CN113927569A - 一种外骨骼机器人的吊带总成 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种外骨骼机器人的吊带总成，包括吊带导轨、吊带和吊带回收单元；吊带导轨中设置有凹槽，吊带沿凹槽滑动；吊带回收单元包括回收基座和固设在回收基座上的卷簧，回收基座一端设置有连接管，吊带导轨一端设置有转动连接在连接管中的中空连接轴，回收基座中还设置有限位托辊，限位托辊与回收基座转动配合，限位托辊靠近连接管远离吊带导轨的一端，中空连接轴靠近吊带导轨的一端设置有限位挡板，限位挡板随中空连接轴旋转时能够被限位托辊限位，回收基座的另一端设置有吊带转轴，吊带一端穿过中空连接轴并绕在吊带转轴上，且限位托辊与吊带滚动配合；卷簧用于驱动吊带转轴转动以回收吊带。本发明方便了外骨骼机器人的使用。

Description

一种外骨骼机器人的吊带总成

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种外骨骼机器人的吊带总成。

背景技术

近年来外骨骼机器人,越来越多的出现在大众视线内，包括无源外骨骼机器人和有源外骨骼机器人。

现有有源搬运助力外骨骼机器人，仅使用一个定长的吊带作为手臂的延伸，缺点是搬运者需要把腰弯很大的角度，吊带末端的抓手才可以够到重物，定长的吊带不能适用不同臂长的搬运者；而且如果吊带不能回收，在没有搬运作用时，吊带到处晃，影响使用体验。

发明内容

本发明的目的是提供一种外骨骼机器人的吊带总成，以解决上述现有技术存在的问题，方便外骨骼机器人的使用。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种外骨骼机器人的吊带总成，包括吊带导轨、吊带和吊带回收单元；所述吊带导轨中设置有凹槽，所述吊带沿所述凹槽滑动；所述吊带回收单元包括回收基座和固设在所述回收基座上的卷簧，所述回收基座一端设置有连接管，所述吊带导轨一端设置有转动连接在所述连接管中的中空连接轴，所述回收基座中还设置有限位托辊，所述限位托辊与所述回收基座转动配合，所述限位托辊靠近所述连接管远离所述吊带导轨的一端，所述中空连接轴靠近所述吊带导轨的一端设置有限位挡板，所述限位挡板随所述中空连接轴旋转时能够被所述限位托辊限位，所述回收基座的另一端设置有吊带转轴，所述吊带一端穿过所述中空连接轴并绕在所述吊带转轴上，且所述限位托辊与所述吊带滚动配合；所述卷簧用于驱动所述吊带转轴转动以回收所述吊带。

优选的，还包括吊带锁紧单元，所述吊带锁紧单元包括电磁销、齿轮和齿轮锁片，所述齿轮与所述吊带转轴固连，所述电磁销固设在所述回收基座上，所述电磁销能够驱动所述齿轮锁片运动，使得所述齿轮锁片上的锁定齿与所述齿轮啮合或分离；所述电磁销与外骨骼机器人的控制器电连接。

优选的，还包括吊带拉力传导检测单元，所述吊带拉力传导检测单元包括压力传感器、滑柱、垫块和两个导向托辊，所述滑柱和两个所述导向托辊均安装在所述吊带导轨上，且均穿过所述凹槽，所述滑柱与所述吊带导轨滑动配合，所述垫块上设置有压板，所述压力传感器安装在所述压板和所述垫块之间，所述压力传感器的顶端套设有与所述压板滑动配合的触发套，所述垫块固设在所述凹槽内，且所述压力传感器位于所述滑柱的正下方，所述滑柱的底端能够与所述触发套接触，所述滑柱位于两个所述导向托辊之间，所述吊带位于所述滑柱的上方，两个所述导向托辊均位于所述吊带的上方，所述滑柱和两个所述导向托辊一起支撑所述吊带。

优选的，所述吊带导轨的两个侧壁分别对应所述滑柱设置有一个安装孔，所述安装孔的长度方向与所述压力传感器的检测方向相同，所述滑柱能够沿所述安装孔的长度方向滑动；所述滑柱高于任意一个所述导向托辊；所述滑柱上转动套设有外圈，所述外圈能够与所述触发套接触；所述压力传感器与外骨骼机器人的控制器电连接；所述导向托辊与所述吊带导轨转动配合。

