CN111230847B - 一种主动减少振动冲击的上肢工业外骨骼 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主动减少振动冲击的上肢工业外骨骼，包括固定振动工具的夹具、与人体上肢穿戴耦合的穿戴件，夹具与穿戴件之间连接有以减振器为核心部件的减振机构；其特征在于：所述的夹具的弧形夹的内弧面上固定有加速度传感器；所述的减振器为主动式减振器；主动式减振器的控制装置设置在可穿戴于人体上肢的绑带上；所述的加速度传感器的电流输出端、主动式减振器的变刚度电流输入端、变阻尼电流输入端分别与控制装置的加速度信号输入端、变刚度电流输出端、变阻尼电流输出端相连接。该种上肢工业外骨骼适用范围广，对各种振动频率和强度的振动工具均具有良好的减振效果，能更好的减少振动冲击对人体影响。

Description

一种主动减少振动冲击的上肢工业外骨骼

技术领域

本发明涉及一种主动减少振动冲击的上肢工业外骨骼。

背景技术

工业生产流水线上存在大量的手工操作强振动的工具(振动工具)，进行作业的情况；例如，工人使用冲击钻进行钻孔作业，使用铆枪进行铆接作业。操作过程中，这些振动工具会产生持续性或者间歇性的振动，产生的振动冲击力会作用于人体手臂；长时间处于这样的工作环境，会造成人的肌肉快速疲劳，增加工人罹患肌肉骨骼疾病的风险，其典型表现为振动性白指。

可以通过穿戴减少振动冲击的工业外骨骼进行作业，以有效减少振动工具对人体的冲击，降低工人患病风险。上肢外骨骼是一种可穿戴的机械设备，属于工业外骨骼，是一种用来保护长时间进行手传振动作业工人的人身安全的穿戴式个体防护辅助装备。

现有的减少振动冲击的上肢工业外骨骼，使用的减振器多为弹簧阻尼减振器，弹簧阻尼减振器是将振动传递到工业外骨骼的弹簧阻尼减振器上，利用弹簧的压缩回弹以及阻尼器的阻尼力来达到减缓振动冲击，从而达到减缓振动的目的。其存在的问题是只能被动的、以固定的刚度和阻尼来减少振动冲击，只能对特定频率和强度的振动工具有良好减振效果；操作不同的振动工具，需要配戴对应的上肢工业外骨骼；限制了上肢工业外骨骼的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种主动减少振动冲击的上肢工业外骨骼，该种上肢工业外骨骼适用范围广，对各种振动频率和强度的振动工具均具有良好的减振效果，能更好的减少振动冲击对人体影响。

本发明实现其发明目的所采用的技术方案是，一种主动减少振动冲击的上肢工业外骨骼，包括固定振动工具的夹具、与人体上肢穿戴耦合的穿戴件，夹具与穿戴件之间连接有以减振器为核心部件的减振机构；其特征在于：

所述的夹具的弧形夹的内弧面上固定有加速度传感器；

所述的减振器为主动式减振器；主动式减振器的控制装置设置在可穿戴于人体上肢的绑带上；

所述的加速度传感器的信号输出端、主动式减振器的变刚度电流输入端、变阻尼电流输入端分别与控制装置的加速度信号输入端、变刚度电流输出端、变阻尼电流输出端相连接。

本发明的工作过程和原理是：

使用前，将穿戴件穿戴于上肢的前臂上，再通过绑带将主动减振器的控制盒绑于上肢的上臂上；再通过夹具固定振动工具。

操作时，振动工具作业产生的振动冲击，由夹具传递给减振机构；同时，夹具上的加速度传感器将振动工具的频率传递给主动式减振器的控制器。控制器根据设定的振动工具的质量和传来的振动工具的频率，运算出最佳的变刚度电流和变阻尼电流，并输送给主动式减振器，实现主动式减振器的阻尼和刚度的主动调整；从而实现减振机构对传来的振动工具的振动的主动式减振。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的减振机构的减振器是主动式减振器，能根据不同振动工具的频率和质量，实现主动式减振器的刚度和阻尼自适应主动调整。对各种振动频率和强度的振动工具均具有匹配的、最好的减振效果，适用范围广，能更好的减少振动冲击对人体影响；弥补了现有上肢工业外骨骼只针对某一特定频率的振动工具具有较好减振效果的不足；能更全面、有效地降低工人罹患肌肉骨骼疾病的风险。

