨支撑件二711通过螺钉连接于第一导轨移动副装置的滑块右一602、滑块右二603和滑块左一610、滑块左二611上，第三导轨型材固定板801通过连接螺钉固定在第二滑块一704、第二滑块二713上，从而构成了能在三维空间检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的三移动检测机构，该三移动检测机构在三维空间的移动方向两两互相垂直，机构运动等效示意图如图10所示。
参照图11、12，一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构T型连接板5和连接弯板7，T型连接板5的一端开有T型连接板通孔1101，另一端开有T型连接板通孔1102、T型连接板槽孔1103，连接弯板7一端开有连接弯板通孔1201，另一端开有连接弯板槽孔1202。
参照图13，一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构第一关节机构6，包括第一关节侧板一1301、第一关节侧板二1302、第一关节初始位型锁紧螺钉1303和第一关节固定板1304构成，第一关节侧板一1301、第一关节侧板二1302和第一关节固定板1304构成第一关节，第一关节初始位型锁紧螺钉1303可锁定第一关节在初始位型，从而构成第一关节机构。
参照图14，一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构第二关节机构8，包括第二关节侧板一1401、第二关节侧板二1402、第二关节初始位型锁紧螺钉1403和第二关节板1404构成，第二关节侧板一1401、第二关节侧板二1402和第二关节板1404构成第二关节，第二关节初始位型锁紧螺钉1403可固定第二关节在初始位型，从而构成第二关节机构。
参照图15，一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构穿戴装置9，包括穿戴具1501、穿戴垫块1502和穿戴绷带孔1503构成，穿戴垫块1502嵌入在穿戴具1501内，穿戴绷带孔1503用绷带将人体上臂和二转动穿戴机构固连，从而构成穿戴装置。
参照图12、13、14、15、16，一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构二转动穿戴机构，包括第一关节机构6、连接弯板7、第二关节机构8和穿戴装置9构成，连接弯板7一端开有连接弯板通孔1201和第一关节机构中第一关节侧板一1301、第一关节侧板二1302用螺栓组固连，连接弯板7另一端开有连接弯板槽孔1202和第二关节机构第二关节侧板一1401、第二关节侧板二1402用螺栓组固连，穿戴装置9中穿戴具1501用螺栓组固定在第二关节机构8中第二关节板1404上，调整穿戴装置9中穿戴具1501相对于第二关节机构8中第二关节板1404的不同固定位置，以适应不同臂长的人们，从而构成二转动穿戴机构，该二转动穿戴机构中第一关节机构和第二关节机构二转动副轴线在空间交与一点，对应与人体肩关节内收/外展、前屈/后伸的二个旋转运动，并且二转动穿戴机构中第一关节机构轴线和第二关节机构轴线在锁定在标准位置时能在水平面内相会垂直。
参照图9、16、17，一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构，包括三移动检测机构、T型连接板5和两转动穿戴机构构成，二转动穿戴机构第一关节固定板1304通过螺栓组固定于三移动检测机构T型连接板5，T型连接板5开有T型连接板槽孔和T型连接板通孔，有利于通过调节二转动穿戴机构第一关节固定板1304的高度来适应不同身高和臂长的人体，第一关节固定板1304还可以调节相对于T型连接板5的固定位置以适应不同人体进行人体肩关节运动信息的检测，三移动检测机构的第一转动关节固定板一支撑板810通过螺栓组和T型连接板5的一端开有T型连接板通孔1101固连，第一转动关节固定板一支撑板810上固连位置有通孔，目的为和T型连接板5的一段开有T型连接板通孔1101在该方向长度可调并固连，即构成了一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构。该机构具有五个自由度，具体为具有沿着坐标轴的三个平移运动和对应人体肩关节内收/外展、前屈/后伸的二个旋转运动，在人体上肢上臂穿戴该外骨骼机构进行运动时，从理论机构自由度分析的条件上讲，该机构对人体上肢肩关节的空间运动有旋内/旋外的影响，又根据人体骨骼运动学知识可知，肩关节旋内/旋外对肩关节旋转中心的位置没有影响，即该机构在理论自由度条件下，对人体上肢肱骨的运动过程中，肩关节旋转中心位置信息的变化没有影响，从实际机械结构层面上讲，该外骨骼机构在充分考虑理论力学、仿生学和外骨骼运动学等相关知识的条件下，在人体康复需要的正常运动范内，对人体上肢肩关节在旋内/旋外运动排除的情况下的运动没有干涉，能在模拟跟踪上肢上臂肱骨空间的运动过程中，正确检测上肢肩关节旋转中心的位置信息。
