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专利号: 2022106919902
申请人: 重庆理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 医学或兽医学;卫生学
更新日期:2026-06-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种具有人体上肢运动辅助功能的上肢助力外骨骼,其特征在于,包括背部驱动机构、轴竖向位置调节机构、肩关节运动辅助机构、上臂机构、肘关节运动辅助机构、前臂运动辅助机构和手部抓握辅助机构;

所述背部驱动机构包括背板、背带和驱动组件,所述驱动组件分别与所述肩关节运动辅助机构和所述肘关节运动辅助机构连接,以分别驱动所述肩关节运动辅助机构和所述肘关节运动辅助机构运动;

所述轴竖向位置调节机构安装在所述背板上,且所述轴竖向位置调节机构与所述肩关节运动辅助机构连接,以对所述肩关节运动辅助机构的轴向和竖向位置进行调节;

所述肩关节运动辅助机构包括肩关节内收外展运动组件、肩关节内旋外旋运动组件和肩关节屈曲伸展运动组件,所述肩关节内收外展运动组件用于带动人体肩关节进行内收外展运动,所述肩关节内旋外旋运动组件用于带动人体肩关节进行内旋外旋运动,所述肩关节屈曲伸展运动组件用于带动人体肩关节进行屈曲伸展运动;

所述上臂机构的一端与所述肩关节屈曲伸展运动组件固定连接,所述上臂机构的另一端与所述肘关节运动辅助机构转动连接,且在所述上臂机构上还设有上臂绑缚机构,以通过所述上臂绑缚机构穿戴在人体上臂;

所述肘关节运动辅助机构包括肘关节屈曲伸展运动组件和前臂连杆,所述肘关节屈曲伸展运动组件用于带动人体肘关节进行屈曲伸展运动;

所述前臂运动辅助机构与所述前臂连杆连接,用于穿戴在人体前臂并与人体前臂的内旋外旋运动相适应;所述前臂运动辅助机构包括第一圆弧滑轨和第二圆弧滑轨,所述前臂连杆依次滑动穿过所述第一圆弧滑轨和所述第二圆弧滑轨,在所述前臂连杆上还开设有条形孔,所述第一圆弧滑轨和所述第二圆弧滑轨能够移动到所述条形孔的不同位置处,并通过前臂紧固件将所述第一圆弧滑轨、所述第二圆弧滑轨和所述前臂连杆固定连接;所述前臂运动辅助机构还包括第一轴承连接件、第二轴承连接件和前臂绑缚,所述第一轴承连接件的两端分别设有第一滚动轴承,且两端的所述第一滚动轴承分别滑动连接在所述第一圆弧滑轨和所述第二圆弧滑轨上,所述第二轴承连接件的两端分别设有第二滚动轴承,且两端的第二滚动轴承分别滑动连接在所述第一圆弧滑轨和所述第二圆弧滑轨上,所述前臂绑缚固定连接在所述第一轴承连接件和所述第二轴承连接件上,以通过第一滚动轴承和第二滚动轴承在所述第一圆弧滑轨和所述第二圆弧滑轨上的滑动来带动所述前臂绑缚转动;在所述第一圆弧滑轨和所述第二圆弧滑轨上还分别设有第一挡块和第二挡块,以对所述第一滚动轴承和所述第二滚动轴承的运动进行限位;

所述手部抓握辅助机构与所述前臂运动辅助机构连接,用于带动人体手部运动。

2.根据权利要求1所述的具有人体上肢运动辅助功能的上肢助力外骨骼,其特征在于,所述驱动组件包括动力部件、连接部件、第一套管部件、第二套管部件、第三套管部件和第四套管部件,所述动力部件安装在所述背板上,所述动力部件包括第一舵机、第二舵机、第三舵机和第四舵机,所述连接部件包括第一钢丝绳、第二钢丝绳、第三钢丝绳和第四钢丝绳;

所述第一舵机的转轴上连接有第一驱动轮,所述第一套管部件的两端分别固定在所述背板和所述轴竖向位置调节机构上,且所述第一套管部件包括两个第一套管,所述第一钢丝绳的一端缠绕在所述第一驱动轮上,所述第一钢丝绳的另一端穿过其中一个所述第一套管后与所述肩关节内收外展运动组件连接,再穿过另一个所述第一套管后缠绕在所述第一驱动轮上,以使得所述第一舵机转动时能够通过所述第一钢丝绳带动所述肩关节内收外展运动组件运动;

