CN106994087A - 一种辅助动力上肢外骨骼 - Google Patents

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Abstract

本发明属于上肢外骨骼技术领域，具体涉及一种辅助动力上肢外骨骼，包括：背部连接模块：通过绑带实现背负功能；两大臂伸展模块：两大臂伸展模块分别设于背部连接模块的左右两侧，与背部连接模块活动连接；两大臂前后运动模块：大臂前后运动模块与大臂伸展模块活动连接；两肘部转动模块：肘部转动模块与大臂前后运动模块活动连接；两小臂旋转模块：小臂旋转模块与所述肘部转动模块活动连接，并采用不完整齿轮结构限制小臂旋转模块的小臂旋转角度范围；两手腕运动模块：手腕运动模块与小臂旋转模块活动连接。本发明公开的辅助动力上肢外骨骼通过带动人体上臂，前臂和手掌运动而辅助病人生活，用于病人上肢康复训练，结构新颖，穿戴舒适。

Description

一种辅助动力上肢外骨骼
技术领域
本发明涉及一种辅助动力上肢外骨骼。属于上肢外骨骼机器人设备技术领域。
背景技术
目前，很多国家面临人口老龄化问题，比如中国、日本、意大利。伴随着现今生活节奏的加快，老年人出现各种运动功能障碍的几率也逐年增加。与此同时，身体机能损伤或者残疾的人群也面临着运动功能障碍问题。上肢运动功能辅助以及上肢运动功能康复训练对体弱人群有着至关重要的作用。上肢外骨骼能够较好地辅助体弱人群，目前上肢外骨骼机器人属于串联形式结构，存在刚度低、负重能力差等问题，导致其不能安全可靠地用于体弱人群生活辅助，因此需要一种能解决此类问题的辅助动力上肢外骨骼机器人。
目前现有的上肢外骨骼存在这以下几方面的问题：
1、机构复杂臃肿，穿戴不便，采用台式机构将电源和驱动设备集成在台体内部，这使其机械机构庞大且缺乏灵活性，对使用空间有着较高的要求，不便于搬运和普及。其手臂机构关节采用电机叠加减速器的设计，十分笨重，让使用者不便于佩戴且感觉沉重。
2、传统上肢采用全金属材料制作，且其减速器采用多级钢制减速器，有着重量大、噪音大的缺陷，此外向外突出的电机和减速器还易与外界环境干涉，造成难以预料的风险。
3、因为传统上肢康复都为一体型结构设计，较为死板，无法由使用者随身携带，满足其不同的训练需求，且无法辅助患者的日常生活。
发明内容
本发明提出一种通过带动人体上臂，前臂和手掌运动而辅助病人生活，用于病人上肢康复训练，结构新颖，轻便灵巧，穿戴舒适的辅助动力上肢外骨骼，解决现有技术存在的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种辅助动力上肢外骨骼，包括：
背部连接模块：通过绑带实现背负功能；
两大臂伸展模块：两所述大臂伸展模块分别设于所述背部连接模块的左右两侧，与所述背部连接模块活动连接；
两大臂前后运动模块：所述大臂前后运动模块与所述大臂伸展模块活动连接；
两肘部转动模块：所述肘部转动模块与所述大臂前后运动模块活动连接；
两小臂旋转模块：所述小臂旋转模块与所述肘部转动模块活动连接，并采用不完整齿轮结构限制所述小臂旋转模块的小臂旋转角度范围；
两手腕运动模块：所述手腕运动模块与所述小臂旋转模块活动连接。
所述手腕运动模块包括限位装置、连接硬质手套、第一电机和第一减速机。
所述小臂旋转模块包括伸缩调节装置、第二电机、第二减速机和不完全齿轮结构，所述手腕运动模块和小臂旋转模块通过伸缩调节装置连接，并辅以螺丝固定。
所述肘部转动模块包括小臂旋转模块连接块、机械限位装置、大臂前后运动模块连接块、第三减速机和第三电机，所述肘部转动模块通过所述小臂旋转模块连接块与小臂旋转模块连接，并相对于所述小臂旋转模块可长度调节。
