CN108500957B - 一种穿戴式柔性上肢外骨骼助力系统 - Google Patents

Abstract

一种穿戴式柔性上肢外骨骼助力系统，它涉及一种外骨骼助力系统。本发明解决了现有的外骨骼机器人驱动系统存在体积较大、质量较大、运动灵活性差和适应性差问题。两个驱动装置左右对称固定在刚性背板上；传动装置为四根鲍登线，每个手臂通过同侧的驱动装置控制两根鲍登线收放，每只手臂的内侧和外侧均通过一根鲍登线传动控制，每只手臂的内侧的鲍登线的一端固定在小臂内侧锚点上，另一端依次穿过大臂内侧锚点和内侧鲍登线导管与同侧的驱动装置连接，每只手臂的外侧的鲍登线的一端固定在小臂外侧锚点上，另一端依次穿过大臂外侧锚点和外侧鲍登线导管与同侧的驱动装置连接。本发明用于穿戴式柔性上肢外骨骼机器人上。

Description

一种穿戴式柔性上肢外骨骼助力系统

技术领域

本发明涉及一种上肢外骨骼助力系统，具体涉及一种穿戴式柔性上肢外骨骼机器人助力系统。

背景技术

随着人民生活水平的不断进步和现代医疗技术的持续发展，人民的人均寿命不断延长。进入21世纪之后，我国老龄化人口逐渐增加，社会逐渐步入老龄化社会。老年人由于机体机能下降，往往会出现肢体缺乏力量等机能退化现象。在当今老龄化人口不断增加的大环境下，老年人身体机能退化现象应该得到社会的关注，这不仅可以改善老年人的生活品质，同时也是为国家减少养老负担。

外骨骼机器人能够显著提高人体的肢体功能，改善身体机能衰退人群的运动能力和生活品质。尤其对于身患中风、帕金森等疾病的病人，经过医学治疗后往往不能完全恢复到原有的运动能力和身体机能，留下后遗症。采用外骨骼机器人可以帮助这类人群逐渐恢复其对肢体的控制能力，增强肢体机能，使病后恢复工作更加科学有效。

目前阶段存在的外骨骼机器人驱动系统均存在体积较大、质量较大、运动灵活性差、适应性差等问题。而且现阶段设计的的外骨骼机器人往往采用刚性连接，及通过刚性连杆连接各个关节，借助连杆安装必要的动力和传输装置在手臂上，以此实现对手臂运动的控制。这种设计的缺点在于：

1)由于刚性杆的存在，手臂运动模式较为单一，不能完全模拟人手臂的自然运动状态；

2)虽然有刚性骨架的存在，但安装在连杆上的动力和传输装置仍然需要人体手臂承担一定的负载，这就使人体负荷加重，得不偿失；

3)外骨骼设备一般都采用穿戴式，刚性外骨骼机器人穿戴舒适度较低，长期穿戴会造成不适。

综上，现有的外骨骼机器人驱动系统体积较大、质量较大、运动灵活性差和适应性差。

发明内容

本发明为解决现有的外骨骼机器人驱动系统存在体积较大、质量较大、运动灵活性差和适应性差的问题，进而提供一种穿戴式柔性上肢外骨骼助力系统。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

本发明的穿戴式柔性上肢外骨骼助力系统包括可穿戴服、控制盒7、传动装置、传感器和两个驱动装置6，可穿戴服包括软体背心4、刚性背板5、两个固定手套1、两个小臂绑带2和两个大臂绑带3，刚性背板5缝合在软体背心4的背部，穿戴者的小臂上穿戴有固定手套1和小臂绑带2，穿戴者的大臂上穿戴有大臂绑带3，每个小臂绑带2与对应的固定手套1缝合连接，大臂绑带3对称缝合在软体背心4的两侧上；

小臂绑带2包括小臂锚点14和小臂固定带202，小臂锚点14包括小臂内侧锚点201和小臂外侧锚点203，小臂内侧锚点201和小臂外侧锚点203对应固定在小臂固定带202的内外侧上；

大臂绑带3包括大臂锚点8和大臂固定带302，大臂锚点8包括大臂内侧锚点301和大臂外侧锚点303，大臂内侧锚点301和大臂外侧锚点303对应固定在大臂固定带302的内外侧上；

