CN116336353A - 一种基于重力平衡原理的可折叠稳定平台 - Google Patents

Abstract

一种基于重力平衡原理的可折叠稳定平台，它涉及一种可折叠稳定平台。本发明为解决现有可穿戴平台稳定性差、占用空间大且难以实现主动控制的问题。本发明包括穿戴背板、肩关节、大臂、肘关节、小臂和末端法兰，穿戴背板固接在人体背部，穿戴背板的上端通过肩关节与大臂的下端连接，大臂的上端通过肘关节与小臂的下端连接，末端法兰与小臂的上端连接，大臂和小臂上均设有弹簧重力平衡机构。本发明用于搭载执行器。

Description

一种基于重力平衡原理的可折叠稳定平台

技术领域

本发明涉及一种可折叠稳定平台，具体涉及一种基于重力平衡原理的可折叠稳定平台。

背景技术

近年来，可穿戴装置已经成为作业人员的重要辅助装备之一，可穿戴装置能够辅助穿戴者执行作业任务，增强穿戴者的作业能力，提供给穿戴者实现多种额外能力的可能性。可穿戴稳定平台是一种可穿戴的，用于提供末端稳定支撑的装置，末端可以搭载多种工具、相机等执行器，保障执行器稳定工作。利用稳定平台并配合辅助控制，搭载的执行器无需穿戴者手动控制，可自动执行检测或作业任务。因此，可穿戴稳定平台既需要充分利用穿戴者可操作控制的空间，又需要保证穿戴者运动过程中的稳定性。稳定平台的设计直接决定了穿戴者对末端执行器控制的难易程度以及末端执行器的工作性能等。

发明内容

本发明为了解决现有可穿戴平台稳定性差、占用空间大且难以实现主动控制的问题，进而提出一种基于重力平衡原理的可折叠稳定平台。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种基于重力平衡原理的可折叠稳定平台包括穿戴背板、肩关节、大臂、肘关节、小臂和末端法兰，穿戴背板固接在人体背部，穿戴背板的上端通过肩关节与大臂的下端连接，大臂的上端通过肘关节与小臂的下端连接，末端法兰与小臂的上端连接，大臂和小臂上均设有弹簧重力平衡机构。

进一步地，所述肩关节包括肘关节驱动电机座、肘关节驱动电机、肘关节驱动轴、从动侧平行四边形肩绳轮、肘关节驱动支撑座、肘关节驱动绳轮、肩关节驱动支撑座、主动侧平行四边形肩绳轮、肩关节驱动轴、肩关节驱动电机和肩关节驱动电机座，肘关节驱动电机座、肘关节驱动支撑座、肩关节驱动支撑座和肩关节驱动电机座分别固接在穿戴背板的外侧端面上，肘关节驱动电机固接在肘关节驱动电机座上，肘关节驱动轴的一端与肘关节驱动电机的输出轴固接，肘关节驱动轴的中部与肘关节驱动支撑座转动连接，从动侧平行四边形肩绳轮与肘关节驱动支撑座固接，肘关节驱动绳轮与肘关节驱动轴的另一端固接，肩关节驱动电机与肩关节驱动电机座固接，肩关节驱动轴的一端与肩关节驱动电机的输出轴固接，肩关节驱动轴的另一端与肩关节驱动支撑座转动连接。

进一步地，所述大臂包括从动大臂杆、从动侧平行四边形钢丝绳、主动侧平行四边形钢丝绳和主动大臂杆，从动大臂杆的一端与肘关节驱动轴转动连接，从动大臂杆的另一端与肘关节转动连接，从动侧平行四边形钢丝绳的一端绕过并固接在从动侧平行四边形肩绳轮上，从动侧平行四边形钢丝绳的另一端固接在肘关节上，主动大臂杆的一端与肩关节驱动轴固接，主动大臂杆的另一端与肘关节转动连接，主动侧平行四边形钢丝绳的一端绕过并固接在主动侧平行四边形肩绳轮上，主动侧平行四边形钢丝绳的另一端固接在肘关节上。

进一步地，大臂上的弹簧重力平衡机构包括从动大臂弹簧挂点架、主动大臂弹簧挂点架、从动大臂平衡弹簧、从动大臂弹簧钢丝绳、从动大臂弹簧钢丝绳导向轮架、从动大臂弹簧钢丝绳导向轮、主动大臂弹簧钢丝绳导向轮、主动大臂弹簧钢丝绳导向轮架、主动大臂弹簧钢丝绳和主动大臂平衡弹簧，从动大臂弹簧挂点架与从动侧平行四边形肩绳轮固接，主动大臂弹簧挂点架与主动侧平行四边形肩绳轮固接，主动侧平行四边形肩绳轮与肩关节驱动支撑座固接，从动大臂平衡弹簧一端与从动大臂杆的上部固接，从动大臂平衡弹簧的另一端与从动大臂弹簧钢丝绳的一端相连，从动大臂弹簧钢丝绳的另一端绕过从动大臂弹簧钢丝绳导向轮，并与从动大臂弹簧挂点架固接，从动大臂弹簧钢丝绳导向轮与从动大臂弹簧钢丝绳导向轮架固接，从动大臂弹簧钢丝绳导向轮架与从动大臂杆的下部固接，主动大臂平衡弹簧一端通过与主动大臂杆的上部固接，主动大臂平衡弹簧的另一端与主动大臂弹簧钢丝绳的一端相连，主动大臂弹簧钢丝绳的另一端绕过主动大臂弹簧钢丝绳导向轮，并与主动大臂弹簧挂点架固接，主动大臂弹簧钢丝绳导向轮与主动大臂弹簧钢丝绳导向轮架固接，主动大臂弹簧钢丝绳导向轮架与主动大臂杆的下部固接。

