CN107932478A - 一种上肢采摘辅助外骨骼 - Google Patents

Abstract

本发明涉及辅助外骨骼技术领域，尤其涉及一种上肢采摘辅助外骨骼。该上肢采摘辅助外骨骼包括背部支撑机构、两个肩部支撑机构、两个上臂支撑机构以及两个上臂调节机构，所述肩部支撑机构包括肩部支撑板，所述上臂支撑机构包括上臂支撑板，所述上臂调节机构包括齿条和连杆，所述齿条包括下部锯齿部和上部平滑部，所述齿条上设有滑块，所述滑块与连接块相连，所述连接块上设有齿形端，所述连接块与所述连杆活动连接。该上肢采摘辅助外骨骼，结构简单，体积小，操作方便，可以帮助果农方便易行地采摘高处果实，提升采摘负载能力和采摘效率，使人们能更加省力地完成采摘工作，为果农节省劳动时间，节约体力，提供更高的经济效益。

Description

一种上肢采摘辅助外骨骼

技术领域

本发明涉及辅助外骨骼技术领域，尤其涉及一种上肢采摘辅助外骨骼。

背景技术

上肢外骨骼助力装置是一种提升正常人上肢力量的外骨骼机构，通过人机物理接触传递力和运动来实现动作的辅助和姿态检测等功能。结构拟人化是外骨骼机器人的一个重要特质，设计过程中需要分析人体上肢生理运动形式并作适度简化，获取外骨骼设计可用的运动学模型，同时保证良好的人机运动链相容性，同时可调节机构能适应不同穿戴者，这也是安全性和舒适性的保障。

人体上肢的主要功能是操作、抓取和推举等，上肢外骨骼的作用也分为两大种，一种是以辅助和康复治疗为主的外骨骼机器人，例如辅助残疾人或老年人行走的外骨骼机器人，主要用于医疗方面。另一种是以增强正常人力量、速度、负重和耐力等人体机能的增力型外骨骼机器人，这一种主要用于军事和农林方面。

在农业采摘领域，现有的上肢外骨骼结构大都较为复杂，操作起来不方便，体积较大，降低了劳动效率，不能满足一般农户用于采摘的要求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种上肢采摘辅助外骨骼，解决现有的上肢外骨骼存在的结构复杂，体积较大，操作不便，劳动效率低的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种上肢采摘辅助外骨骼，包括背部支撑机构、分别通过合页与所述背部支撑机构的左右两侧对应活动连接的两个肩部支撑机构、分别通过连轴与两个所述肩部支撑机构对应活动连接的两个上臂支撑机构以及两个上臂调节机构；其中，所述肩部支撑机构包括肩部支撑板，所述上臂支撑机构至少包括上臂支撑板，所述上臂调节机构包括与所述肩部支撑板固定连接的齿条以及与所述上臂支撑板活动连接的连杆，所述齿条包括下部锯齿部和上部平滑部，所述齿条上设有能够沿所述齿条进行上下滑动的滑块，所述滑块与连接块相连，所述连接块上设有能够与所述下部锯齿部相卡合的齿形端，所述连接块与所述连杆活动连接。

进一步地，所述背部支撑机构包括背部支撑板，在所述背部支撑板的左右两侧分别设有能够沿所述背部支撑板进行左右滑动的背部延长板，所述背部延长板通过所述合页与所述肩部支撑板连接。

具体地，所述背部延长板上设有沿左右方向延伸的第一滑槽，穿过所述第一滑槽设有第一调节螺栓，所述第一调节螺栓与所述背部支撑板螺纹连接。

进一步地，所述上臂支撑机构还包括能够沿所述上臂支撑板进行前后滑动的上臂延长板。

具体地，所述上臂延长板上设有沿前后方向延伸的第二滑槽，穿过所述第二滑槽设有第二调节螺栓，所述第二调节螺栓与所述上臂支撑板螺纹连接。

具体地，所述上臂延长板上设有上臂托和上臂带，所述上臂托的一端与所述上臂延长板相连，所述上臂托的另一端与所述上臂带的一端相连，所述上臂带的另一端与所述上臂延长板相连。

具体地，在所述肩部支撑板与所述上臂支撑板上分别设有轴承座，所述连轴的两端分别对应安装在两个所述轴承座中。

具体地，在所述肩部支撑板与所述齿条之间设有垫块。

具体地，在两个所述齿条之间连接有背带连接带。

具体地，在所述背带连接带与所述背部支撑板之间连接有若干背带。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：

本发明提供的上肢采摘辅助外骨骼，通过将背部支撑机构与肩部支撑机构通过合页连接，从而实现肩部支撑机构相对于背部支撑机构的转动，通过将肩部支撑机构与上臂支撑机构通过连轴连接，并在肩部支撑机构与上臂支撑机构之间设置上臂调节机构，从而实现对上臂支撑机构的支撑调节。