软体背心4包括软质背心本体401和收束腰带405、收束绑带404、两个内侧鲍登线导管402和两个外侧鲍登线导管403，穿戴软体背心4时软质背心本体401通过收束腰带405和收束绑带404固定在人体躯干上，软质背心本体401肩部对称布置有内侧鲍登线导管402和外侧鲍登线导管403；

传感器包括多个肌电传感器9、两个软体传感器10和两个单维力传感器13，软质背心本体401的两个肘部外侧均贴有一个软体传感器10，每个大臂和小臂上均设置有肌电传感器9，两个小臂外侧锚点203上均连接有一个单维力传感器13；

两个驱动装置6左右对称固定在刚性背板5上，控制盒7安装在软体背心4的后部且且位于驱动装置6的下方；

传动装置6为四根鲍登线12，每个手臂通过同侧的驱动装置6控制两根鲍登线12收放，每只手臂的内侧和外侧均通过一根鲍登线12传动控制，每只手臂的内侧的鲍登线12的一端固定在小臂内侧锚点201上，另一端依次穿过大臂内侧锚点301和内侧鲍登线导管402与同侧的驱动装置6连接，每只手臂的外侧的鲍登线12的一端固定在小臂外侧锚点203上，另一端依次穿过大臂外侧锚点303和外侧鲍登线导管403与同侧的驱动装置6连接。

进一步地，每个驱动装置6包括驱动装置壳体606、制动器601、鲍登线预紧组件607、驱动装置主轴609、驱动装置壳体盖608、刚性联轴器612、无刷电机613、两个电磁离合器602、两个连接件610、两个谐波减速器603和两个线轮605；无刷电机613固装在驱动装置壳体606的一端上，无刷电机613的输出轴通过刚性联轴器612与驱动装置主轴609的一端固接，驱动装置主轴609通过两个第一深沟球轴承23安装在驱动装置壳体606上，驱动装置主轴609的另一端通过制动器601安装在驱动装置壳体606的另一端上，电磁离合器602包括电枢转子和止旋板，电枢转子固套在驱动装置主轴609上，止旋板卡装在驱动装置壳体606的凸起处，驱动装置主轴609由两段半轴同轴连接，每段半轴上依次穿装有电磁离合器602、连接件610、谐波减速器603和线轮605，两个线轮605相邻设置，电磁离合器602包括电枢转子和止旋板，止旋板卡在驱动装置壳体606内的凸起处，电枢转子固装在驱动装置主轴609上，电枢转子通过连接件610与谐波减速器603的柔轮轮毂上，谐波减速器603的钢轮通过螺栓连接在驱动装置壳体606，每个线轮605通过一个第三深沟球轴承29安装在驱动装置主轴609上，线轮605通过螺栓连接在对应的谐波减速器603的钢轮上；

鲍登线预紧组件607包括三根预紧芯轴和四个单向轴承607，驱动装置壳体606中部依次平行设置有三块芯轴安装肋板，三根预紧芯轴依次平行安装在三块芯轴安装板上，位于中间的预紧芯轴12上套装有两个单向轴承607，其余两根预紧芯轴12上均套装有一个单向轴承607，相邻两块芯轴安装肋板之间设置有两个相向转动的单向轴承607，两个相向转动的单向轴承607的间隙小于鲍登线直径；

驱动装置壳体盖608通过螺栓固装在驱动装置壳体606上，鲍登线12的自由端经过两个相向转动的单向轴承607缠绕在相对应的线轮605上，每个线轮605上缠绕有一根鲍登线12，鲍登线12的自由端固定在线轮605上。

进一步地，线轮605上设置有线轮接头卡槽11-1和线轮绕线槽11-2，鲍登线12的固定端连接在线轮接头卡槽11-1上，每个线轮绕线槽11-2内缠绕有一根鲍登线12。

进一步地，线轮605上设置有线轮接头卡槽11-1和线轮绕线槽11-2，鲍登线12的固定端连接在线轮接头卡槽11-1上，每个线轮绕线槽11-2内缠绕有一根鲍登线12。