本发明在具体工作时：检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构通过支撑支架1上的蹄脚51可靠放置于水平地面上，根据检测不同身高人体的上肢上臂运动过程中不同的位姿(坐姿或站姿)，提前调整第三导轨移动副装置4相对于第二导轨移动副装置3的高度，穿戴装置9相对于第二关节机构8的高度，并微调第一关节机构6相对于T型连接板5的高度，调整穿戴外骨骼机构的安装位置，待人体手臂自然伸入外骨骼内部，使人体肩关节的旋转中心和用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构锁定在标准位置时的第一关节机构、第二关节机构的二个运动旋转轴轴线的交点重合的情况下，调整穿戴垫块1502，使人体上肢上臂穿戴舒适的情况下，通过穿戴绷带孔1503用绷带将人体上臂和二转动穿戴机构紧致连接，然后解除第一关节机构和第二关节机构中的锁定螺钉，在人体上肢上臂带动外骨骼机构作随动运动过程中，通过三移动检测机构检测人体上肢肩关节旋转中心的位置信息。具体为由第一导轨移动副装置2安装的第一位移传感器604、第二导轨移动副装置3安装的第二位移传感器710、第三导轨移动副装置4安装的第三位移传感器806组成的三移动检测机构检测人体上肢上臂肩关节旋转中心的位置信息。
在所述的一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构，是用于检测人体右侧上肢肩关节旋转中心位置信息的外骨骼机构，可以调整两转动穿戴机构第一关节机构，连接弯板，第二关节机构的相对安装位置，用于检测人体左侧上肢肩关节旋转中心位置信息，不限于本实例。
上述实施方式对本发明的实质进行了阐释与说明，但不应视为对本发明的限制，任何基于本发明实质所作的简单改进，只要其运动学及机构组成原理基于如图17所示的五自由度的能完全检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的机构，都应落入本发明权利要求保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构，其特征在于：包括三移动检测机构、T型连接板(5)和两转动穿戴机构构成，三移动检测机构支撑支架(1)、第一导轨移动副装置(2)、第二导轨移动副装置(3)和第三导轨移动副装置(4)，两转动穿戴机构包括第一关节机构(6)、连接弯板(7)、第二关节机构(8)和穿戴装置(9)；
支撑支架(1)，由蹄脚(51)、蹄脚支撑件(52)、支架第一型材(53)、角件(54)、支架第二型材(55)、支架第三型材(56)、端盖(57)、支架第四型材(58)和支架第五型材(59)构成，其中四根蹄脚支撑件(52)连接四个蹄脚(51)支撑于地面，四根蹄脚支撑件(52)、三根支架第一型材(53)、四根支架第二型材(55)、两根支架第三型材(56)、支架第四型材(58)和支架第五型材(59)通过角件(54)互相拼接成一体，并把两根支架第三型材(56)、支架第四型材(58)和支架第五型材(59)两端端面用端盖(57)盖上，构成支撑支架；
第一导轨移动副装置(2)，由导轨右一(601)、滑块右一(602)、滑块右二(603)、第一位移传感器(604)、位移传感器压板(605)、位移传感器压板固定板(606)、位移传感器安全限位装置(607)、滑块锁死装置(608)、导轨左一(609)、滑块左一(610)和滑块左二(611)构成，导轨右一(601)、滑块右一(602)和滑块右二(603)构成右导轨移动副，导轨左一(609)、滑块左一(610)和滑块左二(611)构成左导轨移动副，右导轨移动副和左导轨移动副底面在一个平面内，两端端面互相对齐，间隔距离以安置的支撑支架距离而定，在第一位移传感器(604)导杆伸出长度为标准长度时，第一位移传感器(604)导杆一端端面和导轨右一(601)端面平齐，第一位移传感器(604)导杆另一端端面和滑块右二(603)接触，第一位移传感器(604)通过位移传感器压板(605)连接在位移传感器压板固定板(606)上，其中位移传感器压板固定板(606)和导轨右一(601)上部移动面贴合，位移传感器安全限位装置(607)在和导轨右一(601)上部移动面贴合并紧贴第一位移传感器(604)侧面，滑块锁死装置(608)在保持第一位移传感器(604)导杆伸出长度为标准长度的情况下，可锁死滑块右二(603)，从而构成第一导轨移动副装置；
