CN108214468B - 一种助力外骨骼机器人用上体前胸助力机构 - Google Patents

一种助力外骨骼机器人用上体前胸助力机构 Download PDF

Info

Publication number
CN108214468B
CN108214468B CN201810269027.9A CN201810269027A CN108214468B CN 108214468 B CN108214468 B CN 108214468B CN 201810269027 A CN201810269027 A CN 201810269027A CN 108214468 B CN108214468 B CN 108214468B
Authority
CN
China
Prior art keywords
armor
chest
hydraulic cylinder
shell
hinge support
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810269027.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108214468A (zh
Inventor
李铁军
王世杰
侯庆隆
郝春波
任宝胜
杨冬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hebei University of Technology
Original Assignee
Hebei University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hebei University of Technology filed Critical Hebei University of Technology
Priority to CN201810269027.9A priority Critical patent/CN108214468B/zh
Publication of CN108214468A publication Critical patent/CN108214468A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108214468B publication Critical patent/CN108214468B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0006—Exoskeletons, i.e. resembling a human figure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/14—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements fluid
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/30—Against vector-borne diseases, e.g. mosquito-borne, fly-borne, tick-borne or waterborne diseases whose impact is exacerbated by climate change

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Professional, Industrial, Or Sporting Protective Garments (AREA)

Abstract

本发明涉及一种助力外骨骼机器人用上体前胸助力机构，该机构包括胸甲、背甲、两个腋下支撑和两个液压缸系统组件，胸甲和背甲的上端通过弹性连接带连接，胸甲和背甲的下部侧面通过两个腋下支撑连接在一起，背甲、胸甲、腋下支撑整体构成马甲状，佩戴在人体上身，三者的连接处均通过弹性连接带连接；在胸甲的前端面上左右对称安装两个液压缸系统组件，且两个液压缸系统组件的结构完全相同；每个液压缸系统组件均包括上铰支架、液压缸和下铰支架，液压缸两端装有杆端球轴承，液压缸两端分别通过销轴连接方式与上铰支架、下铰支架相互连接。该机构可以在人在进行搬抬重物动作时，提供前胸支撑的同时，使人在搬重物时弯腰、起身更省力。

