CN113580109B - 一种用于搬运作业上肢助力的无源外骨骼机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于搬运作业上肢助力的无源外骨骼机器人，包括第一背部机构、第二背部机构和衔接块，所述第一背部机构通过衔接块与第二背部机构连接，所述第一背部机构和第二背部机构结构等同，所述第一背部机构包括上臂外骨骼、连杆机构、肩部外骨骼、滑块和腰部外骨骼，所述上臂外骨骼的一端通过连杆机构与滑块的中心连接，所述滑块的两侧与肩部外骨骼的滑槽滑动连接，且所述上臂外骨骼的一端还通过连杆机构与腰部外骨骼连接，所述上臂外骨骼的另一端通过第一连杆与肩部外骨骼连接，所述肩部外骨骼通过背部外骨骼与腰部外骨骼连接，从而增加搬运作业的工作效率，且无需任何外部助力系统就可以实现外骨骼机器人的助力效果。

Description

一种用于搬运作业上肢助力的无源外骨骼机器人

技术领域

本发明涉及助力机器人的技术领域，具体涉及一种用于搬运作业上肢助力的无源外骨骼机器人。

背景技术

在机器人产业升级的背景下，自动化设备全面进入到农业和制造业生产当中，但对于特定工作环境下的劳动者而言，依然需要进行人工作业，同时，随着工作要求的进一步提升，对于劳动者的要求越来越高，对上肢的负荷也逐步提高。面对大量重复性高工作强度的工作，劳动者十分容易出现肌肉疲劳和体能下降，进一步还会产生肌肉损伤和一系列的职业病，导致工作的强度和效率难以达到要求，甚至影响正常生活。

外骨骼机器人是一种可穿戴的移动机器，其被穿戴于身体外部，不仅能为身体提供一定程度上的支撑与保护，同时还能提供额外的助力，实现人体某特定部位机能的增强。上肢助力外骨骼是用以增强上肢功能，以实现更高效能或康复训练的一种可穿戴的人机一体化智能助力装置，于各个领域都得到了广泛地应用；在军事上用以提升士兵的物资携带能力与单兵作战能力，在工业生产上用以降低劳动者肌肉疲劳度，提升生产效能；在医疗康复领域则可以作于脑卒中患者康复治疗，国内外虽然对有源外骨骼机器人的研究较多，但对无源外骨骼助力机器人的研究相对较少。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种用于搬运作业上肢助力的无源外骨骼机器人。节省搬运物体时所需要的支撑力，提高搬运工作效率。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于搬运作业上肢助力的无源外骨骼机器人，包括第一背部机构、第二背部机构和衔接块，所述第一背部机构通过衔接块与第二背部机构连接，所述第一背部机构和第二背部机构结构等同，所述第一背部机构包括上臂外骨骼、连杆机构、肩部外骨骼、滑块和腰部外骨骼，所述上臂外骨骼的一端通过连杆机构与滑块的中心连接，所述滑块的两侧与肩部外骨骼的滑槽滑动连接，且所述上臂外骨骼的一端还通过连杆机构与腰部外骨骼连接，所述上臂外骨骼的另一端通过第一连杆与肩部外骨骼连接，所述肩部外骨骼通过背部外骨骼与腰部外骨骼连接。

优选的，所述滑块包括第一嵌板、弹簧、圆柱卡扣和拉绳，所述圆柱卡扣安装于第一嵌板的背面的安装槽，所述第一嵌板的正面的中心与连杆机构连接，所述圆柱卡扣的内端与拉绳连接，所述圆柱卡扣的外端与背部外骨骼的孔洞卡接，所述弹簧的一端圆柱卡扣相抵，所述弹簧的另一端与安装槽的壁面相抵。

优选的，所述滑块还包括第二嵌板，所述第一嵌板的凸块与第二嵌板的凹槽连接。

优选的，所述圆柱卡扣的数量为2个，2个所述圆柱卡扣以第一嵌板的中心相对设置。

优选的，所述连杆机构包括第二连杆、第三连杆和第四连杆，所述第二连杆的一端与上臂外骨骼的一端铰接，所述第二连杆的另一端均与第三连杆和第四连杆的一端铰接，所述第三连杆的另一端与滑块铰接，所述第四连杆的另一端与腰部外骨骼铰接。