本发明的主动式减振器的构成是：缸筒内腔设有活塞，活塞下部从内至外依次外套超磁致伸缩材料环、变阻尼线圈和摩擦环，摩擦环与缸筒的内腔壁接触；活塞中部从内至外依次外套有磁流变弹性体、变刚度线圈；活塞上部套有弹簧，弹簧顶部与端盖接触，弹簧底部与活动挡圈接触，活动挡圈位于磁流变弹性体上部；变阻尼线圈、变刚度线圈分别与缸筒上的变阻尼电流输入端和变刚度电流输入端相连接。

这样，控制器将运算出的变刚度电流和变阻尼电流输送给主动式减振器的变刚度线圈和变阻尼线圈。变刚度线圈产生最佳强度的磁场，使得磁流变弹性体在最佳强度的磁场作用下，形成最佳的自身刚度，实现主动式减振器的刚度调整；变阻尼线圈产生最佳强度的磁场，使得超磁致伸缩材料产生最佳的磁致伸缩，进而调整摩擦环与缸筒内壁的接触压力即摩擦力至最佳，实现主动式减振器的阻尼主动调整。从而可靠、有效的实现了减振机构对传来的振动工具的振动的主动式减振。

本发明的减振机构有两个，分别设置于穿戴件的左右两侧；减振机构为中间呈X型铰接的双平行四边形减振机构，其具体构成是：

两根前连杆与两根中连杆形成前平行四边形机构，两根中连杆与两根后连杆形成后平行四边形机构；且两根中连杆的中部铰接形成X型铰接；前、后平行四边形机构的上下铰轴间均连接一个主动式减振器，其连接的具体结构是：平行四边形机构的上铰轴与主动式减振器的活塞杆相连，下铰轴与主动式减振器的缸底相连；X型铰接处的铰轴与连接片的中部固定连接，连接片的前部和后部分别开有前导向槽和后导向槽，前平行四边形的前端铰轴与前导向槽配合，后平行四边形的后端铰轴与后导向槽配合；

所述的夹具通过鱼眼关节轴承一与可调连接杆连接，可调连接杆的另一端通过鱼眼关节轴承二与减振机构的前端连接；减振机构的中部通过连接片固定在穿戴件的柔性护套上。

这样，当振动工具产生的振动通过可调连接杆横向传递到减振机构时，前、后两个平行四边形机构会产生相应的横向压缩或伸长，两个平行四边形机构产生同步的纵向伸长或压缩，使前、后两个主动式减振器的弹簧拉伸、压缩；进而通过主动式减振器的弹簧实现对振动冲击的减缓和吸收作用，有效减少振动工具对人体的冲击。这种以带弹簧的主动式减振器为核心的双平行四边形递进减振机构，其减振效果好，且结构简单，维护方便。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1为本发明实施例的立体结构示意图。

图2为本发明实施例的主动式减振器的放大剖视结构示意图。

具体实施方式

实施例

图1示出，本发明的一种具体实施方式是，一种主动减少振动冲击的上肢工业外骨骼，包括固定振动工具的夹具1、与人体上肢穿戴耦合的穿戴件5，夹具1与穿戴件5之间连接有以减振器为核心部件的减振机构4；其特征在于：

所述的夹具1的弧形夹1a的内弧面上固定有加速度传感器1b；

所述的减振器为主动式减振器7；主动式减振器7的控制装置6设置在可穿戴于人体上肢的绑带6b上；

所述的加速度传感器1b的信号输出端、主动式减振器7的变刚度电流输入端、变阻尼电流输入端分别与控制装置6的加速度信号输入端、变刚度电流输出端、变阻尼电流输出端相连接。

图2示出，主动式减振器7的构成是：缸筒7a内腔设有活塞7b，活塞7b下部从内至外依次外套超磁致伸缩材料环7c、变阻尼线圈7d和摩擦环7e，摩擦环7e与缸筒7a的内腔壁接触；活塞7b中部从内至外依次外套有磁流变弹性体7f、变刚度线圈7g；活塞7b上部套有弹簧7h，弹簧7h顶部与端盖7j接触，弹簧7h底部与活动挡圈7i接触，活动挡圈7i位于磁流变弹性体7f上部；变阻尼线圈7d、变刚度线圈7g分别与缸筒7a上的变阻尼电流输入端和变刚度电流输入端相连接。

