[發(fā)明專利]可伸縮的仿生外肢體機械臂

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011536276.3
• 申請日: 2020-12-23
• 公開（公告）號: CN112643651A
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發(fā)明（設計）人: 劉金國;張曉波;趙新剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 汪海

本發(fā)明涉及一種可伸縮的仿生外肢體機械臂，其中肩關節(jié)模塊包括連桿柱和多個肩關節(jié)伺服電機，肘關節(jié)模塊中的肘關節(jié)伺服舵機與所述連桿柱固連，肘關節(jié)集成連桿通過肘關節(jié)伺服舵機驅動擺動，伸縮關節(jié)模塊中的伸縮關節(jié)伺服舵機與所述肘關節(jié)集成連桿固連，絲杠通過伸縮關節(jié)伺服舵機驅動轉動，外筒固設于伸縮關節(jié)伺服舵機下端，內桿插裝于外筒中且內部設有螺母套裝于絲杠上，腕關節(jié)與末端執(zhí)行器模塊中的第一腕關節(jié)伺服舵機與所述內桿連接，腕關節(jié)集成連桿通過第一腕關節(jié)伺服舵機驅動擺動并帶動第二腕關節(jié)伺服舵機擺動，末端執(zhí)行器通過第二腕關節(jié)伺服舵機驅動旋轉。本發(fā)明的自由度與構型配置基于仿生理念并引入伸縮自由度，作業(yè)靈活，作業(yè)空間大。

技術領域

本發(fā)明涉及可穿戴式機器人領域，具體地說是一種可伸縮的仿生外肢體機械臂。

背景技術

隨著機器人技術的不斷發(fā)展，未來機器人與人類關系愈發(fā)密切，穿戴式機器人就屬于這樣一類機器人。穿戴式機器人目前主要分為三種：外骨骼機器人、人體假肢機器人以及外肢體機器人。外骨骼機器人與人體假肢機器人目前已經(jīng)有很多研究成果，而外肢體機器人屬于新的研究領域，尚處于起步階段。

三種機器人有所區(qū)別：外骨骼機器人主要用于人體助力，增強人體上肢或者下肢的力量，實現(xiàn)“四兩撥千斤的夢想”；人體假肢機器人主要用于肢體缺失的殘疾人，幫助他們能夠像正常人一樣生活；外肢體機器人，顧名思義屬于外加的機器人，通過背負裝置使得正常人擁有外加上肢、下肢，就像是擁有多條肢體。背負外肢體后，外肢體可以幫助人類完成很多常人無法完成、或者需要多人協(xié)作才能完成的作業(yè)任務。比如在農業(yè)領域，外肢體可以幫助經(jīng)常彎腰、跪姿作業(yè)的農民支撐他們的身體，減少腰部、膝蓋骨骼的磨損，提高作業(yè)舒適度，在工業(yè)領域，外肢體可以幫助工人扶持工件，而工人利用自身肢體完成擰螺釘?shù)茸鳂I(yè)任務，提高工作效率，減少人員配備，在軍事領域，外肢體可以獨自持槍射擊，如此士兵可以同時完成多槍支射擊，增強戰(zhàn)斗能力，如此等等，外肢體機器人的出現(xiàn)實現(xiàn)了人體功能增強，擁有很廣泛的應用領域與深遠的應用前景，另外伴隨著腦電技術的不斷發(fā)展，未來甚至有可能實現(xiàn)腦控外肢體。因此對外肢體機器人的研究意義十分重大。

目前，外肢體機器人的研究還處于起步階段，還面臨多種技術難題，比如人體擾動會影響外肢體機器人的作業(yè)精度，外肢體作業(yè)安全性問題，外肢體機器人本體設計的重量以及靈巧性問題，外肢體機器人控制接口問題等。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種可伸縮的仿生外肢體機械臂，其自由度與構型配置基于仿生理念，同時引入了伸縮自由度，作業(yè)靈活，作業(yè)空間大。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的：

一種可伸縮的仿生外肢體機械臂，包括肩關節(jié)模塊、肘關節(jié)模塊、伸縮關節(jié)模塊和腕關節(jié)與末端執(zhí)行器模塊，其中肩關節(jié)模塊包括連桿柱和多個肩關節(jié)伺服電機，且第二肩關節(jié)伺服舵機通過第一肩關節(jié)伺服舵機驅動左右擺動，第三肩關節(jié)伺服舵機通過第二肩關節(jié)伺服舵機驅動前后擺動，連桿柱通過所述第三肩關節(jié)伺服舵機驅動水平轉動，肘關節(jié)模塊包括肘關節(jié)伺服舵機和肘關節(jié)集成連桿，且肘關節(jié)伺服舵機上端與所述連桿柱固連，肘關節(jié)集成連桿通過肘關節(jié)伺服舵機驅動擺動，伸縮關節(jié)模塊包括伸縮關節(jié)伺服舵機、絲杠、外筒和內桿，伸縮關節(jié)伺服舵機上端與所述肘關節(jié)集成連桿固連，絲杠通過伸縮關節(jié)伺服舵機驅動轉動，外筒固設于伸縮關節(jié)伺服舵機下端，內桿插裝于外筒中且內部設有螺母套裝于所述絲杠上，腕關節(jié)與末端執(zhí)行器模塊包括第一腕關節(jié)伺服舵機、腕關節(jié)集成連桿、第二腕關節(jié)伺服舵機和末端執(zhí)行器，第一腕關節(jié)伺服舵機上端與所述內桿連接，腕關節(jié)集成連桿通過第一腕關節(jié)伺服舵機驅動擺動，第二腕關節(jié)伺服舵機與所述腕關節(jié)集成連桿下端固連，末端執(zhí)行器通過第二腕關節(jié)伺服舵機驅動旋轉。

所述第一肩關節(jié)伺服舵機輸出端舵盤通過肩關節(jié)法蘭盤與第二肩關節(jié)伺服舵機相連，所述第二肩關節(jié)伺服舵機輸出端舵盤通過主動端驅動連桿與第三肩關節(jié)伺服舵機一側相連，所述第二肩關節(jié)伺服舵機遠離所述主動端驅動連桿一端設有被動端連桿與第三肩關節(jié)伺服舵機另一側轉動相連。