优选的，所述肩部外骨骼包括侧板和顶板，所述侧板与顶板连接。

优选的，所述外骨骼机器人还包括导轨衔接块，所述肩部连接块通过导轨衔接块与背部外骨骼连接。

优选的，所述背部外骨骼设有背环，所述腰部外骨骼设有腰环。

优选的，所述上臂外骨骼设有手臂槽。

本发明相对现有技术具有以下优点及有益效果：

1、本发明用于搬运作业上肢助力的无源外骨骼机器人，此外骨骼机器人上臂外骨骼的一端通过连杆机构与滑块的一端连接，滑块的另一端与肩部外骨骼的滑槽连接，且上臂外骨骼的一端还通过连杆机构与腰部外骨骼连接，上臂外骨骼的另一端通过第一连杆与肩部外骨骼连接，肩部外骨骼通过背部外骨骼与腰部外骨骼连接，滑块沿着滑槽上下位移，通过滑块可以使外骨骼机器人能够随时工作，连杆机构给予上臂外骨骼支撑力，从而增加搬运作业的工作效率，且无需任何外部助力系统就可以实现外骨骼机器人的助力效果。

2、本发明用于搬运作业上肢助力的无源外骨骼机器人，此滑块的圆柱卡扣安装于第一嵌板的背面的安装槽，第一嵌板的正面的中心与连杆机构连接，卡扣的内端与拉绳连接，圆柱卡扣的外端与背部外骨骼的孔洞卡接，弹簧的一端圆柱卡扣相抵，弹簧的另一端与安装槽的壁面相抵，当上臂外骨骼抬起一定的高度，滑块向下移动，圆柱卡扣与孔洞卡接，锁定连杆机构，连杆机构给上臂外骨骼提供支撑力，滑块内设有弹簧，拉动拉绳从而使圆柱卡扣向内缩回脱离孔洞，通过拉动拉绳切换上臂外骨骼从工作状态与非工作状态的转换。

3、本发明用于搬运作业上肢助力的无源外骨骼机器人，此外骨骼机器人的第二连杆的一端与上臂外骨骼的另一端铰接，第二连杆的另一端均与第三连杆和第四连杆的一端铰接，第三连杆的另一端与背部外骨骼的上端铰接，所述第四连杆的另一端与腰部外骨骼的下端铰接，实现上臂外骨骼的上下摆动，使上臂外骨骼能够更好的与滑块协调工作。

4、本发明用于搬运作业上肢助力的无源外骨骼机器人，此背部外骨骼设有背环，使绑带通过背环固定在搬运人的背部，从而使上臂外骨骼在支撑重物时，上臂外骨骼的压力通过背部外骨骼传输至佩戴者的腰部，腰部外骨骼设有腰环，另外设置绑带通过腰环与佩戴者的腰部固定，使外骨骼机器人更好的固定于佩戴者的腰部。

5、本发明用于搬运作业上肢助力的无源外骨骼机器人，上臂外骨骼设有手臂槽，使佩戴者的手臂能够更好放入上臂外骨骼内，符合人体工程学的设计，佩戴起来更加舒适。

附图说明

图1是本发明的一种用于搬运作业上肢助力的无源外骨骼机器人置的示意图。

图2是本发明的一种用于搬运作业上肢助力的无源外骨骼机器人置的侧视图。

图3是本发明的肩部外骨骼的结构爆炸图。

图4是本发明的滑块的内部结构示意图。

其中，1为第一背部机构，2为第二背部机构，3为衔接块，31为背板，4为上臂外骨骼，5为滑块，51为第一嵌板，511为凸块，52为第二嵌板，521为凹槽，53为圆柱卡扣，54为弹簧，55为拉绳，6为肩部外骨骼，61为侧板，62为顶板，63为肩部连接块，64为滑槽，65为挡板，7为背部外骨骼，71为背环，72为孔洞，8为腰部外骨骼，81为腰环，9为导轨衔接块，10为第一连杆，11为第二连杆，12为第三连杆，13为第四连杆。

