CN106695760B - 一种用于辅助搬运的全身外骨骼助力机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种辅助搬运的全身外骨骼助力机器人，涉及助力机器人研究领域，包括背部支架、中央控制器、动力装置、上肢部件与下肢部件，中央控制器固定连接在背部支架的后侧；两个结构相同的上肢部件分别安装在背部支架的两侧,所述动力装置安装在外骨骼助力机器人的第一肩关节、第二肩关节、肘关节处，为外骨骼的运动提供助力；外骨骼下肢部件安装在背部支架两侧的下方，当人穿戴好外骨骼助力机器人来搬运重物时，重物的重力通过外骨骼的下肢部件传递给地面。所述动力装置由传动装置、谐波减速器、盘式电机与角度传感器，角度传感器用以测量关节处的角度值，根据测得的角度值由中央控制装置制相应关节的运动。

Description

一种用于辅助搬运的全身外骨骼助力机器人

技术领域

本发明属于助力机器人研究领域，具体涉及一种用于辅助搬运的全身外骨骼助力机器人。

背景技术

随着我国经济的快速发展,物流行业已经成为我国经济发展中的支柱行业，据统计，2009年我国社会物流总费用达到6.1万亿元，占同期GDP的比重为18.1％；2010年总费用为7.1万亿元，占同期GDP的比重为17.8％。但目前物流行业在货物仓库及装车的过程中主要还是依靠单纯的人力搬运来完成。所以说发明一种价格适中，结构简单，易于穿戴的用于辅助搬运的全身外骨骼助力机器人以此提高人体在搬运货物使得效率则显得尤为重要。

经文献检索，申请号为201310262919.3的中国发明专利申请提出了一种穿戴式下肢助力外骨骼，每条腿仅用一个电机驱动，为单自由度机械腿，使用连杆机构配合一个驱动电机，使髋关节、膝关节、踝关节同时拟合出恰当的转动角度曲线，控制上较为简单，但对野外的环境适应性较差，且针对不同身高体型的穿戴者，需要针对性的设计连杆的长度，不具有通用性，此装置仅有下肢外骨骼，只能实现简单的协助人体行走并不能辅助人体进行货物的搬运。

经文献检索，申请号为201210319331.2的中国发明专利提出了一种可穿戴于人体四肢的重型物资搬运助力仿生外骨骼，上肢外骨骼为7自由度系统，由3自由度肩关节、1自由度肘关节、2自由度腕关节、1自由度手部以及背部的电机驱动系统箱组成，7自由度均采用电机驱动。下肢外骨骼为6自由度系统，由3自由度髋关节、1自由度膝关节、2自由度踝关节以及背部的电液驱动系统箱组成，6自由度均采用液压驱动。人体穿戴好整套外骨骼装备后，借助电机或液压等机械动力，在物资搬运时可大幅提高效率和灵活性，达到省时省力的目的。但该装置的缺点也较为明显：1)在关节处设计简单，而且并没有感应器系统与控制系统不能够准确的检测穿戴者和外骨骼的运动信息，从而无法感应与控制外骨骼的运动目的；2)下肢采用液压助力，液压缸使得系统较为笨重，增加结构重量，并不适用于人体的穿戴；3)该装置不能够改变下肢的结构长度，在穿戴时不具有通用性，并不适合不同人的穿戴。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种结构简单，能够准确感应与控制，下肢可调节长度具有通用性的全身外骨骼助力穿戴机器人，以解决上述缺陷。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题提供一种辅助搬运的全身外骨骼助力机器人，该装置具有结构简单，能够准确感应与控制，下肢可调节长度，具有通用性的特点。

本发明是通过如下技术方案得以实现的：

一种用于辅助搬运的全身外骨骼助力机器人，包括背部支架、上肢部件、动力装置、下肢部件和中央控制器；

所述中央控制器置于背部支架上；所述背部支架上端竖直两侧对称开设有第一肩关节孔，下端设置有U型连接架；所述U型连接架两端对称设置有髋关节连接装置；所述髋关节连接装置两侧均安装有下肢部件中的髋关节轴承；所述第一肩关节孔安装有上肢部件中的肩部连接装置；