优选的，还包括肩胛连接单元，所述肩胛连接单元包括肩胛骨压力板、球铰连接座、球铰连接杆和球铰垫圈，所述球铰连接座固设在所述肩胛骨压力板的一侧，固设在所述球铰连接杆一端的连接球与所述球铰连接座转动连接，所述球铰连接杆的一端与所述回收基座固连，所述球铰垫圈固设在所述回收基座上，且所述球铰连接杆穿过所述球铰垫圈。

优选的，所述肩胛骨压力板的另一侧呈与人体背部肩胛骨部位相匹配的弧面且铺设有缓冲内衬。

优选的，所述吊带导轨为一拟合人体背-肩-前胸侧曲线轨迹的U型截面轨道。

优选的，所述中空连接轴通过回转轴承与所述连接管转动配合，所述回转轴承具有自润滑功能；所述限位挡板呈弧形。

优选的，所述吊带转轴中空，且所述吊带转轴的中空部中固设有一吊带卡紧轴，所述吊带转轴上还设置有一径向穿线孔，所述吊带一端固设在所述吊带卡紧轴上，且所述吊带穿过所述径向穿线孔并绕在所述吊带转轴上。

优选的，所述回收基座上固设有一罩设在所述卷簧上的卷簧罩，所述卷簧一端插入所述卷簧罩上的安装槽上、另一端插入卷簧轴上的安装槽上，所述卷簧轴与所述吊带转轴同轴且固连。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明的外骨骼机器人的吊带总成方便了外骨骼机器人的使用。使用者在穿着本发明的外骨骼机器人的吊带总成进行搬运助力作业时，能够方便地实现吊运重物的吊带自动回收和锁紧，并在单手搬运和双手搬运的作业模式下均可提供良好的助力效果。大大提高人机融合程度，从而显著减少人体受力，降低人体能量消耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明外骨骼机器人的吊带总成的结构示意图一；

图2为本发明外骨骼机器人的吊带总成的结构示意图二；

图3为本发明外骨骼机器人的吊带总成的部分结构示意图一；

图4为本发明外骨骼机器人的吊带总成的部分结构示意图二；

图5为本发明外骨骼机器人的吊带总成的部分结构示意图三；

图6为本发明外骨骼机器人的吊带总成的部分结构示意图四；

其中：100、外骨骼机器人的吊带总成；1、吊带导轨；2、吊带；3、第一导向托辊；4、滑柱；5、第二导向托辊；6、安装孔；7、压力传感器；8、垫块；9、凹槽；10、触发套；11、压板；12、外圈；13、连接管；14、回收基座；15、电磁销；16、卷簧罩；17、肩胛骨压力板；18、齿轮锁片；19、齿轮；20、球铰连接座；21、连接球；22、球铰垫圈；23、球铰连接杆；24、限位托辊；25、限位挡板；26、吊带卡紧轴；27、径向穿线孔；28、吊带转轴；29、卷簧轴；30、卷簧。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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付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。

本发明的目的是提供一种外骨骼机器人的吊带总成，以解决上述现有技术存在的问题，方便外骨骼机器人的使用。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1至图6所示：本实施例提供了一种外骨骼机器人的吊带总成100，包括吊带导轨1、吊带2、吊带2回收单元、吊带2锁紧单元、吊带2拉力传导检测单元和肩胛连接单元；吊带导轨1中设置有凹槽9，吊带2沿凹槽9滑动。

其中，吊带2回收单元包括回收基座14和固设在回收基座14上的卷簧30，回收基座14一端设置有连接管13，吊带导轨1一端设置有转动连接在连接管13中的中空连接轴，中空连接轴通过回转轴承与连接管13转动配合，回转轴承具有自润滑功能。

