[发明专利]可穿戴式高精度数据采集上肢外骨骼

摘要

本发明的可穿戴式高精度数据采集上肢外骨骼，包括7自由度依次串联的可调节基座、肩部旋转副机构、肩部滑环机构、上臂连杆长度滑动调节机构、肘部平行旋转副机构、肘部滑环机构、下臂连杆长度滑动调节机构、腕部旋转副机构、末端操作手柄和工具夹持装置。在每个关节安装有高精度光电编码器，通过运动学正解能够精确采集末端位置和姿态，可实现对机械手的精确控制；该外骨骼结构紧凑，重量轻，刚度高，能适应不同操作的身高和臂长，并在手柄设有两个控制按钮来控制上位机程序；该外骨骼还可作为引导手，用于偏瘫患者上肢运动康复训练。

主权项

可穿戴式高精度数据采集上肢外骨骼，其特征是包括依次串联的可调节基座（1）、肩部旋转副机构（2）、肩部滑环机构（3）、上臂连杆长度滑动调节机构（4）、肘部平行旋转副机构（5）、肘部滑环机构（6）、下臂连杆长度滑动调节机构（7）、腕部旋转副机构（8）、末端操作手柄（9）和工具夹持装置（10）；可调节基座（1）包括立柱（11）、第一姿态调节件（12）、第二姿态调节件（13）、水平方向调节件（14）和关节连接件（15），第一姿态调节件（12）由两个夹角为150°的平面（16、17）构成，第二姿态调节件（13）由两个夹角为140°的平面（18、19）构成，关节连接件（15）是由上下两块带有滑槽的平行板构成，第一姿态调节件（12）的平面一（16）与立柱（11）通过螺钉相连构成移动副，平面二（17）与第二姿态调节件（15）的平面一（18）固定，第二姿态调节件（13）的平面二（19）与水平方向调节件（14）的一端固定，水平方向调节件（14）的另一端插在关节连接件（15）的两块平行板之间通过螺钉和平行板的滑槽连接构成移动副；肩部旋转副机构（2）包括第一L型连杆（20）和滑环机构连杆（23），第一L型连杆（20）的一端通过轴承与可调节基座（1）中的关节连接件（15）的端部相连构成内收/外展旋转副（21），第一L型连杆（20）另一端通过轴承与滑环机构连杆（23）的一端相连构成屈/伸旋转副（22），这两个旋转副的轴线在同一平面相互垂直，在两个旋转副上分别安装测量旋转角度的第一光电编码器（2‑1）；肩部滑环机构（3）包括从内向外同轴线装置的第一轴承内基座（24）、第一薄壁轴承（25）、第一轴承外基座（26）和第一大齿轮（27）以及三根与轴线平行的连杆（28）、第一半圆型支架（29）、第一小齿轮（30）和第一多圈绝对式编码器（31），第一半圆型支架（29）通过三根与轴线平行的连杆（28）与第一轴承外基座（26）相连，第一半圆型支架（29）的上部与肩部旋转副机构（2）中的滑环机构连杆（23）的另一端相连，第一多圈绝对式编码器（31）与第一轴承外基座（26）的外壁相连，第一小齿轮（30）固定在第一多圈绝对式编码器（31）的输出轴上，与第一大齿轮（27）相啮合；上臂连杆长度滑动调节机构（4）包括两个相互平行的调节机构，每个调节机构是由第一上调节杆（32）和第一下调节杆（33）滑槽配合连接构成的移动副，两个调节机构的第一上调节杆（32）的上端对称固定在肩部滑环机构（3）中的第一轴承内基座（24）上；肘部平行旋转副机构（5）包括两根相互平行的连杆（34、35），两根连杆（34、35）的上端分别通过轴承与上臂连杆长度滑动调节机构（4）中的两根第一下调节杆（33）的下端相连构成旋转副，所构成的两个旋转副的轴线相互重合，在其中一个旋转副上安装测量旋转角度的第二光电编码器（5‑1）；肘部滑环机构（6）包括从内向外同轴线装置的第二轴承内基座（36）、第二薄壁轴承（37）、第二轴承外基座（38）和第二大齿轮（39）以及三根与轴线平行的连杆（40）、第二半圆形支架（41）、第二小齿轮（42）和第二多圈绝对式编码器（43），第二半圆型支架（41）通过三根与轴线平行的连杆（40）与第二轴承内基座（36）相连，肘部平行旋转副机构（5）中的两根相互平行的连杆（34、35）的下端对称固定在第二轴承外基座（38）上，第二多圈绝对式编码器（43）与第二轴承外基座（38）的外壁相连，第二小齿轮（42）固定在第二多圈绝对式编码器（43）的输出轴上，与第二大齿轮（39）相啮合；下臂连杆长度滑动调节机构（7）包括第二上调节杆（44）和第二下调节杆（45），两者通过螺钉和滑槽相连构成移动副；腕部旋转副机构（8）包括第二L型连杆（46）和手柄安装连杆（47），第二L型连杆（46）的一端通过轴承与下臂连杆长度滑动调节机构（7）中的第二下调节杆（45）的下端相连构成旋转副，另一端通过轴承与手柄安装连杆（47）的上端相连构成旋转副，这两个旋转副的轴线在同一平面相互垂直，在两个旋转副上分别安装测量旋转角度的第三光电编码器（8‑1）；末端操作手柄（9）固定在腕部旋转副机构（8）中的手柄安装连杆（47）的中部，末端操作手柄（9）的端部安装有两个用于控制上位机程序的按钮（48），在手柄安装连杆（47）的下端固定工具夹持装置（10）。