所述上肢部件包括外骨骼上臂、外骨骼下臂、肩部连接装置、上臂绑带、下臂绑带、第一肩关节轴承、第二肩关节轴承和肘关节轴承；所述肩部连接装置为L型结构，且一端通过第一肩关节轴承安装在第一肩关节孔内，另一端通过第二肩关节轴承安装在外骨骼上臂上开设的第二肩关节孔内；所述外骨骼上臂两端分别开设有第二肩关节孔和肘关节孔，肘关节孔与外骨骼下臂孔通过肘关节轴承连接；所述外骨骼下臂孔开设在外骨骼下臂上；所述外骨骼上臂与外骨骼下臂上分别设置有上臂绑带与下臂绑带；

所述动力装置包括传动装置、谐波减速器、盘式电机与角度传感器；所述盘式电机外侧面上安装有角度传感器；所述盘式电机的输出轴上依次安装有谐波减速器和传动装置；所述传动装置外侧面上设置有传动装置输出轴；所述传动装置输出轴分别安装在第一肩关节轴承、第二肩关节轴承和肘关节轴承上；所述盘式电机、谐波减速器和传动装置通过螺栓连接；

所述下肢部件包括外骨骼髋关节、外骨骼大腿伸缩装置、外骨骼大腿；所述外骨骼髋关节包括髋关节轴承支撑架、髋关节轴承、髋关节轴承盖、髋关节连接装置和第一螺钉；

所述髋关节轴承支撑架上端开设有孔，下端有凸起；所述髋关节轴承支撑架孔内安装有外骨骼下肢髋关节轴承；所述外骨骼下肢髋关节轴承安装在髋关节连接装置上；所述髋关节轴承支撑架通过第二螺钉与髋关节轴承盖连接；所述髋关节轴承支撑架下端凸起上开设有数排孔，该排孔通过销钉与外骨骼大腿伸缩装置一端相连接，所述外骨骼大腿伸缩装置为中间粗两端细的结构；外骨骼大腿伸缩装置另一端置于外骨骼大腿内部；所述外骨骼大腿为空心管；所述外骨骼大腿伸缩装置与外骨骼大腿通过置于外骨骼大腿外侧的外骨骼大腿伸缩固定装置固定；所述外骨骼大腿伸缩固定装置为圆环形；所述外骨骼大腿另一端设置有外骨骼小腿连接装置；所述外骨骼小腿连接装置两侧分别安装有外骨骼下肢膝关节轴承；所述外骨骼下肢膝关节轴承外圈安装在膝关节轴承支撑架上；所述膝关节轴承支撑架上开设有孔，下端有凸起；所述膝关节轴承支撑架外侧端通过第一螺钉连接与膝关节轴承盖密封；

所述膝关节轴承支撑架开设的数排孔，该排孔通过销钉与外骨骼小腿伸缩装置相连接；所述外骨骼小腿伸缩装置置于外骨骼小腿内部；所述外骨骼小腿为空心管；所述外骨骼小腿伸缩装置与外骨骼小腿通过外骨骼小腿伸缩固定装置固定；所述外骨骼小腿伸缩固定装置为圆环形；所述外骨骼小腿下端安装有外骨骼鞋连接装置；所述外骨骼鞋连接装置通过外骨骼鞋两侧凸起与外骨骼鞋相固定；所述外骨骼鞋外设置有鞋部绑带；所述中央控制器输入端通过导线与角度传感器相连接，输出端通过导线与盘式电机相连接。

进一步的，所述中央控制器包括角度分析模块、第一肩关节控制单元、第二肩关节控制单元和肘关节控制单元；所述角度分析模块接收第一肩关节角度传感器、第二肩关节角度传感器和肘关节角度传感器的角度信号，并对角度信号进行分析，并将分析后的信号结果传给第一肩关节控制单元、第二肩关节控制单元和肘关节控制单元，第一肩关节控制单元、第二肩关节控制单元和肘关节控制单元发出控制信号调节肩关节第一驱动电机、肩关节第二驱动电机和肘关节驱动电机的动作。