所述大臂前后运动模块包括肘部运动模块连接块、第二机械限位装置、第四电机、大臂伸展模块连接块和第四减速机，所述大臂前后运动模块通过肘部运动模块连接块与肘部转动模块连接，并相对于所述肘部转动模块可长度调节。
所述背部连接模块包括绑带、背部固定板、控制驱动板和电池模块。
本发明具有以下的特点和有益效果：
本发明涉及的一种辅助动力上肢外骨骼通过设置手腕运动模块，小臂旋转模块，肘部转动模块，大臂前后运动模块，大臂伸展模块，背部连接模块六个模块，通过带动人体手腕、肘部，臂部运动而辅助病人生活，并可用于病人上肢康复训练，为辅助康复训练，也可帮助正常人增加承载能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种辅助动力上肢外骨骼的结构示意图(1)；
图2为本发明一种辅助动力上肢外骨骼的结构示意图(2)；
图3为本发明一种辅助动力上肢外骨骼中手腕运动模块的结构示意图；
图4为本发明一种辅助动力上肢外骨骼中小臂旋转模块的结构示意图；
图5为本发明一种辅助动力上肢外骨骼中不完全齿轮结构的结构示意图；
图6为本发明一种辅助动力上肢外骨骼中肘部运动模块的结构示意图(1)；
图7为本发明一种辅助动力上肢外骨骼中肘部运动模块的结构示意图(2)；
图8为本发明一种辅助动力上肢外骨骼中大臂前后运动模块的结构示意图；
图9为本发明一种辅助动力上肢外骨骼中大臂前后运动模块与肘部运动模块的连接结构示意图；
图10为本发明一种辅助动力上肢外骨骼中背板模块的结构示意图。
图中，1-手腕运动模块；2-小臂旋转模块；3-肘部运动模块；4-大臂前后运动模块；5-大臂伸展模块；6-背板模块；7-限位装置；8-连接硬质手套；9-第一电机；10-第一减速机；11-伸缩调节装置；12-第二电机；13-第二电机；14-不完全齿轮结构；15-小臂旋转模块连接块；16-机械限位装置；17-大臂前后运动模块连接块；18-第三减速机；19-第三电机；20-肘部运动模块连接块；21-第二机械限位装置；22-第四电机；23-大臂伸展模块连接块；24-第四减速机；25-绑带；26-背部固定板；27-控制驱动板；28-电池模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
参照图1～图10。一种辅助动力上肢外骨骼，包括：背部连接模块6：通过绑带25实现背负功能；两大臂伸展模块5：两所述大臂伸展模块5分别设于所述背部连接模块6的左右两侧，与所述背部连接模块6活动连接；两大臂前后运动模块4：所述大臂前后运动模块4与所述大臂伸展模块5活动连接；两肘部转动模块3：所述肘部转动模块3与所述大臂前后运动模块4活动连接；两小臂旋转模块2：所述小臂旋转模块2与所述肘部转动模块3活动连接，并采用不完整齿轮结构14限制所述小臂旋转模块2的小臂旋转角度范围；两手腕运动模块1：所述手腕运动模块1与所述小臂旋转模块2活动连接。
所述手腕运动模块1包括限位装置7、连接硬质手套8、第一电机9和第一减速机10。为适应不同使用者，两模块间距离可以调节，采用凹凸配合，并用螺丝锁紧，因使用者手腕角度有限，故采用机械装置调整手腕旋转角度的范围，并在此处安装两个限位传感器，采用机械加电气增加保险系数；
所述小臂旋转模块2包括伸缩调节装置11、第二电机12、第二减速机13和不完全齿轮结构14，所述手腕运动模块1和小臂旋转模块2通过伸缩调节装置11连接，并辅以螺丝固定。为适应不同使用者，两模块间距离可以调节，采用凹凸配合，并用螺丝锁紧；因使用者肘部运动关节只能向一个方向，故采用不完全齿轮结构14限制小臂旋转角度范围，在此处安装两个位置传感器；