所述第二舵机的转轴上连接有第二驱动轮,所述第二套管部件的两端分别固定在所述背板和所述肩关节内收外展运动组件上,且所述第二套管部件包括两个第二套管,所述第二钢丝绳的一端缠绕在所述第二驱动轮上,所述第二钢丝绳的另一端穿过其中一个所述第二套管后与所述肩关节内旋外旋运动组件连接,再穿过另一个所述第二套管后缠绕在所述第二驱动轮上,以使得所述第二舵机转动时能够通过所述第二钢丝绳带动所述肩关节内旋外旋运动组件运动;

所述第三舵机的转轴上连接有第三驱动轮,所述第三套管部件的两端分别固定在所述背板和所述肩关节内旋外旋运动组件上,且所述第三套管部件包括两个第三套管,所述第三钢丝绳的一端缠绕在所述第三驱动轮上,所述第三钢丝绳的另一端穿过其中一个所述第三套管后与所述肩关节屈曲伸展运动组件连接,再穿过另一个所述第三套管后缠绕在所述第三驱动轮上,以使得所述第三舵机转动时能够通过所述第三钢丝绳带动所述肩关节屈曲伸展运动组件运动;

所述第四舵机的转轴上连接有第四驱动轮,所述第四套管部件的两端分别固定在所述背板和所述上臂机构上,且所述第四套管部件包括两个第四套管,所述第四钢丝绳的一端缠绕在所述第四驱动轮上,所述第四钢丝绳的另一端穿过其中一个所述第四套管后与所述肘关节屈曲伸展运动组件连接,再穿过另一个所述第四套管后缠绕在所述第四驱动轮上,以使得所述第四舵机转动时能够通过所述第四钢丝绳带动所述肘关节屈曲伸展运动组件运动。

3.根据权利要求2所述的具有人体上肢运动辅助功能的上肢助力外骨骼,其特征在于,所述轴竖向位置调节机构包括轴向位置调节组件和竖向位置调节组件,所述竖向位置调节组件包括沿竖向设置的竖向滑轨、以及滑动连接在所述竖向滑轨上的竖向滑块,所述轴向位置调节组件包括沿轴向设置的轴向滑轨、以及滑动连接在所述轴向滑轨上的轴向滑块,在所述竖向滑块上还固定连接有调节基座,所述轴向滑轨安装在所述调节基座上,在所述轴向滑块上还设有轴向滑杆,且所述轴向滑杆与所述肩关节运动辅助机构连接。

4.根据权利要求3所述的具有人体上肢运动辅助功能的上肢助力外骨骼,其特征在于,所述肩关节内收外展运动组件包括肩关节第一连杆、肩关节第一转动轴、肩关节第一传动轮和肩关节第一编码器,所述轴向滑杆活动套设在所述肩关节第一转动轴上,所述肩关节第一连杆与所述肩关节第一转动轴固定连接,且所述肩关节第一连杆在初始状态时与竖向方向呈设定角度,所述肩关节第一转动轴与所述肩关节第一传动轮固定连接,所述第一钢丝绳缠绕在所述肩关节第一传动轮上,以使得所述第一钢丝绳能够通过所述肩关节第一传动轮带动所述肩关节第一连杆运动,在所述肩关节第一传动轮处还设有第一固定盘,所述第一固定盘与所述肩关节第一传动轮固定连接,且所述第一固定盘与所述肩关节第一转动轴固定连接,所述肩关节第一编码器固定连接在所述轴向滑杆上,且所述肩关节第一编码器的转轴与所述第一固定盘连接,以通过所述第一固定盘测量肩关节内收外展的角度。

5.根据权利要求4所述的具有人体上肢运动辅助功能的上肢助力外骨骼,其特征在于,所述肩关节内旋外旋运动组件包括肩关节第二连杆、肩关节第二传动轮、肩关节第二转动轴和肩关节第二编码器,所述肩关节第一连杆活动套设在所述肩关节第二转动轴上,所述肩关节第二连杆与所述肩关节第二转动轴固定连接,所述肩关节第二转动轴与所述肩关节第二传动轮固定连接,所述第二钢丝绳缠绕在所述第二传动轮上,以使得所述第二钢丝绳能够通过所述肩关节第二传动轮带动所述肩关节第二连杆运动,在所述肩关节第二传动轮处还设有第二固定盘,所述第二固定盘与所述肩关节第二传动轮固定连接,且所述第二固定盘与所述肩关节第二转动轴固定连接,所述肩关节第二编码器固定连接在所述肩关节第一连杆上,且所述肩关节第二编码器的转轴与所述第二固定盘连接,以通过所述第二固定盘测量肩关节内旋外旋的角度。

