CN213197542U - 上肢驱动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种上肢驱动装置，包括用于提供着力点的机关臂以及随操作者上肢摆动用于力反馈的弹性机构，弹性机构包括通过产生形变以输出反馈力矩的弹性件以及用于调节弹性件初始形变量的调节机构，机关臂与弹性机构之间设有用于使弹性件发生形变以输出反馈力矩的运动转换机构，机关臂与运动转换机构之间设有可改变两者装配角度并使两者保持固定连接的压紧装置。克服助力大小调节只能通过更换弹性件来实现；无助力角度范围调节功能的缺点。

Description

上肢驱动装置

技术领域

本实用新型涉及助力领域，尤其是涉及一种上肢驱动装置。

背景技术

目前，在建筑和工业领域中，存在大量的头顶手持工具等的作业场景，如长时间且动作重复工作，很容易引起一些骨骼及肌肉损伤性疾病，严重影响工人的身体健康。此外肩部疲劳还可能引起动作变形，工作质量下降的问题。为解决此类问题，现引入外骨骼技术对操作者进行辅助，以达到省力的目的，而现有的外骨骼结构形式，存在以下缺点：助力大小调节只能通过更换对应的弹性件型号来实现，无法对固定型号的弹性件进行临场调节；无助力角度范围调节功能，对不同场合的适应性较差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供上肢驱动装置，以克服助力大小调节只能通过更换弹性件来实现；无助力角度范围调节功能的缺点。

本实用新型提供的上肢驱动装置，包括用于提供着力点的机关臂以及随操作者上肢摆动用于力反馈的弹性机构，所述弹性机构包括通过产生形变以输出反馈力矩的弹性件以及用于调节所述弹性件初始形变量的调节机构，所述机关臂与所述弹性机构之间设有用于使所述弹性件发生形变以输出反馈力矩的运动转换机构，所述机关臂与所述运动转换机构之间设有可改变两者装配角度并使两者保持固定连接的压紧装置。

进一步的，所述上肢驱动装置还包括壳体。

进一步的，所述弹性件为弹簧。

进一步的，所述调节机构包括调节旋钮以及位于所述壳体对应位置用于与所述调节旋钮啮合的调节孔，所述调节旋钮一端与所述弹性件接触。

进一步的，所述运动转换机构包括凸轮轴，所述凸轮轴与所述壳体转动连接，所述凸轮轴上的凸轮环面与所述弹性机构的力矩输出端接触。

进一步的，所述压紧装置包括设置在所述机关臂端部的圆弧形腰孔、设置在所述凸轮轴对应端部的螺孔以及螺钉，所述螺钉分别与所述圆弧形腰孔、螺孔啮合。

进一步的，所述上肢驱动装置还包括用于与操作者上肢固定的动作臂，所述动作臂与壳体固定连接。

进一步的，所述调节孔边缘设有刻度区域，所述调节旋钮上设有与所述刻度区域配合的指示线。

进一步的，所述弹性机构还包括连杆以及凸轮顶杆，所述连杆的一端与所述壳体转动连接，另一端与所述弹性件接触，所述凸轮顶杆与所述壳体滑动连接，所述凸轮顶杆的一端与所述凸轮轴的凸轮环面接触，另一端与所述连杆的中段杆身接触。

进一步的，所述凸轮顶杆靠近凸轮杆的一端设有用于提高两者之间摩擦力的护套。

有益效果：

本实用新型提供的上肢驱动装置，通过调节机构改变弹性件的初始形变量，改变弹性件对外力的初始反馈力矩，从而改变弹性件的反馈力矩大小区间，相较于传统通过更换弹性件实现反馈力矩大小区间的调整，本方案可直接对反馈力矩大小区间进行调整，以适应不同的应用需求。

压紧装置调节机关臂与运动转换机构之间的装配角度，通过调整机关臂与运动转换机构之间的装配角度，可调整运动转换机构与弹性机构之间的初始位置，初始位置决定运动转换机构对弹性件的初始挤压量，从而增加或减小弹性机构的初始反馈力矩大小，通过压紧机构实现机关臂与运动转换机构之间的若干角度切换，以实现每个角度所对应的初始反馈力矩的切换，达到多个档位的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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为本实用新型实施例提供的上肢驱动装置的一种结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的上肢驱动装置的内部结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的上肢驱动装置的剖视图。

