外骨骼機器人的上肢結構及上肢結構組件的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及外骨骼機器人的上肢結構及上肢結構組件。該外骨骼機器人的上肢結構包括：用于固定在人體上的肩部驅動模塊；大臂骨架，大臂骨架與肩部驅動模塊相連接并由肩部驅動模塊進行動力驅動，大臂骨架通過大臂固定件固定在人體大臂上；小臂骨架，小臂骨架與大臂骨架通過肘部驅動模塊相連接并由肘部驅動模塊進行動力驅動；以及把手，把手安裝在小臂骨架上，把手上設置有與肩部驅動模塊和肘部驅動模塊均進行信號連接的傳感器。本實用新型的外骨骼機器人的上肢結構及上肢結構組件能起到以下有益技術效果：能實現類似于人手臂的各種動作，并能實現人對其的隨動控制。
【專利說明】
外骨骼機器人的上肢結構及上肢結構組件
技術領域
[0001]本實用新型涉及外骨骼機器人，尤其涉及外骨骼機器人的上肢結構及上肢結構組件。
【背景技術】
[0002]最早的人體外骨骼機器人是1966年通用電氣公司(GE)研制的Hardman助力機器人。進入21世紀之后，隨著計算機、新材料、機械工程等學科技術的進步和突破，可穿戴式外骨骼機器人的發展開始進入爆發期。其中著名的有美國國防部先進研究項目局(DAPRA)的XOS和HULC、洛克希德馬丁公司FORTIS、以色列創業項目Rewi I k、新西蘭創業項目Rex以及日本筑波大學HAL等外骨骼機器人類型產品。
[0003]然而，目前可穿戴式外骨骼機器人主要針對下肢助行，用于康復領域。現有技術中幾乎沒有針對外骨骼機器人上肢結構的設計。
【實用新型內容】
[0004]以下給出一個或多個方面的簡要概述以提供對這些方面的基本理解。此概述不是所有構想到的方面的詳盡綜覽，并且既非旨在指認出所有方面的關鍵性或決定性要素亦非試圖界定任何或所有方面的范圍。其唯一的目的是要以簡化形式給出一個或多個方面的一些概念以為稍后給出的更加詳細的描述之序。
[0005]本實用新型的一個目的在于，提供一種外骨骼機器人的上肢結構，其能實現類似于人手臂的各種動作，并能實現人對其的隨動控制。
[0006]本實用新型的以上目的通過一種外骨骼機器人的上肢結構來實現，該外骨骼機器人的上肢結構包括:
[0007]用于固定在人體上的肩部驅動模塊；
[0008]大臂骨架，所述大臂骨架與所述肩部驅動模塊相連接并由所述肩部驅動模塊進行動力驅動，所述大臂骨架通過大臂固定件固定在人體大臂上；
[0009]小臂骨架，所述小臂骨架與所述大臂骨架通過肘部驅動模塊相連接并由所述肘部驅動模塊進行動力驅動；以及
[0010]把手，所述把手安裝在所述小臂骨架上，所述把手上設置有與所述肩部驅動模塊和所述肘部驅動模塊均進行信號連接的傳感器。
[0011]根據上述技術方案，本實用新型的外骨骼機器人的上肢結構能起到以下有益技術效果:由傳感器感測手部壓力信號，并將這些壓力信號轉變為電信號而傳送至肘部驅動模塊及肩部驅動模塊，繼續驅動相應的小臂骨架及大臂骨架運動，能實現類似于人手臂的各種動作，并能實現人對其的隨動控制。
[0012]較佳的是，所述外骨骼機器人的上肢結構還包括背部骨架，所述肩部驅動模塊與所述背部骨架相連接固定。
[0013]較佳的是，所述外骨骼機器人的上肢結構還包括肩部上連接件和肩部下連接件，所述肩部上連接件與所述背部骨架通過豎直軸相連接，所述肩部下連接件與所述肩部上連接件通過水平軸相連接，所述肩部上連接件與所述背部骨架之間形成一個被動關節，所述肩部下連接件與所述肩部上連接件之間形成另一個被動關節。