回收基座14中还设置有限位托辊24，限位托辊24与回收基座14转动配合，限位托辊24靠近连接管13远离吊带导轨1的一端，中空连接轴靠近吊带导轨1的一端设置有一弧形的限位挡板25，限位挡板25随中空连接轴旋转时能够被限位托辊24限位，以对吊带导轨1的转动角度进行限制，实现了对吊带导轨1的回转和限位，该回转自由度模拟了人体肩关节的活动自由度，一定的转动范围满足了与吊带2连接的执行末端适应抓取不同尺寸和一定活动范围内的重物，同时限位装置避免了吊带导轨1臂转动范围过大以至于触碰到使用者的其他相邻部位(如肩、颈、背部等)，减轻了机构反力对人体关节的反关节作用，充分有效地保护了人体部位，符合人机学原理；回收基座14的另一端设置有吊带转轴27，吊带2一端穿过中空连接轴并绕在吊带转轴27上，且限位托辊24与吊带2滚动配合，限位托辊24在对限位挡板25限位的同时还用于实现吊带2的导向和过渡；卷簧30用于驱动吊带转轴27转动以回收吊带2。

吊带转轴27中空，且吊带转轴27的中空部中固设有一吊带卡紧轴26，吊带转轴27上还设置有一径向穿线孔27，吊带2一端固设在吊带卡紧轴26上，且吊带2穿过径向穿线孔27并绕在吊带转轴27上，实现了吊带2末端在吊带转轴27上的固定和缠绕。

回收基座14上固设有一罩设在卷簧30上的卷簧罩16，卷簧30一端插入卷簧罩16上的安装槽上、另一端插入卷簧轴29上的安装槽上，卷簧轴29与吊带转轴27同轴且固连；卷簧轴29与吊带转轴27轴向连接且同步转动使得卷簧30的回弹力能够施加到卷簧轴29上，带动吊带转轴27转动，实现吊带2的弹性回卷。

吊带2锁紧单元包括电磁销15、齿轮19和齿轮锁片18，齿轮19与吊带转轴27固连，电磁销15固设在回收基座14上，电磁销15能够驱动齿轮锁片18运动，使得齿轮锁片18上的锁定齿与齿轮19啮合或分离；电磁销15与外骨骼机器人的控制器电连接；齿轮锁片18上具有与齿轮19单个齿形相同的锁定齿，齿轮锁片18一端通过销轴与电磁销15连接，另一端通过销轴与回收基座14连接，齿轮19轴与吊带转轴27轴向连接且同步转动。当电磁销15未动作时，齿轮锁片18与齿轮19脱离，吊带2拉出时，吊带转轴27带动齿轮19和卷簧轴29转动，松开吊带2时，在卷簧30的弹性回力作用下，吊带2轴反转，使吊带2回收；当电磁销15动作时，齿轮锁片18与齿轮19啮合，齿轮19锁止，吊带转轴27无法转动，吊带2无法拉出，重物的重力通过吊带2传递到外骨骼机器人的其他承力结构上。

吊带2拉力传导检测单元包括吊带导轨1、吊带2、压力传感器7、滑柱4、垫块8和两个导向托辊，两个导向托辊分别为第一导向托辊3和第二导向托辊5。其中，吊带导轨1中设置有凹槽9，吊带2设置在吊带导轨1的凹槽9中，吊带2能够沿吊带导轨1的凹槽9滑动；吊带导轨1为一拟合人体背-肩-前胸侧曲线轨迹的U型截面轨道，吊带导轨1设置在人体的肩部，实现吊带2从人体后背至前胸的导向。

垫块8固设在凹槽9内，压板11通过螺栓安装在垫块8上，而压力传感器7安装在垫块8和压板11之间，压板11和垫块8共同作用将压力传感器7固定，压力传感器7的顶端套设有与压板11滑动配合的触发套10，且压力传感器7位于滑柱4的正下方，滑柱4穿过凹槽9，滑柱4与吊带导轨1滑动配合，具体的，吊带导轨1的两个侧壁(即凹槽9两侧的两个侧壁)分别对应滑柱4设置有一个安装孔6，安装孔6的长度方向与压力传感器7的检测方向相同，滑柱4能够沿安装孔6的长度方向滑动，滑柱4上转动套设有外圈12，外圈12能够与触发套10接触；在本实施例中，设置转动的外圈12与触发套10接触来间接得触发压力传感器7，能够避免旋转的外圈12磨损压力传感器7的检测头，而同时旋转的外圈12还能够能减小滑柱4与吊带2之间的摩擦力；压力传感器7的线束通过吊带导轨1上的穿线孔引出。

