[發明專利]基于線驅動差分關節的六自由度智能假臂

有效

• 申請號: 201610035710.7
• 申請日: 2016-01-20
• 公開（公告）號: CN105708585B
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發明（設計）人: 楊俊友;橫井浩史;白殿春;姜銀來;蘇笑瀅;楊光;張守先;孫柏青
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: A61F2/56
• 分類號: A61F2/56;A61F2/68
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙)21115
• 代理人: 周智博,宋鐵軍

技術領域

本發明屬于智能假肢領域，涉及一種基于線驅動差分關節的六自由度智能假臂。

背景技術

近年來，由于殘疾人的比重逐漸增加，應用在康復機器人中不同種類的仿生手臂受到越來越多的研究學者的重視。目前，仿生手臂關節大多是采用電機、齒輪減速器、關節軸三者直接連接的傳動機構，這種機構要求電機與齒輪減速器安裝在機械臂關節附近，致使機械結構不夠精確，質量重、體積大，設計空間有限且工作效率較低。

而由于一般仿生手臂傳動方式自身特點的局限，新式的線驅動技術應運而生，線驅動已經發展演變成了一種新型的傳動機制。線驅動仿生手臂通常將電機和減速裝置全部安裝在基座上，通過繩索將電機的動力傳遞到各個關節，達到遠距離動力傳輸的目地。這種方式相對提高了仿生手臂的運動空間和轉動精度。但是，現有的線驅式仿生手臂通過控制鋼絲繩有效長度變化來實現預定采樣、轉送動作，并配備定位裝置來并不能完全保證仿生手臂的傳送精度，并且這種方式的仿生手臂體積較大，比較笨重，不適合受試者攜帶。在傳動方面，由于鋼絲繩本身特有的柔性，也存在一些不足之處，仿生手臂會出現傳動裝置剛度低、末端精度不高等問題。

發明內容

發明目的：本發明提供一種基于線驅動差分關節的六自由度智能假臂，其目的是解決以往所存在的問題。

技術方案：本發明是通過以下技術方案實現的：

一種基于線驅動差分關節的六自由度智能假臂,其特征在于：該假臂包括肩關節的張緊裝置、具有兩自由度的肩關節、大臂、肘關節、小臂和具有兩自由度的手腕關節；肩關節的張緊裝置連接肩關節，肩關節連接大臂，大臂通過肘關節連接小臂，小臂連接手腕關節。

肩關節結構是一種線驅動的差分機構，其包括兩個驅動電機、第一纏線圓盤、第二纏線圓盤、肩關節U型基座、第三纏線圓盤、第四纏線圓盤，驅動電機通過螺帽固定在大臂的頂部，兩個肩關節驅動電機相背放置，兩個肩關節驅動電機的輸出軸分別與第一纏線圓盤和第二纏線圓盤相連接，第三纏線圓盤、第四纏線圓盤設置在肩關節U型基座上方，第四纏線圓盤設置在第三纏線圓盤上端，肩關節U型基座上安裝兩個導向輪，第四纏線圓盤與上端連接件固定連接。

所述線驅動的差分機構還包括鋼絲繩，鋼絲繩走線路徑是：左側鋼絲繩穿過固定在電機轉軸處第一纏線圓盤的卡箍側孔，并將該鋼絲繩的端頭與第一纏線圓盤固定，然后該左側鋼絲繩繞第一纏線圓盤的輪緣凹槽一周后繞過固定在U型基座上端的導向輪，之后再繞過第三纏線圓盤輪緣凹槽一周，然后穿過第三纏線圓盤的卡箍側孔后穿入第三纏線圓盤內腔中，之后將鋼絲繩連接到肩關節張緊裝置處；

右側鋼絲繩穿過固定在電機轉軸處第二纏線圓盤的卡箍側孔，并將該鋼絲繩的端頭與第二纏線圓盤固定，然后該右側鋼絲繩繞第二纏線圓盤的輪緣凹槽一周后繞過固定在U型基座上端的另一個導向輪，之后再繞過第四纏線圓盤輪緣凹槽一周，然后穿過第四纏線圓盤的卡箍側孔后穿入第四纏線圓盤內腔中，之后將鋼絲繩連接到肩關節張緊裝置處。

肘關節結構使用與肩關節相同的線驅動的差分機構，肘關節結構中的驅動電機連接小臂，肘關節結構上端通過連接件與大臂連接；肘關節結構的左右兩根鋼絲繩穿過第三纏線圓盤和第四纏線圓盤的內內腔后上端連接至大臂。

上端連接件連接肩關節的張緊裝置。

兩個肩關節驅動電機的輸出軸分別通過滾珠軸承和墊片與第一纏線圓盤和第二纏線圓盤相連接，在第一纏線圓盤和第二纏線圓盤外側均打有一個用來固定鋼絲繩的孔。

兩個導向輪分置于第四纏線圓盤和第三纏線圓盤兩側；其中一個導向輪的高度與第四纏線圓盤相適應，另一個導向輪的高度與第三纏線圓盤相適應。

其中小臂和大臂均采用中控筒狀機械臂。

驅動電機均為伺服電機或舵機。

所述腕關節的結構包括腕關節線驅差分機構和手掌固定的連接裝置，腕關節差分機構與肩關節的線驅動的差分機構相同，腕部驅動電機固定到腕部支架上，腕部支架與腕部的第一纏線圓盤、腕部的第二纏線圓盤通過一個銷釘和腕關節的U型基座固定連接，腕部支架為U形結構，其下端開有中心孔，手掌固定架與腕部電機通過螺釘連接，其中手掌固定架下端開有一個手掌固定槽，使用時假手穿過腕部支架的中心孔固定在手掌固定槽上。