[發明專利]輔助頭頂作業的穿戴式外肢體機器人

在審

• 申請號: 202110463535.2
• 申請日: 2021-04-26
• 公開（公告）號: CN113084784A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 陳柏;呂俊男;劉德斌;廖梓宇;常天佐;蔣素榮;吳洪濤
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學;南京若希自動化科技有限公司
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J9/10;B25J9/12;B25J13/08;B25J19/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張弛

1.一種輔助頭頂作業的穿戴式外肢體機器人，其特征在于，包括：肩部穿戴輔具、安裝在肩部穿戴輔具上的兩個繩驅機械臂、電機組模塊、控制模塊、電源模塊和傳感檢測模塊；

所述的繩驅機械臂包括：機械臂本體和末端執行裝置；

所述電機組模塊包括：伺服電機、伺服電機驅動器和聯軸器，通過套索與繩驅機械臂連接；

所述傳感檢測模塊包括：肩部慣導、編碼器、壓力傳感器、電子皮膚、穿戴式慣導信號采集模塊和肌電信號采集手環；

控制模塊通過與傳感檢測模塊和電機組模塊相連，控制機械臂的運動。

2.根據權利要求1所述的穿戴式外肢體機器人，其特征在于，末端執行裝置為平板機構或機械手；所述肩部穿戴輔具包括：電機組基座、電源基座、控制模塊基座、繩驅機械臂固定基座、套索線管座與肩部穿戴輔具的背帶；其中繩驅機械臂固定基座與繩驅機械臂連接；控制模塊安裝在控制模塊基座中，通過預留接口與電機組模塊、傳感檢測模塊連接，實現對繩驅機械臂的驅動和控制。

3.根據權利要求2所述的穿戴式外肢體機器人，其特征在于，所述繩驅機械臂包括基座、與基座鉸接的大臂、與大臂鉸接的小臂；基座與繩驅機械臂固定基座通過第一旋轉關節連接，第一旋轉關節由伺服電機驅動器直接驅動；基座與大臂之間通過第二旋轉關節連接；大臂與小臂之間通過第三旋轉關節連接；第二旋轉關節與第三旋轉關節均通過套索牽引鋼絲繩驅動。

4.根據權利要求3所述的穿戴式外肢體機器人，其特征在于，傳感檢測模塊通過不同傳感器的配置對機械臂關節轉動的角度、關節處的角速度和角加速度以及末端接觸力進行測量與感知；傳感檢測模塊配合控制系統模塊檢測和感知人體的姿態以及肢體運動，實現最終的人機交互。

5.根據權利要求4所述的穿戴式外肢體機器人，其特征在于，所述的壓力傳感器安裝于末端執行裝置上，在作業過程中，當末端機構接觸到物體時，壓力傳感器檢測到所受力的大?。焕K驅機械臂通過壓力傳感器上所采集到的信息來進行相對應的調整；如果壓力傳感器檢測到的力小于預設的閾值，則繼續轉動機械臂來加大末端給物體所施加的力；如果壓力傳感器檢測到的力大于預設的閾值，則反向轉動電機來減小末端給物體所施加的力；如果壓力傳感器檢測到的力位于預設的閾值之內，則保持當前狀態。

6.根據權利要求5所述的穿戴式外肢體機器人，其特征在于，所述的肩部慣導安裝在機械臂人體肩部處；肩部慣導用于采集人體輕微移動的信息來實現機械臂相對應的調整以便保持末端位姿。

7.根據權利要求6所述的穿戴式外肢體機器人，其特征在于，使用電子皮膚進行安全監測；電子皮膚附著于機械臂大臂和小臂的臂身處，；當機械臂速度較大時，接近傳感器安全閾值便會增大；當機械臂速度較小時，接近傳感器安全閾值便會減??；當檢測到安全閾值范圍內有物體或者障礙存在時，即有物體存在于許用安全距離以內時，機械臂緊急停止運動或者在傳感器引導下重新自主規劃路線，進行避障操作。

8.根據權利要求7所述的穿戴式外肢體機器人，其特征在于，頭戴式慣導信號采集模塊安裝于使用者的頭部處，用以檢測使用者的頭部運動姿態，通過算法消除頭部微小幅度自然運動，采集頭部的大幅度左右搖動和俯仰搖動，估計穿戴者的運動意圖以及外肢體理想運動方位，達到操作者通過頭部運動間接對機械臂本體和末端執行裝置進行持續運動控制的功能。

9.根據權利要求8所述的穿戴式外肢體機器人，其特征在于，肌電信號采集手環佩戴于使用者雙手手腕處用以采集使用者的手部肌電信號；當肌電手環采集到手部肌電信號后，通過計算機數據處理使用者的手部信息，完成動作識別；通過控制模塊將識別到的動作所對應的機器人運動命令發送至驅動模塊，實現對機械臂本體和末端執行裝置的運動控制，完成人機交互。