CN107049704A - 一种辅助动力柔性上肢外骨骼 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种辅助动力柔性上肢外骨骼，包括柔性绑带装置、电动力驱动装置、动力发生装置和动力传递装置，所述柔性绑带装置捆绑在人体上肢的关节位置，人体上肢的各关节位置的所述柔性绑带装置通过动力发生装置相连接，所述电动力驱动装置通过动力传递装置动力输出至动力发生装置，所述电动力驱动装置携带在人体背部，安全可靠地用于体弱人群生活辅助，并且结构简单，整体重量较小，减小了使用者的使用负荷。

Description

一种辅助动力柔性上肢外骨骼
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，具体指一种辅助动力柔性上肢外骨骼。
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机器人。
如今，市面上有很多辅助性的上肢外骨骼，这类设备能起到很好阻力效果，但是这些设备均结构复杂，并且整体重量较大，给使用者带来了很大的负荷。
发明内容
本发明内容的目的是提供一种辅助动力柔性上肢外骨骼，安全可靠地用于体弱人群生活辅助，并且结构简单，整体重量较小，减小了使用者的使用负荷。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种辅助动力柔性上肢外骨骼，包括柔性绑带装置、电动力驱动装置、动力发生装置和动力传递装置，所述柔性绑带装置捆绑在人体上肢的关节位置，人体上肢的各关节位置的所述柔性绑带装置通过动力发生装置相连接，所述电动力驱动装置通过动力传递装置动力输出至动力发生装置，所述电动力驱动装置携带在人体背部。
作为优选，所述柔性绑带装置包括手腕O型环、小臂O型环、大臂O型环、L型交叉绑带、小臂X型绑带和大臂X型绑带，所述手腕O型环绑缚在上肢的手腕处，所述小臂O型环绑缚在小臂上部，所述大臂O型环绑缚在大臂下部，所述L型交叉绑带绑缚在肩膀上方和侧方，所述小臂O型环和大臂O型环之间设置有动力发生装置，所述L型交叉绑带上设置有动力发生装置，所述小臂X型绑带绑缚在上肢的小臂前侧，所述小臂X型绑带上端连接至小臂O型环，所述小臂X型绑带下端通过动力发生装置连接至手腕O型环，所述大臂X型绑带绑缚在上肢的大臂后侧，所述大臂X型绑带上端连接至肩膀侧方的L型交叉绑带上，所述大臂X型绑带下端连接至大臂O型环。
作为优选，动力发生装置包括小臂动力发生器、大臂动力发生器和手腕动力发生器，所述小臂X型绑带下端通过手腕动力发生器连接至手腕O型环，所述小臂动力发生器两端分别连接至小臂O型环和大臂O型环，所述大臂动力发生器两端分别连接至肩膀上方和侧方的L型交叉绑带上。
作为优选，所述电动力驱动装置包括安装架和若干动力输出单元，所述动力输出单元包括电机、钢丝缠绕轮，所述电机和钢丝缠绕轮安装在安装架上，所述电机动力输出至钢丝缠绕轮，所述动力传递装置为钢丝绳，所述钢丝绳绕接在钢丝缠绕轮上，所述钢丝绳一端固定在钢丝缠绕轮上，所述钢丝绳另一端与动力发生装置相连接。
作为优选，所述动力输出单元还包括安装在安装架上的减速机和U型导轮，所述电机动力输出至减速机，所述钢丝缠绕轮对应减速机设置，所述U型导轮位置动力发生装置与钢丝缠绕轮之间。
作为优选，每个所述动力输出单元分别相对应的动力输出至小臂动力发生器、大臂动力发生器和手腕动力发生器。
作为优选，所述柔性绑带装置还包括带在手上的手套，所述手套内设有用于控制电动力驱动装置的控制开关。
本发明具有以下的特点和有益效果：
本发明可穿戴式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，并可用于病人上肢康复训练；采用钢丝绳传动，钢丝绳传动噪声低，精度高，传动平稳；具备关节中心调整机构，可根据不同个体而更改外骨骼尺寸，使用范围广；并且采用重量较轻的柔性材料制成，减小使用者携带的负荷，可广泛用于老人、残疾人生活辅助与康复训练。