第二导轨移动副装置(3)，由第二导轨支撑件一(701)、第二导轨固定板一(702)、第二导轨一(703)、第二滑块一(704)、位移传感器压板(705)、第二位移传感器压板固定板(706)、位移传感器安全限位装置(707)、滑块锁死装置一(708)、滑块锁死装置二(709)、第二位移传感器(710)、第二导轨支撑件二(711)、第二导轨二(712)、第二滑块二(713)、第二导轨固定板二(714)、第二导轨固定板三(715)和第二导轨固定板四(716)构成，第二导轨支撑件一(701)和第二导轨支撑件二(711)通过螺栓组连接第二导轨固定板一(702)、第二导轨固定板二(714)、第二导轨固定板三(715)、第二导轨固定板四(716)，第二导轨一(703)和第二导轨二(712)通过螺栓组连接于第二导轨固定板一(702)、第二导轨固定板二(714)、第二导轨固定板三(715)和第二导轨固定板四(716)上，第二导轨一(703)和第二滑块一(704)组成移动副，第二导轨二(712)、第二滑块二(713)也组成移动副，在第二位移传感器(710)导杆伸出长度为标准长度时，第二位移传感器(710)导杆一端端面和第二滑块二(713)接触，第二位移传感器(710)导杆另一端端面和第二导轨一(703)端面对齐，在满足上述条件下通过位移传感器压板(705)把第二位移传感器(710)固定在第二位移传感器压板固定板(706)上，其中第二位移传感器压板固定板(706)通过螺钉安装于第二导轨固定板一(702)上，位移传感器安全限位装置(707)在一面紧贴第二位移传感器(710)侧面的情况下，通过螺钉连接于第二导轨固定板一(702)上，滑块锁死装置一(708)通过螺栓组连接与第二导轨一(703)上，滑块锁死装置二(709)在卡住第二滑块一(704)的情况下，可通过螺钉固连在滑块锁死装置一(708)上，从而构成了第二导轨移动副装置；
第三导轨移动副装置(4)，由第三导轨型材固定板(801)、第三导轨型材(802)、第三导轨(803)、第三导轨滑块一(804)、第三导轨滑块二(805)、第三位移传感器(806)、第三位移传感器固定板(807)、第三滑块锁死装置一(808)、第三滑块锁死装置二(809)、第一转动关节固定板一支撑板(810)、平衡装置一(811)、平衡钢丝绳(812)、平衡装置二(813)、平衡装置三(814)、平衡块(815)和第三位移传感压板(816)构成，第三导轨型材(802)通过螺栓组固定在第三导轨型材固定板(801)上，长度能在松开第三导轨型材(802)连接螺栓的情况下进行调节，第三导轨(803)通过螺栓组固定在第三导轨型材(802)上，第三导轨滑块一(804)和第三导轨滑块二(805)通过螺钉和第一转动关节固定板一支撑板(810)固连，在第三位移传感器(806)导杆伸出长度为标准长度且第三位移传感器(806)导杆端面和第三导轨滑块一(804)接触的情况下，第三位移传感器(806)通过第三位移传感器压板(816)以螺钉连接的形式固定在第三位移传感器固定板(807)上，第三滑块锁死装置一(808)在可卡住第三导轨滑块一(804)和第三滑块锁死装置二(809)通过螺栓组固连，第三滑块锁死装置二(809)通过螺钉固连在第三位移传感器固定板(807)上，且第三滑块锁死装置一(808)螺钉连接处是槽孔连接，以利于在第三位移传感器(806)导杆伸出长度为标准长度时，第三滑块锁死装置一(808)和第三滑块锁死装置二(809)能通过螺栓组固定，平衡钢丝绳(812)一端通过螺栓组连接的形式固连在第一转动关节固定板一支撑板(810)上，另一端经过平衡装置一(811)、平衡装置二(813)和平衡装置三(814)连接平衡块(815)，其中平衡装置一(811)、平衡装置二(813)和平衡装置三(814)分别通过螺栓组固定连接在第三导轨型材(802)上，使第三导轨型材(802)在整体外骨骼装配完成的情况下，能在自然状态下保持平衡，从而构成第三导轨移动副装置；
