CN210148085U - 人体上半身外骨骼的手部摆臂及人体上半身外骨骼 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种人体上半身外骨骼的手部摆臂及人体上半身外骨骼，包括壳体、臂轴、臂向滑轨、臂向滑块和手臂固定件，手臂固定件绑定在手臂上，手臂固定件与臂向滑块连接，臂向滑轨安装在壳体上，臂向滑块在臂向滑轨上滑动以在手臂轴向上移动，壳体转动设置在臂轴上，臂轴和臂向滑轨相对倾斜设置。手臂通过手臂固定件传动臂向滑块，使得臂向滑块能够在臂向滑轨上滑动，进而通过臂向滑块和臂向滑轨的配合提供手臂沿自身轴向的一个直线移动自由度。手臂能通过臂向滑块和臂向滑轨传动壳体，带动壳体绕臂轴转动，相应壳体配合臂轴提供了手臂一个转动自由度。一个直线移动自由度和一个转动自由度配合，使得手臂能够在一个平面或者曲面内自由活动。

Description

人体上半身外骨骼的手部摆臂及人体上半身外骨骼

【技术领域】

本实用新型涉及一种人体上半身外骨骼的手部摆臂及人体上半身外骨骼，属于外骨骼领域。

【背景技术】

人的身体在装备外骨骼的情况下，活动范围受制于外骨骼的自由度。以手臂为例，现在手臂上安装的外骨骼大部分是在关节处转动，从而提供手臂转动的自由度。但是一旦手臂需要相对如腰部前进或者后退，则会造成卡死。因此手臂的活动自由度受到很大的限制。

【实用新型内容】

本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足而提供一种活动自由度更高的人体上半身外骨骼的手部摆臂及人体上半身外骨骼。

解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种人体上半身外骨骼的手部摆臂，包括壳体、臂轴、臂向滑轨、臂向滑块和手臂固定件，手臂固定件绑定在手臂上，手臂固定件与臂向滑块连接，臂向滑轨安装在壳体上，臂向滑块在臂向滑轨上滑动以在手臂轴向上移动，壳体转动设置在臂轴上，臂轴和臂向滑轨相对倾斜设置。

本实用新型的有益效果为：

手臂通过手臂固定件传动臂向滑块，使得臂向滑块能够在臂向滑轨上滑动，进而通过臂向滑块和臂向滑轨的配合提供手臂沿自身轴向的一个直线移动自由度。手臂还能通过臂向滑块和臂向滑轨传动壳体，带动壳体绕臂轴转动，相应壳体配合臂轴提供了手臂一个转动自由度。一个直线移动自由度和一个转动自由度配合，使得手臂能够在一个平面或者曲面内自由活动。以臂轴相对人体下半身不动的情况为例，该直线移动自由能够使得上半身进行前倾或后仰，从而带动手臂进行直线移动。相比仅有单个转动自由度的情况，手臂的活动范围获得明显增加，手臂的活动自由度也有所增加。

本实用新型所述臂轴和臂向滑轨相互垂直。

本实用新型所述手臂轴向平行于臂向滑轨。

本实用新型所述壳体内凹形成凹槽，臂向滑轨的两端均顶住凹槽的侧壁。

本实用新型所述手部摆臂还包括动齿轮、定齿轮、第一支架、第二支架以及弹簧，第一支架安装在壳体上，动齿轮转动设置在壳体上，第二支架安装在动齿轮的偏心位置处，弹簧的两端分别定位在第一支架和第二支架上，动齿轮转动以带动弹簧形变，臂轴和定齿轮固定，动齿轮和定齿轮啮合。

本实用新型所述第一支架转动安装在壳体上，第二支架转动安装在动齿轮上。

本实用新型所述壳体的内壁固定有卡槽支架，卡槽支架的卡槽内贯穿有第一定位杆，第一定位杆的两端均与卡槽的侧壁固定，第一支架转动设置在第一定位杆上，第一支架通过第一定位杆转动安装在壳体上。

本实用新型所述壳体内固定有第二定位杆，第二定位杆的两端均卡紧在壳体的侧壁上，第二定位杆平行于臂轴，动齿轮转动安装在第二定位杆上。

本实用新型所述动齿轮的边缘处设置有U形板，U形板的两端分别与动齿轮的两个底壁固定，U形板上贯穿有第三定位杆，第三定位杆位于动齿轮的边缘外侧，第二支架绕第三定位杆转动设置，第二支架通过第三定位杆转动安装在动齿轮上。