进一步地，所述肘关节包括从动侧平行四边形肘绳轮、从动侧肘关节上轴连接板、肘关节上轴、主动侧肘关节上轴连接板、主动侧平行四边形肘绳轮、小臂驱动轮和小臂驱动绳，从动侧平行四边形肘绳轮和主动侧平行四边形肘绳轮均固接在肘关节下轴上，从动侧平行四边形肘绳轮一侧的转动轴肩与从动大臂杆转动连接，从动侧平行四边形钢丝绳的另一端绕过并固接在从动侧平行四边形肘绳轮上，小臂驱动轮设置在从动侧平行四边形肘绳轮和主动侧平行四边形肘绳轮之间且与肘关节下轴转动连接，主动侧平行四边形肘绳轮另一侧的转动轴肩与主动大臂杆转动连接，主动侧平行四边形钢丝绳的另一端绕过并固接在主动侧平行四边形肘绳轮上，从动侧肘关节上轴连接板与从动侧平行四边形肘绳轮的内侧端面固接，主动侧肘关节上轴连接板与主动侧平行四边形肘绳轮的内侧端面固接，肘关节上轴固接在从动侧肘关节上轴连接板与主动侧肘关节上轴连接板之间，小臂驱动绳的一端绕过并固接在小臂驱动轮上，小臂驱动绳的另一端绕过并固接在肘关节驱动绳轮上。

进一步地，所述肘关节还包括从动侧定位螺栓和主动侧定位螺栓，从动侧定位螺栓固接在肘关节下轴的端部且设置在从动侧平行四边形肘绳轮的外侧端，主动侧定位螺栓固接在肘关节下轴的端部且设置在主动侧平行四边形肘绳轮的外侧端。

进一步地，所述小臂包括小臂上杆和小臂下杆，小臂上杆的一端与肘关节上轴转动连接，小臂上杆的另一端与末端法兰固接，小臂下杆的一端与小臂驱动轮固接，小臂下杆的另一端与末端法兰固接。

进一步地，小臂的弹簧重力平衡机构包括小臂弹簧挂点架、小臂平衡弹簧、小臂弹簧钢丝绳、小臂弹簧钢丝绳导向轮和小臂弹簧钢丝绳导向轮架，小臂弹簧挂点架固接在主动侧平行四边形肘绳轮的内侧，小臂平衡弹簧的一端与小臂下杆的上部固接，小臂平衡弹簧的另一端与小臂弹簧钢丝绳的一端相连，小臂弹簧钢丝绳的另一端绕过小臂弹簧钢丝绳导向轮，并固接在小臂弹簧挂点架上，小臂弹簧钢丝绳导向轮与小臂弹簧钢丝绳导向轮架固接，小臂弹簧钢丝绳导向轮架与小臂下杆的下部固接。

进一步地，所述末端法兰包括末端上面法兰、末端侧面法兰、末端上面法兰转轴和末端侧面法兰转轴，末端上面法兰转轴通过销与小臂上杆的另一端固接，末端上面法兰与末端上面法兰转轴转动连接，末端侧面法兰转轴通过销与小臂下杆的另一端固接，末端侧面法兰与末端侧面法兰转轴转动连接，末端上面法兰与末端侧面法兰垂直固接。

进一步地，所述末端上面法兰与末端侧面法兰之间固接有加强肋板。

本发明与现有技术相比包含的有益效果是：

一、本发明将被动重力平衡原理与主动控制方法相结合。

纯被动平衡机构都无法自动折叠，只能平衡而无法主动控制平台展开或收拢位置，本发明在重力被动平衡补偿的基础上可以通过控制电机调整平衡位置，以及让平台自动展开或折叠。

同时，相比于纯主动控制的机构，依靠重力平衡补偿可以减轻控制电机的输出力矩负担，因而可以选用更小型号的电机，体积与重量更小。

此外，传统重力平衡稳定机构常用于装置基座固定不动的场合，本发明的稳定平台是可以穿戴在人体背部的可折叠伸展装置，穿戴者的激烈运动会导致装置基座产生不确定的抖动，依托本发明中加入的主动控制环节，能够提供控制扭矩实现辅助抑制基座抖动产生的末端抖动，因此本发明的稳定平台既可以用于基座静止场合，也可用于基座在一定范围内运动的场合，比如移动机器人等。

二、本发明设计了双平行四边形机构。

利用平行四边形对边相互平行的性质，在稳定平台展开与收回的过程中，始终保持肘关节上下轴连线和末端法兰连线平行且在固定方向，从而使得末端上面法兰始终保持水平，保障了末端性能。

三、本发明采用了双大臂与单小臂的组合方式。

如果采用竖直双杆结构，为保持平衡，整个装置的工作空间会上下相互干涉，无法从完全收拢状态展开到完全伸展状态；如果采用平行四杆结构，可能会产生过约束和出现运动不畅现象，并且会增大装置的体积和重量。因此采取双大臂与单小臂的组合方式。

两根大臂分别由弹簧辅助重力补偿，并联平衡大小臂的重力，减小每根弹簧的受力，而小臂的重量较小，弹簧刚度相对小。因此配合双大臂与单小臂形式的串并联弹簧设计可以避免因装置折叠伸展而导致的弹簧行程较长、拉力较大的问题。

四、本发明实现了轻量化设计。

由于穿戴式装置对质量敏感度高，整体采用了轻量化设计。首先，依靠重力平衡补偿机构降低了对控制电机的需要，减小了控制电机的重量；其次，双大臂的平行四边形机构采用了钢丝绳结构取代了传统的四连杆结构，大幅减小了重量。

此外，全部的电机驱动单元均布置在背板上，肘关节通过钢丝绳传动设计实现了跨距传动，在不增加***重量的情况下，大幅减小了装置对穿戴者的作用力矩，提升穿戴者的舒适性。

附图说明

图1是本发明整体结构的轴测图；

图2是本发明作业状态时的轴测图；

图3是本发明折叠回收状态时的轴测图；

图4是本发明中肩关节II的主视图；

图5是本发明中大臂III的轴测图；

图6是本发明中肘关节IV的轴测图；

图7是本发明中小臂V和末端法兰VI的轴测图；

图8是本发明中弹簧重力平衡的原理图；

图9是本发明中双平行四边形的原理图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图9说明本实施方式，本实施方式所述一种基于重力平衡原理的可折叠稳定平台包括穿戴背板I、肩关节II、大臂III、肘关节IV、小臂V和末端法兰VI，穿戴背板I固接在人体背部，穿戴背板I的上端通过肩关节II与大臂III的下端连接，大臂III的上端通过肘关节IV与小臂V的下端连接，末端法兰VI与小臂V的上端连接，大臂III和小臂V上均设有弹簧重力平衡机构。

穿戴背板I可以通过背带、卡扣等固定方式与人体背部连接，穿戴背板I上还可以布置电池、控制器、传感器等相关装置。

具体实施方式二：结合图1至图9说明本实施方式，本实施方式所述肩关节II包括肘关节驱动电机座II-1、肘关节驱动电机II-2、肘关节驱动轴II-3、从动侧平行四边形肩绳轮II-5、肘关节驱动支撑座II-6、肘关节驱动绳轮II-7、肩关节驱动支撑座II-8、主动侧平行四边形肩绳轮II-9、肩关节驱动轴II-11、肩关节驱动电机II-12和肩关节驱动电机座II-13，肘关节驱动电机座II-1、肘关节驱动支撑座II-6、肩关节驱动支撑座II-8和肩关节驱动电机座II-13分别固接在穿戴背板I的外侧端面上，肘关节驱动电机II-2固接在肘关节驱动电机座II-1上，肘关节驱动轴II-3的一端与肘关节驱动电机II-2的输出轴固接，肘关节驱动轴II-3的中部与肘关节驱动支撑座II-6转动连接，从动侧平行四边形肩绳轮II-5与肘关节驱动支撑座II-6固接，肘关节驱动绳轮II-7与肘关节驱动轴II-3的另一端固接，肩关节驱动电机II-12与肩关节驱动电机座II-13固接，肩关节驱动轴II-11的一端与肩关节驱动电机II-12的输出轴固接，肩关节驱动轴II-11的另一端与肩关节驱动支撑座II-8转动连接。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一相同。

肩关节II由肘关节驱动电机座II-1、肘关节驱动电机II-2、肘关节驱动轴II-3、从动大臂弹簧挂点架II-4、从动侧平行四边形肩绳轮II-5、肘关节驱动支撑座II-6、肘关节驱动绳轮II-7、肩关节驱动支撑座II-8、主动侧平行四边形肩绳轮II-9、主动大臂弹簧挂点架II-10、肩关节驱动轴II-11、肩关节驱动电机II-12、肩关节驱动电机座II-13组成。肘关节驱动电机座II-1、肘关节驱动支撑座II-6、肩关节驱动支撑座II-8、肩关节驱动电机座II-13均通过螺栓连接固定于穿戴背板I上。肘关节驱动电机II-2通过螺栓连接固定于肘关节驱动电机座II-1上。肘关节驱动轴II-3的一端通过螺栓连接固定于肘关节驱动电机II-2的法兰上，肘关节驱动轴II-3的另一端通过轴承支撑于肘关节驱动支撑座II-6中。从动大臂弹簧挂点架II-4通过螺栓连接固定于从动侧平行四边形肩绳轮II-5上，从动侧平行四边形肩绳轮II-5通过螺栓连接固定于肘关节驱动支撑座II-6上。肘关节驱动绳轮II-7通过销连接固定于肘关节驱动轴II-3上。肩关节驱动电机II-12通过螺栓连接固定于肩关节驱动电机座II-13上。肩关节驱动轴II-11的一端通过螺栓连接固定于肩关节驱动电机II-12的法兰上，肩关节驱动轴II-11的另一端通过轴承支撑于肩关节驱动支撑座II-8中。主动大臂弹簧挂点架II-10通过螺栓连接固定于主动侧平行四边形肩绳轮II-9上，主动侧平行四边形肩绳轮II-9通过螺栓连接固定于肩关节驱动支撑座II-8上。

具体实施方式三：结合图1至图9说明本实施方式，本实施方式所述大臂III包括从动大臂杆III-1、从动侧平行四边形钢丝绳III-4、主动侧平行四边形钢丝绳III-9和主动大臂杆III-12，从动大臂杆III-1的一端与肘关节驱动轴II-3转动连接，从动大臂杆III-1的另一端与肘关节IV转动连接，从动侧平行四边形钢丝绳III-4的一端绕过并固接在从动侧平行四边形肩绳轮II-5上，从动侧平行四边形钢丝绳III-4的另一端固接在肘关节IV上，主动大臂杆III-12的一端与肩关节驱动轴II-11固接，主动大臂杆III-12的另一端与肘关节IV转动连接，主动侧平行四边形钢丝绳III-9的一端绕过并固接在主动侧平行四边形肩绳轮II-9上，主动侧平行四边形钢丝绳III-9的另一端固接在肘关节IV上。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：结合图1至图9说明本实施方式，本实施方式大臂III上的弹簧重力平衡机构包括从动大臂弹簧挂点架II-4、主动大臂弹簧挂点架II-10、从动大臂平衡弹簧III-2、从动大臂弹簧钢丝绳III-3、从动大臂弹簧钢丝绳导向轮架III-5、从动大臂弹簧钢丝绳导向轮III-6、主动大臂弹簧钢丝绳导向轮III-7、主动大臂弹簧钢丝绳导向轮架III-8、主动大臂弹簧钢丝绳III-10和主动大臂平衡弹簧III-11，从动大臂弹簧挂点架II-4与从动侧平行四边形肩绳轮II-5固接，主动大臂弹簧挂点架II-10与主动侧平行四边形肩绳轮II-9固接，主动侧平行四边形肩绳轮II-9与肩关节驱动支撑座II-8固接，从动大臂平衡弹簧III-2一端与从动大臂杆III-1的上部固接，从动大臂平衡弹簧III-2的另一端与从动大臂弹簧钢丝绳III-3的一端相连，从动大臂弹簧钢丝绳III-3的另一端绕过从动大臂弹簧钢丝绳导向轮III-6，并与从动大臂弹簧挂点架II-4固接，从动大臂弹簧钢丝绳导向轮III-6与从动大臂弹簧钢丝绳导向轮架III-5固接，从动大臂弹簧钢丝绳导向轮架III-5与从动大臂杆III-1的下部固接，主动大臂平衡弹簧III-11一端通过与主动大臂杆III-12的上部固接，主动大臂平衡弹簧III-11的另一端与主动大臂弹簧钢丝绳III-10的一端相连，主动大臂弹簧钢丝绳III-10的另一端绕过主动大臂弹簧钢丝绳导向轮III-7，并与主动大臂弹簧挂点架II-10固接，主动大臂弹簧钢丝绳导向轮III-7与主动大臂弹簧钢丝绳导向轮架III-8固接，主动大臂弹簧钢丝绳导向轮架III-8与主动大臂杆III-12的下部固接。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式三相同。

大臂III由从动大臂杆III-1、从动大臂平衡弹簧III-2、从动大臂弹簧钢丝绳III-3、从动侧平行四边形钢丝绳III-4、从动大臂弹簧钢丝绳导向轮架III-5、从动大臂弹簧钢丝绳导向轮III-6、主动大臂弹簧钢丝绳导向轮III-7、主动大臂弹簧钢丝绳导向轮架III-8、主动侧平行四边形钢丝绳III-9、主动大臂弹簧钢丝绳III-10、主动大臂平衡弹簧III-11、主动大臂杆III-12组成。从动大臂杆III-1的一端通过轴承支撑于肘关节驱动轴II-3上，从动大臂杆III-1的另一端通过轴承支撑于从动侧平行四边形肘绳轮IV-2的转动轴肩上。从动大臂平衡弹簧III-2一端通过螺栓连接固定于从动大臂杆III-1上，从动大臂平衡弹簧III-2的另一端与从动大臂弹簧钢丝绳III-3的一端相连，从动大臂弹簧钢丝绳III-3的另一端绕过从动大臂弹簧钢丝绳导向轮III-6，并固定于从动大臂弹簧挂点架II-4上。从动大臂弹簧钢丝绳导向轮III-6通过螺栓连接固定于从动大臂弹簧钢丝绳导向轮架III-5上。从动侧平行四边形钢丝绳III-4的一端绕过并通过螺栓连接固定于从动侧平行四边形肩绳轮II-5上，从动侧平行四边形钢丝绳III-4的另一端绕过并通过螺栓连接固定于从动侧平行四边形肘绳轮IV-2上。主动大臂杆III-12的一端通过销连接固定于肩关节驱动轴II-11上，主动大臂杆III-12的另一端通过轴承支撑于主动侧平行四边形肘绳轮IV-6的转动肘肩上。主动大臂平衡弹簧III-11一端通过螺栓连接固定于主动大臂杆III-12上，主动大臂平衡弹簧III-11的另一端与主动大臂弹簧钢丝绳III-10的一端相连，主动大臂弹簧钢丝绳III-10的另一端绕过主动大臂弹簧钢丝绳导向轮III-7，并固定于主动大臂弹簧挂点架II-10上。主动大臂弹簧钢丝绳导向轮III-7通过螺栓连接固定于主动大臂弹簧钢丝绳导向轮架III-8上。主动侧平行四边形钢丝绳III-9的一端绕过并通过螺栓连接固定于主动侧平行四边形肩绳轮II-9上，主动侧平行四边形钢丝绳III-9的另一端绕过并通过螺栓连接固定于主动侧平行四边形肘绳轮IV-6上。

具体实施方式五：结合图1至图9说明本实施方式，本实施方式所述肘关节IV包括从动侧平行四边形肘绳轮IV-2、从动侧肘关节上轴连接板IV-3、肘关节上轴IV-4、主动侧肘关节上轴连接板IV-5、主动侧平行四边形肘绳轮IV-6、小臂驱动轮IV-9和小臂驱动绳IV-10，从动侧平行四边形肘绳轮IV-2和主动侧平行四边形肘绳轮IV-6均固接在肘关节下轴上，从动侧平行四边形肘绳轮IV-2一侧的转动轴肩与从动大臂杆III-1转动连接，从动侧平行四边形钢丝绳III-4的另一端绕过并固接在从动侧平行四边形肘绳轮IV-2上，小臂驱动轮IV-9设置在从动侧平行四边形肘绳轮IV-2和主动侧平行四边形肘绳轮IV-6之间且与肘关节下轴转动连接，主动侧平行四边形肘绳轮IV-6另一侧的转动轴肩与主动大臂杆III-12转动连接，主动侧平行四边形钢丝绳III-9的另一端绕过并固接在主动侧平行四边形肘绳轮IV-6上，从动侧肘关节上轴连接板IV-3与从动侧平行四边形肘绳轮IV-2的内侧端面固接，主动侧肘关节上轴连接板IV-5与主动侧平行四边形肘绳轮IV-6的内侧端面固接，肘关节上轴IV-4固接在从动侧肘关节上轴连接板IV-3与主动侧肘关节上轴连接板IV-5之间，小臂驱动绳IV-10的一端绕过并固接在小臂驱动轮IV-9上，小臂驱动绳IV-10的另一端绕过并固接在肘关节驱动绳轮II-7上。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式三相同。

具体实施方式六：结合图1至图9说明本实施方式，本实施方式所述肘关节IV还包括从动侧定位螺栓IV-1和主动侧定位螺栓IV-8，从动侧定位螺栓IV-1固接在肘关节下轴的端部且设置在从动侧平行四边形肘绳轮IV-2的外侧端，主动侧定位螺栓IV-8固接在肘关节下轴的端部且设置在主动侧平行四边形肘绳轮IV-6的外侧端。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式五相同。

肘关节IV由从动侧定位螺栓IV-1、从动侧平行四边形肘绳轮IV-2、从动侧肘关节上轴连接板IV-3、肘关节上轴IV-4、主动侧肘关节上轴连接板IV-5、主动侧平行四边形肘绳轮IV-6、小臂弹簧挂点架IV-7、主动侧定位螺栓IV-8、小臂驱动轮IV-9、小臂驱动绳IV-10组成。从动侧平行四边形肘绳轮IV-2一侧的转动轴肩通过轴承与从动大臂杆III-1连接，肘关节下轴可以单独设置，也可以通过从动侧平行四边形肘绳轮IV-2另一侧的转动轴肩与主动侧平行四边形肘绳轮IV-6一侧的转动轴肩通过销连接固定，共同组成肘关节下轴，肘关节下轴通过轴承支撑小臂驱动轮IV-9，主动侧平行四边形肘绳轮IV-6另一侧的转动轴肩通过轴承与主动大臂杆III-12连接。从动侧定位螺栓IV-1通过螺纹连接固定于从动侧平行四边形肘绳轮IV-2的转动轴，主动侧定位螺栓IV-8通过螺纹连接固定于主动侧平行四边形肘绳轮IV-6的转动轴。从动侧肘关节上轴连接板IV-3通过螺栓连接固定于从动侧平行四边形肘绳轮IV-2上，主动侧肘关节上轴连接板IV-5通过螺栓连接固定于主动侧平行四边形肘绳轮IV-6上，肘关节上轴IV-4通过螺栓连接固定于从动侧肘关节上轴连接板IV-3上，同时肘关节上轴IV-4与主动侧肘关节上轴连接板IV-5通过销连接固定。小臂弹簧挂点架IV-7通过螺栓连接固定于主动侧平行四边形肘绳轮IV-6上。小臂驱动绳IV-10的一端绕过并通过螺栓连接固定于小臂驱动轮IV-9上，小臂驱动绳IV-10的另一端绕过并通过螺栓连接固定于肘关节驱动绳轮II-7上。

具体实施方式七：结合图1至图9说明本实施方式，本实施方式所述小臂V包括小臂上杆V-1和小臂下杆V-2，小臂上杆V-1的一端与肘关节上轴IV-4转动连接，小臂上杆V-1的另一端与末端法兰VI固接，小臂下杆V-2的一端与小臂驱动轮IV-9固接，小臂下杆V-2的另一端与末端法兰VI固接。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式五相同。

具体实施方式八：结合图1至图9说明本实施方式，本实施方式小臂V的弹簧重力平衡机构包括小臂弹簧挂点架IV-7、小臂平衡弹簧V-3、小臂弹簧钢丝绳V-4、小臂弹簧钢丝绳导向轮V-5和小臂弹簧钢丝绳导向轮架V-6，小臂弹簧挂点架IV-7固接在主动侧平行四边形肘绳轮IV-6的内侧，小臂平衡弹簧V-3的一端与小臂下杆V-2的上部固接，小臂平衡弹簧V-3的另一端与小臂弹簧钢丝绳V-4的一端相连，小臂弹簧钢丝绳V-4的另一端绕过小臂弹簧钢丝绳导向轮V-5，并固接在小臂弹簧挂点架IV-7上，小臂弹簧钢丝绳导向轮V-5与小臂弹簧钢丝绳导向轮架V-6固接，小臂弹簧钢丝绳导向轮架V-6与小臂下杆V-2的下部固接。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式七相同。

小臂V由小臂上杆V-1、小臂下杆V-2、小臂平衡弹簧V-3、小臂弹簧钢丝绳V-4、小臂弹簧钢丝绳导向轮V-5、小臂弹簧钢丝绳导向轮架V-6组成。小臂上杆V-1的一端通过轴承支撑于肘关节上轴IV-4上，小臂上杆V-1的另一端通过销连接与末端上面法兰转轴VI-3固定。小臂下杆V-2的一端通过螺栓连接固定于小臂驱动轮IV-9上，小臂下杆V-2的另一端通过销连接与末端侧面法兰转轴VI-4固定。小臂平衡弹簧V-3一端通过螺栓连接固定于小臂下杆V-2上，小臂平衡弹簧V-3的另一端与小臂弹簧钢丝绳V-4的一端相连，小臂弹簧钢丝绳V-4的另一端绕过小臂弹簧钢丝绳导向轮V-5，并固定于小臂弹簧挂点架IV-7上。小臂弹簧钢丝绳导向轮V-5通过螺栓连接固定于小臂弹簧钢丝绳导向轮架V-6上。

具体实施方式九：结合图1至图9说明本实施方式，本实施方式所述末端法兰VI包括末端上面法兰VI-1、末端侧面法兰VI-2、末端上面法兰转轴VI-3和末端侧面法兰转轴VI-4，末端上面法兰转轴VI-3通过销与小臂上杆V-1的另一端固接，末端上面法兰VI-1与末端上面法兰转轴VI-3转动连接，末端侧面法兰转轴VI-4通过销与小臂下杆V-2的另一端固接，末端侧面法兰VI-2与末端侧面法兰转轴VI-4转动连接，末端上面法兰VI-1与末端侧面法兰VI-2垂直固接。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式七相同。

末端法兰VI由末端上面法兰VI-1、末端侧面法兰VI-2、末端上面法兰转轴VI-3、末端侧面法兰转轴VI-4组成。末端上面法兰转轴VI-3通过销连接固定于小臂上杆V-1上，末端上面法兰VI-1通过轴承支撑于末端上面法兰转轴VI-3上。末端侧面法兰转轴VI-4通过销连接固定于小臂下杆V-2上，末端侧面法兰VI-2通过轴承支撑于末端侧面法兰转轴VI-4。

具体实施方式十：结合图1至图9说明本实施方式，本实施方式所述末端上面法兰VI-1与末端侧面法兰VI-2之间固接有加强肋板。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式九相同。

工作原理

两种状态：穿戴背板I与穿戴者后背固定连接，在携带收纳时，稳定平台处于折叠回收状态；在任务作业时，通过控制肘关节驱动电机II-2与肩关节驱动电机II-12，带动大臂III与小臂V转动，稳定平台打开至作业状态，并末端保持在某一稳定位置，同时通过调节肘关节驱动电机II-2与肩关节驱动电机II-12可以调整这一末端稳定位置。

大臂驱动：肩关节驱动电机II-12带动肩关节驱动轴II-11转动，肩关节驱动轴II-11带动主动大臂杆III-12摆动，主动大臂杆III-12从而带动肘关节IV以及肘关节IV上安装的零件一起随着主动大臂杆III-12摆动，使得从动大臂杆III-1与主动大臂杆III-12同步摆动，形成整个大臂III的运动。

小臂驱动：肘关节驱动电机II-2带动肘关节驱动轴II-3转动，肘关节驱动轴II-3带动肘关节驱动绳轮II-7转动，肘关节驱动绳轮II-7通过小臂驱动绳IV-10带动小臂驱动轮IV-9转动，小臂驱动轮IV-9带动小臂下杆V-2摆动，小臂下杆V-2从而带动末端法兰VI以及末端法兰VI上安装的零件一起随着小臂下杆V-2摆动，使得小臂上杆V-1与小臂下杆V-2同步摆动，形成整个小臂V的运动。

弹簧重力平衡：在小臂下杆V-2、从动大臂杆III-1、主动大臂杆III-12上均安装弹簧重力平衡机构，大臂处为并行两组弹簧重力平衡机构，小臂处为一组弹簧重力平衡机构。采用拉簧拉动钢丝绳的拉力与臂体自身重力平衡的方式，理论上可以实现旋转大小臂在任意角度位置都能保持平衡状态。

双平行四边形：由从动侧平行四边形肩绳轮II-5、从动侧平行四边形钢丝绳III-4、从动侧平行四边形肘绳轮IV-2，主动侧平行四边形肩绳轮II-9、主动侧平行四边形钢丝绳III-9、主动侧平行四边形肘绳轮IV-6组成两组并行的大臂处的平行四边形；由从动侧平行四边形肘绳轮IV-2、从动侧肘关节上轴连接板IV-3、肘关节上轴IV-4、主动侧肘关节上轴连接板IV-5、主动侧平行四边形肘绳轮IV-6、小臂上杆V-1、小臂下杆V-2、末端上面法兰VI-1、末端侧面法兰VI-2组成小臂处的平行四边形。利用平行四边形对边相互平行的性质，在稳定平台展开与收回的过程中，始终保持肘关节上下轴连线和末端法兰连线平行且在固定方向，从而使得末端上面法兰VI-1始终保持水平。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (10)

1.一种基于重力平衡原理的可折叠稳定平台，其特征在于：它包括穿戴背板(I)、肩关节(II)、大臂(III)、肘关节(IV)、小臂(V)和末端法兰(VI)，穿戴背板(I)固接在人体背部，穿戴背板(I)的上端通过肩关节(II)与大臂(III)的下端连接，大臂(III)的上端通过肘关节(IV)与小臂(V)的下端连接，末端法兰(VI)与小臂(V)的上端连接，大臂(III)和小臂(V)上均设有弹簧重力平衡机构。

2.根据权利要求1所述一种基于重力平衡原理的可折叠稳定平台，其特征在于：所述肩关节(II)包括肘关节驱动电机座(II-1)、肘关节驱动电机(II-2)、肘关节驱动轴(II-3)、从动侧平行四边形肩绳轮(II-5)、肘关节驱动支撑座(II-6)、肘关节驱动绳轮(II-7)、肩关节驱动支撑座(II-8)、主动侧平行四边形肩绳轮(II-9)、肩关节驱动轴(II-11)、肩关节驱动电机(II-12)和肩关节驱动电机座(II-13)，肘关节驱动电机座(II-1)、肘关节驱动支撑座(II-6)、肩关节驱动支撑座(II-8)和肩关节驱动电机座(II-13)分别固接在穿戴背板(I)的外侧端面上，肘关节驱动电机(II-2)固接在肘关节驱动电机座(II-1)上，肘关节驱动轴(II-3)的一端与肘关节驱动电机(II-2)的输出轴固接，肘关节驱动轴(II-3)的中部与肘关节驱动支撑座(II-6)转动连接，从动侧平行四边形肩绳轮(II-5)与肘关节驱动支撑座(II-6)固接，肘关节驱动绳轮(II-7)与肘关节驱动轴(II-3)的另一端固接，肩关节驱动电机(II-12)与肩关节驱动电机座(II-13)固接，肩关节驱动轴(II-11)的一端与肩关节驱动电机(II-12)的输出轴固接，肩关节驱动轴(II-11)的另一端与肩关节驱动支撑座(II-8)转动连接。

3.根据权利要求2所述一种基于重力平衡原理的可折叠稳定平台，其特征在于：所述大臂(III)包括从动大臂杆(III-1)、从动侧平行四边形钢丝绳(III-4)、主动侧平行四边形钢丝绳(III-9)和主动大臂杆(III-12)，从动大臂杆(III-1)的一端与肘关节驱动轴(II-3)转动连接，从动大臂杆(III-1)的另一端与肘关节(IV)转动连接，从动侧平行四边形钢丝绳(III-4)的一端绕过并固接在从动侧平行四边形肩绳轮(II-5)上，从动侧平行四边形钢丝绳(III-4)的另一端固接在肘关节(IV)上，主动大臂杆(III-12)的一端与肩关节驱动轴(II-11)固接，主动大臂杆(III-12)的另一端与肘关节(IV)转动连接，主动侧平行四边形钢丝绳(III-9)的一端绕过并固接在主动侧平行四边形肩绳轮(II-9)上，主动侧平行四边形钢丝绳(III-9)的另一端固接在肘关节(IV)上。

4.根据权利要求3所述一种基于重力平衡原理的可折叠稳定平台，其特征在于：大臂(III)上的弹簧重力平衡机构包括从动大臂弹簧挂点架(II-4)、主动大臂弹簧挂点架(II-10)、从动大臂平衡弹簧(III-2)、从动大臂弹簧钢丝绳(III-3)、从动大臂弹簧钢丝绳导向轮架(III-5)、从动大臂弹簧钢丝绳导向轮(III-6)、主动大臂弹簧钢丝绳导向轮(III-7)、主动大臂弹簧钢丝绳导向轮架(III-8)、主动大臂弹簧钢丝绳(III-10)和主动大臂平衡弹簧(III-11)，从动大臂弹簧挂点架(II-4)与从动侧平行四边形肩绳轮(II-5)固接，主动大臂弹簧挂点架(II-10)与主动侧平行四边形肩绳轮(II-9)固接，主动侧平行四边形肩绳轮(II-9)与肩关节驱动支撑座(II-8)固接，从动大臂平衡弹簧(III-2)一端与从动大臂杆(III-1)的上部固接，从动大臂平衡弹簧(III-2)的另一端与从动大臂弹簧钢丝绳(III-3)的一端相连，从动大臂弹簧钢丝绳(III-3)的另一端绕过从动大臂弹簧钢丝绳导向轮(III-6)，并与从动大臂弹簧挂点架(II-4)固接，从动大臂弹簧钢丝绳导向轮(III-6)与从动大臂弹簧钢丝绳导向轮架(III-5)固接，从动大臂弹簧钢丝绳导向轮架(III-5)与从动大臂杆(III-1)的下部固接，主动大臂平衡弹簧(III-11)一端通过与主动大臂杆(III-12)的上部固接，主动大臂平衡弹簧(III-11)的另一端与主动大臂弹簧钢丝绳(III-10)的一端相连，主动大臂弹簧钢丝绳(III-10)的另一端绕过主动大臂弹簧钢丝绳导向轮(III-7)，并与主动大臂弹簧挂点架(II-10)固接，主动大臂弹簧钢丝绳导向轮(III-7)与主动大臂弹簧钢丝绳导向轮架(III-8)固接，主动大臂弹簧钢丝绳导向轮架(III-8)与主动大臂杆(III-12)的下部固接。

5.根据权利要求3所述一种基于重力平衡原理的可折叠稳定平台，其特征在于：所述肘关节(IV)包括从动侧平行四边形肘绳轮(IV-2)、从动侧肘关节上轴连接板(IV-3)、肘关节上轴(IV-4)、主动侧肘关节上轴连接板(IV-5)、主动侧平行四边形肘绳轮(IV-6)、小臂驱动轮(IV-9)和小臂驱动绳(IV-10)，从动侧平行四边形肘绳轮(IV-2)和主动侧平行四边形肘绳轮(IV-6)均固接在肘关节下轴上，从动侧平行四边形肘绳轮(IV-2)一侧的转动轴肩与从动大臂杆(III-1)转动连接，从动侧平行四边形钢丝绳(III-4)的另一端绕过并固接在从动侧平行四边形肘绳轮(IV-2)上，小臂驱动轮(IV-9)设置在从动侧平行四边形肘绳轮(IV-2)和主动侧平行四边形肘绳轮(IV-6)之间且与肘关节下轴转动连接，主动侧平行四边形肘绳轮(IV-6)另一侧的转动轴肩与主动大臂杆(III-12)转动连接，主动侧平行四边形钢丝绳(III-9)的另一端绕过并固接在主动侧平行四边形肘绳轮(IV-6)上，从动侧肘关节上轴连接板(IV-3)与从动侧平行四边形肘绳轮(IV-2)的内侧端面固接，主动侧肘关节上轴连接板(IV-5)与主动侧平行四边形肘绳轮(IV-6)的内侧端面固接，肘关节上轴(IV-4)固接在从动侧肘关节上轴连接板(IV-3)与主动侧肘关节上轴连接板(IV-5)之间，小臂驱动绳(IV-10)的一端绕过并固接在小臂驱动轮(IV-9)上，小臂驱动绳(IV-10)的另一端绕过并固接在肘关节驱动绳轮(II-7)上。

6.根据权利要求5所述一种基于重力平衡原理的可折叠稳定平台，其特征在于：所述肘关节(IV)还包括从动侧定位螺栓(IV-1)和主动侧定位螺栓(IV-8)，从动侧定位螺栓(IV-1)固接在肘关节下轴的端部且设置在从动侧平行四边形肘绳轮(IV-2)的外侧端，主动侧定位螺栓(IV-8)固接在肘关节下轴的端部且设置在主动侧平行四边形肘绳轮(IV-6)的外侧端。

7.根据权利要求5所述一种基于重力平衡原理的可折叠稳定平台，其特征在于：所述小臂(V)包括小臂上杆(V-1)和小臂下杆(V-2)，小臂上杆(V-1)的一端与肘关节上轴(IV-4)转动连接，小臂上杆(V-1)的另一端与末端法兰(VI)固接，小臂下杆(V-2)的一端与小臂驱动轮(IV-9)固接，小臂下杆(V-2)的另一端与末端法兰(VI)固接。

8.根据权利要求7所述一种基于重力平衡原理的可折叠稳定平台，其特征在于：小臂(V)的弹簧重力平衡机构包括小臂弹簧挂点架(IV-7)、小臂平衡弹簧(V-3)、小臂弹簧钢丝绳(V-4)、小臂弹簧钢丝绳导向轮(V-5)和小臂弹簧钢丝绳导向轮架(V-6)，小臂弹簧挂点架(IV-7)固接在主动侧平行四边形肘绳轮(IV-6)的内侧，小臂平衡弹簧(V-3)的一端与小臂下杆(V-2)的上部固接，小臂平衡弹簧(V-3)的另一端与小臂弹簧钢丝绳(V-4)的一端相连，小臂弹簧钢丝绳(V-4)的另一端绕过小臂弹簧钢丝绳导向轮(V-5)，并固接在小臂弹簧挂点架(IV-7)上，小臂弹簧钢丝绳导向轮(V-5)与小臂弹簧钢丝绳导向轮架(V-6)固接，小臂弹簧钢丝绳导向轮架(V-6)与小臂下杆(V-2)的下部固接。

9.根据权利要求7所述一种基于重力平衡原理的可折叠稳定平台，其特征在于：所述末端法兰(VI)包括末端上面法兰(VI-1)、末端侧面法兰(VI-2)、末端上面法兰转轴(VI-3)和末端侧面法兰转轴(VI-4)，末端上面法兰转轴(VI-3)通过销与小臂上杆(V-1)的另一端固接，末端上面法兰(VI-1)与末端上面法兰转轴(VI-3)转动连接，末端侧面法兰转轴(VI-4)通过销与小臂下杆(V-2)的另一端固接，末端侧面法兰(VI-2)与末端侧面法兰转轴(VI-4)转动连接，末端上面法兰(VI-1)与末端侧面法兰(VI-2)垂直固接。

10.根据权利要求9所述一种基于重力平衡原理的可折叠稳定平台，其特征在于：所述末端上面法兰(VI-1)与末端侧面法兰(VI-2)之间固接有加强肋板。

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