进一步地，线轮605上设置有法兰，法兰上沿其圆周方向均布加工有多个台肩通孔，线轮605的法兰通过多个螺栓固定连接在对应的谐波减速器603的钢轮上。

进一步地，驱动装置主轴609的两个半轴均设置有台肩，两个半轴大端的直径相同设置，两个半轴小端的直径相同设置，两个半轴小端通过榫卯结构连接在一起。

进一步地，其中一个半轴小端呈凸十字形，另一个半轴的小端呈凹十字形，两个半轴小端通过榫卯结构连接在一起。

进一步地，所述柔性上肢外骨骼机器人驱动系统还包括两个第二轴套7，每个半轴的小端依次穿装有一个第二深沟球轴承25和一个长轴套27，第二深沟球轴承25的一端与半轴的台肩相接触，第二深沟球轴承25的另一端与长轴套27的一端相接触，长轴套27的另一端与相应的第三深沟球轴承29相接触。

进一步地，所述柔性上肢外骨骼机器人驱动系统还包括第一轴套30，两个半轴连接处套装有第一轴套30，第一轴套30位于两个第三深沟球轴承29之间，且第一轴套30与两个第三深沟球轴承29紧密接触。

进一步地，两个电磁离合器602、两个连接件610、两个谐波减速器603和两个线轮605沿驱动装置主轴609的径向对称设置。

进一步地，软质背心本体401是由弹性小的布料制成的主体框架，手臂肘关节和肩关节运动部位采用弹性好的布料制成。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明的穿戴式柔性上肢外骨骼助力系统采用鲍登线驱动的方式，将驱动外骨骼手臂的驱动装置放置在人体背部，与现有外骨骼驱动系统安装在连杆上的动力和传输装置仍然需要人体手臂承担一定的负载相比，大大减少了人体手臂的负载；

本发明的穿戴式柔性上肢外骨骼助力系统采用柔性鲍登线驱动的方式替代了现有外骨骼机器人刚性杆结构，消除了原有刚性杆对人体手臂的约束，手臂运动模式灵活，可以完全模拟人手臂的自然运动状态，本发明具有工作负载大、质量轻的特点，可用于柔性上肢外骨骼，使得人体上肢大小臂绕单关节运动实现助力功能使人手臂运动的更加自然；

本发明的穿戴式柔性上肢外骨骼助力系统采用电磁离合器切换线轮转动方式，实现了单动力源驱动双线轮的运动，减少了多余动力源，提高了驱动系统效率；

本发明的穿戴式柔性上肢外骨骼助力系统采用柔性布料镶嵌刚性板的方式，驱动系统采用无刷电机-电磁离合器-谐波减速器-线轮的路径传递，如此布置可以选用较小型号电磁离合器，实现整体驱动系统小尺寸、低重量，还可以提供较大的关节转矩，降低了驱动装置整体的体积和质量，提高了穿戴的舒适度。

本发明通过采集肌电传感器获取人体意图，利用力传感器和柔性力传感器所测得的力信号和位置信号，针对不同运动模式，可以采用包括预轨迹跟踪控制，自适应控制，阻抗控制，主动控制等多种控制方式。

附图说明

图1是本发明的穿戴式柔性上肢外骨骼助力系统的整体结构示意图；

图2是本发明具体实施方式一中左手臂的固定手套1和小臂绑带2的结构示意图；

图3是本发明具体实施方式一中左手臂的大臂绑带3的结构示意图；

图4是本发明具体实施方式一中软体背心4的主视图；

图5是本发明具体实施方式二中驱动装置的整体结构分解图；

图6是本发明具体实施方式二中驱动装置的主剖视图；

图7是本发明具体实施方式一中鲍登线预紧组件的结构示意图；

图8是本发明具体实施方式三中线轮11的正面示意图；

图9是本发明具体实施方式三中线轮11的背面示意图；

图10是本发明具体实施方式六中驱动装置主轴15的两个半轴的分解图；

具体实施方式

具体实施方式一：如图1～10所示，本实施方式的穿戴式柔性上肢外骨骼助力系统包括可穿戴服、控制盒7、传动装置、传感器和两个驱动装置6，可穿戴服包括软体背心4、刚性背板5、两个固定手套1、两个小臂绑带2和两个大臂绑带3，刚性背板5缝合在软体背心4的背部，穿戴者的小臂上穿戴有固定手套1和小臂绑带2，穿戴者的大臂上穿戴有大臂绑带3，每个小臂绑带2与对应的固定手套1缝合连接，大臂绑带3对称缝合在软体背心4的两侧上；

