[实用新型]适用于上肢外骨骼机构腕部运动的机械结构

说明书

本实用新型公开了一种适用于上肢外骨骼机构腕部运动的机械结构，其结构包括基座、机械腕部组件、机械手部组件、电机驱动组件；所述的基座支撑整个上肢外骨骼腕部结构，所述的机械腕部组件与所述的基座连接，所述的机械手部组件与所述的机械腕部结构连接，所述的电机驱动组件作为整个上肢外骨骼腕部结构的动力源；所述的机械腕部结构主体部分采用双摇杆机构。本实用新型结构通过电动驱动的方式，实现了腕部两个自由度的运动，解决了现有电动驱动方式手部关节活动不全面的问题，降低了上肢外骨骼机械结构的成本。

技术领域

本实用新型涉及上肢外骨骼机械领域，特别涉及一种适用于上肢外骨骼机构腕部运动的机械结构。

背景技术

上肢外骨骼是一种可穿戴的人机一体化智能装置，广泛应用于军事、工业和人体康复训练领域。因此，开发和应用上肢外骨骼具有非常现实的意义。

助力外骨骼始于1960年美国GE公司研制的单兵助力外骨骼Hardiman，该系统用于增强士兵的手臂持重能力。加拿大伯克利分校、美国雷声公司、日本筑波大学、韩国汉阳大学等相继研制了不同结构形式的外骨骼机器人。这些外骨骼系统多采用气压、液压和电动驱动，主要应用于军事和医疗康复领域。国内，针对外骨骼技术的研究处于起步阶段，但起点高，发展比较迅速。其中，清华大学、哈尔滨工业大学、浙江大学、华中科技大学、西安交通大学中国科学院、河北工业大学等高校研究所等正在开展相关研究开发，多数尚未运用于实际。

如北京工业大学申请的一种柔性上肢助力外骨骼(108578173A)，包括外骨骼柔性执行部件和控制系统。柔性上肢助力外骨骼主要以负压旋转气动人工肌肉作为柔性驱动元件，一个微型真空抽气泵为负压源，控制系统根据力传感器、表面肌电传感器以及惯性测量单元对肌肉力、肘关节角度以及人机交互力等进行测量，对上肢力、位和运动信息反馈进行实时处理，并对人机协同状态进行估计，实时控制微型真空抽气泵的负压流量和气路的切换，基于人机协同状态对左臂和右臂上穿戴的外骨骼柔性执行部件上相应的负压旋转气动人工肌肉进行压力控制，在上肢活动过程中实时为左、右臂提供辅助肘关节弯曲和伸展的转矩，达到为肘关节助力以及肘关节运动损伤康复训练的目的。

又如电子科技大学申请的一种上肢助力外骨骼驱动系统(107671848A)，它是由：上臂气液驱动缸、背带、肩部内侧关节、肩部前伸关节、下臂气液驱动缸、肘关节、下臂支撑架组成。本实用新型采用以气液串联缸作为上肢助力外骨骼机构中肩关节和肘关节的驱动执行器，可在保留原气动系统快速性的基础上，通过液压部分增强系统刚度和稳定性，克服气动系统稳定性差，系统结构刚度低等缺点，同时提高系统柔顺能力和运行精度。

总体来说，目前的国内外助力外骨骼机器人系统的驱动结构主要采用电动、液压和气压三种。液压驱动的助力外骨骼机器人负重能力强，刚度大，但系统重量大，油液容易泄露，柔顺能力差；气压驱动的外骨骼机器人装置轻巧，柔顺能力强，但系统结构刚度低，运动稳定性低。电动驱动方式的系统结构简单，精度高，但多数电动驱动方式的手部关节活动不全面。尤其是腕部结构的两个自由度实现过程难度较大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有电机驱动方式手部关节活动不全面的问题，提供了一种适用于上肢外骨骼机构腕部运动的机械结构。实现了腕关节的圆周运动和外摆内收两个自由度的运动。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

包括基座、机械腕部组件、机械手部组件、电机驱动组件；所述的基座支撑整个上肢外骨骼腕部结构，所述的机械腕部组件与所述的基座连接，所述的机械手部组件与所述的机械腕部结构连接，所述的电机驱动组件作为整个上肢外骨骼腕部结构的动力源；所述的机械腕部结构主体部分采用双摇杆机构。

进一步的，所述的齿轮组件包括主动齿轮、从动齿轮；所述的主动齿轮与前臂驱动轴连接，所述的主动齿轮与从动齿轮均为模数相等、分度圆相等的标准齿轮；所述的第三从动齿轮与连杆组件连接；所述从动齿轮同时与齿轮固定组件连接。