本发明提供的上肢采摘辅助外骨骼，结构简单，体积小，操作方便，可以帮助果农方便易行地采摘高处果实，提升采摘负载能力和采摘效率，能够适应大多数农户的采摘要求，使人们能更加省力地完成采摘工作，为果农节省劳动时间，节约体力，提供更高的经济效益。

附图说明

图1是本发明实施例上肢采摘辅助外骨骼的正视图；

图2是本发明实施例上肢采摘辅助外骨骼的图1的左视图；

图3是本发明实施例上肢采摘辅助外骨骼的轴测图。

图中：1：背部支撑板；2：背部延长板；3：第一滑槽；4：第一调节螺栓；5：肩部支撑板；6：合页；7：上臂支撑板；8：连轴；9：轴承座；10：上臂延长板；11：第二滑槽；12：第二调节螺栓；13：上臂托；14：上臂带；15：齿条；151：下部锯齿部；152：上部平滑部；16：滑块；17：连接块；18：连杆；19：垫块；20：背带连接带；21：背带。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示，本发明实施例提供一种上肢采摘辅助外骨骼，包括背部支撑机构、分别与所述背部支撑机构的左右两侧对应活动连接的两个肩部支撑机构、分别与两个所述肩部支撑机构对应活动连接的两个上臂支撑机构、以及两个上臂调节机构。

所述背部支撑机构包括背部支撑板1，其中背部支撑板1采用铝板，背部支撑板1的尺寸是以普通人最小肩宽尺寸来设计的。

其中，为了使结构能适合不同肩宽的人群，在所述背部支撑板1的左右两侧分别设有能够沿所述背部支撑板1进行左右滑动的背部延长板2，使得背部支撑机构的宽度可以调节，方便人们穿戴，其中背部可调节范围是350mm～450mm，这个范围涵盖了大部分男女的肩宽。为了加工方便，所述背部延长板2上设有沿左右方向延伸的第一滑槽3，穿过所述第一滑槽3设有第一调节螺栓4，所述第一调节螺栓4与所述背部支撑板1螺纹连接。在穿戴之前，先大概测量出肩宽，然后松开第一调节螺栓4，调节背部延长板2滑动至所需的肩宽长度，为了受力平衡，左右两侧调节要尽量对称，以免受力不均使损害身体，当将背部延长板2调到合适宽度之后，拧紧第一调节螺栓4即可。

所述肩部支撑机构包括肩部支撑板5，所述肩部支撑板5通过合页6与背部延长板2活动连接，从而实现绕Z轴的旋转。合页6的转动是人自由控制的，结构简单，操作方便，大大降低了成本。由于肩部支撑机构要实现从背部向肩关节的过度，因此肩部支撑板5的尺寸是按照正常人的普遍尺寸进行设计，从高度和宽度都有一段过度。

所述上臂支撑机构包括上臂支撑板7，通过上臂支撑板7通过连轴8与肩部支撑板5转动连接，从而实现绕y轴的转动，这转动操作可以由人自行控制。

其中，为了转动流畅、平稳，且由于空间的限制，由于连接上臂支撑板7与肩部支撑板5的连轴8优选采用薄壁球轴承，且轴承采用脂润滑。在所述肩部支撑板5与所述上臂支撑板7上分别设有轴承座9，所述连轴8的两端分别对应安装在两个所述轴承座9中。而两个轴承座9采用螺纹连接的方式分别与上臂支撑板7和肩部支撑板5对应安装固定。

其中，为了适应不同臂长的人群，所述上臂支撑机构还包括能够沿所述上臂支撑板7进行前后滑动的上臂延长板10，使得上臂支撑机构的长度可以调节，方便人们穿戴。在所述上臂延长板10上设有沿前后方向延伸的第二滑槽11，穿过所述第二滑槽11设有第二调节螺栓12，所述第二调节螺栓12与所述上臂支撑板7螺纹连接。在穿戴之前，先大概测量出臂长，然后松开第二调节螺栓12，调节上臂延长板10滑动至所需的上臂长度，为了受力平衡，左右两侧调节要尽量对称，以免受力不均使损害身体，当将上臂延长板10调到合适长度之后，拧紧第二调节螺栓12即可，这种结构形式，不仅能够实现无级调节，而且加工方便，成本较低。

其中，为了便于穿戴操作，所述上臂延长板10上设有上臂托13和上臂带14，所述上臂托13的一端与所述上臂延长板10相连，所述上臂托13的另一端与所述上臂带14的一端相连，所述上臂带14的另一端与所述上臂延长板10相连，从而形成容纳上臂的空间。