小臂绑带2包括小臂锚点14和小臂固定带202，小臂锚点14包括小臂内侧锚点201和小臂外侧锚点203，小臂内侧锚点201和小臂外侧锚点203对应固定在小臂固定带202的内外侧上；

大臂绑带3包括大臂锚点8和大臂固定带302，大臂锚点8包括大臂内侧锚点301和大臂外侧锚点303，大臂内侧锚点301和大臂外侧锚点303对应固定在大臂固定带302的内外侧上；

软体背心4包括软质背心本体401和收束腰带405、收束绑带404、两个内侧鲍登线导管402和两个外侧鲍登线导管403，穿戴软体背心4时软质背心本体401通过收束腰带405和收束绑带404固定在人体躯干上，软质背心本体401肩部对称布置有内侧鲍登线导管402和外侧鲍登线导管403；

传感器包括多个肌电传感器9、两个软体传感器10和两个单维力传感器13，软质背心本体401的两个肘部外侧均贴有一个软体传感器10，每个大臂和小臂上均设置有肌电传感器9，两个小臂外侧锚点203上均连接有一个单维力传感器13；

两个驱动装置6左右对称固定在刚性背板5上，控制盒7安装在软体背心4的后部且且位于驱动装置6的下方；

传动装置6为四根鲍登线12，每个手臂通过同侧的驱动装置6控制两根鲍登线12收放，每只手臂的内侧和外侧均通过一根鲍登线12传动控制，每只手臂的内侧的鲍登线12的一端固定在小臂内侧锚点201上，另一端依次穿过大臂内侧锚点301和内侧鲍登线导管402与同侧的驱动装置6连接，每只手臂的外侧的鲍登线12的一端固定在小臂外侧锚点203上，另一端依次穿过大臂外侧锚点303和外侧鲍登线导管403与同侧的驱动装置6连接。

本发明利用鲍登线驱动的方式实现了驱动装置后置于人体背部，有效减少了人体手臂在运动过程中的质量和惯量，减少了人体负载。

在软体背心4上缝合有刚性背板5，用于为驱动装置6和控制盒7提供必要的工装位置，在刚性背板5上固定有一对镜像布置的驱动装置，驱动装置下方为控制盒，用于盛放安装电源和核心板。

可穿戴服在肘关节处缝合有刚性护肘11，可以防止鲍登线对可穿戴服的摩擦损失；肌电传感器9可以感知人体意图，软体传感器10将肘关节位置信号反馈给控制系统，单维力传感器13将系统驱动力信号反馈给控制系统；控制系统据此控制驱动装置控制鲍登线收放，从而带动大小臂伸曲，实现助力功能。

具体实施方式二：如图5和图6所示，本实施方式每个驱动装置6包括驱动装置壳体606、制动器601、鲍登线预紧组件607、驱动装置主轴609、驱动装置壳体盖608、刚性联轴器612、无刷电机613、两个电磁离合器602、两个连接件610、两个谐波减速器603和两个线轮605；无刷电机613固装在驱动装置壳体606的一端上，无刷电机613的输出轴通过刚性联轴器612与驱动装置主轴609的一端固接，驱动装置主轴609通过两个第一深沟球轴承23安装在驱动装置壳体606上，驱动装置主轴609的另一端通过制动器601安装在驱动装置壳体606的另一端上，电磁离合器602包括电枢转子和止旋板，电枢转子固套在驱动装置主轴609上，止旋板卡装在驱动装置壳体606的凸起处，驱动装置主轴609由两段半轴同轴连接，每段半轴上依次穿装有电磁离合器602、连接件610、谐波减速器603和线轮605，两个线轮605相邻设置，电磁离合器602包括电枢转子和止旋板，止旋板卡在驱动装置壳体606内的凸起处，电枢转子固装在驱动装置主轴609上，电枢转子通过连接件610与谐波减速器603的柔轮轮毂上，谐波减速器603的钢轮通过螺栓连接在驱动装置壳体606，每个线轮605通过一个第三深沟球轴承29安装在驱动装置主轴609上，线轮605通过螺栓连接在对应的谐波减速器603的钢轮上；