第一导向托辊3和第二导向托辊5均安装在吊带导轨1上，且均穿过凹槽9、均与吊带导轨1转动配合，滑柱4位于第一导向托辊3和第二导向托辊5之间，吊带2位于滑柱4的上方，第一导向托辊3和第二导向托辊5均位于吊带2的上方，滑柱4和两个导向托辊一起支撑吊带2。需要说明的是，滑柱4高于第一导向托辊3和第二导向托辊5，即滑柱4、第一导向托辊3和第二导向托辊5呈三角形布置，一方面能够实现吊带2的变向，辅助吊带2由人体背后至胸前的变向，另一方面，保证了吊带2的拉力合力沿压力传感器7的检测方向，保证了传感器对吊带2拉力检测的准确性和可靠性；本实施例中的吊带2不局限于吊带2，也可以设置为柔性的钢丝等其它形式；吊带导轨1中凹槽9截面不局限于矩形，也可以变换为其它形状，基于本实施例的简单变形应在本申请的保护范围之内。压力传感器7与外骨骼机器人的控制器电连接。

吊带2拉力传导检测单元的工作原理如下：吊带2经过第一导向托辊3、滑柱4和第二导向托辊5后，呈三角形走向，当吊带2受到重物载荷产生的拉力后，吊带2被拉紧，根据合力原理，吊带2所受拉力的合力沿滑柱4向下，滑柱4向压力传感器7方向移动，外圈12在吊带2的驱动下转动，同时随滑柱4向下运动，在外圈12向下运动的过程中与触发套10接触，并带动触发套10一起向下运动从而触发压力传感器7，实现了压力传感器7对吊带2拉力的可靠和精确检测；压力传感器7将检测到的拉力值传给控制器做出重物被抬起的判断，控制器可控制锁紧机构做出锁紧动作，使得吊带2拉住重物。

肩胛连接单元包括肩胛骨压力板17、球铰连接座20、球铰连接杆23和球铰垫圈22，球铰连接座20固设在肩胛骨压力板17的一侧，固设在球铰连接杆23一端的连接球21与球铰连接座20转动连接，球铰连接杆23的一端与回收基座14固连，球铰连接杆23通过回收基座14上一可调安装孔6与回收基座14连接，球铰垫圈22固设在回收基座14上，且球铰连接杆23穿过球铰垫圈22。肩胛骨压力板17的另一侧呈与人体背部肩胛骨部位相匹配的弧面且铺设有缓冲内衬。

肩胛连接单元将吊带2总成贴合固定于人体背部肩胛骨部位，球铰的三个自由度，实现了吊带2总成良好的与人体背部的契合支撑、可靠连接和一定范围的可调连接；球铰垫圈22使得吊带2总成装置与使用者肩部保持安全距离，肩胛骨压力板17为一与人体背部肩胛骨部位弧面拟合的连接板，压力板背面设置有缓冲内衬，可分散重物通过吊带2总成传递来的压力，提高了人体佩戴的舒适指数，符合人机工程学；通过回收基座14的可调安装孔6、球铰式连接杆的三个自由度，实现可调式连接，使得吊带2总成和肩胛骨压力板17更加灵活的契合人体背部曲面，大大减轻了刚性连接对人体背部带来的冲击感。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种外骨骼机器人的吊带总成，其特征在于：包括吊带导轨、吊带和吊带回收单元；所述吊带导轨中设置有凹槽，所述吊带沿所述凹槽滑动；

所述吊带回收单元包括回收基座和固设在所述回收基座上的卷簧，所述回收基座一端设置有连接管，所述吊带导轨一端设置有转动连接在所述连接管中的中空连接轴，所述回收基座中还设置有限位托辊，所述限位托辊与所述回收基座转动配合，所述限位托辊靠近所述连接管远离所述吊带导轨的一端，所述中空连接轴靠近所述吊带导轨的一端设置有限位挡板，所述限位挡板随所述中空连接轴旋转时能够被所述限位托辊限位，所述回收基座的另一端设置有吊带转轴，所述吊带一端穿过所述中空连接轴并绕在所述吊带转轴上，且所述限位托辊与所述吊带滚动配合；所述卷簧用于驱动所述吊带转轴转动以回收所述吊带。