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为本发明使用状态示意图；
图2为本发明另一视角的使用状态示意图；
图3为图1中动力发生器的结构示意图。
图中，1-手套；2-小臂动力发生器；3-大臂动力发生器；4-L型交叉绑带；5-手腕动力发生器；6-手腕O型环；7-小臂O型环；8-大臂X型绑带；9-大臂O型环；10-电动驱动装置；11-小臂X型绑带；12-钢丝绳；13-U型导轮；14-减速机；15-电机；16-钢丝缠绕轮。
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。
本发明提供了一种辅助动力柔性上肢外骨骼，如图1和图2所示，包括柔性绑带装置、电动力驱动装置、动力发生装置和动力传递装置，柔性绑带装置捆绑在人体上肢的关节位置，人体上肢的各关节位置的柔性绑带装置通过动力发生装置相连接，电动力驱动装置通过动力传递装置动力输出至动力发生装置，电动力驱动装置携带在人体背部。
可以理解的，柔性绑带装置大部分由纺织物及少量塑料件制作而成，采用重量较轻的柔性材料制成，减小使用者携带的负荷，可广泛用于老人、残疾人生活辅助与康复训练。
具体的，柔性绑带装置包括手腕O型环6、小臂O型环7、大臂O型环9、L型交叉绑带4、小臂X型绑带11和大臂X型绑带3，手腕O型环6绑缚在上肢的手腕处，小臂O型环7绑缚在小臂上部，大臂O型环9绑缚在大臂下部，L型交叉绑带4绑缚在肩膀上方和侧方，小臂O型环7和大臂O型环9之间设置有动力发生装置，L型交叉绑带4上设置有动力发生装置，小臂X型绑带11绑缚在上肢的小臂前侧，小臂X型绑带11上端连接至小臂O型环7，小臂X型绑带11下端通过动力发生装置连接至手腕O型环6，大臂X型绑带3绑缚在上肢的大臂后侧，大臂X型绑带3上端连接至肩膀侧方的L型交叉绑带4上，大臂X型绑带3下端连接至大臂O型环9。
可以理解的，手腕O型环6、小臂O型环7、大臂O型环9采用塑料制成，L型交叉绑带4、小臂X型绑带11和大臂X型绑带3由纺织物制成，采用重量较轻的柔性材料制成，减小使用者携带的负荷，可广泛用于老人、残疾人生活辅助与康复训练。
可以理解的，人体胸前背后横向设置有横向环绑带，该横向环绑带的设置，不仅使得左右两肢的绑带连为一体，连接更加牢固，使用寿命更长。
上述技术方案中，在电动力驱动装置的作用下，当小臂O型环7和大臂O型环9之间设置有动力发生装置工作时，给小臂O型环7和大臂O型环9施加拉力，从而使得小臂O型环7和大臂O型环9拉近，实现小臂与大臂之间的关节运动，同理实现小臂与手腕之间的关节运动，实现肩膀与大臂之间的关节运动。
本发明中，如图3所示，动力发生装置包括小臂动力发生器2、大臂动力发生器3和手腕动力发生器5，小臂X型绑带11下端通过手腕动力发生器5连接至手腕O型环6，小臂动力发生器2两端分别连接至小臂O型环7和大臂O型环9，大臂动力发生器3两端分别连接至肩膀上方和侧方的L型交叉绑带4上。
电动力驱动装置包括安装架和若干动力输出单元，动力输出单元包括电机15、钢丝缠绕轮16，电机15和钢丝缠绕轮16安装在安装架上，电机15动力输出至钢丝缠绕轮16，动力传递装置为钢丝绳12，钢丝绳12绕接在钢丝缠绕轮16上，钢丝绳12一端固定在钢丝缠绕轮16上，钢丝绳12另一端与动力发生装置相连接。其中，动力输出单元还包括安装在安装架上的减速机14和U型导轮13，电机15动力输出至减速机14，钢丝缠绕轮16对应减速机14设置，U型导轮13位置动力发生装置与钢丝缠绕轮16之间。每个动力输出单元分别相对应的动力输出至小臂动力发生器2、大臂动力发生器3和手腕动力发生器5。
可以理解的，电机15内置有编码器，从而对电机15的工作能够很好的实现智能控制。
可以理解的，电机15动力输出至减速机14，减速机14对电机15输出的动力减速后传动至钢丝缠绕轮16，使得电机15输出的功率更大。