鲍登线预紧组件607包括三根预紧芯轴和四个单向轴承607，驱动装置壳体606中部依次平行设置有三块芯轴安装肋板，三根预紧芯轴依次平行安装在三块芯轴安装板上，位于中间的预紧芯轴12上套装有两个单向轴承607，其余两根预紧芯轴12上均套装有一个单向轴承607，相邻两块芯轴安装肋板之间设置有两个相向转动的单向轴承607，两个相向转动的单向轴承607的间隙小于鲍登线直径；

驱动装置壳体盖608通过螺栓固装在驱动装置壳体606上，鲍登线12的自由端经过两个相向转动的单向轴承607缠绕在相对应的线轮605上，每个线轮605上缠绕有一根鲍登线12，鲍登线12的自由端固定在线轮605上。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

刚性联轴器612和无刷电机613构成动力源部分；电磁离合器602、连接件610、谐波减速器603和线轮605构成换向线轮装配体部分；

三根预紧芯轴包括上芯轴607-1、中间芯轴607-2和下芯轴607-3，上芯轴607-1和中间芯轴607-2的一侧装有一对相向转动的单向轴承607，轴承间隙略小于鲍登线线粗，鲍登线放线时单向轴承转动，鲍登线收线时单向轴承不转动，从而鲍登线预紧组件607给鲍登线提供一定预紧力，防止鲍登线缠绕在线轮605上时出现松散的情况出现；下芯轴607-3和中间芯轴607-2的另一侧同样装有一对相向转动的单向轴承607，轴承间隙略小于鲍登线线粗，由于两个线轮605收线时的旋转方向相反，故两对单向轴承607的旋转方向相反。

驱动系统为单动力源控制内外侧两根鲍登线收回和释放，驱动系统的单动力源控制两个自由度的运动；上述控制的实现通过借助电磁离合器602的通电接合和断电断开实现，当实现手臂屈起时，手臂内侧鲍登线应当收起，外侧鲍登线应当释放；此时手臂内侧鲍登线缠绕的线轮605相对应的的电磁离合器602通电接合，即手臂内侧鲍登线缠绕的线轮605与驱动装置主轴609相接合，无刷电机613提供的动力通过驱动装置主轴609带动手臂内侧鲍登线缠绕的线轮605旋转，实现手臂内侧鲍登线12收起；此时外侧鲍登线缠绕的线轮605相对应的电磁离合器602断电断开，手臂外侧鲍登线缠绕的线轮605与驱动装置主轴609相断开；无刷电机613提供的动力没有通过相对应的电磁离合器602传递到手臂外侧鲍登线缠绕的线轮605上，进而没有传递到手臂外侧鲍登线12上；手臂外侧鲍登线12根据人体手肘关节转动的需要的伸长量自由伸长；

当需要手臂伸直时，手臂外侧鲍登线缠绕的线轮605所对应的电磁离合器602通电接合，手臂外侧鲍登线缠绕的线轮605与驱动装置主轴609相接合，无刷电机613提供的动力通过驱动装置主轴609带动手臂外侧鲍登线缠绕的线轮605旋转，实现手臂外侧鲍登线12收起；此时内侧鲍登线缠绕的线轮605所对应的电磁离合器602断电断开，手臂内侧鲍登线缠绕的线轮605与驱动装置主轴609相断开；无刷电机613提供的动力没有通过相对应的电磁离合器602传递到手臂内侧鲍登线缠绕的线轮605上，进而没有传递到手臂内侧鲍登线12上；手臂内侧鲍登线12根据人体手肘关节转动的需要的伸长量自由伸长。

驱动装置部分的设计实现了单动力源控制手臂伸屈两个自由度，采用电磁离合器置于动力源无刷电机和减速器之间的设计，及保证了电磁离合器尺寸质量轻巧，同时又能够提供较大的输出转矩。此外，分离线轮的设计，消除了由于线长收缩量非线性化所造成的收缩差问题，改善了控制复杂度，提高了穿戴舒适度。