本实用新型所述壳体内壁上转动设置有锁紧开关，壳体的侧壁上开设有通孔，锁紧开关至少部分露出在通孔外侧，锁紧开关用于锁定动齿轮。

一种人体上半身外骨骼，包括基座以及手部摆臂，臂轴安装在基座上。

本实用新型的其他特点和优点将会在下面的具体实施方式、附图中详细的揭露。

【附图说明】

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明：

图1为本实用新型实施例的手部摆臂的立体结构示意图；

图2为本实用新型实施例的人体上半身外骨骼的立体结构示意图；

图3为本实用新型实施例的另一手部摆臂的立体结构示意图；

图4为本实用新型实施例的壳体的主视结构示意图。

【具体实施方式】

下面结合本实用新型实施例的附图对本实用新型实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本实用新型的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

在下文描述中，出现诸如术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或者位置关系仅是为了方便描述实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

实施例：

参见图1-4，本实施例展示的一种人体上半身外骨骼，包括基座以及手部摆臂。基座支撑于腰部，手部摆臂则安装在手臂上，手部摆臂相对基座活动设置，由手臂提供手部摆臂动力以使得手部摆臂在基座上活动。其中图1和3展示的是左手的手部摆臂，图2展示的是右手的手部摆臂。

具体的，手部摆臂包括壳体1、臂轴2、动齿轮3、定齿轮4、第一支架5、第二支架6、弹簧7、臂向滑轨15、臂向滑块16和手臂固定件17。

手臂固定件17绑定在手臂上，手臂固定件17与臂向滑块16连接。手臂固定件17可以选用绑带，绑带将手臂绑住。手臂固定件17可以和臂向滑块16固定，从而通过手臂传动臂向滑块16。

臂向滑轨15安装在壳体1上。壳体1采用塑料材质制作，臂向滑轨15材质为钢材，为此本实施例中壳体1的外壁内凹形成一个凹槽，臂向滑轨15通过螺钉固定在该凹槽内。臂向滑轨15的两端均顶住凹槽的侧壁，通过凹槽的侧壁对臂向滑块16进行限位。

臂向滑块16安装在臂向滑轨15上，手臂提供臂向滑块16动力，使臂向滑块16在臂向滑轨15上滑动。其中手臂的轴向和臂向滑轨15平行或者大致平行，一般而言手臂的轴向和臂向滑轨15的夹角不大于45°。因此臂向滑块16在臂向滑轨15上滑动时手臂能够沿自身的轴向产生位移。

最为优选的情况下，手臂轴向平行于臂向滑轨15。利用臂向滑块16在臂向滑轨15上滑动自由量，手臂可以进行直线移动，例如臂向滑轨15水平或者近似水平，同时臂向滑轨15垂直于背部情况下，人体上半身可以沿前后方向倾倒，使得手臂进行水平方向的前后移动，进而使手臂可以对较远距离的物品进行拿取或者放置。

壳体1转动设置在臂轴2上，并且臂轴2和臂向滑轨15相对倾斜设置，因此手臂利用臂向滑块16和臂向滑轨15之间的相互作用力驱使壳体1绕臂轴2转动。为了避免臂向滑块16在臂向滑轨15滑动时产生壳体1沿臂轴2轴向移动的分力，臂轴2和臂向滑轨15一般相互垂直。

臂轴2相对腰部不动，此时臂轴2沿两肩部的相对方向水平设置，手臂拥有绕肩部在垂直于背面的平面内进行转动的自由度以及带动肩部在躯干前后方向上直线移动的自由度。

第一支架5安装在壳体1内，第一支架5与壳体1的连接方式包括但不限于固定连接。例如本实施例中第一支架5转动安装在壳体1内壁。

优选的，壳体1的内壁设置有卡槽支架8，壳体1内壁形成有与卡槽支架8形状相匹配的限位筋，卡槽支架8卡在限位筋之间，并利用螺钉配合限位筋将卡槽支架8固定在壳体1内壁上。卡槽支架8的卡槽内贯穿有第一定位杆9，第一定位杆9的两端均与卡槽的侧壁固定。第一支架5转动设置在第一定位杆9上，以实现第一支架5在卡槽内的定轴转动。第一定位杆9配合卡槽的侧壁防止第一支架5和卡槽支架8分离。相应第一支架5相对壳体1做定轴转动。