[0014]較佳的是，所述肩部驅動模塊包括肩部驅動關節和用于驅動所述肩部驅動關節的肩部驅動電機;所述肘部驅動模塊包括肘部驅動關節和用于驅動所述肘部驅動關節的肘部驅動電機。
[0015]較佳的是，所述外骨骼機器人的上肢結構還包括護板，所述護板設置在所述小臂骨架的前端處。
[0016]較佳的是，所述傳感器是多軸力傳感器。
[0017]較佳的是，所述大臂固定件為大臂綁帶。
[0018]較佳的是，所述肩部上連接件與所述背部骨架通過豎直軸鉸接，所述肩部下連接件與所述肩部上連接件通過水平軸鉸接。
[0019]較佳的是，所述大臂骨架和所述小臂骨架各自具有仿生曲面。
[0020]本實用新型的另一目的在于，提供一種外骨骼機器人的上肢結構組件，其能實現類似于人手臂的各種動作，并能實現人對其的隨動控制。
[0021]本實用新型的以上目的通過一種外骨骼機器人的上肢結構組件來實現，該外骨骼機器人的上肢結構組件包括:安裝在人體背部上的背部骨架、位于人體左手側的如前所述的上肢結構、以及位于人體右手側的如前所述的上肢結構；位于人體左手側及右手側上肢結構中的肩部驅動模塊均與背部骨架連接。
[0022]根據上述技術方案，本實用新型的外骨骼機器人的上肢結構組件能起到以下有益技術效果:能實現類似于人手臂的各種動作，并能實現人對其的隨動控制。
[0023]較佳的是，所述背部骨架為呈三角架的背板。
【附圖說明】
[0024]在結合以下附圖閱讀本公開的實施例的詳細描述之后，能夠更好地理解本實用新型的上述特征和優點。在附圖中，各部件不一定是按比例繪制，并且具有類似的相關特性或特征的部件可能具有相同或相近的附圖標記。
[0025]圖1是本實用新型一實施方式的外骨骼機器人的上肢結構組件的整體示意圖。
[0026]附圖標記列表
[0027]1、背部骨架
[0028]2、肩部上連接件
[0029]3、肩部下連接件
[0030]4、肩部驅動模塊
[0031]5、大臂骨架
[0032]6、大臂固定件
[0033]7、肘部驅動模塊
[0034]8、小臂骨架
[0035]9、把手
[0036]10、護板
[0037]11、傳感器
【具體實施方式】
[0038]下面結合具體實施例和附圖對本實用新型作進一步說明，在以下的描述中闡述了更多的細節以便于充分理解本實用新型，但是本實用新型顯然能夠以多種不同于此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本實用新型內涵的情況下根據實際應用情況作類似推廣、演繹，因此不應以此具體實施例的內容限制本實用新型的保護范圍。
[0039]圖1是本實用新型一實施方式的外骨骼機器人的上肢結構組件的整體示意圖。
[0040]如圖1所示，外骨骼機器人的上肢結構組件可包括:安裝在人體背部上的背部骨架
1、位于人體左手側的上肢結構、以及位于人體右手側的上肢結構。位于人體左手側的上肢結構和位于人體右手側的上肢結構可具有基本相同的結構，并且可相對于彼此左右對稱。
[0041]下面參照圖1所示的外骨骼機器人上肢結構組件的其中一個上肢結構(例如，位于人體左手側的上肢結構)對本實用新型一實施方式的外骨骼機器人上肢結構進行說明。
[0042]根據本實用新型一實施方式，一種外骨骼機器人的上肢結構，包括:
[0043]肩部驅動模塊4，該肩部驅動模塊4可直接固定在人體上進行使用，或與背部骨架I連接固定進行使用；
[0044]大臂骨架5，大臂骨架5與背部骨架I通過肩部驅動模塊4相連接并由肩部驅動模塊4進行動力驅動，大臂骨架5通過大臂固定件6固定在人體大臂上；
[0045]小臂骨架8，小臂骨架8與大臂骨架5通過肘部驅動模塊7相連接并由肘部驅動模塊7進行動力驅動；以及
[0046]把手9，把手9安裝在小臂骨架8上、例如安裝在小臂骨架8的前端附近，把手9上設置有傳感器11(也就是說，把手9連接至傳感器11，把手9和傳感器11安裝在小臂骨架8的前端附近)，傳感器11與肩部驅動模塊4和肘部驅動模塊7均進行信號連接(例如，借助有線或無線方式實現彼此通信)。
[0047]這樣，由傳感器感測手部壓力信號，并將這些壓力信號轉變為電信號而傳送至肘部驅動模塊及肩部驅動模塊，繼續驅動相應的小臂骨架及大臂骨架運動，該外骨骼機器人的上肢結構能實現類似于人手臂的各種動作，并能實現人對其的隨動控制。
[0048]較佳的是，本實用新型的外骨骼機器人的上肢結構還包括肩部上連接件2和肩部下連接件3，肩部上連接件2與背部骨架I通過豎直軸相連接(例如鉸接)，肩部下連接件3與肩部上連接件2通過水平軸相連接(例如鉸接)，肩部上連接件2與背部骨架I之間形成一個被動關節，肩部下連接件3與肩部上連接件2之間形成另一個被動關節。
[0049]較佳的是，肩部驅動模塊4包括肩部驅動關節和用于驅動肩部驅動關節的肩部驅動電機。
[0050]這樣，傳感器11所感測到的力信號可傳送至肩部驅動模塊4，經由肩部驅動電機驅動肩部驅動關節。
[0051]較佳的是，肘部驅動模塊7包括肘部驅動關節和用于驅動肘部驅動關節的肘部驅動電機。
[0052]這樣，傳感器11所感測到的力信號可傳送至肘部驅動模塊7，經由肘部驅動電機驅動肘部驅動關節。
[0053]較佳的是，外骨骼機器人的上肢結構還包括護板10，護板10設置在小臂骨架8的前端處。
[0054]這樣，護板10可用于保護人的手指。
[0055]較佳的是，傳感器11是多軸力傳感器。
[0056]這樣，多軸力傳感器可以感測人手施加至把手9的沿著多個軸向的力信號，并將這些力信號轉變為電信號而傳送至肩部驅動模塊4和肘部驅動模塊7，從而較佳地實現外骨骼機器人上肢結構類似于人手臂的各種動作，并能較佳地實現人對外骨骼機器人上肢結構的隨動控制。
[0057]較佳的是，大臂固定件6為大臂綁帶。
[0058]較佳的是，背部骨架I為呈三角架的背板。這樣的背部骨架滿足力學要求，更加穩定可靠。
[0059]較佳的是，肩部上連接件2與背部骨架I之間形成一個被動關節，可使肩部上連接件2繞豎直軸轉動，實現整個手臂的外展/內收；肩部下連接件3與肩部上連接件2之間形成另一個被動關節，可使肩部下連接件3繞水平軸轉動，實現整個手臂的內旋/外旋。
[0060]較佳的是，大臂骨架5與肩部下連接件3通過肩部驅動模塊4相連接，大臂骨架5與肩部下連接件3之間形成一個驅動關節(S卩，肩部驅動關節)，實現整個手臂的前屈/后伸。
[0061]較佳的是，小臂骨架8與大臂骨架5通過肘部驅動模塊7相連接，小臂骨架8與大臂骨架5之間形成一個驅動關節(即，肘部驅動關節)，實現小臂的前屈/后伸。
