[发明专利]一种模块化七自由度上肢外骨骼机器人

权利要求书

1.一种模块化的七自由度上肢外骨骼机器人，其特征在于：该机器人包括承载移动平台、肩部运动机构、大臂伸缩机构、大臂回旋运动机构、肘部运动机构、小臂伸缩机构、小臂回旋运动机构与腕部运动机构；肩部运动机构一端固定在承载移动平台的顶部，另一端与大臂伸缩机构相连，然后肩部运动机构、大臂伸缩机构、大臂回旋机构、肘部运动机构、小臂伸缩机构、小臂回旋机构、腕部运动机构依次沿人体上肢的路线相连；

所述承载移动平台包括可推动和锁定的移动底盘和垂直伸缩的支撑杆；所述的可推动和锁定的移动底盘提供水平方向的前后左右以及旋转运动，由四个被动轮和摩擦刹车锁紧装置组成；所述的垂直伸缩的支撑杆由外套筒和内滑杆组成，内滑杆在垂直方向相对运动，并可通过螺栓固定位置；

所述的肩部运动机构包括肩部连接法兰、肩部收展关节、肩部角型连杆、肩部屈伸关节；所述肩部收展关节通过肩部连接法兰与承载移动平台的顶部相连；肩部收展关节通过肩部角型连杆与肩部屈伸关节相连；肩部屈伸关节的旋转轴线与肩部收展关节的旋转轴线相交于一点，为肩部运动机构的旋转中心；

所述的大臂伸缩机构包括大臂伸缩滑杆、大臂伸缩滑块以及大臂伸缩锁紧螺栓螺母；大臂伸缩滑杆和大臂伸缩滑块可沿大臂轴向相对移动；根据人体上肢大臂的长度，通过调节大臂伸缩滑杆、大臂伸缩滑块的相对距离，使外骨骼大臂伸缩机构适配操作者的大臂，并利用锁紧螺栓螺母固定；

所述的大臂回旋运动机构包括大臂连杆、大臂回旋关节、大臂回旋关节输出齿轮、大臂中空齿轮、第一输出法兰、固定的第一支撑结构以及第一齿轮挡板；大臂回旋关节的输出轴与大臂回旋关节输出齿轮通过第一输出法兰同轴连接，大臂回旋关节输出齿轮与大臂中空齿轮啮合传动；人体上肢大臂可穿过大臂中空齿轮的内孔，内孔轴线与人体上肢大臂回旋轴线重合；

所述的肘部运动机构包括肩肘连杆和肘关节；肩肘连杆一端与大臂回旋运动机构连接，另一端与肘关节的输入法兰连接；肘关节的输出法兰与小臂回旋运动机构连接；肘关节的旋转轴线与人体上肢肘关节的旋转轴线重合；

所述的小臂伸缩机构包括小臂伸缩滑杆、小臂伸缩滑块以及小臂伸缩锁紧螺栓螺母组成；小臂伸缩滑杆和小臂伸缩滑块可沿小臂轴向相对移动；根据人体上肢小臂的长度，通过调节小臂伸缩滑杆和小臂伸缩滑块的相对距离，使外骨骼小臂伸缩机构适配操作者的小臂，并利用小臂伸缩锁紧螺栓螺母固定；

所述的小臂回旋运动机构包括小臂连杆、小臂回旋关节、小臂回旋关节输出齿轮、小臂中空齿轮、第二输出法兰、固定的第二支撑结构以及第二齿轮挡板；小臂回旋关节的输出轴与关节输出齿轮通过第二输出法兰同轴连接，关节输出齿轮与小臂中空齿轮啮合传动；人体上肢小臂可穿过小臂中空齿轮的内孔，内孔轴线与人体上肢小臂回旋轴线重合；

腕部运动机构包括腕肘连杆、腕部收展关节、腕部连杆、腕部屈伸关节、手柄结构；腕部收展关节通过腕肘连杆与小臂回旋运动机构相连，腕部收展关节通过腕部连杆与腕部屈伸关节相连，手柄结构连接到腕部屈伸关节；人手可握住手柄；人体上肢腕关节可等效球关节；腕部收展关节、腕部屈伸关节的旋转轴线分别与等效的球关节的收展、屈伸旋转轴线重合，球心重合。

2.根据权利要求1所述的一种模块化的七自由度上肢外骨骼机器人，其特征在于：所述承载移动平台的工作范围可以使得肩部运动机构的旋转中心与人体肩关节的旋转中心重合。

3.根据权利要求1所述的一种模块化的七自由度上肢外骨骼机器人，其特征在于：所述肩部收展关节旋转轴线与水平面平行，并且与人体的矢状面呈一定角度α，肩部屈伸关节旋转轴线首先置于水平面，与人体的冠状面呈β角度，再与人体的水平面呈γ角度。

4.根据权利要求3所述的一种模块化的七自由度上肢外骨骼机器人，其特征在于：所述的α、β和γ角度取值范围为0°～45°。

5.根据权利要求1所述的一种模块化的七自由度上肢外骨骼机器人，其特征在于：所述的大臂伸缩滑杆为长条形，两侧具备凹槽作为导轨；大臂伸缩滑块为凹形结构，可沿着大臂伸缩滑杆的凹槽移动；锁紧螺栓从大臂伸缩滑杆一侧穿入，在大臂伸缩滑块另一侧用螺母锁紧。