【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及外骨骼機(jī)器人，尤其是涉及一種基于梯形儲能氣囊的氣動上肢康復(fù)外骨骼。
技術(shù)介紹
1、近年來，柔性機(jī)器人技術(shù)在國內(nèi)外外骨骼機(jī)器人上的應(yīng)用得到廣泛發(fā)展，上肢康復(fù)外骨骼是一種用于輔助上肢運(yùn)動功能障礙患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練的設(shè)備。氣動上肢康復(fù)外骨骼使用氣動肌肉執(zhí)行器(pneumatic?muscle?actuators,pma)作為動力來源，這些執(zhí)行器通過壓縮空氣產(chǎn)生力量，驅(qū)動外骨骼進(jìn)行運(yùn)動。氣動肌肉執(zhí)行器具有重量輕、易于控制、成本相對較低等優(yōu)點(diǎn)，這使得它們在康復(fù)外骨骼領(lǐng)域中非常受歡迎。但在實(shí)際應(yīng)用中氣動上肢康復(fù)外骨骼仍存在驅(qū)動力不足、控制復(fù)雜和結(jié)構(gòu)與人體匹配度不夠等問題。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于提供基于梯形儲能氣囊的氣動上肢康復(fù)外骨骼，為穿戴者提供肩肘腕關(guān)節(jié)運(yùn)動助力。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的等缺陷而提供一種基于梯形儲能氣囊的氣動上肢康復(fù)外骨骼，氣動驅(qū)動器中的梯形儲能氣囊采用仿生學(xué)設(shè)計(jì)，模擬上肢肌肉輔助肩、肘、腕關(guān)節(jié)運(yùn)動，可實(shí)現(xiàn)的上肢運(yùn)動更為靈活，與人體上肢相匹配，避免患者穿戴不適或二次傷害。
2、本專利技術(shù)提供一種基于梯形儲能氣囊的氣動上肢康復(fù)外骨骼，包括：肩肘腕關(guān)節(jié)驅(qū)動器、柔性外骨骼服和連接組件；
3、所述肩肘腕關(guān)節(jié)驅(qū)動器包括：肩關(guān)節(jié)驅(qū)動器、肘關(guān)節(jié)驅(qū)動器和腕關(guān)節(jié)驅(qū)動器；所述肩關(guān)節(jié)驅(qū)動器包括：肩關(guān)節(jié)前屈驅(qū)動器、肩關(guān)節(jié)后伸驅(qū)動器、肩關(guān)節(jié)外展驅(qū)動器以及肩關(guān)節(jié)內(nèi)收驅(qū)動器，所述肘關(guān)節(jié)驅(qū)動器包括：肘關(guān)節(jié)前屈驅(qū)動器和肘關(guān)節(jié)后
4、所述柔性外骨骼服用于連接肩肘腕關(guān)節(jié)驅(qū)動器與人體上肢，固定肩肘腕關(guān)節(jié)驅(qū)動器的位置；
5、所述連接組件用于連接肩肘腕關(guān)節(jié)驅(qū)動器與柔性外骨骼服。
6、進(jìn)一步的，所述連接組件由毛刺粘膠以及魔術(shù)貼綁帶組成；所述毛刺粘膠的絨面與肩肘腕關(guān)節(jié)驅(qū)動器的背部連接，所述毛刺粘膠的鉤面與柔性外骨骼服連接，所述魔術(shù)貼綁帶穿過氣動驅(qū)動器并綁縛在人體上肢相應(yīng)位置。
7、進(jìn)一步的，所述肩肘腕關(guān)節(jié)驅(qū)動器通過連接組件固定在所述柔性外骨骼服的相應(yīng)位置；所述肩關(guān)節(jié)前屈驅(qū)動器置于上臂前側(cè)，平行于冠狀面；所述肩關(guān)節(jié)后伸驅(qū)動器置于上臂后側(cè)，平行于冠狀面；所述肩關(guān)節(jié)外展驅(qū)動器置于肩關(guān)節(jié)外側(cè)，平行于矢狀面；所述肩關(guān)節(jié)外展驅(qū)動器置于腋下，平行于矢狀面。
8、進(jìn)一步的，所述肘關(guān)節(jié)前屈驅(qū)動器置于肘關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)，所述肘關(guān)節(jié)后伸驅(qū)動器置于肘關(guān)節(jié)外側(cè)，所述腕關(guān)節(jié)前屈驅(qū)動器置于腕關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)，所述腕關(guān)節(jié)前屈驅(qū)動器置于腕關(guān)節(jié)外側(cè)。