具体实施方式

下面接合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。

如图1至4所示，一种用于搬运作业上肢助力的无源外骨骼机器人，包括第一背部机构1、第二背部机构2和衔接块3，所述第一背部机构1通过衔接块3与第二背部机构2连接，衔接块3使第一背部机构1和第二背部机构2的结构整体性更好，衔接块3还设有背板31，背板31用于使佩戴者更加舒适的承受外骨骼机器人的压力，所述第一背部机构1和第二背部机构2结构等同，所述第一背部机构1包括上臂外骨骼4、连杆机构、肩部外骨骼6、滑块5和腰部外骨骼8，所述上臂外骨骼4的一端通过连杆机构与滑块5的中心连接，所述滑块5的两侧与肩部外骨骼6的滑槽64滑动连接，此滑块5根据上臂外骨骼4的摆动，从而在滑槽64内上下滑动，且所述上臂外骨骼4的一端还通过连杆机构与腰部外骨骼8连接，所述上臂外骨骼4的另一端通过第一连杆10与肩部外骨骼6连接，所述肩部外骨骼6通过背部外骨骼7与腰部外骨骼8连接，滑块5沿着滑槽64上下位移，当滑块5向下滑动至预设位置，滑块5内的圆柱卡扣53被孔洞72卡住，从而限制住连杆机构，连杆机构给予上臂外骨骼4提供支撑力，拉动拉绳55使圆柱卡扣53与孔洞72分离，滑块5使外骨骼机器人能够随时工作，连杆机构给予上臂外骨骼4支撑力，从而增加搬运作业的工作效率，且无需任何外部助力系统就可以实现外骨骼机器人的助力效果。

外骨骼机器人的工作原理：佩戴者抬起手臂，使上臂外骨骼4向上运动，上臂外骨骼4通过连杆机构带动滑块5向下移动，当滑块5移动到指定的位置，滑块5被孔洞72卡住，此时第二连杆11和第四连杆13处于同一条直线，连杆机构为上臂外骨骼4提供向上的支撑力，达到助力效果，拉动拉绳55，滑块5内的圆柱卡扣53与孔洞72分离，滑块5处于灵活状态，上臂外骨骼4恢复原状。

所述滑块5包括第一嵌板51、弹簧54、圆柱卡扣53和拉绳55，所述圆柱卡扣53安装于第一嵌板51的背面的安装槽，所述第一嵌板51的正面的中心与连杆机构连接，所述圆柱卡扣53的内端与拉绳55连接，所述圆柱卡扣53的外端与背部外骨骼7的孔洞72卡接，所述弹簧54的一端圆柱卡扣53相抵，所述弹簧54的另一端与安装槽的壁面相抵，弹簧54嵌入安装槽内，且弹簧54与圆柱卡扣53相抵，当圆柱卡扣53移动到孔洞72处，圆柱卡扣53被弹簧54摊开，圆柱卡扣53被孔洞72卡住，从而使滑块5固定，当拉绳55拉动圆柱卡扣53，圆柱卡扣53与孔洞72分离，使滑块5自由移动，通过拉绳55可以控制滑块5的灵活使用。

所述滑块还包括第二嵌板52，所述第一嵌板51的凸块511与第二嵌板52的凹槽521连接，第二嵌板52与第一嵌板51夹住弹簧54和圆柱卡扣53，使圆柱卡扣53的活动空间更加稳定，可以更加精准的控制滑块5的活动；所述圆柱卡扣53的数量为2个，2个所述圆柱卡扣53以第一嵌板51的中心相对设置，采用2个圆柱卡扣53，可以节省拉绳55的作用力，便于更好的控制圆柱卡扣53，提升滑块5的工作效率。

所述连杆机构包括第二连杆11、第三连杆12和第四连杆13，所述第二连杆11的一端与上臂外骨骼4的一端铰接，所述第二连杆11的另一端均与第三连杆12和第四连杆13的一端铰接，所述第三连杆12的另一端与滑块5铰接，所述第四连杆13的另一端与腰部外骨骼8铰接，第三连杆12带动滑块5上下移动，当第三连杆12被滑块5固定时，第二连杆11和第四连杆13处于同一条直线，从而支撑上臂外骨骼4，当第二连杆11处于活动状态时，实现上臂外骨骼4的上下摆动，连杆机构使上臂外骨骼4能够更好的与滑块5协调工作。

