[发明专利]一种肩关节保持外骨骼及其应用

说明书

本发明公开了一种肩关节保持外骨骼及其应用，属于上肢外骨骼机器人领域，肩关节保持外骨骼包括：右臂外骨骼、左臂外骨骼和承力腰带，右臂外骨骼和左臂外骨骼均与承力腰带连接，右臂外骨骼和左臂外骨骼的结构相同；右臂外骨骼包括：支撑机构和锁定机构，支撑机构中的支撑杆中部设置卡齿和滑槽，锁定机构包括：第一固定板、上挡块、下挡块、第二固定板和卡爪，第一固定板和第二固定板通过导向滚轮沿滑槽滑动，上挡块和下挡块分别位于卡齿的上端和下端，卡爪与卡齿分离或者啮合。本发明将肩关节的旋转运动转换为往复运动，采用卡爪、卡齿结构，实现肩关节任意角度保持，结构简洁轻便，不受控制算法和续航时间限制，可以实现完全卸载。

技术领域

本发明属于上肢外骨骼机器人领域，更具体地，涉及一种肩关节保持外骨骼及其应用。

背景技术

在建筑、机场、组装线、仓储、物流等应用环境中，工人需要对货物进行抬举、搬运、下蹲等重复性劳动，或是长时间的持械操作。重复且繁重的工作对人体背部及肩关节损伤极大，易造成肌肉疲劳甚至骨骼损伤。外骨骼机器人可通过主、被动元件及优化设计算法，实现人体作业过程中的有效助力，预防劳动损伤，延长工人职业生涯。

目前肩关节外骨骼根据是否配备外部动力源可分为主动式和被动式外骨骼。其中主动式外骨骼常用于医疗康复、人体增强等应用环境，但其为满足人体运动自由度往往结构复杂、感知与控制难度较大且不够便携。被动式外骨骼采用弹性元件，优化人体运动过程中的能量流动，结构更为简洁轻便，自由度更高，不存在能耗续航等问题，更适合于工人对象的应用。

专利CN107984461A提出了一种气动上肢助力外骨骼机器人，针对物流行业的搬运工作，通过气动肌肉来实现大臂与小臂的助力，但其结构笨重，需要额外的供气系统，且对控制算法要求较高。专利CN108789382A提出了一种上肢助力无源外骨骼机器人，其通过关节角度变化，实现助力与非助力两种状态的自由切换，但其非助力状态虽助力力臂较小，但储能元件仍出力较大，不能实现完全的卸载。

由此可见，现有技术存在对控制算法要求较高、不能完全卸载的技术问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种肩关节保持外骨骼及其应用，由此解决现有技术存在对控制算法要求较高、不能完全卸载的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种肩关节保持外骨骼，包括：右臂外骨骼、左臂外骨骼和承力腰带，所述右臂外骨骼和左臂外骨骼均与承力腰带连接，所述右臂外骨骼和左臂外骨骼的结构相同；

所述右臂外骨骼包括：支撑机构和锁定机构，所述支撑机构包括：手臂绑带、大臂杆和支撑杆，大臂杆的一端与支撑杆连接，另一端固定手臂绑带，支撑杆与承力腰带连接；所述支撑杆中部设置卡齿和滑槽，所述锁定机构包括：第一固定板、上挡块、下挡块、第二固定板和卡爪，第一固定板和第二固定板通过导向滚轮沿滑槽滑动，上挡块和下挡块分别位于卡齿的上端和下端，卡爪与卡齿分离或者啮合。

进一步地，支撑机构还包括：导向绳和平衡弹性元件，所述导向绳一端固定于大臂杆，另一端固定于锁定机构；所述平衡弹性元件一端固定于锁定机构，另一端固定于承力腰带。

进一步地，锁定机构还包括：限位弹性元件和摆杆，所述限位弹性元件与卡爪及第二固定板的固定轴连接，所述摆杆与卡爪同轴固定。

进一步地，第一固定板和第二固定板通过导向滚轮沿滑槽滑动时，当上移触动上挡块时，卡爪与卡齿啮合；当下移触动下挡块时，卡爪与卡齿分离。

进一步地，上挡块和下挡块组成可调节挡块，所述可调节挡块为无源式或者有源式。

进一步地，可调节挡块为无源式时，可调节挡块通过螺钉锁定在支撑杆的滑槽。