9、進(jìn)一步的，所述肩肘腕關(guān)節(jié)驅(qū)動器為符合人體肩肘腕三關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)和長度的氣動驅(qū)動器，氣動驅(qū)動器由數(shù)個(gè)梯形儲能氣囊連接而成，所述梯形儲能氣囊的側(cè)面重合通過膠水連接，底面與底層塑料薄膜通過膠水連接，相鄰梯形儲能氣囊緊密排列，所述底層塑料膜的長度等于單個(gè)梯形儲能氣囊底面長度與梯形儲能氣囊數(shù)量的乘積。所述底層塑料膜通過雙面膠與毛刺粘膠的絨面連接。
10、進(jìn)一步的，所述梯形儲能氣囊是一種可變形的立體梯形結(jié)構(gòu)，當(dāng)梯形儲能氣囊內(nèi)部氣壓達(dá)到最大值時(shí)，梯形儲能氣囊為立體梯形；氣動驅(qū)動器由數(shù)個(gè)梯形儲能氣囊連接而成，所述梯形儲能氣囊側(cè)面中間位置設(shè)有用于連接左右氣囊的圓形孔洞，所述氣動驅(qū)動器首尾兩個(gè)氣囊的側(cè)面僅有一個(gè)圓形孔洞，所述氣動驅(qū)動器尾部設(shè)有氣源通氣口，用于連接氣管從而連接氣源。
11、進(jìn)一步的，所述梯形儲能氣囊的制作材料為0.1mm厚的熱塑性聚氨酯tpu織物，具有柔軟性、輕質(zhì)性和高抗疲勞性能。
12、進(jìn)一步的，所述梯形儲能氣囊通過熱壓密封形成單個(gè)梯形體氣室，在單個(gè)氣囊側(cè)面中心位置設(shè)有圓形通氣孔，形成連通氣室。
13、進(jìn)一步的，所述梯形儲能氣囊通過連接氣源改變氣囊內(nèi)部氣壓，使氣囊發(fā)生形變從而產(chǎn)生壓力，模擬人體肌肉輔助關(guān)節(jié)運(yùn)動。當(dāng)氣囊內(nèi)部的氣壓達(dá)到最大值時(shí)，整個(gè)驅(qū)動器所產(chǎn)生的彎曲角度最大。
14、進(jìn)一步的，所述氣動驅(qū)動器的彎曲角度的參數(shù)計(jì)算包括以下步驟：
15、s1、梯形儲能氣囊的氣壓達(dá)到最大值時(shí)，整個(gè)驅(qū)動器所產(chǎn)生彎曲角度最大；設(shè)氣囊膨脹狀態(tài)下，相鄰兩個(gè)梯形儲能氣囊中前一個(gè)氣囊的短邊延長線與后一個(gè)氣囊的短邊的夾角為θn，當(dāng)氣囊的數(shù)量n為2時(shí)，整個(gè)驅(qū)動器所產(chǎn)生的最大彎曲角度為θ1；當(dāng)n為3時(shí)，整個(gè)驅(qū)動器所產(chǎn)生的最大彎曲角度為θ1+θ2；以此類推，當(dāng)驅(qū)動器有n個(gè)梯形儲能氣囊時(shí)，其能夠產(chǎn)生的最大彎曲角度為：
16、
17、s2、在理想條件下，當(dāng)每個(gè)梯形儲能氣囊達(dá)到其最大內(nèi)部壓力時(shí)，每個(gè)梯形儲能氣囊的形狀保持均勻。因此，每對相鄰梯形儲能氣囊之間的角度是一致的，則：
18、θsum＝(n-1)θ1；
19、s3、設(shè)單袋的短邊為as，長邊為al，高為h，短邊的底角為則：
20、
21、s4、由s3可以得到第一個(gè)最大彎曲角度θ1為：
22、
23、s5、由s4類推，當(dāng)驅(qū)動器中的梯形儲能氣囊數(shù)為n時(shí)，驅(qū)動器的最大彎曲角度值為：
24、
25、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
26、(1)本專利技術(shù)提供的氣動上肢外骨骼，氣動驅(qū)動器中的梯形儲能氣囊采用仿生學(xué)設(shè)計(jì)，模擬上肢肌肉輔助肩、肘、腕關(guān)節(jié)運(yùn)動。
27、(2)本專利技術(shù)提供的氣動上肢外骨骼，肩肘腕關(guān)節(jié)驅(qū)動器包括的8個(gè)驅(qū)動器均設(shè)有單獨(dú)的氣源通道，因此每個(gè)氣動驅(qū)動器都可以被單獨(dú)驅(qū)動，使得本專利技術(shù)可實(shí)現(xiàn)的上肢運(yùn)動更為靈活。