进一步的，所述中央控制器包括角度分析模块、肩关节第一控制单元、肩关节第二控制单元和肘关节控制单元；所述角度分析模块分别与肩关节第一控制单元、肩关节第二控制单元和肘关节控制单元连接；所述角度分析模块分别接收来自于肩关节第一角度传感器、肩关节第二角度传感器以及肘关节角度传感器的角度信号，角度信号分析模块将这些角度信号处理后传递给相应的肩关节第一控制单元、肩关节第二控制单元和肘关节控制单元；所述肩关节第一控制单元与肩关节第一驱动电机连接，根据由肩关节第一角度传感器测量的角度信号，经角度信号分析模块分析后传递给肩关节第一控制单元，肩关节第一控制单元根据传递而来的角度信号，分析后传递给肩关节第一驱动电机，控制肩关节第一驱动电机的转动；肩关节第二控制单元与肩关节第二驱动电机电连接，根据由肩关节第二角度传感器测量的角度信号，经角度信号分析模块分析后传递给肩关节第二控制单元，肩关节第二控制单元根据传递而来的角度信号，分析后传递给肩关节第二驱动电机，控制肩关节第二驱动电机的转动；肘关节控制单元与肘关节驱动电机电连接，根据由肘关节角度传感器测量的角度信号，经角度信号分析模块分析后传递给肘关节控制单元，肘关节控制单元根据传递而来的角度信号，分析后传递给肘关节驱动电机，控制肘关节驱动电机的转动。

进一步的，所述肩关节第一角度传感器、肩关节第二角度传感器以及肘关节角度传感器均为角度传感器。

进一步的，所述肩关节第一驱动电机、肩关节第二驱动电机和肘关节驱动电机均为盘式电机。

进一步的，所述背部支架安装有背部绑带。

进一步的，所述外骨骼鞋部绑带的内侧为棉质缓冲材料。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明所述一种用于辅助搬运的全身助力外骨骼机器人，该机构能实现帮助穿戴者辅助搬运重物的基本功能，并将重物的重力通过外骨骼传导到地面上，减轻人身体所受的重物的压力，并且结构简单，能够准确感应与控制，下肢可调节长度，具有穿戴方便的特点，运动效果良好的优点从而克服现有机构一些固有的缺点，更加适用于社会的需求。

附图说明

图1是本发明正面结构示意图；

图2是本发明反面结构示意图；

图3是本发明背部与上肢结构示意图；

图4是本发明动力装置结构示意图；

图5是本发明下肢关节连接结构示意图；

图6是本发明控制装置模块框架图；

图7为膝关节连接结构示意图；

图8为中央控制器原理图。

图中：1、背部支架；2、外骨骼上臂；3、外骨骼下臂；4、外骨骼大腿伸缩装置；5、外骨骼大腿；6、外骨骼鞋；7、鞋部绑带；8、外骨骼小腿；10、中央控制器；11、电池；12、大腿绑带；13-1外骨骼小腿伸缩固定装置；13-2、大腿伸缩固定装置；14、背部绑带；15-1、第一肩关节轴承；15-2、第二肩关节轴承；15-3、肘关节轴承；16、肩部连接装置；17、上臂绑带；18、下臂绑带；19传动装置输出轴；20、传动装置；21、谐波减速器；22、盘式电机；23、螺栓；24、角度传感器；25、膝关节轴承支架；26、膝关节轴承；27、外骨骼小腿伸缩装置；28、膝关节轴承盖；29、第一螺钉；30、肩部连接装置第一孔；31、肩部连接装置第二孔；32、第二肩关节孔；33、肘关节孔；34、外骨骼下臂孔；35、第一肩关节孔；36、外骨骼小腿连接装置；37、髋关节轴承盖；38、髋关节轴承支撑架；39、髋关节轴承；40、髋关节连接装置；41、第二螺钉；42、外骨骼大腿伸缩固定装置；43、小腿绑带；44、外骨骼鞋连接装置；45、外骨骼鞋两侧凸起。