壳体1内固定有第二定位杆10，第二定位杆10的两端均卡紧在壳体1的内壁上。与第一定位杆9原理类似，动齿轮3转动安装在第二定位杆10上，通过壳体1内壁防止第二定位杆10和动齿轮3分离，动齿轮3通过第二定位杆10相对壳体1做定轴转动。

第二支架6安装在动齿轮3的偏心位置处，动齿轮3绕第二定位杆10转动过程中带动第二支架6绕第二定位杆10转动。第二支架6与动齿轮3的连接方式同样包括但不限于固定连接。例如本实施例中第二支架6转动安装在动齿轮3上。

具体的，动齿轮3的边缘处设置有U形板11，U形板11的两端分别与动齿轮3的两个底壁固定。U形板11上贯穿有第三定位杆12，此时第三定位杆12的两端均固定在U形板11上，第二支架6绕第三定位杆12转动设置，利用第三定位杆12使得第二支架6相对动齿轮3定轴转动。第二支架6通过第三定位杆12转动安装在动齿轮3上。

弹簧7的两端分别定位在第一支架5和第二支架6上，例如采用螺钉锁紧弹簧7端部的方式使弹簧7的两端分别与第一支架5和第二支架6固定。

优选的，第三定位杆12位于动齿轮3的边缘外侧，以使得第二支架6相对动齿轮3转动过程中使弹簧7尽可能远离动齿轮3外壁处的齿。

动齿轮3绕第二定位杆10转动，带动第二支架6绕第二定位杆10转动，使得第一支架5和第二支架6间距发生变化，从而使弹簧7发生形变。

同时弹簧7形变过程中会使得第一支架5在卡槽支架8上转动，同时第二支架6在动齿轮3上转动，从而使得弹簧7尽可能沿自身轴向形变，以减小弹簧7形变过程中的扭曲，增加弹簧7的寿命。

臂轴2采用如固定的方式安装在基座上，而基座固定在腰部，以固定臂轴2和腰部的相对位置。壳体1通过臂轴2转动安装在基座上，臂轴2和定齿轮4同轴固定，壳体1绕臂轴2和定齿轮4进行定轴转动。手臂带动壳体1绕臂轴2转动，动齿轮3转动以带动弹簧7形变。

动齿轮3和定齿轮4啮合，壳体1安装在手臂上，手臂带动壳体1绕臂轴2转动，壳体1在绕臂轴2转动过程中第二定位杆10和第一定位杆9也一并绕臂轴2转动。基座、臂轴2和定齿轮4三者固定，因此第二定位杆10绕臂轴2转动过程中会迫使动齿轮3绕第二定位杆10转动，以此使弹簧7形变，对动齿轮3绕第二定位杆10转动形成阻碍作用，进而对动齿轮3绕臂轴2转动进行阻碍，动齿轮3通过动齿轮3将上述阻碍力传递至壳体1，通过壳体1对手臂形成支持力。

弹簧7为原长时壳体1在臂轴2上的位置为基准位置，此后手臂不管带动壳体1绕臂轴2进行顺时针转动或者逆时针转动，均会受到壳体1对手臂的一个反方向的支撑力，该支撑力的方向始终是使壳体1朝向基准位置转动的，壳体1与基准位置偏离越多，支撑力越大。考虑到弹簧7的形变速度，支撑力的变化几乎是实时响应。

控制壳体1在基准位置时手臂相对躯干的位置，使得壳体1绕臂轴2转动大角度时手臂相对躯干转动了较大的角度，构成了一个难度较大的动作，相应手臂会受到较大的支撑力。且动作难度越大，支撑力越大。

优选的，第一定位杆9、第二定位杆10、第三定位杆12均平行于臂轴2，以尽可能使第一支架5、第二支架6、动齿轮3和壳体1的转动平面尽可能平行。

弹簧7的数量为多根，以增加壳体1的支撑力。同时多根弹簧7能够增加第一支架5和第二支架6的转动稳定性。

例如本实施例中弹簧7共有两根，以减少弹簧相互间缠绕的风险。两根弹簧7并排设置，其中第一支架5和第二支架6均为三角支架，弹簧7的两端分别定位在第一支架5的端部和第二支架6的端部。此时第一支架5和第二支架6均各自有三个定位点，以防止第一支架5和第二支架6不必要的晃动。