28、(3)本專利技術(shù)提供的氣動上肢外骨骼，肩肘腕關(guān)節(jié)驅(qū)動器分別為符合人體肩肘腕三關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)和長度的氣動驅(qū)動器，與人體上肢相匹配，避免患者穿戴不適或二次傷害。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于梯形儲能氣囊的氣動上肢康復(fù)外骨骼，其特征在于，包括：肩肘腕關(guān)節(jié)驅(qū)動器(1)、柔性外骨骼服(2)和連接組件；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于梯形儲能氣囊的氣動上肢康復(fù)外骨骼，其特征在于，所述連接組件由毛刺粘膠以及魔術(shù)貼綁帶組成；所述毛刺粘膠的絨面與肩肘腕關(guān)節(jié)驅(qū)動器(1)的背部連接，所述毛刺粘膠的鉤面與柔性外骨骼服(2)連接，所述魔術(shù)貼綁帶穿過氣動驅(qū)動器并綁縛在人體上肢相應(yīng)位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于梯形儲能氣囊的氣動上肢康復(fù)外骨骼，其特征在于，所述肩肘腕關(guān)節(jié)驅(qū)動器(1)通過連接組件固定在所述柔性外骨骼服(2)的相應(yīng)位置；所述肩關(guān)節(jié)前屈驅(qū)動器(100)置于上臂前側(cè)，平行于冠狀面；所述肩關(guān)節(jié)后伸驅(qū)動器(101)置于上臂后側(cè)，平行于冠狀面；所述肩關(guān)節(jié)外展驅(qū)動器(102)置于肩關(guān)節(jié)外側(cè)，平行于矢狀面；所述肩關(guān)節(jié)外展驅(qū)動器(103)置于腋下，平行于矢狀面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于梯形儲能氣囊的氣動上肢康復(fù)外骨骼，其特征在于，所述肘關(guān)節(jié)前屈驅(qū)動器(104)置于肘關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)，所述肘關(guān)節(jié)后伸驅(qū)動器(105)置于肘關(guān)節(jié)外側(cè)，所述腕
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于梯形儲能氣囊的氣動上肢康復(fù)外骨骼，其特征在于，所述肩肘腕關(guān)節(jié)驅(qū)動器(1)為符合人體肩肘腕三關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)和長度的氣動驅(qū)動器，氣動驅(qū)動器由數(shù)個(gè)梯形儲能氣囊(110)連接而成，所述梯形儲能氣囊(110)的側(cè)面重合通過膠水連接，底面與底層塑料薄膜(1001)通過膠水連接，相鄰梯形儲能氣囊(110)緊密排列，所述底層塑料膜(1001)的長度等于單個(gè)梯形儲能氣囊(110)底面長度與梯形儲能氣囊(110)數(shù)量的乘積。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于梯形儲能氣囊的氣動上肢康復(fù)外骨骼，其特征在于，所述梯形儲能氣囊(110)是一種可變形的立體梯形結(jié)構(gòu)，當(dāng)梯形儲能氣囊(110)內(nèi)部氣壓達(dá)到最大值時(shí)，梯形儲能氣囊(110)為立體梯形；氣動驅(qū)動器由數(shù)個(gè)梯形儲能氣囊(110)連接而成，所述梯形儲能氣囊(110)側(cè)面中間位置設(shè)有用于連接左右氣囊的圓形孔洞，所述氣動驅(qū)動器首尾兩個(gè)氣囊的側(cè)面僅有一個(gè)圓形孔洞，所述氣動驅(qū)動器尾部設(shè)有氣源通氣口(1103)，用于連接氣管從而連接氣源。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于梯形儲能氣囊的氣動上肢康復(fù)外骨骼，其特征在于，所述梯形儲能氣囊(110)的制作材料為0.1mm厚的熱塑性聚氨酯TPU織物，具有柔軟性、輕質(zhì)性和高抗疲勞性能。