上肢气压助力外骨骼装置的制作方法

本实用新型涉及一种上肢气压助力外骨骼装置，具体涉及一种可穿戴式的上肢助力的外骨骼机器人装置。

背景技术：

在工业、农业等许多领域，绝大多数工人或农民经常需要长时间处理大量的流水线或大面积的农作物，长时间的重复性动作和长时间的手臂高抬状态对工人与农民造成一定的伤害，在这种背景下，为了能够给手臂提供支撑以避免此类工作带来的病痛的外骨骼设备，增强放大人体的出力效果，上肢外骨骼助力装置的研究逐渐兴起，并具有越来越广泛的应用前景。

传统的上肢外骨骼助力装置采用的是与人类上肢运动相同结构的串联机构，导致肘部执行器的自重成为外骨骼负重的一部分，使得外骨骼助力装置的负载能力降低；另外，现有的外骨骼助力装置通过与人类的肩、大臂、肘、小臂和手等进行耦合来实现人体上肢的各种运动，包括伸、屈、外展、内收和回旋等，且传统的外骨骼助力装置也存在刚度差，不能托举重物的问题。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种使用安全、结构简单的上肢气压助力外骨骼装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案是：一种上肢气压助力外骨骼装置，包括背架和臂杆，所述臂杆上设有用于支撑手臂的臂垫，所述背架的两侧分别设有一个臂杆支撑装置；所述臂杆支撑装置包括气缸、弹力绳和调节杆，所述调节杆与臂杆固接在一起，所述气缸的缸体与背架铰接，所述气缸的活塞杆与调节杆铰接；所述弹力绳的一端与气缸的缸体连接，所述弹力绳的另一端与调节杆连接；所述气缸的活塞杆与背架之间通过柔性连接件连接。优选的，所述臂杆为长度可调的臂杆。

本实用新型可以通过调节气缸活塞杆的伸出距离和弹力绳的长度，以适应不同人的身高需求。在使用时，佩戴者将两个手臂固定到臂垫上，调整角度使两气缸分别位于人体的两手臂后侧，调整气缸的内部气压至合适的助力值；气缸的活塞杆向上伸出时，弹力绳对调节杆产生拉力，从而使气缸产生的助力通过臂杆作用于人的手臂，然后通过下部的铰接机构将上肢负重转移至人体的髋部，使得人双臂和脊椎的负担大大降低，从而起到提供助力的效果；当佩戴者需要调整助力大小时，可以通过调整气缸内部气压来改变助力的大小。

本实用新型尤其适合在长时间的举手抬臂工作时的助力工作，如农业的修剪、采摘、套袋，工业的维修维护、流水线的搬运、建筑安装等些场景中均有着明显的减负效果，也可运用于流水线生产、水果采摘、水果套袋、修枝剪叶、室内装修、广告牌安装、飞机维修以及军事领域等。与其他同类技术相比，本实用新型通过采用气压助力装置，其主要动作部件为气缸，不但结构简单、轻便、安装维护方便，比液压和电气方式的反应速度快。另外，气缸对冲击负载和负载过载具有较强的适应能力，使佩戴者有很好的体验感。

上述技术方案的进一步改进是：所述调节杆上设有多个用于连接弹力绳的调节孔。弹力绳与不同的调节孔相连，可以产生不同的助力。

上述技术方案的再进一步改进是：所述背架上设有储气罐，所述气缸的无杆腔与储气罐连通。储气罐可以平衡气缸内的气压，使气缸动作时较为平缓，提高佩戴者的体验感。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例的结构示意图。

图2是本实用新型实施例背面的示意图。

图3是气压助力装置结构示意图。

附图标记：臂垫1，臂杆2，调节杆3，弹力绳4，刚性连接件5，气缸6，气缸夹板7，支撑杆8，球形关节9，柔性连接件10，背部加强板11，储气罐12，控制装置13，背架14。

具体实施方式

本实施例的上肢气压助力外骨骼装置如图1-3所示，包括背架14和臂杆2，所述臂杆2上设有用于支撑手臂的臂垫1，所述背架14的两侧分别设有一个臂杆支撑装置；所述臂杆支撑装置包括气缸6、弹力绳4和调节杆3，所述调节杆3与臂杆2固接在一起，所述气缸6的缸体与背架14铰接，所述气缸14的活塞杆与调节杆3铰接；所述弹力绳4的一端与气缸6的缸体连接（气缸6上安装有带连接孔的气缸夹板7，在使用时弹力绳4穿过连接孔），所述弹力绳4的另一端与调节杆3连接；所述气缸6的活塞杆顶部设有刚性连接件5，刚性连接件5与背架14之间通过柔性连接件10连接，柔性连接件10只要性能可靠、强度满足要求即可，比如可以采用带弹力的绳索等。

背架14设有肩带、腰带和搭扣（图中未示出）等必要的用于佩戴在人体上的佩戴构件，背架14上固定安装有背部加强板11，用于增加背架强度。背架采用人体工学设计，与人体间存在间隙，形成气流通道，可以降低背部与设备直接接触所产生压力与闷热体验。

在使用时，为了提高双手的自由度，所述气缸6的缸体与背架14之间可通过球形关节9铰接，同样地，所述气缸14的活塞杆与调节杆3之间也可以通过球形关节铰接，可以实现双手的全方向跟踪。为了适应不同佩戴者的身高需求，可以调节气缸活塞杆的伸出距离和弹力绳的长度，但这样的调节不够方便，可以在气缸缸体的底部固接可调节长度的支撑杆8，通过支撑杆8与背架14铰接。

优选的，所述臂杆2为长度可调的臂杆。臂杆长度可调为现有技术，比如可采用以下的实施方式：臂杆2包括第一固定杆、第二固定杆和中间杆，所述中间杆的两端分别插入到第一固定杆和第二固定杆中并可沿第一固定杆、第二固定杆滑动，所述第一固定杆和第二固定杆的端部设有防止中间杆滑出的限位部件，等等。

本实施例还可以作以下改进：1）如图1和图3所示，所述调节杆3上设有多个用于连接弹力绳4的调节孔。通过将弹力绳4与不同的调节孔连接，可以调整助力大小以及臂杆的位置。

2）所述背架14上设有储气罐12，所述气缸6的无杆腔与储气罐12连通。储气罐12可以对气缸进行缓冲，减小负载波动引起的气压变动，从而平衡气缸内的气压，使气缸动作时较为平缓，提高佩戴者的体验感。本实施例中，背架14设有控制装置13，控制装置13内置电路电池，可以通过遥控器进行充放气从而控制改变气缸内的气压。

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