2.根据权利要求1所述的外骨骼机器人的吊带总成，其特征在于：还包括吊带锁紧单元，所述吊带锁紧单元包括电磁销、齿轮和齿轮锁片，所述齿轮与所述吊带转轴固连，所述电磁销固设在所述回收基座上，所述电磁销能够驱动所述齿轮锁片运动，使得所述齿轮锁片上的锁定齿与所述齿轮啮合或分离；所述电磁销与外骨骼机器人的控制器电连接。

3.根据权利要求1所述的外骨骼机器人的吊带总成，其特征在于：还包括吊带拉力传导检测单元，所述吊带拉力传导检测单元包括压力传感器、滑柱、垫块和两个导向托辊，所述滑柱和两个所述导向托辊均安装在所述吊带导轨上，且均穿过所述凹槽，所述滑柱与所述吊带导轨滑动配合，所述垫块上设置有压板，所述压力传感器安装在所述压板和所述垫块之间，所述压力传感器的顶端套设有与所述压板滑动配合的触发套，所述垫块固设在所述凹槽内，且所述压力传感器位于所述滑柱的正下方，所述滑柱的底端能够与所述触发套接触，所述滑柱位于两个所述导向托辊之间，所述吊带位于所述滑柱的上方，两个所述导向托辊均位于所述吊带的上方，所述滑柱和两个所述导向托辊一起支撑所述吊带。

4.根据权利要求3所述的外骨骼机器人的吊带总成，其特征在于：所述吊带导轨的两个侧壁分别对应所述滑柱设置有一个安装孔，所述安装孔的长度方向与所述压力传感器的检测方向相同，所述滑柱能够沿所述安装孔的长度方向滑动；所述滑柱高于任意一个所述导向托辊；所述滑柱上转动套设有外圈，所述外圈能够与所述触发套接触；所述压力传感器与外骨骼机器人的控制器电连接；所述导向托辊与所述吊带导轨转动配合。

5.根据权利要求1所述的外骨骼机器人的吊带总成，其特征在于：还包括肩胛连接单元，所述肩胛连接单元包括肩胛骨压力板、球铰连接座、球铰连接杆和球铰垫圈，所述球铰连接座固设在所述肩胛骨压力板的一侧，固设在所述球铰连接杆一端的连接球与所述球铰连接座转动连接，所述球铰连接杆的一端与所述回收基座固连，所述球铰垫圈固设在所述回收基座上，且所述球铰连接杆穿过所述球铰垫圈。

6.根据权利要求5所述的外骨骼机器人的吊带总成，其特征在于：所述肩胛骨压力板的另一侧呈与人体背部肩胛骨部位相匹配的弧面且铺设有缓冲内衬。

7.根据权利要求1所述的外骨骼机器人的吊带总成，其特征在于：所述吊带导轨为一拟合人体背-肩-前胸侧曲线轨迹的U型截面轨道。

8.根据权利要求1所述的外骨骼机器人的吊带总成，其特征在于：所述中空连接轴通过回转轴承与所述连接管转动配合，所述回转轴承具有自润滑功能；所述限位挡板呈弧形。

9.根据权利要求1所述的外骨骼机器人的吊带总成，其特征在于：所述吊带转轴中空，且所述吊带转轴的中空部中固设有一吊带卡紧轴，所述吊带转轴上还设置有一径向穿线孔，所述吊带一端固设在所述吊带卡紧轴上，且所述吊带穿过所述径向穿线孔并绕在所述吊带转轴上。

10.根据权利要求1所述的外骨骼机器人的吊带总成，其特征在于：所述回收基座上固设有一罩设在所述卷簧上的卷簧罩，所述卷簧一端插入所述卷簧罩上的安装槽上、另一端插入卷簧轴上的安装槽上，所述卷簧轴与所述吊带转轴同轴且固连。

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