[发明专利]可穿戴上肢机械臂

权利要求书

1.可穿戴上肢机械臂，其特征在于：包括机械装置和安装在机械装置上的控制装置；机械装置包括用于穿戴的固定台，固定台的后侧设有可拆卸的移动电源，移动电源的下侧设有微型动力泵，固定台的前侧设有十字安全带，固定台的一侧顶部设有第一电机，第一电机的主轴沿固定台的前后方向设置，第一电机的主轴上固定有水平支架，水平支架的另一端固定有转动盘，转动盘上设有第二电机，第二电机的主轴沿固定台的左右方向设置，第二电机的主轴上固定有上臂支架，上臂支架的另一端固定有第三电机，第三电机的主轴上固定有前臂支架，第三电机可带动前臂支架进行动作，即肘关节动作，前臂支架的另一端设有机械手，转动盘与前臂支架之间设有驱动伸缩杆，前臂支架上设有至少两个手臂固定环；

控制装置包括控制器、旋转编码器、DSP芯片、传感器和执行器，控制器还分别与移动电源、第一电机、第二电机和第三电机连接；

传感器包括肌电传感器，分别安装在机械臂不同的位置，设置在机械臂上的肌电传感器感知使用者的肌肉运动，通过DSP芯片向控制器传输信号；

传感器包括肌电传感器和压阻式压力传感器，分别安装在机械臂不同的位置，通过DSP芯片向控制器传输信号，由肌电传感器测量到肌肉爆发力的压力,不断地通过放大等调理,输入DSP中,在DSP中对其压力进行提取与识别,通过BP算法等对其进行分析,最终得到运动模式的分类结果；利用所需的运动模式在DSP中产生力或力矩与位置的控制信号,对上肢安装的3个无刷直流电机产生控制,通过旋转编码器、压阻式压力传感器对上肢外骨骼机器人工作的位置、力或力矩信号进行实时采集,形成双闭环反馈式控制；

可穿戴上肢机械臂采用上位机控制下位机的助力模式，上位机既控制器，运动模式包括单关节独立运动和多关节联动的复合功能运动两种方式；下位机以两片 DSP 芯片为核心，DSP1 控制肩关节的水平和竖直运动，DSP2 则控制肩关节旋转运动和肘关节的运动；上位机可进行运动助力方式的选择及关节运动参数的设置，然后将相关参数传送给控制芯片DSP1，DSP1再将肩关节旋转运动参数以及肘关节运动参数传送给DSP2，经运算后，两块控制芯片将运动参数转化为电机转动信息，分别输出至驱动电机驱动器；驱动器采用双极性H桥驱动放大电路，设计控制系统时，保证系统的稳定性与使用者的安全性是首要条件；为了防止电机输出扭矩过大而对上肢造成伤害，采用电流检测电路，将驱动器输出的电流实时反馈到DSP中，一旦检测到电流超过允许值立刻停机；采用光电编码器检测电机实时位置，避免了因关节转动过度或不足对使用造成的不良影响。

2.根据权利要求1所述的可穿戴上 肢机械臂，其特征在于：所述上臂支架和前臂支架的外形结构均采用半圆包围的仿人体手臂外形结构。

3.根据权利要求2所述的可穿戴上肢机械臂，其特征在于：所述机械手为仿生五指手、三指抓手或四指抓手。

4.根据权利要求3所述的可穿戴上肢机械臂，其特征在于：所述移动电源为锂电池组。

5.根据权利要求4所述的可穿戴上肢机械臂，其特征在于：所述驱动伸缩杆为气压伸缩杆、液压伸缩杆或电动推杆。