[发明专利]一种助力上肢外骨骼机器人

说明书

本发明公开了一种助力上肢外骨骼机器人，包括依次连接的小臂运动机构、肘关节运动机构、大臂运动机构、肩关节屈曲运动机构和肩关节水平运动机构；小臂运动机构与大臂运动机构一致，均包括弧形轨道以及设置在弧形轨道外表面的关节基座，关节基座上设置有行走轮，行走轮通过扭矩传感器与手臂动力组件连接，行走轮对应的弧形轨道外表面设置有齿条，行走轮与齿条啮合连接，关节基座上还设置有限位组件，限位组件限制关节基座沿弧形轨道的弧形方向运动。本发明通过多关节配合，有效提高了外骨骼机器人与人体的耦合性。

技术领域

本发明涉及外骨骼机器人领域，具体涉及一种助力上肢外骨骼机器人。

背景技术

自从人类创建文明以来，不断从事体力劳动，并且也不断创造发明新型的工具来帮助人们解决困难，提高效率，但始终无法超越人体体能的极限，以及由于生病衰老造成体能下降的问题。同时人们在正常的劳动过程中，也存在着因为人体体能下降等原因，造成人们工作效率降化，甚至造成潜在的安全隐患。近年来,外骨骼的研究发展，非常具有创造性的将人类的脑力和外部机械能量巧融合，使机械有了思维，该方案的提出给人们提供一种解决人体体能极限的新思路。

随着科技的发展，军事装备不断得到更新换代，高科技武器已经改变了整个战争的形态，单兵逐渐成为了战争的主体，随着军事装备的升级，单兵作战装备的重量也在逐渐增加。除了装备的重量增加之外，士兵消耗的物资也在逐渐增加，第二次大战期间，士兵每天的物资消耗为20千克，越南战争期间达90千克，而到了海湾战争时期则达到200千克，庞大的物资消耗必然对后勤补给增加了负担，尤其在山区、丘陵等复杂环境下，轮式车辆受到限制，物资只能靠人工运送，这对士兵的体力也是一个挑战。

外骨骼机器人由于其民用和军用价值，具有巨大的研究意义，已经成为国内外专家学者的一个重要研究方向。人体上肢分为肩、大臂、肘、小臂和手，通过机器人的每个关节来实现人体上肢的各种运动，包括伸、屈、外展、内收和回旋。当前的外骨骼机器人与人体的耦合性差，使用效果不佳。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种助力上肢外骨骼机器人，通过多关节配合，有效提高了外骨骼机器人与人体的耦合性。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种助力上肢外骨骼机器人，包括依次连接的小臂运动机构、肘关节运动机构、大臂运动机构、肩关节屈曲运动机构和肩关节水平运动机构；

所述小臂运动机构与大臂运动机构一致，均包括弧形轨道以及设置在弧形轨道外表面的关节基座，所述关节基座上设置有行走轮，所述行走轮通过扭矩传感器与手臂动力组件连接，所述行走轮对应的弧形轨道外表面设置有齿条，所述行走轮与齿条啮合连接，所述关节基座上还设置有限位组件，所述限位组件限制关节基座沿弧形轨道的弧形方向运动；

所述小臂运动机构的关节基座上设置有手持回转转接臂；

所述肘关节运动机构包括肘关节旋转动力组件，所述肘关节旋转动力组件设置在肘关节连接座上并且旋转输出端设置有小臂摆动板，所述小臂摆动板与小臂运动机构的弧形轨道连接，所述肘关节连接座与大臂运动机构的关节基座固定连接；

所述肩关节屈曲运动机构包括第一肩关节旋转动力组件，所述第一肩关节旋转动力组件设置在肩关节连接座上并且旋转输出端设置有大臂摆动板，所述大臂摆动板与大臂运动机构的弧形轨道连接；

所述肩关节水平运动机构包括第二肩关节旋转动力组件，所述第二肩关节旋转动力组件设置在固定连接座上并且旋转输出端设置有转接臂摆动板，所述转接臂摆动板与肩关节连接座固定连接并呈直角设置，所述固定连接座用于与机架或者机器人本体连接。

进一步的，所述手臂动力组件包括依次连接的手臂编码器、手臂刹车器、手臂电机、手臂减速器和手臂扭矩传感器，所述手臂减速器安装在动力安装板上，所述动力安装板固定在关节基座上，所述手臂减速器的输出端与手臂扭矩传感器连接。