所述肘部转动模块3包括小臂旋转模块连接块15、机械限位装置16、大臂前后运动模块连接块17、第三减速机18和第三电机19，所述肘部转动模块3通过所述小臂旋转模块连接块15与小臂旋转模块2连接，并相对于所述小臂旋转模块2可长度调节，为适应不同使用者，两模块间距离可以调节，采用凹凸配合，并用螺丝锁紧；因使用者大臂运动角度有限，故采用机械装置调整大臂运动角度的范围，在此安放两个位置传感器；
所述大臂前后运动模块4包括肘部运动模块连接块20、第二机械限位装置21、第四电机22、大臂伸展模块连接块23和第四减速机24，所述大臂前后运动模块4通过肘部运动模块连接块20与肘部转动模块3连接，并相对于所述肘部转动模块20可长度调节。为适应不同使用者，两模块间距离可以调节，采用凹凸配合，并用螺丝锁紧；因使用者大臂前后运动范围有限，故采用机械装置调整大臂前后运动角度的范围，此处配置两个限位传感器；大臂伸展模块5与背部连接模块6连接，为适应不同使用者，两模块间距离可以调节，采用凹凸配合，并用螺丝锁紧；因使用者大臂伸展只能向内侧，故采用机械装置调整大臂前后运动角度的范围，此处配置两个限位传感器。
所述背部连接模块6包括绑带25、背部固定板26、控制驱动板27和电池模块28。背部连接模块6用来连接两侧大臂伸展模块5，并通过绑带25绑缚到使用者身上，同时背部连接模块6上安装驱动电路板及驱动电池等电力配件。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种辅助动力上肢外骨骼，其特征在于：包括：
背部连接模块：通过绑带实现背负功能；
两大臂伸展模块：两所述大臂伸展模块分别设于所述背部连接模块的左右两侧，与所述背部连接模块活动连接；
两大臂前后运动模块：所述大臂前后运动模块与所述大臂伸展模块活动连接；
两肘部转动模块：所述肘部转动模块与所述大臂前后运动模块活动连接；
两小臂旋转模块：所述小臂旋转模块与所述肘部转动模块活动连接，并采用不完整齿轮结构限制所述小臂旋转模块的小臂旋转角度范围；
两手腕运动模块：所述手腕运动模块与所述小臂旋转模块活动连接。
2.根据权利要求1所述的一种辅助动力上肢外骨骼，其特征在于：所述手腕运动模块包括限位装置、连接硬质手套、第一电机和第一减速机。
3.根据权利要求2所述的一种辅助动力上肢外骨骼，其特征在于：所述小臂旋转模块包括伸缩调节装置、第二电机、第二减速机和不完全齿轮结构，所述手腕运动模块和小臂旋转模块通过伸缩调节装置连接，并辅以螺丝固定。
4.根据权利要求1或3所述的一种辅助动力上肢外骨骼，其特征在于：所述肘部转动模块包括小臂旋转模块连接块、机械限位装置、大臂前后运动模块连接块、第三减速机和第三电机，所述肘部转动模块通过所述小臂旋转模块连接块与小臂旋转模块连接，并相对于所述小臂旋转模块可长度调节。
5.根据权利要求4所述的一种辅助动力上肢外骨骼，其特征在于：所述大臂前后运动模块包括肘部运动模块连接块、第二机械限位装置、第四电机、大臂伸展模块连接块和第四减速机，所述大臂前后运动模块通过肘部运动模块连接块与肘部转动模块连接，并相对于所述肘部转动模块可长度调节。
6.根据权利要求5所述的一种辅助动力上肢外骨骼，其特征在于：所述背部连接模块包括绑带、背部固定板、控制驱动板和电池模块。
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