图标：1-机关臂；2-圆弧形腰孔；3-壳体；4-调节旋钮；5-动作臂；6-凸轮轴；7-凸轮顶杆；8-连杆；9-弹性件。

具体实施方式

下面将结合实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例

根据图1至图3所示的上肢驱动装置，包括用于提供着力点的机关臂1以及随操作者上肢摆动用于力反馈的弹性机构，弹性机构包括通过产生形变以输出反馈力矩的弹性件9以及用于调节弹性件9初始形变量的调节机构，机关臂1与弹性机构之间设有用于使弹性件9发生形变以输出反馈力矩的运动转换机构，机关臂1与运动转换机构之间设有可改变两者装配角度并使两者保持固定连接的压紧装置。调节机构的作用是改变弹性件9的初始形变量，由于弹性件9依靠外力作用下的形变产生对外力的反馈，因此改变弹性件9的初始形变量可决定弹性件9对外力的初始反馈力矩，从而决定弹性件9的反馈力矩大小区间，相较于传统通过更换弹性件9实现反馈力矩大小区间的调整，本方案可直接对反馈力矩大小区间进行调整，以适应不同的应用需求。压紧装置的作用是调节机关臂1与运动转换机构之间的装配角度，由于机关臂1为着力点，在操作者摆动上肢时机关臂1保持固定姿态，弹性机构随着上肢的摆动相对机关臂1发生角度变化，而此时运动转换机构与机关臂1固定连接，因此运动转换机构相对弹性机构发生转动，运动转换机构将转动过程中角度的变换量转换为对弹性件9的挤压运动位移量，从而引起弹性件9的形变并产生反馈力矩，通过调整机关臂1与运动转换机构之间的装配角度，可调整运动转换机构与弹性机构之间的初始位置，初始位置决定运动转换机构对弹性件9的初始挤压量，从而增加或减小弹性机构的初始反馈力矩大小，通过压紧机构实现机关臂1与运动转换机构之间的若干角度切换，以实现每个角度所对应的初始反馈力矩的切换，达到多个档位的效果。

在一种可选的实施方案中，上肢驱动装置还包括壳体3。壳体3为内部的各个构件提供装配点以及着力点。

在一种可选的实施方案中，弹性件9为弹簧。弹簧的弹力即为反馈力矩，其与形变量有关。

在一种可选的实施方案中，调节机构包括调节旋钮4以及位于壳体3对应位置用于与调节旋钮4啮合的调节孔，调节旋钮4一端与弹性件9接触。通过调节旋钮4在调节孔内的转动，达到轴向的进给量，以实现对弹性件9的压缩。

在一种可选的实施方案中，运动转换机构包括凸轮轴6，凸轮轴6与壳体3转动连接，凸轮轴6上的凸轮环面与弹性机构的力矩输出端接触。由于凸轮的轮廓线各点距离轴线的径向长度并不一致，因此弹性机构的力矩输出端受到凸轮环面的挤压，当转至凸轮曲率最大处时，此处轮廓点距离轴线的长度最大，弹性件9的压缩量也处于最大。

在一种可选的实施方案中，压紧装置包括设置在机关臂1端部的圆弧形腰孔2、设置在凸轮轴6对应端部的螺孔以及螺钉，螺钉分别与圆弧形腰孔2、螺孔啮合。机关臂1与凸轮轴6的端部配合，两者首先摆成需要的角度，再通过螺钉与圆弧形腰孔2、螺孔的啮合进行紧固。圆弧形腰孔2可调整螺钉在孔内的位置，从而调整机关臂1与凸轮轴6之间的相对位置，达到最适宜操作者穿戴的状态。

在一种可选的实施方案中，上肢驱动装置还包括用于与操作者上肢固定的动作臂5，动作臂5与壳体3固定连接。动作臂5与操作者的上肢进行绑扎。

在一种可选的实施方案中，调节孔边缘设有刻度区域，调节旋钮4上设有与刻度区域配合的指示线。调节旋钮4通过在调节孔内转动对弹性件9进行压缩，刻度区域与指示线的配合使得压缩的程度量化。

在一种可选的实施方案中，弹性机构还包括连杆8以及凸轮顶杆7，连杆8的一端与壳体3转动连接，另一端与弹性件9接触，凸轮顶杆7与壳体3滑动连接，凸轮顶杆7的一端与凸轮轴6的凸轮环面接触，另一端与连杆8的中段杆身接触。连杆8起杠杆的作用，由于弹性件9的力臂大于凸轮顶点的力臂，因此连杆8可将弹性件9的弹力增加，以达到更大的反馈力矩。

