上肢助力外骨骼机械臂结构设计

　　这套上肢外骨骼结构的设计初衷，是面向长时间负重作业场景下的上肢负荷削减需求，常见的应用场景包括物流仓储的高位拣选、重型装配线的持续托举作业、灾后救援现场的装备持握支撑，以及特殊工况下的上肢作业耐力辅助，区别于医疗康复类外骨骼的低负载柔顺设计，该结构偏向工业作业场景的中高负载支撑需求，核心作用是将上肢持握、托举重物时的受力，通过绑定结构传导至腰胯部位的承载框架，降低肩肘关节的持续受力负荷，减少作业人员长时间负重操作带来的肌肉劳损与关节损伤风险。从结构功能特性来看，整体采用多段式铰接框架设计，肩带部分采用贴合人体肩部轮廓的弧形弯板结构，接触边缘做了圆弧过渡处理，避免穿戴时对肩部软组织造成压迫，上臂段的铰接点位匹配人体肩关节的活动自由度，

　　可实现上臂的前抬、侧展、回转动作，不会对正常作业的肢体活动范围造成过度限制；小臂段的橙色支撑构件为主要受力承载段，内部集成了受力传导的加强筋结构，可将小臂托举重物的竖向力直接传递至上臂主框架，再通过背部的连接框架传导至腰胯固定结构，整套受力路径避开了人体肩肘的脆弱关节部位，将负载直接传导至人体核心承重的躯干下半段。设计思路上优先考虑了穿戴适配性与动作兼容性，所有与人体接触的绑定点位都预留了绑带安装位，可根据不同体型的作业人员调整绑定松紧度，铰接点位的阻尼设置匹配人体上肢活动的常规阻力区间，既不会因为阻尼过小导致支撑失效，也不会因为阻尼过大增加肢体活动的额外负担；背部主框架采用镂空式钣金结构设计，

　　在保证整体结构刚性的前提下尽可能降低自身重量，减少穿戴者的额外负重，框架上的开槽结构既可以作为绑带的穿装位，也能为后续加装助力弹性元件、动力驱动模块预留安装空间，可根据不同的负载需求扩展为无源助力或有源助力版本。从安装边界与尺寸适配来看，上臂段的长度调节范围覆盖了常规成年人群的上臂长度区间，铰接点的转动范围满足上肢前抬150度、侧展90度的常规作业活动需求，小臂支撑段的位置可根据使用者的小臂长度做前后调整，保证受力支撑点始终位于小臂靠近肘关节的最佳受力位置，腰胯部位的固定框架宽度可适配不同腰围的使用者，整体结构的外轮廓尺寸控制在人体上肢自然活动的边界范围内，不会在作业过程中与周边设备、工件发生干涉碰撞。结构材质搭配上，

　　主承载框架采用高强度钣金件弯折成型，铰接部位采用耐磨衬套减少转动磨损，小臂支撑段的高强度构件兼顾了轻量化与抗冲击性能，所有棱角位置都做了倒钝处理，避免穿戴作业过程中剐蹭皮肤或勾挂周边物件。在实际作业适配中，该结构可配合不同的末端作业辅具使用，比如加装托举支架可辅助持握重型工具，加装抓取夹具可辅助搬运重型工件，整体结构的模块化设计也方便后续根据不同作业场景更换对应的功能模块，不需要重新设计整体承载框架，大幅降低了不同场景下的适配改造成本。