[发明专利]一种轻量型多自由度肩部复合体仿生助力柔性外骨骼

权利要求书

1.一种轻量型多自由度肩部复合体仿生助力柔性外骨骼，其特征在于：包括作为安装基础的基座组件(500)，该基座组件(500)上部的两侧结构相同，每侧均包括上臂固定组件(100)、盂肱关节运动组件(200)及肩胛带运动组件(300)，其中盂肱关节运动组件(200)包括依次串联的盂肱前伸/后缩关节(210)、盂肱内旋/外旋关节(220)及盂肱外展/内收关节(230)，所述肩胛带运动组件(300)包括彼此串联的肩胛带前伸/后缩关节(310)及肩胛带上提/下落关节(320)，所述上臂固定组件(100)与盂肱前伸/后缩关节(210)连接，所述盂肱外展/内收关节(230)与所述肩胛带前伸/后缩关节(310)连接，所述肩胛带上提/下落关节(320)与基座组件(500)相连；所述盂肱前伸/后缩关节(210)、盂肱内旋/外旋关节(220)、盂肱外展/内收关节(230)、肩胛带前伸/后缩关节(310)及肩胛带上提/下落关节(320)分别通过一个套索驱动单元(400)控制，各所述套索驱动单元(400)分别安装在基座组件(500)上；所述肩部复合体仿生助力柔性外骨骼通过各套索驱动单元(400)的驱动控制具有盂肱关节的前伸/后缩、外展/内收、内旋/外旋以及肩胛带的上提/下落和前伸/后缩五个自由度；

所述盂肱前伸/后缩关节(210)的盂肱前伸/后缩关节旋转轴中心线(J2)、盂肱内旋/外旋关节(220)的盂肱内旋/外旋关节旋转轴中心线(J3)及盂肱外展/内收关节(230)的盂肱外展/内收旋转轴中心线(J4)非垂直相交于盂肱关节运动中心(O)；所述盂肱前伸/后缩关节(210)包括通过旋转装置(240)转动连接的盂肱前伸/后缩执行臂(211)和盂肱前伸/后缩支撑臂(212)，该盂肱前伸/后缩执行臂(211)与所述上臂固定组件(100)相连，所述盂肱内旋/外旋关节(220)包括通过旋转装置(240)转动连接的盂肱内旋/外旋执行臂(221)和盂肱内旋/外旋支撑臂(222)，所述盂肱外展/内收关节(230)包括通过旋转装置(240)转动连接的盂肱外展/内收执行臂(231)和盂肱外展/内收支撑臂(232)，该盂肱外展/内收支撑臂(232)与所述肩胛带前伸/后缩关节(310)相连；所述盂肱前伸/后缩支撑臂(212)与盂肱内旋/外旋执行臂(221)之间以及盂肱内旋/外旋支撑臂(222)与盂肱外展/内收执行臂(231)之间相互连接；各所述旋转装置(240)均与各自的套索驱动单元(400)连接，由各自的所述套索驱动单元(400)提供盂肱关节的前伸/后缩、内旋/外旋及外展/内收的驱动力矩；

所述旋转装置(240)包括套索驱动轮(2401)、空心轴(2404)、拉线(2406)及套索安装定位块A(2407)，该空心轴(2404)安装在盂肱前伸/后缩支撑臂(212)、盂肱内旋/外旋支撑臂(222)、盂肱外展/内收支撑臂(232)、肩胛带伸缩执行臂(311)、肩胛带伸缩支撑臂(316)或肩胛带上提/下落支撑臂(322)上，所述套索驱动轮(2401)转动安装于空心轴(2404)上、并与所述盂肱前伸/后缩执行臂(211)、盂肱内旋/外旋执行臂(221)、盂肱外展/内收执行臂(231)、肩胛带伸缩摆动臂A(312)、肩胛带伸缩摆动臂B(315)或肩胛带上提/下落执行臂(321)相连；在所述盂肱前伸/后缩支撑臂(212)、盂肱内旋/外旋支撑臂(222)、盂肱外展/内收支撑臂(232)、肩胛带伸缩执行臂(311)、肩胛带伸缩支撑臂(316)或肩胛带上提/下落支撑臂(322)朝向盂肱前伸/后缩执行臂(211)、盂肱内旋/外旋执行臂(221)、盂肱外展/内收执行臂(231)、肩胛带伸缩摆动臂A(312)、肩胛带伸缩摆动臂B(315)或肩胛带上提/下落执行臂(321)的一面、位于套索驱动轮(2401)的两侧，分别安装有套索安装定位块A(2407)，每个所述套索安装定位块A(2407)内均穿入有拉线(2406)，该拉线(2406)由所述套索驱动轮(2401)上绕过，一端通过所述套索安装定位块A(2407)定位支撑锁紧，另一端与所述套索驱动单元(400)相连；所述空心轴(2404)内侧连接有角度编码器(2409)，该空心轴(2404)内部容置有编码器延长套(2403)，所述编码器延长套(2403)的两端分别与角度编码器(2409)的转轴和套索驱动轮(2401)相连；所述盂肱前伸/后缩支撑臂(212)、盂肱内旋/外旋支撑臂(222)、盂肱外展/内收支撑臂(232)、肩胛带伸缩执行臂(311)、肩胛带伸缩支撑臂(316)或肩胛带上提/下落支撑臂(322)朝向盂肱前伸/后缩执行臂(211)、盂肱内旋/外旋执行臂(221)、盂肱外展/内收执行臂(231)、肩胛带伸缩摆动臂A(312)、肩胛带伸缩摆动臂B(315)或肩胛带上提/下落执行臂(321)的一面开设有限位弧形槽(2408)，所述套索驱动轮(2401)上开设有限位螺纹孔(2405)，通过限位装置插入该限位弧形槽(2408)及限位螺纹孔(2405)内进行限位；

所述套索驱动单元(400)包括动力源、驱动安装架(414)、套索主动轮(415)、扭矩传感器(416)、刹车豆(417)、涨紧调整架(418)、支撑板(419)、导向板(420)、调节螺栓(421)及套索安装定位块B(423)，该动力源安装在驱动安装架(414)上，输出端连接有套索主动轮(415)，所述套索主动轮(415)上安装有两个刹车豆(417)；所述涨紧调整架(418)的一端开有涨紧导向孔(424)，另一端安装有支撑板(419)，该支撑板(419)上设有调节螺栓(421)，所述驱动安装架(414)上延伸有导向板(420)，该导向板(420)由所述涨紧导向孔(424)穿过，所述调节螺栓(421)与导向板(420)抵接；所述涨紧调整架(418)上安装有两个套索安装定位块B(423)，所述套索主动轮(415)上缠绕有两根拉线(2406)，每根拉线(2406)的一端均固定在一个所述刹车豆(417)上，另一端由一个所述套索安装定位块B(423)穿过后与所述旋转装置(240)连接；所述动力源的输出端安装有扭矩传感器(416)；所述涨紧调整架(418)呈“L”形，所述涨紧导向孔(424)开设在该“L”形的一边，并在该边上开设有用于固定套索安装定位块B(423)的限位槽(425)；所述支撑板(419)固定在该“L”形另一边的端部，在该边上开有槽孔(422)，通过旋拧所述调节螺栓(421)使导向板(420)与涨紧调整架(418)相对移动，进而调整所述涨紧调整架(418)与套索主动轮(415)之间的距离；调整好后的所述导向板(420)通过螺栓插入槽孔(422)中锁紧固定。