[发明专利]一种并联轴式多功能外骨骼系统

说明书

本发明涉及机器人领域，公开了一种并联轴式多功能外骨骼系统，包括上身躯干，两个手臂躯干和两个腿部躯干，两个所述手臂躯干通过数个并联的驱动轴与所述上身躯干连接，两个所述腿部躯干分别通过中间节与所述上身躯干的下部连接。本发明可通过并联驱动方式实现与人体球窝关节运动协调，且结构简洁紧凑，便于拆卸和拓展功能部件，质量低运动灵活性高。

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体讲是一种并联轴式多功能外骨骼系统。

背景技术

外骨骼系统是外肢体机器人，也是一种新型的可穿戴人体辅助设备，通过与人类肢体的对接融合、互助协作来提高人体活动、感知、操作等能力，在工业生产、医疗康复、助老助残及生活服务等领域都有着广阔的应用前景。

现有的无源或有源外骨骼助力系统的关节传动机构主要为旋转电机或直线电缸单链串联驱动，其机构运动轴线与人体关节并不完全重合，存在一定错位距离，且外骨骼结构设计并未完全贴合人体生理曲线，导致外骨骼系统的随动协调性、关节灵活性和结构紧凑性较差，其结构设计和驱动方式还存在较大的改善空间。

同时现有外骨骼系统很难兼容有源和无源工作模式，有源外骨骼通常较为笨重庞大，在电源耗尽后便无法运动，不能随人移动。

在操作柔性要求较高的应用场景中缺少一种结构紧凑且灵活性和功能拓展性较高的外骨骼系统。

发明内容

因此，为了提高外骨骼系统的应用场景和优化结构，本发明在此提供一种并联轴式多功能外骨骼系统，可通过并联驱动方式实现与人体球窝关节运动协调，且结构简洁紧凑，便于拆卸和拓展功能部件，质量低运动灵活性高。

具体的一种并联轴式多功能外骨骼系统，包括肩颈环、肩板、中间节、肱骨板、桡骨板、小臂甲、手甲、胸下环、骨盆环、髋板、裆板、股骨板、胫骨板、鞋板、直线驱动轴、胸板、肢体锁环、背脊板、腰脊板和负重板；

所述肩颈环连接胸板和背脊板，可上下开合穿戴以固定人体上身胸部，所述胸板由胸下环连接背脊板锁紧加固支撑，并且胸下环分为左右两部分可向外打开穿戴。

所述背脊板通过中间节连接腰脊板，可通过中间节调节间距长度，以适应人体脊柱长度，且所述背脊板和腰脊板具有一定弯曲弧度，以贴合支撑人体脊背。

所述腰脊板通过中间节连接骨盆环，该中间节具有螺纹调节安装长度和球头关节，可使骨盆环和腰脊板有球窝关节运动。所述骨盆环下部连接有可开合的裆板以加固支撑和固定人体。所述骨盆环后部可加装负重板用于背负重物，减轻人体负担，负重板可向上折叠收起。

所述肩颈环、胸下环、胸板、脊板、腰脊板、骨盆环及其附加部件组成上身躯干部件。所述肩板通过4个并联驱动轴连接到上身躯干，与人体肩关节运动协调。所述肩板通过中间节连接肱骨板，所述肱骨板上设置有肘关节，也通过中间节连接桡骨板。所述肱骨板与桡骨板之间有一个直线驱动轴提供手臂助力，并可通过中间节调节手臂长度。

所述桡骨板上设置有小臂甲固定人体小臂，所述桡骨板可加装连接手甲，提供手部防护。所述骨盆环通过2~3个直线驱动轴并联驱动髋板，与人体髋关节运动协调。所述髋板通过中间节连接股骨板，可调节适应人体大腿长度。所述股骨板上设置有膝关节，也通过中间节连接胫骨板，胫骨板通过一个2自由度虎克铰连接鞋板，胫骨板上设置有胫甲固定人体小腿并提供防护。股骨板与胫骨板、胫骨板与鞋板之间各有一个直线驱动轴提供助力。股骨板和其他四肢部件上设置有肢体锁环固定人体四肢。

本发明具有如下优点：

本发明肩、髋球窝关节的并联轴驱动方式可使外骨骼运动状态更贴合人体关节，同时灵活性和结构紧凑性更好。同时分散受力，结构负载效果更好。

特殊设计的小型直线驱动轴部件，可在无动力下自由伸缩，无源工作时可随人体移动。

所述骨盆环和裆板共同固定人体腰臀部，可加装负重板，支撑负重效果更好。