在一种可选的实施方案中，凸轮顶杆7靠近凸轮杆的一端设有用于提高两者之间摩擦力的护套。反馈力矩使得凸轮顶点与凸轮轴6上凸轮环面之间的压力增加，进而摩擦力增加，摩擦力限制了凸轮顶杆7的反向转动灵活性，使得反向转动的阻尼增加，从而产生了助力的效果。

当操作者抬起手臂，动作臂5带动壳体3随手臂抬起，机关臂1与操作者的躯体固定从而保持姿态不变，壳体3与机关臂1之间产生角度变化，壳体3内的凸轮顶杆7相对凸轮轴6发生转动，凸轮顶杆7与凸轮轴6上的凸轮环面的接触点逐渐随着凸轮顶杆7的转动而移动至凸轮环面轮廓曲率最大处，此处的轮廓点距离轴线的长度最大，因此凸轮顶杆7受到挤压发生相对壳体3的滑动，凸轮顶杆7进而挤压并推动连杆8发生转动，连杆8的端部推动弹性件9即弹簧发生压缩，弹性件9压缩产生的弹力通过连杆8的传递至凸轮顶点使得凸轮顶点与凸轮环面之间的压力增加，进而造成摩擦力增加，摩擦力使得凸轮顶杆7转动过程中的阻尼增加，限制了其反向转动，摩擦力对操作者手臂进行支撑，以达到助力的效果。

在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.上肢驱动装置，其特征在于，包括用于提供着力点的机关臂(1)以及随操作者上肢摆动用于力反馈的弹性机构，所述弹性机构包括通过产生形变以输出反馈力矩的弹性件(9)以及用于调节所述弹性件(9)初始形变量的调节机构，所述机关臂(1)与所述弹性机构之间设有用于使所述弹性件(9)发生形变以输出反馈力矩的运动转换机构，所述机关臂(1)与所述运动转换机构之间设有可改变两者装配角度并使两者保持固定连接的压紧装置。

2.根据权利要求1所述的上肢驱动装置，其特征在于，所述上肢驱动装置还包括壳体(3)。

3.根据权利要求1所述的上肢驱动装置，其特征在于，所述弹性件(9)为弹簧。

4.根据权利要求2所述的上肢驱动装置，其特征在于，所述调节机构包括调节旋钮(4)以及位于所述壳体(3)对应位置用于与所述调节旋钮(4)啮合的调节孔，所述调节旋钮(4)一端与所述弹性件(9)接触。

5.根据权利要求2所述的上肢驱动装置，其特征在于，所述运动转换机构包括凸轮轴(6)，所述凸轮轴(6)与所述壳体(3)转动连接，所述凸轮轴(6)上的凸轮环面与所述弹性机构的力矩输出端接触。

6.根据权利要求5所述的上肢驱动装置，其特征在于，所述压紧装置包括设置在所述机关臂(1)端部的圆弧形腰孔(2)、设置在所述凸轮轴(6)对应端部的螺孔以及螺钉，所述螺钉分别与所述圆弧形腰孔(2)、螺孔啮合。

7.根据权利要求2所述的上肢驱动装置，其特征在于，所述上肢驱动装置还包括用于与操作者上肢固定的动作臂(5)，所述动作臂(5)与壳体(3)固定连接。

8.根据权利要求4所述的上肢驱动装置，其特征在于，所述调节孔边缘设有刻度区域，所述调节旋钮(4)上设有与所述刻度区域配合的指示线。

9.根据权利要求5所述的上肢驱动装置，其特征在于，所述弹性机构还包括连杆(8)以及凸轮顶杆(7)，所述连杆(8)的一端与所述壳体(3)转动连接，另一端与所述弹性件(9)接触，所述凸轮顶杆(7)与所述壳体(3)滑动连接，所述凸轮顶杆(7)的一端与所述凸轮轴(6)的凸轮环面接触，另一端与所述连杆(8)的中段杆身接触。

10.根据权利要求9所述的上肢驱动装置，其特征在于，所述凸轮顶杆(7)靠近凸轮杆的一端设有用于提高两者之间摩擦力的护套。

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