三移动检测机构，包括支撑支架(1)、第一导轨移动副装置(2)、第二导轨移动副装置(3)和第三导轨移动副装置(4)构成，导轨右一(601)和导轨左一(609)通过螺栓组连接于支架第四型材(58)、支架第五型材(59)上，并且导轨右一(601)、导轨左一(609)两端和支架第四型材(58)、支架第五型材(59)的两端对齐，其中位移传感器压板固定板(606)通过螺栓组连接于支架第四型材(58)上，位移传感器安全限位装置(607)通过螺栓组连接于支架第四型材(58)上，滑块锁死装置(608)一面紧贴支架第四型材(58)并通过螺栓组连接于支架第四型材(58)上，第二导轨支撑件一(701)和第二导轨支撑件二(711)通过螺钉连接于第一导轨移动副装置的滑块右一(602)、滑块右二(603)和滑块左一(610)、滑块左二(611)上，第三导轨型材固定板(801)通过连接螺钉固定在第二滑块一(704)、第二滑块二(713)上，从而构成了能在三维空间检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的三移动检测机构，该三移动检测机构在三维空间的移动方向两两互相垂直；
T型连接板(5)和连接弯板(7)，T型连接板(5)的一端开有T型连接板通孔(1101)，另一端开有T型连接板通孔(1102)、T型连接板槽孔(1103)，连接弯板(7)一端开有连接弯板通孔(1201)，另一端开有连接弯板槽孔(1202)；
第一关节机构(6)，包括第一关节侧板一(1301)、第一关节侧板二(1302)、第一关节初始位型锁紧螺钉(1303)和第一关节固定板(1304)构成，第一关节侧板一(1301)、第一关节侧板二(1302)和第一关节固定板(1304)构成第一关节，第一关节初始位型锁紧螺钉(1303)可锁定第一关节在初始位型，从而构成第一关节机构；
第二关节机构(8)，包括第二关节侧板一(1401)、第二关节侧板二(1402)、第二关节初始位型锁紧螺钉(1403)和第二关节板(1404)构成，第二关节侧板一(1401)、第二关节侧板二(1402)和第二关节板(1404)构成第二关节，第二关节初始位型锁紧螺钉(1403)可固定第二关节在初始位型，从而构成第二关节机构；
一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构穿戴装置(9)，包括穿戴具(1501)、穿戴垫块(1502)和穿戴绷带孔(1503)构成，穿戴垫块(1502)嵌入在穿戴具(1501)内，穿戴绷带孔(1503)可用绷带将人体上臂和二转动穿戴机构固连，从而构成穿戴装置；
二转动穿戴机构，包括第一关节机构(6)、连接弯板(7)、第二关节机构(8)和穿戴装置(9)构成，连接弯板(7)一端开有连接弯板通孔(1201)和第一关节机构中第一关节侧板一(1301)、第一关节侧板二(1302)用螺栓组固连，连接弯板(7)另一端开有连接弯板槽孔(1202)和第二关节机构第二关节侧板一(1401)、第二关节侧板二(1402)用螺栓组固连，穿戴装置(9)中穿戴具(1501)用螺栓组固定在第二关节机构(8)中第二关节板(1404)上，调整穿戴装置(9)中穿戴具(1501)相对于第二关节机构(8)中第二关节板(1404)的不同固定位置，以适应不同臂长的人们，从而构成二转动穿戴机构，该二转动穿戴机构中第一关节机构和第二关节机构二转动副轴线在空间交与一点，对应与人体肩关节内收/外展、前屈/后伸的二个旋转运动，并且二转动穿戴机构中第一关节机构轴线和第二关节机构轴线在锁定在标准位置时能在水平面内相互垂直。
2.根据权利要求1所述的一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构，其特征在于，第一关节固定板(1304)通过螺栓组固定于T型连接板(5)，T型连接板(5)开有T型连接板槽孔和T型连接板通孔，第一关节固定板(1304)能调节相对于T型连接板(5)的固定位置。
3.根据权利要求1所述的一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构，其特征在于，第一转动关节固定板一支撑板(810)通过螺栓组和T型连接板(5)的一端开有T型连接板通孔(1101)固连，第一转动关节固定板一支撑板(810)上的固连位置有通孔。
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