Description

一种助力外骨骼机器人用上体前胸助力机构
技术领域
本发明涉及助力外骨骼机器人技术领域，具体为一种助力外骨骼机器人用上体前胸助力机构。
背景技术
外骨骼机器人系统实质上是一种可穿戴的人机一体化系统，穿戴在操作者的身体外部，是一种人工骨骼，也是一种机械机构，同时又融合了及机器人学、人体工程学、控制理论、传感器技术、信息处理技术等领域。外骨骼机器人为操作者提供诸如保护、身体支撑、助力、助行等功能，大大的提升了人类的负重能力，提高人类的工作效率。目前，在军事、医疗、救灾、工业制造施工等各方面，具有广泛的应用前景。
现有的助力外骨骼装置主要是上肢助力外骨骼和下肢助力外骨骼。申请号为201711183894.2的中国专利公开一种上肢助力外骨骼装置，设置背带、肩部内侧关节、肩部前伸关节、下臂气液驱动缸、肘关节、下臂支撑架，背带与肩部内侧关节通过单向回转结构相连，主要是能增强人体手臂力量，提高人体提重物能力，同是能够保护手臂，但是对人体搬抬重物时弯腰起身等动作情况的助力和身体支撑明显不足。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是：提供一种助力外骨骼机器人用上体前胸助力机构。该机构可以在人在进行搬抬重物等类似动作时，提供上体前胸支撑的同时，帮助人在搬重物时弯腰、起身更省力，并起到保护作用。
本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种助力外骨骼机器人用上体前胸助力机构，其特征在于该机构包括胸甲、背甲、两个腋下支撑和两个液压缸系统组件，胸甲和背甲的上端通过弹性连接带连接，胸甲和背甲的下部侧面通过两个腋下支撑连接在一起，背甲、胸甲、腋下支撑整体构成马甲状，佩戴在人体上身，三者的连接处均通过弹性连接带连接；在胸甲的前端面上左右对称安装两个液压缸系统组件，且两个液压缸系统组件的结构完全相同；
每个液压缸系统组件均包括上铰支架、液压缸和下铰支架，液压缸两端装有杆端球轴承，液压缸两端分别通过销轴连接方式与上铰支架、下铰支架相互连接；上铰支架通过螺钉连接固定在胸甲上，下铰支架通过螺栓固定在下铰连接板上，所述下铰连接板同时连接人体髋关节部位的髋关节支撑板。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
由于人具有形状复杂易受伤害的特点，本发明前胸助力机构，依据人体工程学原则，能够很好的与人体贴合，设计有柔弹性部件，舒适性更好，能够在人进行搬抬重物等类似行为时，产生支撑、助力以及保护来辅助使用者弯腰、起身。主要应用于人在进行搬抬重物等类似动作时，液压缸跟随收缩、伸展，提供对人体的支撑、助力及保护，从而减少人体腰部等关节压力。
本发明中胸甲及背甲的设计均结合人体工程学，能够完好的与人体前胸、后背贴合，且采用中空形式，更加轻量化，具有仿生性好、舒适性好、重量轻等特点，三者之间通过弹性连接带连接，对不同人体身材实用性广，穿戴和使用方便。
本发明中连接液压缸所用上、下铰支架中铰链相对于上下铰支座可以旋转，液压缸两端通过销轴以及杆端球轴承方式与上、下铰支架连接，使得液压缸可实现跟随使用者实现俯仰、偏转等动作；采用液压源动力，负重能力强，而且相对于气压系统，系统刚度和稳定性较强，同时提高系统柔顺能力和运行精度。
本发明前胸助力外骨骼机构简单高效，舒适性好，人性化，节约资源。
附图说明
图1为本发明助力外骨骼机器人用上体前胸助力机构一种实施例的主视结构示意图；
图2为本发明助力外骨骼机器人用上体前胸助力机构一种实施例的后视结构示意图；
图3(a)为本发明助力外骨骼机器人用上体前胸助力机构胸甲前壳101的主视结构示意图；
图3(b)为本发明助力外骨骼机器人用上体前胸助力机构胸甲前壳101的后视结构示意图；
图4为本发明助力外骨骼机器人用上体前胸助力机构胸甲后壳102的主视结构示意图；
图5为本发明助力外骨骼机器人用上体前胸助力机构背甲前壳201的后视结构示意图；
图6为本发明助力外骨骼机器人用上体前胸助力机构背甲后壳202主视示意图；
图7为本发明助力外骨骼机器人用上体前胸助力机构上铰支架4装配体连接方式立体结构示意图；
图8为本发明助力外骨骼机器人用上体前胸助力机构上铰支架4装配体连接方式剖面结构示意图；
图9为本发明助力外骨骼机器人用上体前胸助力机构下铰支架6装配体连接方式立体结构示意图；
图10为本发明助力外骨骼机器人用上体前胸助力机构下铰连接板7立体结构示意图；
其中：1、胸甲；2、背甲；3、腋下支撑；4、上铰支架；5、液压缸；6、下铰支架；7、下铰连接板；8、髋关节支撑板；101胸甲前壳；102胸甲后壳；201背甲前壳；202背甲后壳；401上铰支座；402铰链；403卡座；601下铰支座。