[0062]這樣，對于一個外骨骼機器人上肢結構而言，其可具有位于肩部的一個驅動關節和兩個被動關節(即，位于肩部的一個驅動自由度和兩個被動自由度)、以及位于肘部的一個驅動關節(即，位于肘部的一個驅動自由度)，總計具有兩個驅動自由度和兩個被動自由度，即，具有類似于人手臂的多自由度。
[0063]對于包括位于人體左手側的上肢結構和位于人體右手側的上肢結構的外骨骼機器人上肢結構組件而言，其可相應地總計具有四個驅動自由度和四個被動自由度。
[0064]較佳的是，大臂骨架5和小臂骨架8各自具有仿生曲面。
[0065]這樣，大臂骨架5和小臂骨架8采用符合人機工程學的設計，使得整體上肢結構美觀、緊湊，同時具有較好的穿戴適應性。
[0066]以上對本實用新型的【具體實施方式】進行了描述，但本領域技術人員將會理解，上述【具體實施方式】并不構成對本實用新型的限制，本領域技術人員可以在以上公開內容的基礎上進行多種修改，而不超出本實用新型的范圍。
【主權項】
1.一種外骨骼機器人的上肢結構，其特征在于，所述上肢結構包括: 用于固定在人體上的肩部驅動模塊； 大臂骨架，所述大臂骨架與所述肩部驅動模塊相連接并由所述肩部驅動模塊進行動力驅動，所述大臂骨架上設置有用于固定在人體大臂上的大臂固定件； 小臂骨架，所述小臂骨架與所述大臂骨架通過肘部驅動模塊相連接并由所述肘部驅動模塊進行動力驅動；以及 把手，所述把手安裝在所述小臂骨架上，所述把手上設置有與所述肩部驅動模塊和所述肘部驅動模塊均進行信號連接的傳感器。2.如權利要求1所述的外骨骼機器人的上肢結構，其特征在于，還包括背部骨架，所述肩部驅動模塊與所述背部骨架相連接固定。3.如權利要求2所述的外骨骼機器人的上肢結構，其特征在于，還包括肩部上連接件和肩部下連接件，所述肩部上連接件與所述背部骨架通過豎直軸相連接，所述肩部下連接件與所述肩部上連接件通過水平軸相連接，所述肩部上連接件與所述背部骨架之間形成一個被動關節，所述肩部下連接件與所述肩部上連接件之間形成另一個被動關節。4.如權利要求1所述的外骨骼機器人的上肢結構，其特征在于，所述肩部驅動模塊包括肩部驅動關節和用于驅動所述肩部驅動關節的肩部驅動電機;所述肘部驅動模塊包括肘部驅動關節和用于驅動所述肘部驅動關節的肘部驅動電機。5.如權利要求1所述的外骨骼機器人的上肢結構，其特征在于，還包括護板，所述護板設置在所述小臂骨架的前端處。6.如權利要求1所述的外骨骼機器人的上肢結構，其特征在于，所述傳感器是多軸力傳感器。7.如權利要求1所述的外骨骼機器人的上肢結構，其特征在于，所述大臂固定件為大臂綁帶。8.如權利要求3所述的外骨骼機器人的上肢結構，其特征在于，所述肩部上連接件與所述背部骨架通過豎直軸鉸接，所述肩部下連接件與所述肩部上連接件通過水平軸鉸接。9.如權利要求1所述的外骨骼機器人的上肢結構，其特征在于，所述大臂骨架和所述小臂骨架各自具有仿生曲面。10.一種外骨骼機器人的上肢結構組件，包括:安裝在人體背部上的背部骨架、位于人體左手側的如權利要求1-9中任一項所述的上肢結構、以及位于人體右手側的如權利要求1-9中任一項所述的上肢結構;位于人體左手側及右手側上肢結構中的肩部驅動模塊均與背部骨架連接。
【文檔編號】B25J9/00GK205415618SQ201620262602
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月31日
【發明人】不公告發明人
【申請人】深圳光啟合眾科技有限公司