具体实施方式三：如图8和图9所示，本实施方式线轮605上设置有线轮接头卡槽11-1和线轮绕线槽11-2，鲍登线12的固定端连接在线轮接头卡槽11-1上，每个线轮绕线槽11-2内缠绕有一根鲍登线12。如此设计，鲍登线12可以在线轮接头卡槽11-1处固定，然后缠绕在线轮绕线槽11-2内。其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：如图5和图6所示，本实施方式线轮605上设置有法兰，法兰上沿其圆周方向均布加工有多个台肩通孔，线轮605的法兰通过多个螺栓固定连接在对应的谐波减速器603的钢轮上。如此设计，便于线轮605通过螺栓固定连接在对应的谐波减速器603的钢轮上。其它组成及连接关系与具体实施方式二或三相同。

具体实施方式五：如图6和图10所示，本实施方式驱动装置主轴609的两个半轴均设置有台肩，两个半轴大端的直径相同设置，两个半轴小端的直径相同设置，两个半轴小端通过榫卯结构连接在一起。如此设计，装配方便，提高了装配效率。其它组成及连接关系与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：如图6和图10所示，本实施方式其中一个半轴小端呈凸十字形，另一个半轴的小端呈凹十字形，两个半轴小端通过榫卯结构连接在一起。如此设计，装配方便，提高了装配效率，同时可以保两个半轴的同轴度。其它组成及连接关系与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：如图6所示，本实施方式所述柔性上肢外骨骼机器人驱动系统还包括两个第二轴套7，每个半轴的小端依次穿装有一个第二深沟球轴承25和一个长轴套27，第二深沟球轴承25的一端与半轴的台肩相接触，第二深沟球轴承25的另一端与长轴套27的一端相接触，长轴套27的另一端与相应的第三深沟球轴承29相接触。如此设计，可以保证轴系零部件之间的位置关系。其它组成及连接关系与具体实施方式五或六相同。

具体实施方式八：如图6所示，本实施方式所述柔性上肢外骨骼机器人驱动系统还包括第一轴套30，两个半轴连接处套装有第一轴套30，第一轴套30位于两个第三深沟球轴承29之间，且第一轴套30与两个第三深沟球轴承29紧密接触。如此设计，可以保证轴系零部件之间的位置关系，同时可以保两个半轴的同轴度。其它组成及连接关系与具体实施方式七相同。

具体实施方式九：如图6所示，本实施方式两个电磁离合器602、两个连接件610、两个谐波减速器603和两个线轮605沿驱动装置主轴609的径向对称设置。如此设计，可以实现选用较小型号电磁离合器的情况下，还可以提供较大的关节转矩，降低了驱动装置整体的体积和质量。其它组成及连接关系与具体实施方式二、三、五、六或八相同。

具体实施方式十：如图1和图4所示，本实施方式软质背心本体401是由弹性小的布料制成的主体框架，手臂肘关节和肩关节运动部位采用弹性好的布料制成。如此设计，可以使得软质背心本体401较好的固定在人体躯干上；手臂肘关节和肩关节运动部位采用弹性好的布料制成，可以使得人体运动更加自如，提高人体穿戴的舒适度。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落在本发明的保护范围。

工作原理：

驱动系统为单动力源控制内外侧两根鲍登线收回和释放，驱动系统的单动力源控制两个自由度的运动；上述控制的实现通过借助电磁离合器602的通电接合和断电断开实现，当实现手臂屈起时，手臂内侧鲍登线应当收起，外侧鲍登线应当释放；此时手臂内侧鲍登线缠绕的线轮605相对应的的电磁离合器602通电接合，即手臂内侧鲍登线缠绕的线轮605与驱动装置主轴609相接合，无刷电机613提供的动力通过驱动装置主轴609带动手臂内侧鲍登线缠绕的线轮605旋转，实现手臂内侧鲍登线12收起；此时外侧鲍登线缠绕的线轮605相对应的电磁离合器602断电断开，手臂外侧鲍登线缠绕的线轮605与驱动装置主轴609相断开；无刷电机613提供的动力没有通过相对应的电磁离合器602传递到手臂外侧鲍登线缠绕的线轮605上，进而没有传递到手臂外侧鲍登线12上；手臂外侧鲍登线12根据人体手肘关节转动的需要的伸长量自由伸长；