具体实施方式
下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请的保护范围。
本发明助力外骨骼机器人用上体前胸助力机构(简称前胸助力机构或机构，参见图1-9)，包括胸甲1、背甲2、两个腋下支撑3和两个液压缸系统组件，胸甲1和背甲2的上端通过弹性连接带连接，胸甲1和背甲2的下部侧面通过两个腋下支撑3连接在一起，背甲、胸甲、腋下支撑整体构成马甲状，佩戴在人体上身，三者的连接处均通过弹性连接带连接；在胸甲1的前端面上左右对称安装两个液压缸系统组件，且两个液压缸系统组件的结构完全相同；
每个液压缸系统组件均包括上铰支架4、液压缸5和下铰支架6，液压缸两端装有杆端球轴承，液压缸两端分别通过销轴连接方式与上铰支架4、下铰支架6相互连接；上铰支架4通过螺钉连接固定在胸甲1上，下铰支架6通过螺栓固定在下铰连接板7上，所述下铰连接板同时连接人体髋关节部位的髋关节支撑板8；两个液压缸整体呈八字倾斜布置，与胸甲连接部分的液压缸一端的为八字小口方向。
本发明的进一步特征在于所述胸甲1设计结合人体工程学，能够完好的与人体前胸贴合，胸甲由胸甲前壳101和胸甲后壳102组成，胸甲前壳101和胸甲后壳102通过螺钉连接；所述胸甲前壳内部中空(参见图3(a)和图3(b))，考虑到轻量化原则，中空部分内设有有横向和纵向交错的胸甲加强筋1012，该胸甲加强筋整体呈M型，增强支撑强度；胸甲前壳前端面上设有左右对称的向中间倾斜的固定端结构1011，所述固定端结构1011整体呈梯形斜坡状，具有支撑上铰支架的凸起端面；上铰支架固定在固定结构下端的胸甲前壳上；
所述胸甲后壳(参见图4)四角均设有用于绑缚弹性连接带的胸甲槽口1021，四个胸甲槽口呈左右对称布置。
本发明的进一步特征在于所述背甲2设计结合人体工程学，能够完好的与人体后背贴合，背甲由背甲前壳201和背甲后壳202组成，背甲前壳201和背甲后壳202通过10个相间螺钉连接，有部分接触面，考虑到轻量化原则，所述背甲前壳201(参见图5)内部中空，中空部分内设有横向和纵向交错的背甲加强筋2011，该背甲加强筋呈“井”字型，背甲前壳的外表面连接外部背负结构；
所述背甲后壳202(参见图6)四角设有用于绑缚弹性连接带的背甲槽口2021，四个背甲槽口呈左右对称设置。
本发明的进一步特征在于所述上铰支架4(参见图7-8)包括上铰支座401、铰链402和卡座403，其中上铰支座401为锐角弯折板，具有斜面和底面，斜面与底面呈60-70°夹角，优选65°；所述铰链402为双耳型，下端有贯通槽口，该贯通槽口与卡座403上端的突出形状相配合，卡座403压在上铰支座401的斜面上，并深入到铰链的贯通槽口中，通过螺钉将上铰支座401、铰链402、卡座403相互连接，铰链402相对于上铰支座401能够相对旋转。
本发明的进一步特征在于所述下铰支架6的铰链和卡座与上铰支架的形状结构相同，下铰支架的下铰支座601与上铰支架的上铰支座弯折角度不同，所述下铰支座601为“L”型结构，弯折角度为90°，如图9所示，而且下铰支架6的铰链相对于下铰支座也能够相对旋转。
本发明的进一步特征在于所述下铰连接板7包括前部分和后部分，前部分和后部分构成一个平板，且二者之间具有20-30°的夹角，优选25°，如图10所示，前部分连接下铰支座，后部分连接髋关节支撑板8。此角度适合液压缸的放置，能保证前胸助力机构下部能围绕人体髋部，呈平滑过渡，如果角度过大或者过小会导致液压缸倾斜位置不正确，前后、左右摆动不易实现。
本发明的工作原理和工作流程是：将胸甲1、背甲2和腋下支撑3应用弹性连接带穿戴在使用者身上，然后用螺钉连接将上铰支架4连接到胸甲上，将下铰连接板7应用螺钉连接到髋关节支撑板8，将下铰支架6应用螺钉连接到下铰连接板上，然后将液压缸5通过相应销轴连接到上铰支架和下铰支架上。该整体结构中液压缸成倾斜放置，液压缸所用上下铰支架中铰链相对于上下铰支座可以旋转，而且液压缸杆端轴承是球轴承，也可以偏转，两者共同实现前后、左右摆动，可以佩戴于人体，实现被动或主动跟随人体弯腰、俯仰。
当使用者穿戴该机构弯腰取重物时，液压缸跟随使用者弯腰速度被动进行收缩运动，并根据人体弯腰情况液压缸绕销轴进行旋转和偏转运动，从而到达预定位置。
当使用者穿戴该机构起身搬抬重物时，液压缸跟随使用者起身速度主动进行伸展运动，并根据人体起身情况液压缸绕销轴进行旋转和偏转运动，同时液压缸对胸甲提供支撑和助力，从而到达预定位置。
本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (4)

