專利名稱：基于氣動肌肉的柔性外骨骼肘關節(jié)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及基于氣動肌肉的柔性外骨骼肘關節(jié)，具體說是一種具有仿生特點，可實現對人體上肢肘關節(jié)運動數據采集，力反饋信號產生或是輔助肘關節(jié)運動等功能的裝置。
背景技術：
外骨骼技術是一種新型的人機智能系統(tǒng)控制技術，可廣泛應用于機器人的主從控制，肢殘病人的醫(yī)療康復輔助器械。但傳統(tǒng)的外骨骼系統(tǒng)通常采用電機、液壓或者氣缸作為控制執(zhí)行元件，結構復雜。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種結構簡單，輕便、清潔、可靠，具有臨場力反饋，適合于單自由度機械手主從控制的基于氣動肌肉的柔性外骨骼肘關節(jié)。
本發(fā)明的基于氣動肌肉的柔性外骨骼肘關節(jié)，包括單自由度旋轉運動關節(jié)、兩條正反向彎曲安裝的氣動肌肉和操作者穿戴支架，單自由度旋轉運動關節(jié)包括扭矩傳感器和U型連桿，扭矩傳感器的兩端分別安裝有滾動軸承，U型連桿開口的兩端分別與滾動軸承鉸接，形成旋轉運動副；兩條正反向彎曲的氣動肌肉分別與U型連桿的直桿固定，兩條氣動肌肉的彎曲端分別經連接件與扭矩傳感器相連；操作者支架包括上臂穿戴支架和下臂穿戴支架，上臂穿戴支架與U型連桿的底部固定，下臂穿戴支架經支架連桿與扭矩傳感器固定。
使用時，將操作者的上臂和下臂通過綁帶分別貼順地固定在上臂支架和下臂支架上，單自由度旋轉運動關節(jié)具有一個自由度的肘部旋轉副，兩條正反向彎曲安裝的氣動肌肉，通過對氣動肌肉腔內壓力的控制，可產生繞單自由度旋轉副的正反力矩，實現人上下臂繞肘關節(jié)的轉動。
為便于采集氣動肌肉腔體內壓力，可在兩條正反向彎曲的氣動肌肉進氣口上分別安裝氣體壓力傳感器，這樣，結合旋轉關節(jié)上的扭拒傳感器，可以控制施加在整個關節(jié)上的旋轉力矩。
本發(fā)明的基于氣動肌肉的柔性外骨骼肘關節(jié)結構簡單，輕便靈巧，采用氣動肌肉作為關節(jié)的執(zhí)行元件，模仿人體肌肉伸縮的動作，具有仿生學的特點?？赏ㄟ^對操作者肘關節(jié)運動參數測量，對單自由度的工業(yè)機械手進行主從式操作，適應性強。同時通過對關節(jié)中氣動肌肉腔體內氣體壓力的控制，實現具有臨場感知的力反饋信號，增強控制的逼真程度。該發(fā)明也可廣泛用于醫(yī)療，通過對關節(jié)中氣動肌肉的控制，作為上肢肘關節(jié)肌肉萎縮或者殘疾人士的醫(yī)療康復輔助器械。


圖1是基于氣動肌肉的柔性外骨骼肘關節(jié)結構示意圖。
具體實施例方式
以下結合附圖進一步說明本發(fā)明。
參照附圖，本發(fā)明基于氣動肌肉的柔性外骨骼肘關節(jié)包括單自由度旋轉運動關節(jié)1、兩條正反向彎曲安裝的氣動肌肉2和操作者穿戴支架3，單自由度旋轉運動關節(jié)1包括扭矩傳感器10和U型連桿11，扭矩傳感器10的兩端分別安裝有滾動軸承4，U型連桿11開口的兩端分別與滾動軸承鉸接，形成旋轉運動副；兩條正反向彎曲的氣動肌肉2分別與U型連桿11的直桿固定，兩條氣動肌肉的彎曲端分別經連接件5與扭矩傳感器10相連；操作者支架3包括上臂穿戴支架8和下臂穿戴支架9，上臂穿戴支架8與U型連桿11的底部固定，下臂穿戴支架9經支架連桿6與扭矩傳感器10固定。圖示具體實例中，在兩條正反向彎曲安裝的氣動肌肉進氣口上，分別安裝有氣體壓力傳感器7。
基于氣動肌肉的柔性外骨骼肘關節(jié)共具有一個自由度，通過對控制氣動肌肉腔體內氣體壓力的控制，結合關節(jié)中扭拒傳感器的信號，可實現對單自由度機械手具有臨場力反饋信號的主從控制。
權利要求
1.基于氣動肌肉的柔性外骨骼肘關節(jié)，其特征在于它包括單自由度旋轉運動關節(jié)(1)、兩條正反向彎曲安裝的氣動肌肉(2)和操作者穿戴支架(3)，單自由度旋轉運動關節(jié)(1)包括扭矩傳感器(10)和U型連桿(11)，扭矩傳感器(10)的兩端分別安裝有滾動軸承(4)，U型連桿(11)開口的兩端分別與滾動軸承鉸接，形成旋轉運動副；兩條正反向彎曲安裝的氣動肌肉(2)分別與U型連桿(11)的直桿固定，兩條氣動肌肉的彎曲端分別經連接件(5)與扭矩傳感器(10)相連；操作者支架(3)包括上臂穿戴支架(8)和下臂穿戴支架(9)，上臂穿戴支架(8)與U型連桿(11)的底部固定，下臂穿戴支架(9)經支架連桿(6)與扭矩傳感器(10)固定。
2.根據權利要求1所述的基于氣動肌肉的柔性外骨骼肘關節(jié)，其特征是在兩條正反向彎曲安裝的氣動肌肉進氣口上分別安裝氣體壓力傳感器(7)。
全文摘要
本發(fā)明公開的基于氣動肌肉的柔性外骨骼肘關節(jié)由兩條氣動肌肉及一個單自由度旋轉運動副構成，實現人體上臂肘關節(jié)的單自由度的轉動。這種結構與現有的外骨骼機械手或者其它穿戴器械相比，結構新穎，輕便靈巧，采用氣動肌肉作為關節(jié)的執(zhí)行元件，模仿人體肌肉伸縮的動作，具有仿生學的特點。操作者通過穿戴此裝置，并由安裝在旋轉副上的扭矩傳感器獲取其運動參數，可對單自由度的工業(yè)機械手進行主從式操作，適應性強。同時通過對關節(jié)中氣動肌肉腔體內氣體壓力的控制，實現具有臨場感知的力反饋信號，增強控制的逼真程度。該發(fā)明也可廣泛用于醫(yī)療，通過對關節(jié)中氣動肌肉的控制，作為上肢肘關節(jié)肌肉萎縮或者殘疾人士的醫(yī)療康復輔助器械。
文檔編號B25J11/00GK1961848SQ200610154770
公開日2007年5月16日 申請日期2006年11月24日 優(yōu)先權日2006年11月24日
發(fā)明者楊燦軍, 張佳帆, 張 杰, 陳鷹 申請人:浙江大學