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于梯形儲能氣囊的氣動上肢康復(fù)外骨骼，其特征在于，所述梯形儲能氣囊(110)通過熱壓密封形成單個(gè)梯形體氣室，在單個(gè)氣囊側(cè)面中心位置設(shè)有圓形通氣孔，形成連通氣室。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于梯形儲能氣囊的氣動上肢康復(fù)外骨骼，其特征在于，所述梯形儲能氣囊(110)通過連接氣源改變氣囊內(nèi)部氣壓，使氣囊發(fā)生形變從而產(chǎn)生壓力，模擬人體肌肉輔助關(guān)節(jié)運(yùn)動。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于梯形儲能氣囊的氣動上肢康復(fù)外骨骼，其特征在于，所述氣動驅(qū)動器的彎曲角度的參數(shù)計(jì)算包括以下步驟：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于梯形儲能氣囊的氣動上肢康復(fù)外骨骼，其特征在于，包括：肩肘腕關(guān)節(jié)驅(qū)動器(1)、柔性外骨骼服(2)和連接組件；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于梯形儲能氣囊的氣動上肢康復(fù)外骨骼，其特征在于，所述連接組件由毛刺粘膠以及魔術(shù)貼綁帶組成；所述毛刺粘膠的絨面與肩肘腕關(guān)節(jié)驅(qū)動器(1)的背部連接，所述毛刺粘膠的鉤面與柔性外骨骼服(2)連接，所述魔術(shù)貼綁帶穿過氣動驅(qū)動器并綁縛在人體上肢相應(yīng)位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于梯形儲能氣囊的氣動上肢康復(fù)外骨骼，其特征在于，所述肩肘腕關(guān)節(jié)驅(qū)動器(1)通過連接組件固定在所述柔性外骨骼服(2)的相應(yīng)位置；所述肩關(guān)節(jié)前屈驅(qū)動器(100)置于上臂前側(cè)，平行于冠狀面；所述肩關(guān)節(jié)后伸驅(qū)動器(101)置于上臂后側(cè)，平行于冠狀面；所述肩關(guān)節(jié)外展驅(qū)動器(102)置于肩關(guān)節(jié)外側(cè)，平行于矢狀面；所述肩關(guān)節(jié)外展驅(qū)動器(103)置于腋下，平行于矢狀面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于梯形儲能氣囊的氣動上肢康復(fù)外骨骼，其特征在于，所述肘關(guān)節(jié)前屈驅(qū)動器(104)置于肘關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)，所述肘關(guān)節(jié)后伸驅(qū)動器(105)置于肘關(guān)節(jié)外側(cè)，所述腕關(guān)節(jié)前屈驅(qū)動器(106)置于腕關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)，所述腕關(guān)節(jié)前屈驅(qū)動器(107)置于腕關(guān)節(jié)外側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于梯形儲能氣囊的氣動上肢康復(fù)外骨骼，其特征在于，所述肩肘腕關(guān)節(jié)驅(qū)動器(1)為符合人體肩肘腕三關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)和長度的氣動驅(qū)動器，氣動驅(qū)動器由數(shù)個(gè)梯形儲能氣囊(110)連接而成，所述梯形儲能氣囊(110)的側(cè)面重合通過膠水連接，底面與底層塑料薄膜(1001)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：孟巧玲，鄧淞苧，許蓉娜，吳煥森，喻洪流，
申請(專利權(quán))人：上海理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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