1.一种助力外骨骼机器人用上体前胸助力机构，其特征在于该机构包括胸甲、背甲、两个腋下支撑和两个液压缸系统组件，胸甲和背甲的上端通过弹性连接带连接，胸甲和背甲的下部侧面通过两个腋下支撑连接在一起，背甲、胸甲、腋下支撑整体构成马甲状，佩戴在人体上身，三者的连接处均通过弹性连接带连接；在胸甲的前端面上左右对称安装两个液压缸系统组件，且两个液压缸系统组件的结构完全相同；
每个液压缸系统组件均包括上铰支架、液压缸和下铰支架，液压缸两端装有杆端球轴承，液压缸两端分别通过销轴连接方式与上铰支架、下铰支架相互连接；上铰支架通过螺钉连接固定在胸甲上，下铰支架通过螺栓固定在下铰连接板上，所述下铰连接板同时连接人体髋关节部位的髋关节支撑板；
所述上铰支架包括上铰支座、铰链和卡座，其中上铰支座为锐角弯折板，具有斜面和底面，斜面与底面呈60°-70°夹角；所述铰链为双耳型，下端有贯通槽口，该贯通槽口与卡座上端的突出形状相配合，卡座压在上铰支座的斜面上，并深入到铰链的贯通槽口中，通过螺钉将上铰支座、铰链、卡座相互连接，铰链相对于上铰支座能够相对旋转；
所述下铰支架的铰链和卡座与上铰支架的形状结构相同，下铰支架的下铰支座与上铰支架的上铰支座弯折角度不同，所述下铰支座为“L”型结构，弯折角度为90°；
所述下铰连接板包括前部分和后部分，前部分和后部分构成一个平板，且二者之间具有20°-30°的夹角。
2.根据权利要求1所述的助力外骨骼机器人用上体前胸助力机构，其特征在于两个液压缸整体呈八字倾斜布置，与胸甲连接部分的液压缸一端的为八字小口方向。
3.根据权利要求1所述的助力外骨骼机器人用上体前胸助力机构，其特征在于所述胸甲由胸甲前壳和胸甲后壳组成，胸甲前壳和胸甲后壳通过螺钉连接；所述胸甲前壳内部中空，中空部分内设有有横向和纵向交错的胸甲加强筋，该胸甲加强筋整体呈M型；胸甲前壳前端面上设有左右对称的向中间倾斜的固定端结构，所述固定端结构整体呈梯形斜坡状，具有支撑上铰支架的凸起端面；上铰支架固定在固定端结构下端的胸甲前壳上。
4.根据权利要求1所述的助力外骨骼机器人用上体前胸助力机构，其特征在于所述背甲由背甲前壳和背甲后壳组成，背甲前壳和背甲后壳通过螺钉连接，所述背甲前壳内部中空，中空部分内设有横向和纵向交错的背甲加强筋，该背甲加强筋呈“井”字型，背甲前壳的外表面连接外部背负结构。
CN201810269027.9A 2018-03-29 2018-03-29 一种助力外骨骼机器人用上体前胸助力机构 Active CN108214468B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810269027.9A CN108214468B (zh) 2018-03-29 2018-03-29 一种助力外骨骼机器人用上体前胸助力机构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810269027.9A CN108214468B (zh) 2018-03-29 2018-03-29 一种助力外骨骼机器人用上体前胸助力机构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108214468A CN108214468A (zh) 2018-06-29
CN108214468B true CN108214468B (zh) 2023-06-02

