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专利号: 2021104664073
申请人: 江苏科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-03-02
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种可穿戴式串并联外骨骼机械臂,其特征在于:包括依次间隔同轴排列的关节环一、关节环二、关节环三、关节环四以及伸缩装置、转动关节、移动部件、控制系统,伸缩装置设有多个,在关节环一与关节环二之间以及关节环二与关节环三之间均有设置,关节环一与关节环二之间设有四个呈周向间隔分布的伸缩装置,其中每个伸缩装置的两端分别与关节环一、关节环二铰接,关节环二与关节环三之间设有两个伸缩装置以及一个转动关节,三者的两端分别与关节环二、关节环三铰接,关节环三与关节环四之间设有多个移动部件,每个移动部件的一端分别与关节环三活动连接,另一端与关节环四铰接,伸缩装置、转动关节、移动部件分别与控制系统连接。

2.根据权利要求1所述的一种可穿戴式串并联外骨骼机械臂,其特征在于:伸缩装置包括外壳、内壳、丝杠、螺母、伺服电机,内壳置于外壳内部,外壳和内壳均为筒状结构且外壳的内径大于内壳的外径,丝杠置于内壳中,伺服电机在外壳的一端安装于其内部并与丝杠的一端连接,内壳靠近伺服电机一端的内部安装有螺母,螺母与丝杠配合连接构成丝杠副,内壳设有螺母的一端的外周面上均布两个凸台,外壳另一端的内部周向分布了两个与凸台横截面相同大小的缺口,在丝杠副工作时,凸台与缺口配合限位,伺服电机与控制系统连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种可穿戴式串并联外骨骼机械臂,其特征在于:设置于关节环一与关节环二之间的伸缩装置的一端通过球铰一与关节环一的一端面铰接,另一端通过球铰二与关节环二的一端面铰接;设置于关节环二与关节环三之间的伸缩装置的一端通过球铰三与关节环二的另一端面铰接,另一端通过球铰四与关节环三的一端面铰接。

4.根据权利要求1所述的一种可穿戴式串并联外骨骼机械臂,其特征在于:转动关节包括外转动件、内转动件、舵机,外转动件一端通过虎克铰一与关节环二的另一端面铰接,舵机安装于外转动件另一端外周上对应缺口处并与内转动件一端连接,内转动件另一端通过虎克铰二与关节环三的一端面铰接,舵机与控制系统连接。

5.根据权利要求1所述的一种可穿戴式串并联外骨骼机械臂,其特征在于:移动部件包括滑块、转绞一、刚性杆件、小电机、小齿轮、转绞二,关节环三的另一端面上安装有环形齿轮,滑块上的缺口内安装有小齿轮,小齿轮与环形齿轮啮合使滑块与环形齿轮连接,小电机安装于滑块上并与小齿轮连接,刚性杆件的一端通过转绞一与滑块连接,另一端通过转绞二与关节环四铰接,小电机与控制系统连接。

6.根据权利要求1或5所述的一种可穿戴式串并联外骨骼机械臂,其特征在于:关节环四环内安装有可供穿戴者握持的手柄。

7.根据权利要求1所述的一种可穿戴式串并联外骨骼机械臂,其特征在于:控制系统包括微控制单元以及分别与其信号连接的力测量单元、位移测量单元、角度测量单元,每个伸缩装置上分别安装有一个力测量单元和一个位移测量单元,每个移动部件上分别安装有一个力测量单元和一个角度测量单元,转动关节上安装有一个力测量单元和一个角度测量单元,微控制单元安装于本机械臂上,伸缩装置、转动关节、移动部件分别与微控制单元连接。

8.根据权利要求7所述的一种可穿戴式串并联外骨骼机械臂,其特征在于:力测量单元为负荷传感器,位移测量单元、角度测量单元均为电位计,微控制单元为单片机。

9.根据权利要求7所述的一种可穿戴式串并联外骨骼机械臂,其特征在于:控制系统还包括训练软件模块、便携式控制单元,便携式控制单元设有控制界面,便携式控制单元与微控制单元连接,训练软件模块为微控制单元里的一个软件模块。

10.一种根据权利要求1所述的可穿戴式串并联外骨骼机械臂的运作方法,其特征在于包括以下步骤:

步骤一:操作者将手臂从关节环一伸入串并联外骨骼机械臂的内部,并将其穿着于手臂外,根据操作者的体型和手臂长度的差异,中国控制系统调节伸缩装置的初始长度进行适配,调节完成后,将其固定在操作者的手臂上,操作者用手握住最前端关节环四;

步骤二:通过控制系统控制伸缩装置、移动部件和转动关节的运动使得串并联外骨骼机械臂完成所需的相应动作;

步骤三:通过控制系统控制串并联外骨骼机械臂运动时,施加在伸缩装置上的力和位移的变化、转动关节和移动部件上的力和角度的变化,根据测量得到力、位移、角度的变化进行反馈调节伸缩装置、转动关节、移动部件的运行速度,使运动更加平稳;

步骤四:通过控制系统采集数据求得串并联外骨骼机械臂运动时位姿的变化,评价操作者的完成情况,为操作者合理选择训练程序。