所述肩部外骨骼6包括侧板61和顶板62，所述侧板61与顶板62连接，顶板62和侧板61用于包裹佩戴者的肩部，使佩戴者使用外骨骼机器人时更加舒适，同时还可以起到固定佩戴者肩部的作用，此侧板61可以采用橡胶材质制成，增加佩戴者的肩部舒适度；此肩部外骨骼6设有肩部连接块63，肩部连接块63内设有横截面为有T形的滑槽64，滑块5与肩部连接块63的挡板65相抵，滑块5在滑槽64内运动。

所述外骨骼机器人还包括导轨衔接块9，所述肩部外骨骼6通过导轨衔接块9与背部外骨骼7连接，采用导轨衔接块9便于肩部外骨骼6与背部外骨骼7安装，还能便于外骨骼机器人携带，通过导轨衔接块9还可以调节肩部外骨骼6与背部外骨骼7的距离，使外骨骼机器人适应不同身高，提高适应能力。

此背部外骨骼7设有背环71，使绑带通过背环71固定在佩戴者的背部，从而使上臂外骨骼4在支撑重物时，上臂外骨骼4的压力通过背部外骨骼7传输至佩戴者的腰部，腰部外骨骼8设有腰环81，另外设置绑带通过腰环81与佩戴者的腰部固定，使外骨骼机器人更好的固定于佩戴者的腰部，采用腰环81和背环71使外骨骼机器人与佩戴者连接更加稳定。

所述上臂外骨骼4设有手臂槽，使佩戴者的手臂能够更好放入上臂外骨骼4内，符合人体工程学的设计，佩戴起来更加舒适。

上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于搬运作业上肢助力的无源外骨骼机器人，包括第一背部机构、第二背部机构和衔接块，所述第一背部机构通过衔接块与第二背部机构连接，所述第一背部机构和第二背部机构结构等同，其特征在于：所述第一背部机构包括上臂外骨骼、连杆机构、肩部外骨骼、滑块和腰部外骨骼，所述上臂外骨骼的第一端通过连杆机构与滑块的中心连接，所述滑块的两侧与肩部外骨骼的滑槽滑动连接，且所述上臂外骨骼的第一端还通过连杆机构与腰部外骨骼连接，所述上臂外骨骼的第二端通过第一连杆与肩部外骨骼连接，所述肩部外骨骼通过背部外骨骼与腰部外骨骼连接；

所述滑块包括第一嵌板、弹簧、圆柱卡扣和拉绳，所述圆柱卡扣安装于第一嵌板的背面的安装槽，所述第一嵌板的正面的中心与连杆机构连接，所述圆柱卡扣的内端与拉绳连接，所述圆柱卡扣的外端与背部外骨骼的孔洞卡接，所述弹簧的一端与圆柱卡扣相抵，所述弹簧的另一端与安装槽的壁面相抵；

所述连杆机构包括第二连杆、第三连杆和第四连杆，所述第二连杆的一端与上臂外骨骼的第一端铰接，所述第二连杆的另一端与第三连杆的第一端和第四连杆的第一端均铰接连接，所述第三连杆的第二端与滑块铰接，所述第四连杆的第二端与腰部外骨骼铰接。

2.根据权利要求1所述的一种用于搬运作业上肢助力的无源外骨骼机器人，其特征在于：还包括第二嵌板，所述第一嵌板的凸块与第二嵌板的凹槽连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于搬运作业上肢助力的无源外骨骼机器人，其特征在于：所述圆柱卡扣的数量为2个，2个所述圆柱卡扣以第一嵌板的中心相对设置。

4.根据权利要求1所述的一种用于搬运作业上肢助力的无源外骨骼机器人，其特征在于：所述肩部外骨骼包括侧板和顶板，所述侧板与顶板连接。

5.根据权利要求1所述的一种用于搬运作业上肢助力的无源外骨骼机器人，其特征在于：还包括导轨衔接块，所述肩部外骨骼设有肩部连接块，所述肩部连接块通过导轨衔接块与背部外骨骼连接。

6.根据权利要求1所述的一种用于搬运作业上肢助力的无源外骨骼机器人，其特征在于：所述背部外骨骼设有背环，所述腰部外骨骼设有腰环。

7.根据权利要求1所述的一种用于搬运作业上肢助力的无源外骨骼机器人，其特征在于：所述上臂外骨骼设有手臂槽。