当需要手臂伸直时，手臂外侧鲍登线缠绕的线轮605所对应的电磁离合器602通电接合，手臂外侧鲍登线缠绕的线轮605与驱动装置主轴609相接合，无刷电机613提供的动力通过驱动装置主轴609带动手臂外侧鲍登线缠绕的线轮605旋转，实现手臂外侧鲍登线12收起；此时内侧鲍登线缠绕的线轮605所对应的电磁离合器602断电断开，手臂内侧鲍登线缠绕的线轮605与驱动装置主轴609相断开；无刷电机613提供的动力没有通过相对应的电磁离合器602传递到手臂内侧鲍登线缠绕的线轮605上，进而没有传递到手臂内侧鲍登线12上；手臂内侧鲍登线12根据人体手肘关节转动的需要的伸长量自由伸长。

Claims (10)

1.一种穿戴式柔性上肢外骨骼助力系统，其特征在于：所述穿戴式柔性上肢外骨骼助力系统包括可穿戴服、控制盒(7)、传动装置、传感器和两个驱动装置(6)，可穿戴服包括软体背心(4)、刚性背板(5)、两个固定手套(1)、两个小臂绑带(2)和两个大臂绑带(3)，刚性背板(5)缝合在软体背心(4)的背部，穿戴者的小臂上穿戴有固定手套(1)和小臂绑带(2)，穿戴者的大臂上穿戴有大臂绑带(3)，每个小臂绑带(2)与对应的固定手套(1)缝合连接，大臂绑带(3)对称缝合在软体背心(4)的两侧上；

小臂绑带(2)包括小臂锚点(14)和小臂固定带(202)，小臂锚点(14)包括小臂内侧锚点(201)和小臂外侧锚点(203)，小臂内侧锚点(201)和小臂外侧锚点(203)对应固定在小臂固定带(202)的内外侧上；

大臂绑带(3)包括大臂锚点(8)和大臂固定带(302)，大臂锚点(8)包括大臂内侧锚点(301)和大臂外侧锚点(303)，大臂内侧锚点(301)和大臂外侧锚点(303)对应固定在大臂固定带(302)的内外侧上；

软体背心(4)包括软质背心本体(401)和收束腰带(405)、收束绑带(404)、两个内侧鲍登线导管(402)和两个外侧鲍登线导管(403)，穿戴软体背心(4)时软质背心本体(401)通过收束腰带(405)和收束绑带(404)固定在人体躯干上，软质背心本体(401)肩部对称布置有内侧鲍登线导管(402)和外侧鲍登线导管(403)；

传感器包括多个肌电传感器(9)、两个软体传感器(10)和两个单维力传感器(13)，软质背心本体(401)的两个肘部外侧均贴有一个软体传感器(10)，每个大臂和小臂上均设置有肌电传感器(9)，两个小臂外侧锚点(203)上均连接有一个单维力传感器(13)；

两个驱动装置(6)左右对称固定在刚性背板(5)上，控制盒(7)安装在软体背心(4)的后部且位于驱动装置(6)的下方；

传动装置为四根鲍登线(12)，每个手臂通过同侧的驱动装置(6)控制两根鲍登线(12)收放，每只手臂的内侧和外侧均通过一根鲍登线(12)传动控制，每只手臂的内侧的鲍登线(12)的一端固定在小臂内侧锚点(201)上，另一端依次穿过大臂内侧锚点(301)和内侧鲍登线导管(402)与同侧的驱动装置(6)连接，每只手臂的外侧的鲍登线(12)的一端固定在小臂外侧锚点(203)上，另一端依次穿过大臂外侧锚点(303)和外侧鲍登线导管(403)与同侧的驱动装置(6)连接。

2.根据权利要求1所述的穿戴式柔性上肢外骨骼助力系统，其特征在于：每个驱动装置(6)包括驱动装置壳体(606)、制动器(601)、鲍登线预紧组件(607)、驱动装置主轴(609)、驱动装置壳体盖(608)、刚性联轴器(612)、无刷电机(613)、两个电磁离合器(602)、两个连接件(610)、两个谐波减速器(603)和两个线轮(605)；无刷电机(613)固装在驱动装置壳体(606)的一端上，无刷电机(613)的输出轴通过刚性联轴器(612)与驱动装置主轴(609)的一端固接，驱动装置主轴(609)通过两个第一深沟球轴承(23)安装在驱动装置壳体(606)上，驱动装置主轴(609)的另一端通过制动器(601)安装在驱动装置壳体(606)的另一端上，电磁离合器(602)包括电枢转子和止旋板，电枢转子固套在驱动装置主轴(609)上，止旋板卡装在驱动装置壳体(606)的凸起处，驱动装置主轴(609)由两段半轴同轴连接，每段半轴上依次穿装有电磁离合器(602)、连接件(610)、谐波减速器(603)和线轮(605)，两个线轮(605)相邻设置，电枢转子通过连接件(610)与谐波减速器(603)的柔轮轮毂连接，谐波减速器(603)的钢轮通过螺栓连接在驱动装置壳体(606)，每个线轮(605)通过一个第三深沟球轴承(29)安装在驱动装置主轴(609)上，线轮(605)通过螺栓连接在对应的谐波减速器(603)的钢轮上；