具体实施方式

为对本发明做进一步的了解，现结合附图对本发明做进一步的描述：

结合附图1至3，上肢部件包括外骨骼上臂2、外骨骼下臂3、肩部连接装置16、上臂绑带17、下臂绑带18、第一肩关节轴承15-1、第二肩关节轴承15-2、肘关节轴承15-3；所述背部支架1包括上下两条相同的背部绑带14，背部绑带内侧为棉质缓冲材料，人体穿戴外骨骼背部支架1时起到对人体柔性绑缚的作用。所述第一肩关节轴承15-1安装在在背部支架1中的第一肩关节孔35内，第一肩关节轴承15-1的外圈与背部支架1过盈连接；第二肩关节轴承15-2安装在第二肩关节孔32内，第二肩关节轴承15-2的外圈与外骨骼上臂过盈连接；肘关节轴承15-3安装在肘关节孔33，肘关节轴承15-3的外圈与外骨骼上臂过盈连接。肩部连接装置第一孔30的轴线与背部支架1上的第一肩关节孔35的轴线对齐，肩部连接装置第一孔30与第一肩关节轴承15-1通过传动装置输出轴19连接在一起，并且输出轴分别与肩部连接装置第一孔30、第一肩关节轴承15-1之间为过盈连接。肩部连接装置第二孔31的轴线与第二肩关节孔32的轴线对齐,外骨骼上臂2安装在肩部连接装置16的内侧,传动装置输出轴19分别与第二肩关节孔32与第二肩关节轴承15-2过盈连接在一起。上臂绑带17固定安装在外骨骼上臂处,其内部为棉质缓冲材料,与人体上臂之间柔性连接。外骨骼下臂孔34与外骨骼上臂的肘关节孔33的轴线对齐,传动装置输出轴19分别与外骨骼下臂孔34和肘关节轴承15-3过盈连接在一起,当传动装置输出轴转动时,带动外骨骼下臂3的转动。

结合附图4，动力装置包括传动装置20、谐波减速器21、盘式电机22与角度传感器24；动力装置分别安装在外骨骼助力机器人的第一肩关节、第二肩关节与肘关节处；其中角度传感器24固定安装在盘式电机22上，盘式电机22、谐波减速器21、传动装置20之间通过螺栓23连接在一起；盘式电机与中央控制器10、角度传感器、电池11之间电连接；当人体上肢在运动时，相应关节上的盘式电机22的角度传感器24检测到人体所在关节运动的角度信号，将其传递给中央控制器10，中央控制器10根据检测到的角度信号控制相应关节的盘式电机22转动；盘式电机22的输出轴与谐波减速器21过盈连接，盘式电机22通过输出轴将转动扭矩传递给谐波减速器21，扭矩经过谐波减速器21传递给传动装置20，扭矩经过传动装置输出轴20驱动外骨骼相应的关节运动。

结合附图5，外骨骼下肢膝关节有一个转动的自由度，外骨骼膝关节包括膝关节轴承支撑架25、膝关节轴承26、膝关节轴承盖28和第一螺钉29，所述外骨骼下肢膝关节轴承26安装在外骨骼小腿连接装置36上，膝关节轴承26内孔并与外骨骼小腿连接装置36过盈连接在一起；所述膝关节轴承支撑架25与下肢关节轴承的外壁过盈连接，膝关节轴承支撑架25与外骨骼小腿伸缩装置27通过销钉连接固定连接在一起，工作时外骨骼小腿伸缩装置27随膝关节轴承26的转动而转动。所述膝关节轴承盖28与膝关节轴承支撑架25通过螺钉29固定连接在一起，作用是防止轴承润滑油的泄露及保护人体膝关节的安全。

