[發(fā)明專利]一種仿生機械手臂

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710566187.5
• 申請日: 2017-07-12
• 公開（公告）號: CN107160386A
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發(fā)明（設計）人: 徐建光;李霞;張秀峰;付慧群;張寧
• 申請（專利權）人: 國家康復輔具研究中心
• 主分類號: B25J9/12
• 分類號: B25J9/12;B25J17/02
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司11100
• 代理人: 胡福恒

技術領域

本發(fā)明專利涉及仿生假肢技術領域，屬于一種仿生機械手臂。

背景技術

假肢是為恢復人體的形態(tài)和功能，以補償截肢造成的缺損而制作和裝配的人工肢體，安裝假肢是截肢者康復、回歸社會的重要手段。仿生機械手臂的結構設計更是假肢設計中的關鍵組成部分。仿生機械臂的體積、重量、外觀，以及可運動的自由度等等，都由機械臂的結構設計決定。仿生機械臂要求體積小、重量輕、外形美觀、盡可能多的完成人們先要實現的動作。但是若要求體積小、重量輕，則會限制其運動功能。若要求運動功能較強，又會增加機械臂的體積和重量。于是設計一種新的機械結構成為解決這個問題的方法。

《裝備制造技術》期刊在2013年3期發(fā)表的一篇文章《一種7自由度機械假肢運動學研究》中的假肢結構主要采用鏈傳動來進行運動和力的傳遞。鏈傳動雖然能較好的傳動力，但對機械臂的體積和重量影響較大，且鏈傳動有沖擊和噪聲，并不是最適合做機械假肢的傳動機構。專利申請?zhí)枮镃N201510608817.1，名稱為《假肢機械手臂和機器人及其控制方法》的中國專利，使用三角柱鉸鏈和扭力夾緊彈簧等多個機構進行傳動。動力源為氣壓或液壓。雖然可以實現較多功能，但結構過于復雜，不易于維護，并且造價過高。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種空間利用率高、結構緊湊、外形美觀、易于控制且位姿精度高、連接方便的仿生機械手臂，該機械手臂結構上采用了尼龍滾輪和鋼絲，減小了傳動系統(tǒng)的體積和重量，傳動聲音小，價格較低，并保證了運動所需要的自由度。

為實現上述目的，本發(fā)明采取以下技術方案：

一種仿生機械手臂，它包括有第一肩關節(jié)軸、第二肩關節(jié)軸、第一肘關節(jié)軸、第二肘關節(jié)軸，其特征在于：在第一肩關節(jié)軸的下部連接有水平轉動的第一肩關節(jié)軸尼龍滾輪，在第一肩關節(jié)軸尼龍滾輪兩側設有向下運動的第一導向輪，在第一導向輪下部設有第二肩關節(jié)軸，該第二肩關節(jié)軸上設有兩個豎直第二肩關節(jié)軸尼龍滾輪，在第一肩關節(jié)軸尼龍滾輪、第一導向輪和第二肩關節(jié)軸尼龍滾輪之間連接有第一肩關節(jié)軸鋼絲；

在第二肩關節(jié)軸的下部并排設有豎直轉動的第一電機和第二電機，在第一電機和第二電機上端分別連接有水平第二肩關節(jié)軸尼龍滾輪，在水平第二肩關節(jié)軸尼龍滾輪的外側設有第二導向輪，在水平第二肩關節(jié)軸尼龍滾輪、第二導向輪和豎直第二肩關節(jié)軸尼龍滾輪之間連接有第二肩關節(jié)軸鋼絲；

在第一電機和第二電機的底端連接有大臂外殼，在大臂外殼上設有豎直轉動的第三電機，在第三電機下端連接有第一肘關節(jié)軸，在第一肘關節(jié)軸的下部設有第二肘關節(jié)軸，在第二肘關節(jié)軸上連接有豎直第二肘關節(jié)軸尼龍滾輪，在第二肘關節(jié)軸下部設有小臂外殼，在該小臂外殼內設有豎直轉動的第四電機，在該第四電機的上端連接有水平第二肘關節(jié)軸尼龍滾輪，在水平第二肘關節(jié)軸尼龍滾輪的側邊設有第三導向輪，在豎直第二肘關節(jié)軸尼龍滾輪、第三導向輪和水平第二肘關節(jié)軸尼龍滾輪之間連接有第三肩關節(jié)軸鋼絲。

本發(fā)明的仿生機械手臂，包括肩關節(jié)的2個自由度與肘關節(jié)的2個自由度，肩關節(jié)與肘關節(jié)之間為大臂，肘關節(jié)下為小臂。為了使結構緊湊、外形美觀，各關節(jié)的驅動和傳動系統(tǒng)應該布置在大臂和小臂的腔體內。同時考慮到要使末端負載盡可能大，驅動系統(tǒng)應該布置在靠近身體的近身端，使仿生手臂的重心靠近肩關節(jié)。動力源采用四個電機，傳動鏈主要采用尼龍滾輪和鋼絲組合傳動，大臂部分由兩個電機進行驅動，電機輸出通過兩個尼龍滾輪與鋼絲傳遞到與人體相連的固定底座，從而實現電機相對于固定底座的旋轉運動。大臂中的第三個電機通過鋼絲傳動帶動小臂運動，實現小臂的旋轉運動。而小臂部分由一個電機驅動，通過尼龍滾輪和鋼絲完成小臂繞肘關節(jié)旋轉運動。從而完成假肢的四個自由度運動。

本發(fā)明的有益效果是：

1、空間利用率高，體積小，重量輕。

此機械臂完全根據正常人手臂尺寸進行設計，由于尼龍滾輪和鋼絲的使用，極大地減小了整個機械臂的體積和質量，空間利用率高。

2、拆裝和檢修方便。

本結構原理簡單可靠，使用的零部件安裝容易，檢修和維護十分方便。

3、成本低。

主要成本僅為電機和相應控制部分，機械結構部分均使用簡單易得的零部件，且加工裝配容易，成本較低。

4、可完成正常人手臂的動作

本機械臂完全按照正常人手臂運動規(guī)律設計，其四個自由度可以完全滿足人體正常手臂的運動需求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結構原理示意圖。

具體實施方式