本实施例中只要壳体1不饶臂轴2进行转动，手臂仅仅沿臂向滑轨15移动的情况下弹簧7间接对手臂产生的支撑力大小就不会改变，因此手臂能够在受到几乎恒定的支撑力的情况下进行直线移动。

壳体1内壁上转动设置有锁紧开关13，壳体1的内壁上固定有第四定位杆14，锁紧开关13在壳体1内壁上绕第四定位杆14定轴转动，壳体1的侧壁上开设有通孔，锁紧开关13至少部分露出在通孔外侧，以方便用户在壳体1外侧控制锁紧开关13绕第四定位杆14转动。

其中锁紧开关13和壳体1之间设置有扭簧，扭簧套在第四定位杆14上。扭簧未形变时，锁紧开关13压紧动齿轮3，以限制动齿轮3转动，从而达到壳体1在臂轴2上锁定的效果。转动锁紧开关13，驱使扭簧形变，同时驱使锁紧开关13与动齿轮3分离，解锁动齿轮3，使得壳体1能够在臂轴2上转动。松开锁紧开关13后在扭簧作用下锁紧开关13与动齿轮3重新接触，达到锁紧的效果。

在其他实施例中，壳体1可以在扭簧未形变时解锁，扭簧形变时锁定。

此外锁紧开关13为半圆形，从而使锁紧开关13绕第四定位杆14转动时第四定位杆14与紧动齿轮3之间间距产生变化。

优选的，锁紧开关13的外壁处设置有摩擦纹理，以便于用户转动锁紧开关13。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本实用新型包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本实用新型的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (10)

1.一种人体上半身外骨骼的手部摆臂，其特征在于：包括壳体、臂轴、臂向滑轨、臂向滑块和手臂固定件，手臂固定件绑定在手臂上，手臂固定件与臂向滑块连接，臂向滑轨安装在壳体上，臂向滑块在臂向滑轨上滑动以在手臂轴向上移动，壳体转动设置在臂轴上，臂轴和臂向滑轨相对倾斜设置。

2.根据权利要求1所述的人体上半身外骨骼的手部摆臂，其特征在于：所述臂轴和臂向滑轨相互垂直。

3.根据权利要求1所述的人体上半身外骨骼的手部摆臂，其特征在于：所述手臂轴向平行于臂向滑轨。

4.根据权利要求1所述的人体上半身外骨骼的手部摆臂，其特征在于：所述壳体内凹形成凹槽，臂向滑轨的两端均顶住凹槽的侧壁。

5.根据权利要求1所述的人体上半身外骨骼的手部摆臂，其特征在于：所述手部摆臂还包括动齿轮、定齿轮、第一支架、第二支架以及弹簧，第一支架安装在壳体上，动齿轮转动设置在壳体上，第二支架安装在动齿轮的偏心位置处，弹簧的两端分别定位在第一支架和第二支架上，动齿轮转动以带动弹簧形变，臂轴和定齿轮固定，动齿轮和定齿轮啮合。

6.根据权利要求5所述的人体上半身外骨骼的手部摆臂，其特征在于：所述第一支架转动安装在壳体上，第二支架转动安装在动齿轮上。

7.根据权利要求6所述的人体上半身外骨骼的手部摆臂，其特征在于：所述壳体的内壁固定有卡槽支架，卡槽支架的卡槽内贯穿有第一定位杆，第一定位杆的两端均与卡槽的侧壁固定，第一支架转动设置在第一定位杆上，第一支架通过第一定位杆转动安装在壳体上。

8.根据权利要求5所述的人体上半身外骨骼的手部摆臂，其特征在于：所述壳体内固定有第二定位杆，第二定位杆的两端均卡紧在壳体的侧壁上，第二定位杆平行于臂轴，动齿轮转动安装在第二定位杆上。

9.根据权利要求6所述的人体上半身外骨骼的手部摆臂，其特征在于：所述动齿轮的边缘处设置有U形板，U形板的两端分别与动齿轮的两个底壁固定，U形板上贯穿有第三定位杆，第三定位杆位于动齿轮的边缘外侧，第二支架绕第三定位杆转动设置，第二支架通过第三定位杆转动安装在动齿轮上。

10.一种人体上半身外骨骼，其特征在于：包括基座以及如权利要求1-9任一权利要求所述的手部摆臂，臂轴安装在基座上。

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