外骨骼大腿5上固定安装有大腿绑带，其内侧为棉质的缓冲材料，作用是使人体大腿与外骨骼大腿柔性连接在一起。

结合附图6，外骨骼下肢髋关节有一个转动的自由度，外骨骼髋关节包括髋关节轴承支撑架38、髋关节轴承39、髋关节轴承盖37，髋关节连接装置40、外骨骼大腿伸缩装置4和第一螺钉29，所述外骨骼下肢髋关节轴承39安装在髋关节连接装置40上，髋关节轴承39内孔并与髋关节连接装置40过盈连接在一起；所述髋关节轴承支撑架38与髋关节轴承39的外壁过盈连接，髋关节轴承支撑架38与外骨骼大腿伸缩装置4通过销钉连接固定连接在一起，工作时外骨骼大腿伸缩装置4随髋关节轴承39的转动而转动。所述髋关节轴承盖37与髋关节轴承支撑架38通过螺钉29固定连接在一起，作用是防止轴承润滑油的泄露及保护人体膝关节的安全。

外骨骼大腿杆42为空心管，外骨骼大腿伸缩装置41的一端深入外骨骼大腿5的内部，并通过外骨骼大腿伸缩固定装置13-2将外骨骼大腿伸缩装置41固定在合适的高度，使得外骨骼下肢可以调整长度以适应不同人的穿戴要求。

结合附图7，外骨骼小腿8为空心管，外骨骼小腿伸缩装置27的一端深入外骨骼小腿杆8的内部，并通过外骨骼小腿伸缩固定装置13-1将外骨骼小腿伸缩装置27固定在合适的高度，外骨骼小腿8可以调整长度以适应不同人的穿戴要求；所述外骨骼鞋6通过外骨骼鞋连接装置44与外骨骼鞋两侧凸起转动连接，外骨骼鞋连接装置44与外骨骼小腿8的下端转动连接，当脚穿上外骨骼鞋时，保证了人体踝关节所需的两个转动的自由度。

外骨骼鞋部绑带7内侧为棉质缓冲材料，当脚穿上外骨骼鞋时，保证了人体脚不受伤害。

结合附图8，中央控制器10包括角度分析模块，肩关节第一控制单元，肩关节第二控制单元，肘关节控制单元，其中角度分析模块分别与肩关节第一控制单元，肩关节第二控制单元，肘关节控制单元电连接；所述角度分析模块分别接受来自于肩关节第一角度传感器，肩关节第二角度传感器，以及肘关节角度传感器而来的角度信号，角度分析模块将这些角度信号处理后传递给相应的肩关节第一控制单元，肩关节第二控制单元，肘关节控制单元。肩关节第一控制单元与肩关节第一驱动电机电连接，根据由肩关节第一角度传感器测量的角度信号，经角度信号分析模块分析后传递给肩关节第一控制单元，肩关节第一控制单元根据传递而来的角度信号，分析后传递给肩关节第一驱动电机，控制肩关节第一驱动电机的转动；肩关节第二控制单元与肩关节第二驱动电机电连接，根据由肩关节第二角度传感器测量的角度信号，经角度信号分析模块分析后传递给肩关节第二控制单元，肩关节第二控制单元根据传递而来的角度信号，分析后传递给肩关节第二驱动电机，控制肩关节第二驱动电机的转动；肘关节控制单元与肘关节驱动电机电连接，根据由肘关节角度传感器测量的角度信号，经角度信号分析模块分析后传递给肘关节控制单元，肘关节控制单元根据传递而来的角度信号，分析后传递给肘关节驱动电机，控制肘关节驱动电机的转动。