图1示出，本例的减振机构4有两个，分别设置于穿戴件5的左右两侧；减振机构4为中间呈X型铰接的双平行四边形减振机构，其具体构成是：

两根前连杆4b与两根中连杆4c形成前平行四边形机构，两根中连杆4c与两根后连杆4e形成后平行四边形机构；且两根中连杆4c的中部铰接形成X型铰接；前、后平行四边形机构的上下铰轴间均连接一个主动式减振器7，其连接的具体结构是：平行四边形机构的上铰轴与主动式减振器7的活塞杆相连，下铰轴与主动式减振器7的缸底相连；X型铰接处的铰轴与连接片4d的中部固定连接，连接片4d的前部和后部分别开有前导向槽4a和后导向槽4f，前平行四边形的前端铰轴与前导向槽4a配合，后平行四边形的后端铰轴与后导向槽4f配合；

所述的夹具1通过鱼眼关节轴承一2a与可调连接杆3连接，可调连接杆3的另一端通过鱼眼关节轴承二2b与减振机构4的前端连接；减振机构4的中部通过连接片4a固定在穿戴件5的柔性护套5a上。

Claims (1)

1.一种主动减少振动冲击的上肢工业外骨骼，包括固定振动工具的夹具（1）、与人体上肢穿戴耦合的穿戴件（5），夹具（1）与穿戴件（5）之间连接有以减振器为核心部件的减振机构（4）；其特征在于：

所述的夹具（1）的弧形夹（1a）的内弧面上固定有加速度传感器（1b）；

所述的减振器为主动式减振器（7）；主动式减振器（7）的控制装置（6）设置在可穿戴于人体上肢的绑带（6b）上；

所述的主动式减振器（7）的构成是：缸筒（7a）内腔设有活塞（7b），活塞（7b）下部从内至外依次外套超磁致伸缩材料环（7c）、变阻尼线圈（7d）和摩擦环（7e），摩擦环（7e）与缸筒（7a）的内腔壁接触；活塞（7b）中部从内至外依次外套有磁流变弹性体（7f）、变刚度线圈（7g）；活塞（7b）上部套有弹簧（7h），弹簧（7h）顶部与端盖（7j）接触，弹簧（7h）底部与活动挡圈（7i）接触，活动挡圈（7i）位于磁流变弹性体（7f）上部；变阻尼线圈（7d）、变刚度线圈（7g）分别与缸筒（7a）上的变阻尼电流输入端和变刚度电流输入端相连接；

所述的加速度传感器（1b）的信号输出端与控制装置（6）的加速度信号输入端相连接，缸筒（7a）上的变刚度电流输入端与控制装置（6）的变刚度电流输出端，缸筒（7a）上的变阻尼电流输入端与控制装置（6）的变阻尼电流输出端相连接；

所述的减振机构（4）有两个，分别设置于穿戴件（5）的左右两侧；减振机构（4）为中间呈X型铰接的双平行四边形减振机构，其具体构成是：

两根前连杆（4b）与两根中连杆（4c）形成前平行四边形机构，两根中连杆（4c）与两根后连杆（4e）形成后平行四边形机构；且两根中连杆（4c）的中部铰接形成X型铰接；前、后平行四边形机构的上下铰轴间均连接一个主动式减振器（7），其连接的具体结构是：平行四边形机构的上铰轴与主动式减振器（7）的活塞杆相连，下铰轴与主动式减振器（7）的缸底相连；X型铰接处的铰轴与连接片（4d）的中部固定连接，连接片（4d）的前部和后部分别开有前导向槽（4a）和后导向槽（4f），前平行四边形的前端铰轴与前导向槽（4a）配合，后平行四边形的后端铰轴与后导向槽（4f）配合；

所述的夹具（1）通过鱼眼关节轴承一（2a）与可调连接杆（3）连接，可调连接杆（3）的另一端通过鱼眼关节轴承二（2b）与减振机构（4）的前端连接；减振机构（4）的中部通过连接片（4d）固定在穿戴件（5）的柔性护套（5a）上。