上述技术方案中，当电机15工作时，减速机14带动钢丝缠绕轮16转动，使得钢丝收紧，钢丝绳12通过U型导轮13动力传递至相对应的动力发生装置，当小臂O型环7和大臂O型环9之间设置有小臂动力发生器2工作时，给小臂O型环7和大臂O型环9施加拉力，从而使得小臂O型环7和大臂O型环9拉近，实现小臂与大臂之间的关节运动；同理当手腕动力发生器5工作时，给手腕O型环6施加拉力，从而带动手腕O型环6动作，实现小臂与手腕之间的关节运动，当大臂动力发生器3工作时，给大臂O型环9施加拉力，从而带动大臂O型环9动作，实现大臂与肩膀之间的关节运动。其中U型导轮13在电机15工作时起到导向作用，并且结构更加简单，可穿戴式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，并可用于病人上肢康复训练；采用钢丝绳传动，钢丝绳传动噪声低，精度高，传动平稳；具备关节中心调整机构，可根据不同个体而更改外骨骼尺寸，使用范围广；并且采用重量较轻的柔性材料制成，减小使用者携带的负荷，可广泛用于老人、残疾人生活辅助与康复训练。
可以理解的，动力发生装置包括两个滚轮和一根连接绳，该连接绳的两端分别与相对应的O型环相连接，另外，相对应的钢丝绳12与连接绳的中间位置相连接。
进一步的，柔性绑带装置还包括带在手上的手套1，手套1内设有用于控制电动力驱动装置的控制开关。通过控制开关控制相对应的电机15工作，从而实现对各个关节的运动进行控制。
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 (7)

1.一种辅助动力柔性上肢外骨骼，其特征在于，包括柔性绑带装置、电动力驱动装置、动力发生装置和动力传递装置，所述柔性绑带装置捆绑在人体上肢的关节位置，人体上肢的各关节位置的所述柔性绑带装置通过动力发生装置相连接，所述电动力驱动装置通过动力传递装置动力输出至动力发生装置，所述电动力驱动装置携带在人体背部。
2.根据权利要求1所述的辅助动力柔性上肢外骨骼，其特征在于，所述柔性绑带装置包括手腕O型环、小臂O型环、大臂O型环、L型交叉绑带、小臂X型绑带和大臂X型绑带，所述手腕O型环绑缚在上肢的手腕处，所述小臂O型环绑缚在小臂上部，所述大臂O型环绑缚在大臂下部，所述L型交叉绑带绑缚在肩膀上方和侧方，所述小臂O型环和大臂O型环之间设置有动力发生装置，所述L型交叉绑带上设置有动力发生装置，所述小臂X型绑带绑缚在上肢的小臂前侧，所述小臂X型绑带上端连接至小臂O型环，所述小臂X型绑带下端通过动力发生装置连接至手腕O型环，所述大臂X型绑带绑缚在上肢的大臂后侧，所述大臂X型绑带上端连接至肩膀侧方的L型交叉绑带上，所述大臂X型绑带下端连接至大臂O型环。
3.根据权利要求2所述的辅助动力柔性上肢外骨骼，其特征在于，动力发生装置包括小臂动力发生器、大臂动力发生器和手腕动力发生器，所述小臂X型绑带下端通过手腕动力发生器连接至手腕O型环，所述小臂动力发生器两端分别连接至小臂O型环和大臂O型环，所述大臂动力发生器两端分别连接至肩膀上方和侧方的L型交叉绑带上。
4.根据权利要求3所述的辅助动力柔性上肢外骨骼，其特征在于，所述电动力驱动装置包括安装架和若干动力输出单元，所述动力输出单元包括电机、钢丝缠绕轮，所述电机和钢丝缠绕轮安装在安装架上，所述电机动力输出至钢丝缠绕轮，所述动力传递装置为钢丝绳，所述钢丝绳绕接在钢丝缠绕轮上，所述钢丝绳一端固定在钢丝缠绕轮上，所述钢丝绳另一端与动力发生装置相连接。
5.根据权利要求4所述的辅助动力柔性上肢外骨骼，其特征在于，所述动力输出单元还包括安装在安装架上的减速机和U型导轮，所述电机动力输出至减速机，所述钢丝缠绕轮对应减速机设置，所述U型导轮位置动力发生装置与钢丝缠绕轮之间。
6.根据权利要求4或5所述的辅助动力柔性上肢外骨骼，其特征在于，每个所述动力输出单元分别相对应的动力输出至小臂动力发生器、大臂动力发生器和手腕动力发生器。
7.根据权利要求1所述的辅助动力柔性上肢外骨骼，其特征在于，所述柔性绑带装置还包括带在手上的手套，所述手套内设有用于控制电动力驱动装置的控制开关。
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