手臂外骨骼、上身外骨骼以及遥操作系统的制作方法

1.本技术涉及机器人领域，特别涉及一种手臂外骨骼、上身外骨骼以及遥操作系统。


背景技术：

2.上身外骨骼由手臂外骨骼以及躯干外骨骼组成，是一种模仿人体的上身结构制作的机械装置，其可以供使用者穿戴于身上，并配合使用者的躯干以及手臂完成动作。目前，上身外骨骼常应用于仿生模拟的场景下，以模拟使用者的上半身的运动过程。
3.在该场景中，使用者在主端穿戴上身外骨骼，并且进行运动，此时，远处从端的模拟装置根据上身外骨骼发送的运动数据，对于运动进行模拟。
4.然而，由于人体手臂的结构较为复杂，通过机械手段难以仿制。相关技术中的上身外骨骼对于人体运动状态的模拟准确度较低。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供了一种手臂外骨骼、上身外骨骼以及遥操作系统，能够提高上身外骨骼对于人体运动状态的模拟准确度：
6.根据本技术的一个方面，提供了一种手臂外骨骼，该手臂外骨骼包括肩部外骨骼、肘部外骨骼以及腕部外骨骼；
7.肩部外骨骼、肘部外骨骼与腕部外骨骼依次连接；
8.肩部外骨骼包括肩部电机组以及受到肩部电机组驱动的肩部骨架，肩部电机组包括肩部内外展电机、上臂屈伸电机以及上臂旋转电机；
9.肩部内外展电机、上臂屈伸电机以及上臂旋转电机分别与肩部外骨骼连接；
10.肘部外骨骼包括肘部电机组以及受到肘部电机组驱动的肘部骨架，肘部电机组包括前臂屈伸电机以及前臂旋转电机；
11.前臂屈伸电机以及前臂旋转电机分别与肘部骨架连接；
12.腕部外骨骼包括腕部电机组以及受到腕部电机组驱动的腕部骨架，腕部电机组包括手部屈伸电机以及手部摆动电机；
13.手部屈伸电机与手部摆动电机分别与腕部骨架连接；
14.当使用者穿戴手臂外骨骼时，使用者的肩关节以及上臂与肩部外骨骼适配，使用者的肘关节以及前臂与肘部外骨骼适配，使用者的腕关节与腕部外骨骼适配。
15.另一方面，提供了一种上身外骨骼，该上身外骨骼包括两个如上任一所述的手臂外骨骼以及躯干外骨骼；
16.躯干外骨骼包括第一支板、第二支板以及支板连接件；
17.第一支板与两个手臂外骨骼连接，第一支板与第二支板通过支板连接件连接；支板连接件上包括至少一个定位孔；
18.当使用者穿戴上身外骨骼时，使用者的手臂与手臂外骨骼适配，使用者的背部与第一支板适配，使用者的腰部与第二支板适配。
19.另一方面，提供了一种遥操作系统，该遥操作系统包括如上的上身外骨骼、中控设备以及模拟运动装置；
20.上身外骨骼与模拟运动装置通过中控设备建立有通信连接。
21.本技术实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
22.在手臂外骨骼根据控制指令进行主动运动，或跟随使用者的手臂运动进行从动运动的过程当中，通过肩部电机组模拟由人体的肩关节所引导的运动，通过肘部电机组模拟由人体的肘关节所引导的运动，并通过腕关节组模拟由人体的腕关节所引导的运动。在使用者穿戴手臂外骨骼进行运动的过程当中，对应使用者手臂的肩关节、肘关节与腕关节进行电机组以及骨架的组合设置，使手臂外骨骼在运动过程中对于人体运动的模拟更加真实，提高了对于人体运动状态的模拟准确度。
附图说明
23.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，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的附图。
24.图1示出了本技术一个示例性实施例提供的一种上身外骨骼的应用场景示意图；
25.图2示出了本技术一个示例性实施例提供的一种手臂外骨骼的结构示意图；
26.图3示出了人体手臂的七种运动方式的示意图；
27.图4示出了本技术一个示例性实施例提供的另一种手臂外骨骼的结构示意图；
28.图5示出了本技术一个示例性实施例提供的另一种腕部外骨骼的结构示意图；
29.图6示出了本技术一个示例性实施例提供的一种第一传动件的结构示意图；
30.图7示出了本技术一个示例性实施例提供的一种第一传动件与肩部骨架连接的结构示意图；
31.图8示出了本技术一个示例性实施例提供的另一种第一传动件的结构示意图；
32.图9示出了本技术一个示例性实施例提供的一种第二支承架与第二传动件的连接示意图；
33.图10示出了本技术一个示例性实施例提供的一种第一连接机架与第二连接机架的连接示意图；
34.图11示出了本技术一个示例性实施例提供的一种旋转调节机构的示意图；
35.图12示出了本技术一个示例性实施例提供的上臂旋转电机的摆放位置示意图；
36.图13示出了本技术一个示例性实施例提供的一种第一四连杆机架组的结构示意图；
37.图14示出了本技术一个示例性实施例第一四连杆机架与肘部外骨骼的连接示意图；
38.图15示出了本技术一个示例性实施例提供的一种第一平行四边形机架与支撑管的连接关系示意图；
39.图16示出了本技术一个示例性实施例提供的一种锥齿轮组的结构示意图；
40.图17示出了本技术一个示例性实施例提供的一种第二锥齿轮的传动轴与支撑管
的连接方式的示意图；
41.图18示出了本技术一个示例性实施例提供的一种前臂旋转电机与第二锥齿轮传动机构的连接方式的示意图；
42.图19示出了本技术一个示例性实施例提供的一种腕部第一支承架与肘部第二传动件的连接关系示意图；
43.图20示出了本技术一个示例性实施例提供的一种腕部外骨骼的示意图；
44.图21示出了本技术一个示例性实施例提供的一种绑带的结构示意图；
45.图22示出了本技术一个示例性实施例提供的一种上身外骨骼的结构示意图；
46.图23示出了本技术一个示例性实施例提供的一种遥操作系统的结构示意图。
47.附图中的各个标号说明如下：
48.1-手臂外骨骼；
49.11-肩部外骨骼，12-肘部外骨骼，13-腕部外骨骼，14-支撑管，15-绑带；
50.111-肩部电机组，112-肩部骨架，121-肘部电机组，122-肘部骨架，131-腕部电机组，132-腕部骨架；
51.1111-肩部内外展电机，1112-上臂屈伸电机，1113-上臂旋转电机，1121-肩部第一支承架，1122-肩部第二支承架，1123-肩部第三支承架，1124-肩部第一传动件，1125-肩部第二传动件，1126-肩部第三传动件，1127-旋转调节机构；
52.11241-驱动件外盖，11242-第一驱动齿轮，11243-第二驱动齿轮，11244-传动带，11245-驱动件上盖，11246-驱动件底盖，11247-张紧架体，11248-压紧轴承；
53.11251-第一连接机架，11252-螺钉阵列；
54.11261-第二连接机架，11262-第一四连杆机架组，11263-第一锥齿轮传动机构，11264-第一类型锥齿轮，11265-第一四边形机架，11266-第二四边形机架，11267-第一转动杆，11268-第二转动杆；
55.11271-第一调节板，11272-第二调节板，11273-调节连接件；
56.1211-上臂屈伸电机，1212-上臂旋转电机，1221-肘部第一支承架，1222-肘部第二支承架，1223-肘部第一传动件，1224-肘部第二传动件。
57.12231-锥齿轮组，12232-第一锥齿轮，12233-第二锥齿轮，12234-传动底座；
58.12241-第二锥齿轮传动机构，12242-第二类型锥齿轮；
59.1311-手部屈伸电机，1312-手部摆动电机，1321-腕部第一支承架，1312-腕部第二支承架；
60.141-滑块，142-支撑板；
61.2-上身外骨骼；
62.21-躯干外骨骼；
63.211-第一支板，212-第二支板，213-支板连接件；
64.2111-螺孔槽，2131-定位孔；
65.3-遥操作系统，301-中控设备，302-模拟运动装置；
66.101-主端，102-从端，103-计算机设备；
67.1010-使用者，1022-物体；
68.31-肩关节，32-上臂，33-肘关节，34-前臂，35-腕关节；
69.301-第一运动方式，302-第二运动方式，303-第三运动方式。304-第四运动方式，305-第五运动方式，306-第六运动方式。
具体实施方式：
70.除非另有定义，本技术实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。
71.在本技术实施例中，所涉及的“前”、“后”均以附图中所示的前和后为基准；“第一端”、“第二端”为相对的两端。
72.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施方式作进一步地详细描述。
73.人体的手部在运动的过程中，共计具有7个自由度。该七个自由度分别对应了人体肩部的外展和内缩、人体肩关节带动上臂进行的旋转，人体肩关节带动上臂进行的屈伸、人体肘关节带动前臂进行的旋转、人体肘关节带动前臂进行的屈伸、人体腕关节带动手部进行的旋转以及人体腕关节带动手部进行的屈伸。而本技术中，在进行对于人体手臂的运动进行模拟的过程中，将上述7个自由度进行还原，以可以在各个使用场景下对于人体手臂的运动状态进行准确模拟。
74.图1示出了本技术一个示例性实施例提供的一种上身外骨骼2的应用场景示意图。请参考图1，该应用场景包括主端101、从端102和实现主端101与从端102之间的数据交互的计算机设备103。在主端101中，包括使用者1010，该使用者穿戴有上身外骨骼2，上身外骨骼2的移动信号将被发送至计算机设备103中，并经由计算机设备103发送至从端102的手臂外骨骼1中，手臂外骨骼1将根据该移动信号，执行与物体1022之间的交互，如，与物体1022进行接触。当手臂外骨骼1接触到物体1022时，手臂外骨骼1通过计算机设备103向使用者1010穿戴的上身外骨骼2进行接触信号的发送，在接收到接触信号后，上身外骨骼2进行制动，限制使用者1010的手臂的运动，使使用者1010得到类似于接触到物体的反馈。
75.如上仅以示例性的方法对本技术涉及的手臂外骨骼以及上身外骨骼的应用场景进行说明。在另一个可选的实施例中，本技术所涉及的手臂外骨骼以及上身外骨骼还可以应用于协助患者进行上肢手术的术后康复的场景中；在另一个可选的实施例中，本技术所涉及的手臂外骨骼以及上身外骨骼还可以应用于为上肢提供支承，以抬动重物的应用场景中。本技术对于手部外骨骼的实际应用方式不作限制。
76.图2示出了本技术一个示例性实施例提供的一种手臂外骨骼1的结构示意图，请参考图2。该手臂外骨骼1包括肩部外骨骼11、肘部外骨骼12以及腕部外骨骼13。肩部外骨骼11、肘部外骨骼12与腕部外骨骼13依次连接。肩部外骨骼11包括肩部电机组111以及受到肩部电机组111驱动的肩部骨架112，肘部外骨骼12包括肘部电机组121以及受到肘部电机组121驱动的肘部骨架122，腕部外骨骼13包括腕部电机组131以及受到腕部电机组131驱动的腕部骨架132。当使用者穿戴手臂外骨骼时，使用者的肩关节以及上臂与肩部外骨骼11适配，使用者的肘关节以及前臂与肘部外骨骼12适配，使用者的腕关节与腕部外骨骼13适配。
77.请参考图3，人体的手臂具有肩关节31、上臂32、肘关节33、前臂34、腕关节35。其中，在人体的手臂运动时，手臂共计具有如下7种运动方式：
78.运动方式301：以肩关节31为轴心，肩关节31带动整个手臂进行外展和内收的肩部
内外展运动。
79.运动方式302：以肩关节31为轴心，肩关节31带动上臂32进行屈伸运动。
80.运动方式303：将上臂32等效为圆柱体，以该圆柱体的轴线为旋转轴，令肩关节31带动上臂32进行旋转的上臂旋转运动。
81.运动方式304：以肘关节33为轴心，带动前臂34进行前臂屈伸运动。
82.运动方式305：将前臂34等效为圆柱体，以该圆柱体的轴线为旋转轴，令肘关节33带动前臂34进行旋转的前臂旋转运动。
83.运动方式306：以腕关节35为轴心，带动手部进行屈伸运动。
84.运动方式307：将手部等效为圆柱体，以该圆柱体的轴线为旋转轴，令腕关节35带动手部进行水平方向摇晃的手部摆动运动。
85.上述运动方式中，运动方式301至运动方式303为由肩关节带动的运动方式，运动方式304至运动方式305为由肘关节带动的运动方式，运动方式306至运动方式307位由腕关节带动的运动方式。故在本技术实施例中，将手臂外骨骼1分割为肩部外骨骼11、肘部外骨骼12以及腕部外骨骼13，并在手臂外骨骼1运动的过程中，通过肩部外骨骼11模拟运动方式301至运动方式303；通过肘部外骨骼12模拟运动方式304至运动方式305；通过腕部外骨骼13模拟运动方式306至运动方式307。通过对于人体的模拟，也即肩部外骨骼11、肘部外骨骼12以及腕部外骨骼13的对应连接，实现手臂外骨骼1对于人体手臂的模拟功能。
86.接下来，对肩部外骨骼11、肘部外骨骼12以及腕部外骨骼13进行分别介绍：
87.肩部外骨骼11：请参考图2，肩部外骨骼11中包括肩部骨架112，以及驱动肩部骨架112的肩部电机组111。肩部电机组111中包括至少一个电机，用于控制肩部骨架112实现上述运动方式301至运动方式303，也即肩部内外展运动，上臂旋转运动以及上臂屈伸运动。可选地，为保证电机的使用效率，设置三个单独的电机分别对应上述运动方式301至运动方式303。同时，该三个电机分别与肩部骨架112连接。如图2所示，肩部电机组中即包括三个电机。
88.在本技术实施例中，肩部骨架112还具有承载功能，当使用者穿戴手臂外骨骼1时，使用者的肩关节以及上臂可以与肩部外骨骼11适配。在一个示例中，使用者的肩关节以及上臂可以被承载于肩部骨架112上；在另一个示例中，使用者的肩关节以及上臂位于肩部骨架112下方。在另一个示例中，肩部骨架112上具有肩部骨架固定件，将使用者的肩关节以及上臂进行固定。本技术实施例对于肩部骨架122与人体肩关节以及上臂的连接方式不作限定。
89.肘部外骨骼12：请参考图2，肘部外骨骼12中包括肘部骨架122，以及驱动肘部骨架122的肘部电机组121。肘部电机组121中包括至少一个电机，用于控制肘部骨架122实现上述运动方式304至运动方式305，也即前臂屈伸运动以及前臂旋转运动。如上所述，为保证电机的使用效率，设置两个单独的电机分别对应上述运动方式304以及运动方式305。同时，该两个电机分别与肘部骨架122连接。如图2所示，肘部电机组中包括两个电机。
90.在本技术实施例中，肘部骨架122还具有承载功能。在一个示例中，当使用者穿戴手臂外骨骼1时，肘部骨架122上具有前臂固定件，将使用者的前臂与肘部骨架进行连接；在另一个示例中，由于使用者的肩关节以及上臂已被手部外骨骼限定了位置，故使用者的肘关节以及前臂即可与肘部骨架122的位置对应。本技术实施例对于肘部骨架122与人体肘关
节以及上臂的连接方式不作限定。
91.腕部外骨骼13：请参考图2，腕部外骨骼13中包括腕部骨架132，以及驱动腕部骨架132的腕部电机组131。腕部电机组131中包括至少一个电机，用于控制腕部骨架132实现上述运动方式306至运动方式307，也即手部屈伸运动以及手部摆动运动。如上所述，为保证电机的使用效率，设置两个单独的电机分别对应上述运动方式306以及运动方式307，同时，该两个电机分别与腕部骨架132；连接，如图2所示，腕部电机组中包括两个电机。
92.在本技术实施例中，腕部骨架132还具有承载功能，在一个示例中，当使用者穿戴手臂外骨骼1时，腕部骨架132上具有手部固定件，将使用者的腕关节与腕部骨架132进行了连接。在另一个示例中，由于使用者的肩关节、上臂、肘关节以及前臂均被手臂外骨骼1进行了固定，使用者的腕关节即与腕部骨架132的位置直接对应。本技术实施例对于腕部骨架132与人体腕关节的连接方式不做限定。
93.在本技术实施例中，肩部外骨骼11、肘部外骨骼12以及腕部外骨骼13之间相互连接。当手臂外骨骼1接收到控制信号，由各个电机进行驱动以进行主动运动，或根据使用者的手部动作，进行被动运动时，由于各个电机以及外骨骼部分的设置，手臂外骨骼1即可对使用者的动作进行模拟，此时，肩部外骨骼11、肘部外骨骼12以及腕部外骨骼13之间产生耦合运动。
94.需要说明的是，本技术各个实施例中所述的各个电机，均实现为电机以及编码器的集合，也即，本技术各个实施例中所述的电机，均可以在手臂外骨骼1的运动过程中，对于自身的运动状态以及位置变化进行记录以及存储。
95.综上所述，本技术实施例提供的手臂外骨骼，在手臂外骨骼根据控制指令进行主动运动，或跟随使用者的手臂运动进行从动运动的过程当中，通过肩部电机组模拟由人体的肩关节所引导的运动，通过肘部电机组模拟由人体的肘关节所引导的运动，并通过腕关节组模拟由人体的腕关节所引导的运动。在使用者穿戴手臂外骨骼进行运动的过程当中，对应使用者手臂的肩关节、肘关节与腕关节进行电机组以及骨架的组合设置，使手臂外骨骼在运动过程中对于人体运动的模拟更加真实，提高了对于人体运动状态的模拟准确度。
96.图4示出了本技术一个示例性实施例提供的另一种手臂外骨骼的结构示意图。请参考图4，该手臂外骨骼1包括肩部外骨骼11、肘部外骨骼12以及腕部外骨骼13。肩部外骨骼11、肘部外骨骼12与腕部外骨骼13依次连接。
97.如图4所示，肩部电机组111包括肩部内外展电机1111、上臂屈伸电机1112以及上臂旋转电机1113，肩部内外展电机1111、上臂屈伸电机1112以及上臂旋转电机1113分别与肩部骨架112连接。肩部骨架112具有肩部第一支承架1121、肩部第二支承架1122以及肩部第三支承架1123，其中，肩部内外展电机1111位于肩部第一支承架1121上，上臂屈伸电机1112位于肩部第二支承架1122上，上臂旋转电机1113位于肩部第三支承架1123上。
98.请参考图4，在本技术实施例中，对应肩部骨架112，具有肩部第一支承架1121，肩部第二支承架1122以及肩部第三支承架1123，以分别对应肩部内外展电机1111、上臂屈伸电机1112以及上臂旋转电机1113。可选地，为适配人体进行肩部内外展运动过程中的结构调整，肩部内外展电机1111的位置与人体肩关节的位置对应。故肩部第一支承架1121位于肩部外骨骼11的顶部；为适应人体进行上臂旋转运动以及上臂屈伸运动过程中的结构调整，上臂屈伸电机1112以及上臂旋转电机1113的位置均与人体上臂的位置对应。故肩部第
二支承架1122以及肩部第三支承架1123均位于肩部外骨骼的侧面，且肩部第二支承架1122以及肩部第三支承架1123通过肩部骨架112进行连接。
99.可选地，肩部第一支承架1121、肩部第二支承架1122以及肩部第三支承架1123均具有位置调节的作用，以适配臂长不同的使用者。在一个示例中，在肩部第一支承架1121、肩部第二支承架1122以及肩部第三支承架1123处均设置有调节螺钉，以对肩部外骨骼11的尺寸以及内外展程度进行调节。
100.如图4所示，肘部电机组121包括前臂屈伸电机1211以及前臂旋转电机1212，前臂屈伸电机1211以及前臂旋转电机1212分别与肘部骨架122连接；肘部骨架122具有肘部第一支承架1221和肘部第二支承架1222，前臂屈伸电机1211位于肘部第一支承架1221上，前臂旋转电机1212位于肘部第二支承架1222上。
101.请参考图4，在本技术实施例中，为适应人体进行前臂旋转运动以及前臂屈伸运动过程中的手臂外骨骼1的结构调整，前臂屈伸电机1211以及前臂旋转电机1212的位置均与人体前臂的位置对应。故肘部第一支承架1221和肘部第二支承架1222均位于肘部外骨骼12的侧面，且肘部第一支承架1221以及肘部第二支承架1222通过肘部骨架122进行连接。
102.可选地，肘部第一支承架1221以及肘部第二支承架1222均具有位置调节的作用，以适配臂长不同的使用者。在一个示例中，肘部第一支承架1221以及肘部第二支承架1222之间设置有调节旋钮，可以对肘部第一支承架1221以及肘部第二支承架1222之间的肘部骨架的长度进行调整，以适配使用者的不同臂长。
103.如图4所示，腕部电机组131包括手部屈伸电机1311以及手部摆动电机1312，手部屈伸电机1311与手部摆动电机1312分别与腕部骨架132连接。腕部骨架132具有腕部第一支承架1321和腕部第二支承架1322。手部屈伸电机1311位于腕部第一支承架1321上，手部摆动电机1312位于腕部第二支承架1322上。
104.请参考图4，为适应人体进行手部摆动运动以及手部屈伸运动过程中的手臂外骨骼1的结构调整，手部摆动电机1312以及手部屈伸电机1311的位置均与人体手部的位置对应，由于腕部外骨骼13无需对于手部的额外自由度进行模拟，故腕部骨架132位于手臂外骨骼1的末端，对应地，在本技术实施例中，腕部第一支承架1321以及腕部第二支承架1322的长度小于肘部支承架以及肩部支承架的长度。在一个示例中，腕部支承架即可实现为腕部骨骼132，手部屈伸电机1311以及手部摆动电机1312实现为盘式电机。
105.由于腕部外骨骼13的尺寸要求，在本技术实施例中，当手部屈伸电机1311以及手部摆动电机1312实现为盘式电机时，腕部第一支承架1321以及腕部第二支承架1322可以实现为与其连接的腕部骨架132。
106.综上所述，本技术实施例提供的手臂外骨骼，在手臂外骨骼根据控制指令进行主动运动，或跟随使用者的手臂运动进行从动运动的过程当中，通过肩部电机组模拟由人体的肩关节所引导的运动，通过肘部电机组模拟由人体的肘关节所引导的运动，并通过腕关节组模拟由人体的腕关节所引导的运动。在使用者穿戴手臂外骨骼进行运动的过程当中，对应使用者手臂的肩关节、肘关节与腕关节进行电机组以及骨架的组合设置，使手臂外骨骼在运动过程中对于人体运动的模拟更加真实，提高了对于人体运动状态的模拟准确度。
107.本技术实施例提供的手臂外骨骼，通过肩部内外展电机、上臂屈伸电机以及上臂旋转电机驱动肩部骨架模拟肩关节的内外展运动，上臂的旋转运动以及上臂的屈伸运动；
通过前臂屈伸电机以及前臂旋转电机驱动肘部骨架模拟肘关节带动前臂进行的前臂旋转运动以及前臂屈伸运动，并通过手部屈伸电机以及手部屈伸电机驱动腕部骨架模拟腕关节带动手部进行的手部摆动运动以及手部屈伸运动。在使用者穿戴手臂外骨骼进行运动的过程当中，手臂外骨骼可以通过上述7个电机对于人体手臂的7个自由度进行完整的模拟，提高了对于人体运动状态的模拟准确度。
108.图5示出了本技术一个示例性实施例提供的另一种手臂外骨骼的结构示意图。请参考图5，该手臂外骨骼1包括肩部外骨骼11、肘部外骨骼12以及腕部外骨骼13。肩部外骨骼11、肘部外骨骼12与腕部外骨骼13依次连接。其中，肩部外骨骼11中包括肩部骨架112，以及由肩部内外展电机1111、上臂屈伸电机1112和上臂旋转电机1113组成的肩部电机组111；肘部外骨骼12中包括肘部骨架122，以及由前臂屈伸电机1211和前臂旋转电机1212组成的肘部电机组121；腕部外骨骼13中包括腕部骨架132，以及由手部屈伸电机1311和手部摆动电机1312组成的腕部电机组131。其中，对应各个电机，手臂外骨骼1具有对应的支承架以及传动件，以与电机适配。接下来，以肩部外骨骼、肘部外骨骼以及手部外骨骼的顺序，对于本技术中各个支承架、传动件以及电机之间的结构对应关系进行说明。
109.首先，针对肩部外骨骼进行说明。
110.在本技术实施例中，肩部内外展电机1111对应有肩部第一支承架1121以及肩部第一传动件1124；上臂屈伸电机1112对应有肩部第二支承架1122和肩部第二传动件1125；上臂旋转电机1113对应有肩部第三支承架1123和肩部第三传动件1126。
111.在本技术实施例中，请参考图6，与肩部内外展电机的肩部第一传动件1124包括驱动件外盖11241、第一驱动齿轮11242、第二驱动齿轮11243以及传动带11244。驱动件外盖11241包括驱动件上盖11245和驱动件底盖11246，第一驱动齿轮11242、第二驱动齿轮11243以及传动带11244位于驱动件上盖11245和驱动件底盖11246形成的容置空间内。第一驱动齿轮11242、第二驱动齿轮11243以及传动带11244位于驱动件外盖11241内，第一驱动齿轮11242和第二驱动齿轮11243通过传动带11244连接。第一驱动齿轮11242与肩部内外展电机1111连接。
112.由于肩部内外展电机1111驱动肩部外骨骼11进行的运动，对应人体上肢运动过程中，肩关节带动的肩部内外展运动，也即上文所述的运动方式301，故肩部内外展电机1111位于肩部骨架的上方，以在运动时保持自身稳定。在本技术实施例中，肩部第一支承架1121与肩部内外展电机1111连接，且肩部内外展电机1111通过肩部第一传动件1124将动力传送至肩部外骨骼，使肩部外骨骼进行对应运动。在本技术实施例中，请参考图6，传输动力的组件位于驱动件上盖11245和驱动件底盖11246形成的容置空间内。请参考图7，驱动件上盖11245与驱动件底盖11246形成的容置空间内包括第一驱动齿轮11242、第二驱动齿轮11243以及传动带11244。在本技术实施例中，第一驱动齿轮11242与第二驱动齿轮11243均实现为直齿齿轮，第一驱动齿轮11242的传动轴与肩部内外展电机1111连接，第二驱动齿轮11243的传动轴与肩部外骨骼11连接。在本技术实施例中，第二驱动齿轮11243的齿轮半径大于第一驱动齿轮11242的齿轮半径，以提高动力的传动效果。在本技术实施例中，第一驱动齿轮11242与第二驱动齿轮11243通过传动带11244连接。在一个示例中，传动带11244为皮带。通过传动带11244的连接，第一驱动齿轮11242与第二驱动齿轮11243之间即可进行动力传动。
113.可选地，请参考图8，肩部第一传动件1124还包括张紧架体11247和压紧轴承
11248。张紧架体11247和压紧轴承11248位于第一驱动齿轮11242和第二驱动齿轮11243之间。张紧架体11247和压紧轴承11248与传动带11244连接。可选地，张紧架体11247和压紧轴承11248的组合数量为至少一组。在一个示例中，请参考图8，肩部第一传动件1124内包括两组相对设置的张紧架体11247和压紧轴承11248的组合。
114.在本技术实施例中，由于传动带11244实现为皮带，在运动过程当中，由于皮带与驱动齿轮之间的摩擦，皮带会发生形变，致使第一驱动齿轮11242以及第二驱动齿轮11243之间的动力传递不稳定。故在本技术实施例中，第一驱动齿轮11242和第二驱动齿轮11243之间有张紧架体11247和压紧轴承11248的组合，传动带11244与张紧架体11247和压紧轴承11248的组合连接，在传动带11244进行运动之前，张紧架体11247和压紧轴承11248的组合可以对传动带11244的松紧度进行调整，以保证传动效率。
115.在本技术实施例中，肩部内外展电机1111通过传动带进行动力传输，减小了自身占用的空间，防止在肩部外骨骼11运动时，肩部内外展电机1111与其他组件接触，进而产生运动干涉。
116.可选地，肩部内外展电机1111与上臂屈伸电机1112对应的肩部第二传动件1125进行连接，且肩部第二传动件1125与肩部第三传动件1126进行连接，以保证肩部外骨骼11中各个零件之间的耦合运动。在本技术实施例中，肩部第二传动件1125包括第一连接机架11251，肩部第三传动连接件1126包括第二连接机架11261，肩部骨架112中还包括旋转调节机构1127。第一连接机架11251与肩部第二支承架1122连接，第二连接机架11261与肩部第三支承架1123连接，第一连接机架11251与第二连接机架11261通过旋转调节机构1127连接。
117.在本技术实施例中，请参考图9，上臂屈伸电机1112位于肩部第二支承架1122上。可选地，由于上臂屈伸电机1112为盘式旋转电机，以减小自身占用的空间，防止在运动过程中与其他组件接触，进而产生干涉。在本技术实施例中，肩部第二支承架1122即为具有紧固螺钉的盘状支承架。此时，与肩部第二支承架1122相连接的肩部第二传动件1125包括第一连接机架11251。可选地，该第一连接机架11251具有与肩部第二支承架1122对应的螺钉阵列11252。
118.在与肩部第二支承架1122连接后，上臂屈伸电机1112即可通过肩部第二支承架1122，对肩部外骨骼11进行动力驱动，以控制肩部外骨骼11进行如上述运动方式302中所述的运动。
119.而由于人体所进行的上臂旋转运动以及上臂的屈伸运动通常带有的耦合性，肩部第二传动件11251与肩部第三传动件11261进行连接，以对耦合运动的情况进行模拟。请参考图10，与上臂旋转电机1113连接的肩部第三传动件1126中包括第二连接机架11261，在第一连接机架11251与第二连接机架11261之间不存在旋转偏差时，第二连接机架11261可以视为第一连接机架11251的延伸。同时，第二连接机架11261与第一连接机架11251之间包括旋转调节机构1127。在本技术实施例中，请参考图11。该旋转调节机构1127中包括第一调节板11271，第二调节板11272以及调节连接件11273。其中，第一调节板11271与第二调节板11272通过螺钉连接。如图11所示，调节连接件11273体现为翻板，通过对于翻板高度的调节，可以实现第一连接机架11271以及第二连接机架11272之间的相对角度的变化，以模拟由于人体肘部关节的存在而引起的前臂和上臂之间的旋转角度变化。
120.在本技术实施例中，肩部第三传动连接件1126中包括第一四连杆机架组11262。第一四连杆机架组11262与肩部第三支承架1123的底部连接；第一四连杆机架组11262中包括第一四边形机架11265、第二四边形机架11266、第一转动杆11267以及第二转动杆11268。第一转动杆11267以及第二转动杆11268与肩部第三支承架1123的底部连接。第一四边形机架11265以及第二四边形机架11266位于第一转动杆11267以及第二转动杆11268的底部，第一四边形机架11265以及第二四边形机架11266分别与第一转动杆11267和第二转动杆11268转动连接。
121.请参考图12，上臂旋转电机1113位于肩部第三支承架1123上，其上方通过第二连接机架11261与第一连接机架11251进行连接，以实现对于上方传动的动力的接收与反应，而其下方对应具有第一四连杆机架组11262，以在运动的过程中对于上臂的旋转运动进行模拟，也即，对于上述运动方式303进行模拟。
122.可选地，请参考图12，由于上臂旋转电机1113实现为横向放置的直线电机，故需要通过第一锥齿轮传动机构11263将其驱动力传递至第一四连杆机架组11262中。可选地，第一锥齿轮传动机构11263中包括相互垂直的两个第一类型锥齿轮11264。由于锥齿轮传动机构占用的空间较小，上臂旋转电机1113在工作过程中，也可以防止与肩部外骨骼11之间的其他组件产生干涉。
123.请参考图13，在本技术实施例中，第一四连杆机架组11262中包括第一四边形机架11265、第二四边形机架11266、第一转动杆11267与第二转动杆11268。该四个部件组成了可以循环运动的四连杆机架。当上臂旋转电机1113相对固定，并驱动肩部外骨骼11进行旋转运动时，第一四连杆机架组11262通过连杆运动驱动其下方的肘部外骨骼12以及腕部外骨骼13进行运动，实现对于人体上臂的旋转运动的模拟，并使前臂和手部进行对应的耦合运动。可选地，第一四边形机架11262以及第二四边形机架11266均为平行四边形机架。
124.需要说明的是，在本技术实施例中，用于连接肩部外骨骼11中各个电机的连接件还包括支撑管14。可选地，支撑管14上具有通孔阵列，或，支撑管14上具有滑槽，以用于调节各个电机之间的距离，使肩部外骨骼11可以适配不同上臂长度的使用者进行使用。在本技术实施例中，支撑管14上具有用于调节各个电机之间的长度的通孔阵列。在本技术实施例中，支撑管实现为碳纤维管。
125.其次，针对肘部外骨骼进行说明：
126.在本技术实施例中，前臂屈伸电机1211对应有肘部第一支承架1221和肘部第一传动件1223；前臂旋转电机1212对应有肘部第二支承架1222和肘部第二传动件1224。
127.在本技术实施例中，肩部第三传动件1126中还包括支撑管14，支撑管14位于第一四连杆机架组11262的底部，肘部第一传动件1223与第一四连杆机架组11262通过支撑管14连接。
128.可选地，当肩部第三传动件1126将上臂的旋转作用力通过第一四连杆机架组11262进行传输时，请参考图14，第一四连杆机架11262组通过与自身连接的支撑管14，将动力传输到肘部外骨骼12上，使肘部外骨骼12与肩部外骨骼11进行对应的运动。可选地，在肘部外骨骼12中，支撑管上也具有用于进行程度调节的通孔阵列，以适配不同前臂长度的使用者进行使用。在一个示例中，请参考图15，在第一四连杆机架组11262与支撑管14之间具有滑块141，通过该滑块141，可以调节支撑管14的位置，以适配不同使用者的上臂直径情
况。而在对支撑管14的位置进行调节之后，可选地，请参考图15，第一四连杆机架11262与滑块141以及支撑管14之间通过支撑板142进行固定连接。
129.在本技术实施例中，肘部第一传动件1223中包括锥齿轮组12231。锥齿轮组中包括第一锥齿轮12232以及第二锥齿轮12233，第一锥齿轮12232与肘部屈伸电机1211的底部连接，第一锥齿轮12232与第二锥齿轮12233垂直且啮合。如前文所述，由于通过锥齿轮组12231进行传动的方式占用的空间较小，肘部屈伸电机1211不会与手臂外骨骼1中的其他组件发生干涉。
130.在本技术实施例中，请参考图16，肘部屈伸电机1211实现为圆柱直线电机，以竖直状态位于肘部第一支承架1221内，且位于支撑管14之间。可选地，与肘部屈伸电机1211对应的肘部第一传动件1223中即对应包括锥齿轮组12231。请参考图23，在该锥齿轮组12231中，包括相互啮合的第一锥齿轮12232以及第二锥齿轮12233。当肘部屈伸电机1211进行驱动时，其中，第一锥齿轮12232与肘部屈伸电机1211通过传动轴进行连接，当肘部屈伸电机1211对第一锥齿轮12232进行驱动时，第一锥齿轮12232即跟随传动轴进行旋转，并由于第一锥齿轮12232以及第二锥齿轮12233之间的啮合，带动第二锥齿轮12233旋转，而第二锥齿轮12233用于通过其传动轴，将动力传送至肘部外骨骼12内，使肘部外骨骼12模拟人体的前臂屈伸运动，也即，对于上述运动方式304进行模拟。
131.可选地，肘部第二传动件1224通过支撑管14与肘部第一传动件1223连接。
132.在本技术实施例中，请参考图17，第二锥齿轮12233的传动轴位于传动底座12234上，该传动底座12234与碳纤维制的支撑管14连接。
133.在本技术实施例中，用于支承肘部屈伸电机1211的支撑管14以及用于与传动底座12234连接的支撑管14在肘部外骨骼12不发生相对旋转时，处于平行状态，以对于人体的前臂关节进行模拟。
134.在本技术实施例中，肘部第二传动件1224还包括第二四连杆机架组。第二四连杆机架组位于肘部第二支承架1222底部，第二四连杆机架组中包括第三四边形机架、第四四边形机架、第三转动杆以及第四转动杆。在本技术实施例中，第二四连杆机架组的结构与第一四连杆机架组11262的结构相同。
135.可选地，请参考图18，由于前臂旋转电机1212实现为横向放置的直线电机，故需要通过第二锥齿轮传动机构12242将其驱动力传递至第二四连杆机架组12241中。与第一锥齿轮传动机构11263相同，第二锥齿轮传动机构12242中包括相互垂直且啮合的两个第二类型锥齿轮12243。需要说明的是，在本技术中，锥齿轮的类型仅说明锥齿轮的适配情况，而不代表锥齿轮的具体形态。在一个示例中，当两个锥齿轮为适配的锥齿轮时，即说明其为同一类型。可选地，第一类型锥齿轮与第二类型锥齿轮为同一类型。第二锥齿轮传动机构的占用空间较小，使前臂旋转电机1212与其他传动机构当中不易发生干涉。
136.可选地，肘部第二传动件1224的结构与肩部第三传动件1126的结构相同。也即，在通过第二锥齿轮传动机构11242进行连接后。可选地，由于人体前臂的直径通常小于上臂的直径，故与肘部第二传动件1224对应的第二四连杆机架组12241的尺寸小于与肩部第三传动件1126对应的第一四连杆机架组11242的尺寸。当前臂旋转电机1212相对固定，并驱动肘部外骨骼12进行旋转运动时，第二四连杆机架组通过连杆运动，驱动其下方的腕部外骨骼12进行运动，实现对于人体前臂的旋转运动的模拟。
137.最后，针对腕部外骨骼进行说明：
138.在本技术实施例中，手部屈伸电机1311对应有腕部第一支承架1321；手部摆动电机1312对应有腕部第二支承架1322。
139.可选地，腕部第一支承架1321通过支撑管14与肘部第二传动件1224连接，且腕部第二支承架1322与腕部第一支承架1321连接。
140.请参考图19，为对人体骨骼进行模拟，腕部第一支承架1321与肘部第二传动件1224之间，也通过碳纤维制的支撑管14进行连接。
141.可选地，与肩部第三传动件1126的结构相同，在第二平行四边形机架与支撑管14之间还具有滑块，通过该滑块，可以调节支撑管的位置，以适配不同使用者的前臂情况。
142.在本技术实施例中，请参考图20，为适配人体腕部尺寸，且避免在运动过程中与手臂外骨骼1的其他结构的运动发生干涉，手部屈伸电机1311以及手部摆动电机1312均为盘式电机。手部摆动电机1312位于支撑管之间的腕部第支承架1321上，手部屈伸电机1311所在的腕部第二支承架与手部摆动电机所在的腕部第二支承架1322连接。
143.在本技术实施例中，手臂外骨骼1还包括至少一个绑带15；至少一个绑带15与肘部骨架122连接。当使用者穿戴手臂外骨骼1时，绑带15与使用者的前臂固定。
144.在本技术实施例中，为使使用者在穿戴手臂外骨骼1内，并使用的过程中，使用者手臂不与手臂外骨骼1发生脱离，在手臂外骨骼1上将设置至少一个绑带15。在本技术实施例中，请参考图21，绑带15将与使用者的手臂外骨骼1连接，在使用时，绑带15与使用者的手臂固定。可选地，绑带15位于肘部骨架122上，或，绑带与肘部骨架122和/或腕部骨架132以及肩部外骨架121连接。如图21所示，绑带15的数量为2个，且两个绑带均与肘部外骨骼122中的支撑管14连接。在肘部骨架122处的两个绑带15可以分别与使用者的前臂以及上臂进行连接。在本技术实施例中，为保证不同手臂长度的使用者均可以通过绑带将自身的手臂与手臂外骨骼1保持良好的连接关系，绑带可以沿支撑管运动，进行位置调整。
145.综上所述，本技术实施例提供的手臂外骨骼，在手臂外骨骼根据控制指令进行主动运动，或跟随使用者的手臂运动进行从动运动的过程当中，通过肩部电机组模拟由人体的肩关节所引导的运动，通过肘部电机组模拟由人体的肘关节所引导的运动，并通过腕关节组模拟由人体的腕关节所引导的运动。在使用者穿戴手臂外骨骼进行运动的过程当中，对应使用者手臂的肩关节、肘关节与腕关节进行电机组以及骨架的组合设置，使手臂外骨骼在运动过程中对于人体运动的模拟更加真实，提高了对于人体运动状态的模拟准确度。
146.本技术实施例提供的手臂外骨骼，通过肩部内外展电机、上臂屈伸电机以及上臂旋转电机驱动肩部骨架模拟肩关节的内外展运动，上臂的旋转运动以及上臂的屈伸运动；通过前臂屈伸电机以及前臂旋转电机驱动肘部骨架模拟肘关节带动前臂进行的前臂旋转运动以及前臂屈伸运动，并通过手部屈伸电机以及手部屈伸电机驱动腕部骨架模拟腕关节带动手部进行的手部摆动运动以及手部屈伸运动。在使用者穿戴手臂外骨骼进行运动的过程当中，手臂外骨骼可以通过上述7个电机对于人体手臂的7个自由度进行完整的模拟，提高了对于人体运动状态的模拟准确度。
147.本技术实施例提供的手臂外骨骼，对应手臂外骨骼，通过不同的电机形式以及传动件的传动方式的设置，使手臂外骨骼中的动力传动路径明确，同时，在如本实施例所述的电机以及传动件的设置方式下，当手臂外骨骼工作时，各个结构之间不会产生相互干涉，影
响手臂外骨骼运动的现象，提高了手臂外骨骼的使用效率，且在保证各个关节输出力矩满足各关节需求的同时，保证了使用者的穿戴舒适度，提高了手臂外骨骼的便携性。
148.本技术实施例提供的手臂外骨骼，通过对于支撑管进行长度的调整，以实现组件之间的相对位置调整，以及绑带的设置，使手臂外骨骼对于不同臂展的使用者的适应性提高，进而提高了手臂外骨骼的使用稳定性。
149.图22示出了本技术一个示例性实施例提供的一种上身外骨骼2的结构示意图。该上身外骨骼2包括两个如上述任一实施例中所述的手臂外骨骼1，以及躯干外骨骼21。躯干外骨骼21包括第一支板211、第二支板212以及支板连接件213。第一支板211模拟人体躯干与上肢的连接方式，与两个手臂外骨骼1分别连接。
150.在本技术实施例中，当使用者穿戴上身外骨骼2时，使用者的手臂与手臂外骨骼1适配，使用者的背部与第一支板211适配，且使用者的腰部与第二支板212适配，在此情况下，支板连接件213起到对于人体脊椎的模拟作用，也即，对于人体的躯干进行支撑。
151.在本技术实施例中，请参考图22，在支板连接件213上包括至少一个定位孔2131，该支板连接件213上的定位孔2131用于调节并固定第一支板211以及第二支板212之间的距离。在通过定位孔2131进行位置调节后，第一支板211将被调节至与使用者的背部适配的位置，第二支板212将被调节至与使用者的腰部相适配的位置。也即，躯干外骨骼21通过支板连接件213的调节，可适配不同躯干长度的使用者。
152.可选地，请参考图22，在躯干外骨骼21与手臂外骨骼1中的肩部外骨骼11连接处，设置有至少一组螺孔槽2111，该螺孔槽2111用于与螺钉组合，以对手臂外骨骼1与躯干外骨骼21之间的相对位置进行调节，以适配使用者的人体需求。
153.本技术实施例提供的上身外骨骼，在具有对人体的动作具有高还原度的手臂外骨骼的前提下，通过躯干外骨骼将两个手臂外骨骼进行连接，使人体的上肢在穿戴上身外骨骼时，手臂与躯干可以完全与上身外骨骼进行适配，在保证手臂外骨骼对于使用者的动作进行还原的同时，提高了人体对于上身外骨骼的穿戴稳定性。
154.图23示出了本技术一个示例性实施例提供的一种遥操作系统3的结构示意图。请参考图23，该遥操作系统3中包括上身外骨骼2，中控设备301以及模拟运动装置302。
155.在本技术实施例中，上身外骨骼2与模拟运动装置302通过中控设备301建立有通信连接。
156.如上实施例中所述，本技术实施例中所述的各个电机，均实现为电机以及编码器的集合，也即，本技术各个实施例中所述的电机，均可以在手臂外骨骼的运动过程中，对于自身的运动状态以及位置变化进行记录以及存储。
157.在一个示例中，模拟运动装置302也为上身外骨骼2。
158.上身外骨骼2为直接跟随使用者进行运动的设备。可选地，上身外骨骼2在跟随使用者进行运动的过程中，各个编码器生成对应的运动信号，并汇总成为第一运动信号，向进行信号中转的中控设备301进行发送，在中控设备301接受到第一运动信号后，根据第一运动信号生成第一控制信号，并向从端的模拟运动装置302发送该第一控制信号。模拟运动装置302即根据第一控制信号进行运动的模拟，而在模拟运动装置302根据第一控制信号进行运动的模拟受限时，将会生成第二运动信号，并发送至中控设备301。此时，中控设备301根据第二运动信号生成第二控制信号，并反馈给主端的上身外骨骼2。上身外骨骼2的各个电
机根据第二控制信号，对于上身外骨骼2进行制动，此时，主端的使用者即会感知到该制动，以确认从端的环境情况，并进一步通过自身的运动带动上身外骨骼2进行状态的变化。
159.综上所述，本技术实施例提供的模拟运动系统，通过中控设备实现上身外骨骼与模拟运动装置之间的通信连接，并根据该通信连接进行二者信号的交互，使电机可以接收到反馈信号，并对于从端的模拟运动装置进行驱动，对主端的上身外骨骼进行制动，提高了对于人体运动状态的模拟准确度。
160.应该理解到，在本技术中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
161.上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本技术的可选实施例，在此不再一一赘述。
162.以上所述仅为本技术的可选实施例，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。