[发明专利]一种基于四连杆机构的外骨骼机器人肩关节设计方法

摘要

本发明提出了一种使用四连杆机构设计肩关节的方法：记录双臂自然下垂时肩关节位置，标记肱骨C1B1；双臂伸直自然外展至肱骨位于水平方向，记录肩关节新的位置相对于上一步中肩关节位置的偏移量，标记肱骨C2B2；作图求解所述四连杆机构，将C1B1上端延长至点X1作为四连杆机构的第一个铰接点；在C1B1上另选一点Y1作为四连杆机构的第二个铰接点；在肱骨C2B2上找到对应的两点X2、Y2；以X1、X2为两个端点作一段圆弧X1X2，其圆心位于点V，以Y1、Y2为两个端点作另一段圆弧Y1Y2，其圆心位于点U，则U与V为四连杆机构的另外两个铰接点；作线段UV，线段UV代表四连杆机构的机架。本发明实现了不需要增加电机、减速装置等额外动力部件即可支持肩关节与锁骨联动的运动形式。

主权项

1.一种基于四连杆机构的外骨骼机器人肩关节设计方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：第一步，测出穿戴者的锁骨和肱骨的长度；第二步，穿戴者站直，双臂自然下垂，肱骨竖直，记录肩关节位置，此时记为肱骨C1B1，B代表肩关节的球心点，位于肱骨的上端，C代表肱骨的末端；第三步，双臂伸直自然外展至肱骨位于水平方向，记录肩关节新的位置相对于步骤二中肩关节位置的偏移量，此时记为肱骨C2B2；第四步，作图求解所述四连杆机构：S41、将所述肱骨C1B1上端延长至点X1作为四连杆机构的一个铰接点；在肱骨C1B1上另选一点Y1作为四连杆机构的第二个铰接点；S42、在所述肱骨C2B2上找到对应的两点X2、Y2，B1X1＝B2X2，B1Y1＝B2Y2；S43、以X1、X2为两个端点作一段圆弧X1X2，其圆心位于点V，以Y1、Y2为两个端点作另一段圆弧Y1Y2，其圆心位于点U，则点U与点V为四连杆机构的另外两个铰接点；作线段UV，线段UV代表四连杆机构的机架；S44、借助计算机辅助设计软件驱动所述四连杆草图中的连杆进行运动模拟，验证不同长度的线段与半径组合得到肩部灵活运动的角度范围；S45、根据所述肩部灵活运动的角度范围，再结合装配体的特征与尺寸限制条件选定U、V两点的具体位置，结合杆件UY与VX的强度限制条件选定线段BX与BY的长度，即得到所述四连杆机构；第五步，根据所述四连杆机构的各连杆长度设计具体的外骨骼肩关节构件。