Family

ID=62659234

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810269027.9A Active CN108214468B (zh) 2018-03-29 2018-03-29 一种助力外骨骼机器人用上体前胸助力机构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108214468B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109833045B (zh) * 2019-03-20 2021-05-14 河北工业大学 一种智能护理床用起身意图监测方法
CN110861069B (zh) * 2019-10-14 2023-12-15 中国科学院深圳先进技术研究院 支承组件及外骨骼机器人

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2993811A1 (fr) * 2012-07-26 2014-01-31 Pierre Andre Davezac Exosquelette a bras mecaniques isoelastiques motorises
CN105479438A (zh) * 2015-12-29 2016-04-13 哈尔滨工业大学 弹簧储能弹跳外骨骼
CN106181969A (zh) * 2016-08-23 2016-12-07 哈尔滨工业大学 一种用于下肢助力外骨骼机器人上的被动平衡髋关节
CN106333829A (zh) * 2016-09-20 2017-01-18 合肥工业大学 一种外骨骼式多自由度下肢康复助力机构
CN206982661U (zh) * 2017-05-10 2018-02-09 张旭东 一种可穿包覆式人体助力机械外骨骼

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN207971944U (zh) * 2018-03-29 2018-10-16 河北工业大学 一种助力外骨骼机器人用上体前胸助力机构
CN109223454B (zh) * 2018-09-29 2021-03-26 北京精密机电控制设备研究所 一种助力外骨骼机器人腰部辅助运动机械结构

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2993811A1 (fr) * 2012-07-26 2014-01-31 Pierre Andre Davezac Exosquelette a bras mecaniques isoelastiques motorises
CN105479438A (zh) * 2015-12-29 2016-04-13 哈尔滨工业大学 弹簧储能弹跳外骨骼
CN106181969A (zh) * 2016-08-23 2016-12-07 哈尔滨工业大学 一种用于下肢助力外骨骼机器人上的被动平衡髋关节
CN106333829A (zh) * 2016-09-20 2017-01-18 合肥工业大学 一种外骨骼式多自由度下肢康复助力机构
CN206982661U (zh) * 2017-05-10 2018-02-09 张旭东 一种可穿包覆式人体助力机械外骨骼

Also Published As

Publication number Publication date
CN108214468A (zh) 2018-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3156193B1 (en) Worn movement assistance device
US10166679B2 (en) Movement assistance device
KR101546882B1 (ko) 착용형 상지 재활 훈련장치
CN103465253B (zh) 气动肌肉驱动的上肢外骨骼助力机构
KR101186540B1 (ko) 착용식 외골격로봇용 고관절 구조체
CN103892943B (zh) 主被动式结合增力型柔性下肢外骨骼
CN108214468B (zh) 一种助力外骨骼机器人用上体前胸助力机构
KR101628397B1 (ko) 착용식 로봇의 어깨관절 구조체
CN110744528B (zh) 一种上肢运动自适应助力外骨骼
CN111515935A (zh) 一种搬运助力外骨骼机器人
ES2955334T3 (es) Dispositivo de compensación de carga, en particular de cargas gravitacionales, aplicable a exoesqueletos
CN113352303B (zh) 一种可穿戴搬运助力型外骨骼
CN112192549A (zh) 一种增强型下肢外骨骼机器人系统
KR20210092759A (ko) 상지 재활을 위한 장치
CN110385692B (zh) 一种气动腰部助力外骨骼机器人
CN207971944U (zh) 一种助力外骨骼机器人用上体前胸助力机构
Mohri et al. Development of endoskeleton type knee auxiliary power assist suit using pneumatic artificial muscles
CN116372893A (zh) 一种无源上肢外骨骼机器人
Yang et al. Design of the power-assisted hip exoskeleton robot with hydraulic servo rotary drive
CN104161610A (zh) 外骨骼缓冲助力的踝关节
JP7180864B2 (ja) 腕動作補助装置
CN210757712U (zh) 一种上肢抬举助力装置
CN207595102U (zh) 双足机器人下肢结构
CN113304017A (zh) 一种具有多种行走辅助模式的柔性下肢助力服
KR101870408B1 (ko) 하지 외골격 로봇용 발목 모듈

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant