发明内容

本发明要解决的技术问题是现有技术中缺乏体积小、质量轻且方便穿戴的上肢助力外骨骼机器人。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种上肢助力外骨骼机器人，包括伸缩模拟肌肉、液压动力机构、胸部支撑架、肩部支撑架和大臂连接套；

所述伸缩模拟肌肉包括第一软管和多个液压缸，液压缸内设置有第一活塞、第一活塞杆、第二活塞和第二活塞杆，液压缸的两端均封闭，第一活塞杆的一端穿过液压缸和第二活塞并与第一活塞连接，第二活塞杆穿过液压缸和第一活塞并与第二活塞连接，第一活塞和第二活塞之间形成液压腔，两个活塞的外侧则形成空气腔；多个液压缸呈一字型排列，相邻液压缸的第一活塞杆和第二活塞杆连接，所有液压缸的液压腔与第一软管的一端连通，第一软管的另一端与液压动力机构连接；

所述胸部支撑架固定在用户的胸部，肩部支撑架固定在用户的肩部，液压动力机构安装在胸部支撑架上；由于人体肩部结构特点，单纯的肩部支撑架不容易固定，一般可以配置连接带将肩部支撑架与胸部支撑架连接；

所述大臂连接套固定在用户的大臂上，所述伸缩模拟肌肉的两端的液压缸分别连接肩部支撑架和大臂连接套；

当液压动力机构向液压缸的液压腔内充油时，第一活塞和第二活塞彼此分离并分别压缩两侧的空气腔，使得两个相邻的液压缸之间的距离增大，进而实现整个伸缩模拟肌肉的伸长；相应的，当液压动力机构泄压时，第一活塞和第二活塞受到空气腔内压缩空气的作用而重新彼此靠近，使得两个相邻的液压缸之间的距离减小，进而实现整个伸缩模拟肌肉的收缩；

将伸缩模拟肌肉安装在大臂的合适位置即可实现大臂的多种动作，例如，大臂的外表面、内表面、前表面和后表面各安装两条伸缩模拟肌肉，安装在大臂内表面的伸缩模拟肌肉的两端的液压缸分别连接胸部支撑架和大臂连接套；在这种安装方式中，大臂外表面和内表面的伸缩模拟肌肉配合可以实现大臂的上举动作和自然下垂，大臂前表面和后表面的伸缩模拟肌肉配合可以实现大臂的前摆动作和后摆动作。

进一步的，所述相邻液压缸的第一活塞杆和第二活塞杆之间通过万向节连接，万向节使得两个相邻的液压缸之间能够偏转一定的角度，这使得整个伸缩模拟肌肉既能进行伸缩动作也能进行一定程度的弯曲，让伸缩模拟肌肉更加灵活。

进一步的，所述伸缩模拟肌肉还包括由弹性材料制成的伸缩板，所有液压缸均固定在伸缩板上，伸缩板本身能够伸缩，不影响伸缩模拟肌肉的正常伸缩；另一方面，伸缩板本身具有一定的强度，可以使所有的液压缸处于同一平面内，避免伸缩模拟肌肉发生不可控的扭转和弯曲。

伸缩模拟肌肉的主要作用是实现大臂的动作，为了能够给小臂提供助力，本发明还包括弯曲模拟肌肉和小臂连接套，所述弯曲模拟肌肉包括第二软管、弹性弯板和外膨胀套；所述外膨胀套的内部设置有中空的第一膨胀腔，外膨胀套呈弧形，外膨胀套的外表面呈波浪形，外膨胀套的内表面由弹性弯板封闭；所述第二软管的一端与第一膨胀腔连通，另一端连接液压动力机构；所述小臂连接套固定在用户的小臂上，外膨胀套的两端分别连接大臂连接套和小臂连接套；

当液压动力机构向外膨胀套的第一膨胀腔内充油时，外膨胀套的波浪形外表面受到液压油的作用而舒张，而作为内表面的弹性弯板本身无法伸长，进而导致整个外膨胀套和弹性弯板的弯曲程度加剧，从而实现弯曲模拟肌肉的弯曲动作。

进一步的，所述第一膨胀腔内设置有第一连接筋，第一连接筋呈三角形并且沿着弹性弯板的弧长方向均匀间隔分布，第一连接筋能够增强外膨胀套中间区域的强度，使得外膨胀套的内部压力增大时，主要膨胀的是波浪形的外表面，避免外膨胀套发生不规则的变形。

进一步的，所述弯曲模拟肌肉还包括内膨胀套，所述内膨胀套的内部设置有中空的第二膨胀腔，内膨胀套呈弧形，内膨胀套的外表面由弹性弯板封闭；第二膨胀腔内设置有与弹性弯板垂直的第二连接筋；所述第二软管与第二膨胀腔连通；

当液压动力机构向内膨胀套的第二膨胀腔内充油时，内膨胀套的内表面轻度膨胀，使得内膨胀套的内表面从两端牵拉内膨胀套的外表面(也就是弹性弯板)，从而实现弯曲模拟肌肉的弯曲动作。

进一步的，上肢助力外骨骼机器人还包括弹力带，所述弹力带位于用户的肘关节处并且弹力带的两端分别连接大臂连接套和小臂连接套；当液压动力机构泄压之后，弹力带能够帮助用户的胳膊复位。

进一步的，上肢助力外骨骼机器人还包括控制器、检测贴片和中控屏幕；

所述液压动力机构包括动力液压缸、动力活塞和电动推杆，动力活塞位于动力液压缸内，电动推杆连接动力活塞；

所述检测贴片粘贴在用户的大臂和小臂上，中控屏幕安装在胸部支撑架上，控制器连接检测贴片和中控屏幕，控制器控制电动推杆，所述控制器内安装有控制程序，所述检测贴片为压力传感器，检测贴片以设定的频率将压力数据传递至控制器，检测贴片能够检测用户手臂不同肌肉的压力；

当检测贴片测量的压力数据大于等于第一设定值时，控制器控制对应的电动推杆正行程；当检测贴片测量的压力数据大于等于第二设定值且小于第一设定值时，控制器控制对应的电动推杆保持原位；当检测贴片测量的压力数据小于第二设定值时，控制器控制对应的电动推杆反行程；

当用户需要进行举臂、曲臂等动作时，用户胳膊上的对应肌肉发力会对检测贴片产生压力(此时的压力较大，大于等于第一设定值)，控制器通过检测贴片检测到这种较大的压力信号后就会启动对应的电动推杆，电动推杆则驱动对应的伸缩模拟肌肉或者弯曲模拟肌肉，为用户的动作提供助力；当用户举臂、曲臂到目标位置后，用户胳膊上的对应肌肉只需要维持胳膊的当前姿态即可，此时用户胳膊上的对应肌肉对检测贴片产生的压力较小(大于等于第二设定值且小于第一设定值)，控制器通过检测贴片检测到这种较小的压力信号后则判定用户的胳膊已经运动至目标位置，此时控制器控制对应的电动推杆保持原位；当用户需要放弃当前举臂或者曲臂动作时，用户胳膊上的对应肌肉完全放松，肌肉对检测贴片产生的压力很小或者为零(小于第二设定值)，控制器通过检测贴片检测到这种很小或者为零的压力信号后则判定用户希望胳膊处于自然下垂状态，此时，控制器控制对应的电动推杆反行程，液压动力机构不输出液压动力。

有益效果：(1)本发明的上肢助力外骨骼机器人利用多个液压缸形成伸缩模拟肌肉，不但结构小质量轻，而且通过将伸缩模拟肌肉附着在大臂的不同位置可以助力大臂实现举臂、下垂、前摆和后摆等多种动作，帮助需要加强上肢力量的人群提高生活质量。(2)本发明的上肢助力外骨骼机器人在相邻的液压缸之间设置万向节，得整个伸缩模拟肌肉既能进行伸缩动作也能进行一定程度的弯曲，让伸缩模拟肌肉更加灵活。(3)本发明的上肢助力外骨骼机器人利用弹性弯板和外膨胀套形成弯曲模拟肌肉，进一步实现了曲臂动作助力，使得整个上肢助力外骨骼机器人的助力效果更强。(4)本发明的上肢助力外骨骼机器人在外膨胀套内设置第一连接筋，在内膨胀套中设置第二连接筋，利用两种连接筋定向控制两个膨胀套的变形区域，避免弯曲模拟肌肉产生不规则的扭曲。(5)本发明的上肢助力外骨骼机器人采用控制器和检测贴片智能控制伸缩模拟肌肉和弯曲模拟肌肉，用户无需额外操控，使用更加方便。(6)本发明中的伸缩肌肉长度可以随意拆卸调节，模块化，可根据使用助力大小增加或减少液压缸的数量，可根据不同人的肢体长度调节肌肉长度。(7)本发明的液压动力机构在人体中间，重量在人中心处，增加稳定性，同时减小肢体处的重量，使肢体处结构紧凑简单，便于肢体活动。