电池11分别与动力输出装置肩关节第一驱动电机、肩关节第二驱动电机、肘关节驱动电机电连接，为各关节的驱动电机提供电能。

本发明的工作过程如下：

当人体在搬运重物时，人体首先穿戴上辅助搬运的全身外骨骼助力机器人，根据穿戴者的身材，调整外骨骼小腿伸缩装置27，调整好长度后用外骨骼小腿伸缩固定装置13-1固定，调整外骨骼大腿伸缩装置4调整好长度后用大腿伸缩固定装置13-2固定。外骨骼下肢长度调节好后，人体穿戴好辅助搬运全省外骨骼助力机器人，人体上臂与外骨骼上臂2通过上臂绑带17绑缚连接在一起，人体下臂与外骨骼下臂3通过下臂绑带18绑缚连接在一起，人体大腿与外骨骼大腿5通过大腿绑带12绑缚连接在一起，人体小腿与外骨骼小腿8通过小腿绑带43绑缚连接在一起，人体背部与外骨骼背部支架1通过背部绑带14绑缚连接在一起。

人体穿戴好辅助搬运全身外骨骼助力机器人后，当要搬运重物时，人体上肢肩关节与肘关节的运动，带动外骨骼的第一肩关节、第二肩关节与肘关节的运动；当带动外骨骼上肢第一肩关节运动时，若人体上肢带动使得外骨骼助力机器人的第一肩关节做伸展运动，第一肩关节角度传感器检测到外骨骼第一肩关节的角度信号，将其传递给中央控制器10的角度信号分析模块，经角度信号分析模块分析后，传递给第一肩关节控制单元，肩关节第一控制单元根据传递而来的角度信号，分析后传递给肩关节第一驱动电机，控制肩关节第一驱动电机的转动，带动外骨骼第一肩关节做伸展运动。当转动到一定角度后，外骨骼第一肩关节角度传感器，检测到预先设定好的角度值，经角度信号分析模块分析后，传递给第一肩关节控制单元，肩关节第一控制单元根据传递而来的角度信号，分析后传递给肩关节第一驱动电机，控制肩关节第一驱动电机停止转动。

当人体上肢带动使得外骨骼助力机器人的第一肩关节做收缩运动，第一肩关节角度传感器检测到外骨骼第一肩关节的角度信号，将其传递给中央控制器10的角度信号分析模块，经角度信号分析模块分析后，传递给第一肩关节控制单元，肩关节第一控制单元根据传递而来的角度信号，分析后传递给肩关节第一驱动电机，控制肩关节第一驱动电机的转动，带动外骨骼第一肩关节做收缩展运动。当转动到一定角度后，外骨骼第一肩关节角度传感器，检测到预先设定好的角度值，经角度信号分析模块分析后，传递给第一肩关节控制单元，肩关节第一控制单元根据传递而来的角度信号，分析后传递给肩关节第一驱动电机，控制肩关节第一驱动电机停止转动。

当人体上肢带动外骨骼第二肩关节运动时，若人体上肢的运动使得外骨骼助力机器人的第二肩关节做伸展运动，第二肩关节角度传感器检测到外骨骼第二肩关节的角度信号，将其传递给中央控制器10的角度信号分析模块，经角度信号分析模块分析后，传递给第二肩关节控制单元，肩关节第二控制单元根据传递而来的角度信号，分析后传递给肩关节第二驱动电机，控制肩关节第二驱动电机的转动，带动外骨骼第二肩关节做伸展运动。当转动到一定角度后，外骨骼第二肩关节角度传感器，检测到预先设定好的角度值，经角度信号分析模块分析后，传递给第二肩关节控制单元，肩关节第二控制单元根据传递而来的角度信号，分析后传递给肩关节第二驱动电机，控制肩关节第二驱动电机停止转动。

当人体上肢的运动使得外骨骼助力机器人的第二肩关节做收缩运动，第二肩关节角度传感器检测到外骨骼第二肩关节的角度信号，将其传递给中央控制器10的角度信号分析模块，经角度信号分析模块分析后，传递给第二肩关节控制单元，肩关节第二控制单元根据传递而来的角度信号，分析后传递给肩关节第二驱动电机，控制肩关节第二驱动电机的转动，带动外骨骼第二肩关节做收缩运动。当转动到一定角度后，外骨骼第二肩关节角度传感器，检测到预先设定好的角度值，经角度信号分析模块分析后，传递给第二肩关节控制单元，肩关节第二控制单元根据传递而来的角度信号，分析后传递给肩关节第二驱动电机，控制肩关节第二驱动电机停止转动。