所述上臂调节机构包括齿条15、滑块16、连接块17和连杆18，其中齿条15的上端与肩部支撑板5连接固定，所述齿条15包括下部锯齿部151和上部平滑部152，所述滑块16设置在所述齿条15上并能够沿所述齿条15进行上下滑动，所述滑块16与连接块17相连。其中所述下部锯齿部151上的锯齿倾斜向上设置，所述连接块17上设有能够与所述下部锯齿部151相卡合的齿形端，使得连接块17不仅能够沿沿所述齿条15上滑，而且通过齿形端能够卡合在所述下部锯齿部151的对应位置处。所述连接块17与所述连杆18的一端通过第一销轴活动连接，所述连杆18的另一端通过第二销轴上臂支撑板7活动连接。

此外，为了减轻重量，上臂支撑机构和上臂调节机构可以采用铝合金材料板材制作。而为了提高强度，在所述肩部支撑板5与所述齿条15之间设有垫块19，以免铝合金板材受力太单薄，造成变形等。

此外，为了穿戴舒适，在两个所述齿条15的底部连接有背带连接带20，在所述背带连接带20与所述背部支撑板1之间连接有若干背带21。

果农需要工作时，抬起胳膊，上肢采摘辅助外骨骼开始起作用，抬起胳膊时，上臂支撑板7通过连杆18带动滑块16在齿条15上移，当果农到达需要的位置时，胳膊慢慢停下来，向下停顿一点，则连接块17的齿形端就可以与下部锯齿部151的锯齿扣合在一起，从而卡住连杆18不会继续动，使得上臂得到支撑，从而实现上肢外骨骼对手臂的支撑作用，但在这种状态下，胳膊不能下移，但是可以继续上升，当果农需要继续提高外骨骼高度时，胳膊上行可以带动滑块继续移动。当胳膊抬到一定高度时，也即此时滑块16已经移出下部锯齿部151，进入到上部平滑部152，连杆18就可以自由地放下来，抬臂采摘工作可以停止。

综上所述，本发明实施例所述的上肢采摘辅助外骨骼，结构简单，体积小，操作方便，可以帮助果农方便易行地采摘高处果实，提升采摘负载能力和采摘效率，能够适应大多数农户的采摘要求，使人们能更加省力地完成采摘工作，为果农节省劳动时间，节约体力，提供更高的经济效益。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种上肢采摘辅助外骨骼，其特征在于：包括背部支撑机构、分别通过合页与所述背部支撑机构的左右两侧对应活动连接的两个肩部支撑机构、分别通过连轴与两个所述肩部支撑机构对应活动连接的两个上臂支撑机构以及两个上臂调节机构；其中，所述肩部支撑机构包括肩部支撑板，所述上臂支撑机构至少包括上臂支撑板，所述上臂调节机构包括与所述肩部支撑板固定连接的齿条以及与所述上臂支撑板活动连接的连杆，所述齿条包括下部锯齿部和上部平滑部，所述齿条上设有能够沿所述齿条进行上下滑动的滑块，所述滑块与连接块相连，所述连接块上设有能够与所述下部锯齿部相卡合的齿形端，所述连接块与所述连杆活动连接。

2.根据权利要求1所述的上肢采摘辅助外骨骼，其特征在于：所述背部支撑机构包括背部支撑板，在所述背部支撑板的左右两侧分别设有能够沿所述背部支撑板进行左右滑动的背部延长板，所述背部延长板通过所述合页与所述肩部支撑板连接。

3.根据权利要求2所述的上肢采摘辅助外骨骼，其特征在于：所述背部延长板上设有沿左右方向延伸的第一滑槽，穿过所述第一滑槽设有第一调节螺栓，所述第一调节螺栓与所述背部支撑板螺纹连接。

4.根据权利要求1所述的上肢采摘辅助外骨骼，其特征在于：所述上臂支撑机构还包括能够沿所述上臂支撑板进行前后滑动的上臂延长板。

5.根据权利要求4所述的上肢采摘辅助外骨骼，其特征在于：所述上臂延长板上设有沿前后方向延伸的第二滑槽，穿过所述第二滑槽设有第二调节螺栓，所述第二调节螺栓与所述上臂支撑板螺纹连接。

6.根据权利要求4所述的上肢采摘辅助外骨骼，其特征在于：所述上臂延长板上设有上臂托和上臂带，所述上臂托的一端与所述上臂延长板相连，所述上臂托的另一端与所述上臂带的一端相连，所述上臂带的另一端与所述上臂延长板相连。

7.根据权利要求1所述的上肢采摘辅助外骨骼，其特征在于：在所述肩部支撑板与所述上臂支撑板上分别设有轴承座，所述连轴的两端分别对应安装在两个所述轴承座中。

8.根据权利要求1所述的上肢采摘辅助外骨骼，其特征在于：在所述肩部支撑板与所述齿条之间设有垫块。

9.根据权利要求2所述的上肢采摘辅助外骨骼，其特征在于：在两个所述齿条之间连接有背带连接带。

10.根据权利要求9所述的上肢采摘辅助外骨骼，其特征在于：在所述背带连接带与所述背部支撑板之间连接有若干背带。