[发明专利]一种基于可折叠织布软体驱动器的穿戴式柔性上肢助力外骨骼

说明书

本发明公开一种基于可折叠织布软体驱动器的穿戴式柔性上肢助力外骨骼，该外骨骼主要包括肘部驱动模块、腕部驱动模块、前臂内外旋驱动模块等。其中，肘部驱动模块位于肘部外侧，在其充气膨胀后起到使肘关节弯曲或拉直的作用；腕部驱动模块置于腕部外侧，在其充气膨胀后起到使腕关节弯曲或拉直的作用；前臂内外旋驱动模块螺旋缠绕于前臂，在其充气膨胀后起到使前臂内旋或外旋的作用。该穿戴机构通过外部气源通入肘部、腕部、前臂驱动器，驱动器膨胀弯曲从而带动各个关节运动，从而达到上肢运动控制和运动助力的目的。本发明将软体机器人技术和柔性外骨骼技术引入到穿戴式助力机器人技术领域，具有舒适性好、成本低、运动自由度大等优点，整体结构紧凑，设计美观，穿戴方便舒适。

技术领域

本发明涉及软体机器人和穿戴设备等技术领域，是一种基于可折叠织布软体驱动器的穿戴式柔性上肢助力外骨骼，该技术利用驱动器对人体肌肉进行仿生学设计，可提高人体上肢驱动力，同时采用全柔性设计，在一定程度上增加了穿戴舒适性，减少了构型空间。

背景技术

随着老龄化现象的不断加深，帕金森、脑卒中、侧索硬化症和多发性硬化症等疾病的发病率持续上升，大部分患者在治疗后仍出现上肢运动功能障碍等后遗症，因此，上肢运动障碍患者对上肢助力的需求十分迫切。现有的刚性的助力机器人存在重量大、人机相容性差等不足，本团队研发的穿戴式柔性上肢助力外骨骼具备舒适性高、成本低、运动自由度大、构型轻巧等优点，兼具便于批量化生产的特征，且采用新型可折叠织布驱动器，相较于传统的硅橡胶软体驱动器拥有更大的输出力。

本发明通过对上肢助力需求进行分析，开展了穿戴式柔性上肢助力外骨骼原理样机的研制工作；本发明将软体机器人技术和柔性外骨骼技术引入到穿戴式助力机器人技术领域，设计了一种基于可折叠织布软体驱动器的穿戴式柔性上肢助力外骨骼。

发明内容

本发明设计了一种基于可折叠织布软体驱动器的穿戴式柔性上肢助力外骨骼，将软体机器人技术和柔性外骨骼技术引入到上肢助力领域，以解决上述背景技术中提到的问题。

一种基于可折叠织布软体驱动器的穿戴式柔性上肢助力外骨骼，其特征在于：包括肘部驱动模块、腕部驱动模块、前臂内外旋驱动模块。

所述肘部驱动模块由肘部屈曲驱动器和肘部拉伸驱动器组成，由内到外为护肘、硅胶限制层、肘部拉伸驱动器、硅胶连接层、肘部屈曲驱动器，两个驱动器分别连接气管连接头，肘部驱动模块整体放置于肘部外侧，起到拉直、弯曲肘部关节的作用。

所述护肘为市面常见运动护肘，其特征在于有较好的弹性和透气性，用于穿戴和固定肘部气囊驱动器。

所述硅胶限制层为一层硅橡胶，其特征在于连接肘部拉伸驱动器和护肘，同时限制拉伸驱动器的周向移动，增大拉伸作用。

所述肘部拉伸驱动器为长条方形气囊，其特征在于充气膨胀后起到拉直肘关节的作用。

所述硅胶连接层采取较薄的硅橡胶和硅胶专用胶水，其特征在于连接屈曲驱动器和拉伸驱动器，同时限制拉伸驱动器的周向移动和底部伸长，增大弯曲能力。

所述肘部屈曲驱动器由多块相通的方形气囊折叠而成，其特征在于充气膨胀后相邻方形气囊相互挤压，从而起到使肘关节弯曲的作用。

所述气管连接头为尼龙材料，其特征在于底部与驱动器连接，中间为空心部分，以方便通入气体。

所述腕部驱动模块由护腕、腕部屈曲驱动器、腕部拉伸驱动器组成。腕部屈曲驱动器和腕部拉伸驱动器置于腕部外侧，其特征在于与肘部气囊结构相同，起到拉直、弯曲腕部关节的作用。

所述前臂内外旋驱动器有前臂内旋驱动器和前臂外旋驱动器组成。其特征在于前臂内旋驱动器和前臂外旋驱动器螺旋缠绕于前臂，连接肘部关节和腕部关节，起到使前臂内外旋的作用。

所述腕部内旋驱动器为多块相通的方形气囊组成，采用右旋缠绕，其特征在于充气膨胀后长度缩短，起到使前臂内旋的作用。