当人体上肢带动外骨骼肘关节运动时，若人体上肢的运动使得外骨骼助力机器人的肘关节做伸展运动，肘关节角度传感器检测到外骨骼肘关节的角度信号，将其传递给中央控制器10的角度信号分析模块，经角度信号分析模块分析后，传递给肘关节控制单元，肘关节控制单元根据传递而来的角度信号，分析后传递给肘关节驱动电机，控制肘关节驱动电机的转动，带动外骨骼肘关节关节做伸展运动。当转动到一定角度后，外骨骼肘关节角度传感器，检测到预先设定好的角度值，经角度信号分析模块分析后，传递给肘关节控制单元，肘关节控制单元根据传递而来的角度信号，分析后传递给肘关节驱动电机，控制肩关节第二驱动电机停止转动。

当人体上肢的运动使得外骨骼助力机器人的肘关节做收缩运动，肘关节角度传感器检测到外骨骼肘关节的角度信号，将其传递给中央控制器10的角度信号分析模块，经角度信号分析模块分析后，传递给肘关节控制单元，肘关节控制单元根据传递而来的角度信号，分析后传递给肘关节驱动电机，控制肘关节驱动电机的转动，带动外骨骼肘关节做收缩运动。当转动到一定角度后，外骨骼肘关节角度传感器，检测到预先设定好的角度值，经角度信号分析模块分析后，传递给肘关节控制单元，肘关节控制单元根据传递而来的角度信号，分析后传递给肘关节驱动电机，控制肘关节驱动电机停止转动。

发明虽然已经给出了本发明的一些实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (6)

1.一种用于辅助搬运的全身外骨骼助力机器人，其特征在于，包括背部支架(1)、上肢部件、动力装置、下肢部件和中央控制器(10)；

所述中央控制器(10)置于背部支架(1)上；所述背部支架(1)上端两侧对称开设有竖直第一肩关节孔(35)，下端设置有U型连接架；所述U型连接架两端对称设置有髋关节连接装置(40)；所述髋关节连接装置(40)两侧均安装有下肢部件中的髋关节轴承(39)；所述第一肩关节孔(35)安装有上肢部件中的肩部连接装置(16)；

所述上肢部件包括外骨骼上臂(2)、外骨骼下臂(3)、肩部连接装置(16)、上臂绑带(17)、下臂绑带(18)、第一肩关节轴承(15-1)、第二肩关节轴承(15-2)和肘关节轴承(15-3)；所述肩部连接装置(16)为L型结构，且一端通过第一肩关节轴承(15-1)安装在第一肩关节孔(35)内，另一端通过第二肩关节轴承(15-2)安装在外骨骼上臂(2)上开设的第二肩关节孔(32)内；所述外骨骼上臂(2)两端分别开设有第二肩关节孔(32)和肘关节孔(33)，肘关节孔(33)与外骨骼下臂孔(34)通过肘关节轴承(15-3)连接；所述外骨骼下臂孔(34)开设在外骨骼下臂(3)上；所述外骨骼上臂(2)与外骨骼下臂(3)上分别设置有上臂绑带(17)与下臂绑带(18)；

所述动力装置包括传动装置(20)、谐波减速器(21)、盘式电机(22)与角度传感器(24)；所述盘式电机(22)外侧上安装有角度传感器(24)；所述盘式电机(22)的输出轴上依次安装有谐波减速器(21)和传动装置(20)；所述传动装置(20)外侧面上设置有传动装置输出轴(19)；所述传动装置输出轴(19)分别安装在第一肩关节轴承(15-1)、第二肩关节轴承(15-2)和肘关节轴承(15-3)上；所述盘式电机(22)、谐波减速器(21)和传动装置(20)通过螺栓(23)连接；

所述下肢部件包括外骨骼髋关节、外骨骼大腿伸缩装置(4)、外骨骼大腿(5)；所述外骨骼髋关节包括髋关节轴承支撑架(38)、髋关节轴承(39)、髋关节轴承盖(37)、髋关节连接装置(40)和第一螺钉(29)；