鲍登线预紧组件(607)包括三根预紧芯轴(607-2)和四个单向轴承(607-4)，驱动装置壳体(606)中部依次平行设置有三块芯轴安装肋板，三根预紧芯轴(607-2)依次平行安装在三块芯轴安装板上，位于中间的预紧芯轴(607-2)上套装有两个单向轴承(607-4)，其余两根预紧芯轴(607-2)上均套装有一个单向轴承(607-4)，相邻两块芯轴安装肋板之间设置有两个相向转动的单向轴承(607-4)，两个相向转动的单向轴承(607-4)的间隙小于鲍登线(12)直径；

驱动装置壳体盖(608)通过螺栓固装在驱动装置壳体(606)上，鲍登线(12)的自由端经过两个相向转动的单向轴承(607-4)缠绕在相对应的线轮(605)上，每个线轮(605)上缠绕有一根鲍登线(12)，鲍登线(12)的自由端固定在线轮(605)上。

3.根据权利要求2所述的穿戴式柔性上肢外骨骼助力系统，其特征在于：线轮(605)上设置有线轮接头卡槽(11-1)和线轮绕线槽(11-2)，鲍登线(12)的固定端连接在线轮接头卡槽(11-1)上，每个线轮绕线槽(11-2)内缠绕有一根鲍登线(12)。

4.根据权利要求2或3所述的穿戴式柔性上肢外骨骼助力系统，其特征在于：线轮(605)上设置有法兰，法兰上沿其圆周方向均布加工有多个台肩通孔，线轮(605)的法兰通过多个螺栓固定连接在对应的谐波减速器(603)的钢轮上。

5.根据权利要求4所述的穿戴式柔性上肢外骨骼助力系统，其特征在于：驱动装置主轴(609)的两个半轴均设置有台肩，两个半轴大端的直径相同设置，两个半轴小端的直径相同设置，两个半轴小端通过榫卯结构连接在一起。

6.根据权利要求5所述的穿戴式柔性上肢外骨骼助力系统，其特征在于：其中一个半轴小端呈凸十字形，另一个半轴的小端呈凹十字形，两个半轴小端通过榫卯结构连接在一起。

7.根据权利要求5或6所述的穿戴式柔性上肢外骨骼助力系统，其特征在于：所述穿戴式柔性上肢外骨骼助力系统还包括两个第二轴套，每个半轴的小端依次穿装有一个第二深沟球轴承(25)和一个长轴套(27)，第二深沟球轴承(25)的一端与半轴的台肩相接触，第二深沟球轴承(25)的另一端与长轴套(27)的一端相接触，长轴套(27)的另一端与相应的第三深沟球轴承(29)相接触。

8.根据权利要求7所述的穿戴式柔性上肢外骨骼助力系统，其特征在于：所述穿戴式柔性上肢外骨骼助力系统还包括第一轴套(30)，两个半轴连接处套装有第一轴套(30)，第一轴套(30)位于两个第三深沟球轴承(29)之间，且第一轴套(30)与两个第三深沟球轴承(29)紧密接触。

9.根据权利要求2、3、5、6或8所述的穿戴式柔性上肢外骨骼助力系统，其特征在于：两个电磁离合器(602)、两个连接件(610)、两个谐波减速器(603)和两个线轮(605)沿驱动装置主轴(609)的径向对称设置。

10.根据权利要求9所述的穿戴式柔性上肢外骨骼助力系统，其特征在于：软质背心本体(401)是由弹性小的布料制成的主体框架，手臂肘关节和肩关节运动部位采用弹性好的布料制成。

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