6.根据权利要求5所述的具有人体上肢运动辅助功能的上肢助力外骨骼,其特征在于,所述肩关节屈曲伸展运动组件包括肩关节第三转动轴、肩关节第三传动轮和肩关节第三编码器,所述肩关节第二连杆活动套设在所述肩关节第三转动轴上,所述上臂机构固定连接在所述肩关节第三转动轴上,所述肩关节第三转动轴与所述肩关节第三传动轮固定连接,所述第三钢丝绳缠绕在所述肩关节第三传动轮上,以使得所述第三钢丝绳能够通过所述肩关节第三传动轮带动所述上臂机构运动,在所述肩关节第三传动轮处还设有第三固定盘,所述第三固定盘与所述肩关节第三传动轮固定连接,且所述第三固定盘与所述肩关节第三转动轴固定连接,所述肩关节第三编码器固定连接在所述肩关节第二连杆上,且所述肩关节第三编码器的转轴与所述第三固定盘连接,以通过所述第三固定盘测量肩关节屈曲伸展的角度。

7.根据权利要求6所述的具有人体上肢运动辅助功能的上肢助力外骨骼,其特征在于,所述上臂机构包括第一上臂连杆和第二上臂连杆,所述第一上臂连杆与所述肩关节第三转动轴固定连接,在所述第一上臂连杆靠近所述第二上臂连杆的一端开设有滑槽,所述第二上臂连杆靠近所述第一上臂连杆的一端滑动伸入所述滑槽内,且在所述第二上臂连杆用于伸入所述滑槽的一端开设有槽孔,在所述滑槽处还设有上臂紧固件,所述上臂紧固件穿过所述滑槽和所述槽孔后与所述上臂绑缚机构连接,以实现所述第一上臂连杆、所述第二上臂连杆和所述上臂绑缚机构之间的固定连接。

8.根据权利要求7所述的具有人体上肢运动辅助功能的上肢助力外骨骼,其特征在于,所述肘关节屈曲伸展运动组件包括肘关节转动轴、肘关节传动轮和肘关节编码器,所述第二上臂连杆活动套设在所述肘关节转动轴上,所述前臂连杆与所述肘关节转动轴固定连接,所述肘关节转动轴与所述肘关节传动轮固定连接,所述第四钢丝缠绕在所述肘关节传动轮上,以使得所述第四钢丝绳能够通过所述肘关节传动轮带动所述前臂连杆运动,在所述肘关节传动轮处还设有第四固定盘,所述第四固定盘与所述肘关节传动轮固定连接,且所述第四固定盘与所述肘关节转动轴固定连接,所述肘关节编码器固定连接在所述第二上臂连杆上,且所述肘关节编码器的转轴与所述第四固定盘连接,以通过所述第四固定盘测量肘关节屈曲伸展的角度。

9.根据权利要求1所述的具有人体上肢运动辅助功能的上肢助力外骨骼,其特征在于,所述手部抓握辅助机构与所述前臂运动辅助机构之间通过碳纤维管进行连接,所述手部抓握辅助机构包括气动手指、柔性手套和气动驱动组件,所述柔性手套用于穿戴在人体手部,所述气动手指固定在所述柔性手套上,且所述气动手指包括气动拇指、气动食指、气动中指、气动无名指和气动小指,所述气动拇指、气动食指、气动中指、气动无名指和气动小指分别与人体手部的手指相对应,在所述气动拇指、气动食指、气动中指、气动无名指和气动小指上均开设有多个气室,且所述气室在充气时伸展,在放气时收缩,以通过对所述气室的充气和放气带动相应气动手指的运动;所述气动驱动组件包括气泵和多个供气管道,且多个供气管道分别与所述气动拇指、气动食指、气动中指、气动无名指和气动小指上的气室相连通,以实现对所述气动拇指、气动食指、气动中指、气动无名指和气动小指上气室的独立供气。