所述髋关节轴承支撑架(38)上端开设有孔，下端有凸起；所述髋关节轴承支撑架(38)孔内安装有外骨骼下肢髋关节轴承(39)；所述外骨骼下肢髋关节轴承(39)安装在髋关节连接装置(40)上；所述髋关节轴承支撑架(38)通过第二螺钉(41)与髋关节轴承盖(37)连接；所述髋关节轴承支撑架(38)下端凸起上开设有孔，该孔通过销钉与外骨骼大腿伸缩装置(4)一端相连接，所述外骨骼大腿伸缩装置(4)为中间粗两端细的结构；外骨骼大腿伸缩装置(4)另一端置于外骨骼大腿(5)内部；所述外骨骼大腿(5)为空心管；所述外骨骼大腿伸缩装置(4)与外骨骼大腿(5)通过置于外骨骼大腿(5)外侧的外骨骼大腿伸缩固定装置(13-2)固定；所述外骨骼大腿伸缩固定装置(13-2)为圆环形；所述外骨骼大腿(5)另一端设置有外骨骼小腿连接装置(36)；所述外骨骼小腿连接装置(36)两侧分别安装有外骨骼下肢膝关节轴承(26)；所述外骨骼下肢膝关节轴承(26)外圈安装在膝关节轴承支撑架(25)上；所述膝关节轴承支撑架(25)上开设有孔，下端有凸起；所述膝关节轴承支撑架(25)外侧端通过第一螺钉(29)连接与膝关节轴承盖(28)密封；

所述膝关节轴承支撑架(25)开设的孔，该孔通过销钉与外骨骼小腿伸缩装置(27)相连接；所述外骨骼小腿伸缩装置(27)置于外骨骼小腿(8)内部；所述外骨骼小腿(8)为空心管；所述外骨骼小腿伸缩装置(27)与外骨骼小腿(8)通过外骨骼小腿伸缩固定装置(13-1)固定；所述外骨骼小腿伸缩固定装置(13-1)为圆环形；所述外骨骼小腿(8)下端安装有外骨骼鞋连接装置(44)；所述外骨骼鞋连接装置(44)通过外骨骼鞋两侧凸起(45)与外骨骼鞋(6)相固定；所述外骨骼鞋(6)外设置有鞋部绑带(7)；所述中央控制器(10)输入端通过导线与角度传感器(24)相连接，输出端通过导线与盘式电机(22)相连接。

2.根据权利要求1所述的用于辅助搬运的全身外骨骼助力机器人，其特征在于，所述中央控制器(10)包括角度分析模块、第一肩关节控制单元、第二肩关节控制单元和肘关节控制单元；所述角度分析模块接收第一肩关节角度传感器、第二肩关节角度传感器和肘关节角度传感器的角度信号，并对角度信号进行分析，并将分析后的信号结果传给第一肩关节控制单元、第二肩关节控制单元和肘关节控制单元，第一肩关节控制单元、第二肩关节控制单元和肘关节控制单元发出控制信号调节肩关节第一驱动电机、肩关节第二驱动电机和肘关节驱动电机的动作。

3.根据权利要求2所述的用于辅助搬运的全身外骨骼助力机器人，其特征在于，所述肩关节第一角度传感器、肩关节第二角度传感器以及肘关节角度传感器均为角度传感器(24)。

4.根据权利要求3所述的用于辅助搬运的全身外骨骼助力机器人，其特征在于，所述肩关节第一驱动电机、肩关节第二驱动电机和肘关节驱动电机均为盘式电机(22)。

5.根据权利要求1所述的用于辅助搬运的全身外骨骼助力机器人，其特征在于，所述背部支架(1)安装有背部绑带(14)。

6.根据权利要求1所述的用于辅助搬运的全身外骨骼助力机器人，其特征在于，所述外骨骼鞋部绑带(7)的内侧为棉质缓冲材料。