[發明專利]一種狹小空間作業的穿戴式連續型柔性外肢體機器人

有效

• 申請號: 202210086069.5
• 申請日: 2022-01-25
• 公開（公告）號: CN114406988B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發明（設計）人: 齊飛;張恒;朱靖;裴海珊
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J9/12;B25J13/08;B25J19/02
• 代理公司: 常州市英諾創信專利代理事務所(普通合伙) 32258
• 代理人: 王美華

本發明涉及一種狹小空間作業的穿戴式連續型柔性外肢體機器人，包括可穿戴的背部支撐板、兩個連續型繩驅的機械臂、驅動電機模塊、視覺傳感模塊、驅動控制模塊及電源模塊，所述的機械臂由兩個關節串聯而成，單個關節由多個連接骨架首尾相嵌而成；驅動控制模塊與驅動電機模塊相連，通過驅動電機模塊帶動驅動繩索控制機械臂靈活運動，視覺傳感器能夠實現360°的旋轉和90°的彎曲。本發明解決了大型協助設備無法進入狹小空間，作業者難以完成復雜工作的問題，可為操作者在雙手同時工作時提供額外協助，視覺傳感模塊用于機械臂的路徑規劃與靈活避障，從而減輕人的工作難度與勞動強度，提高工作效率。

技術領域

本發明涉及機器人技術領域，尤其是一種狹小空間作業的穿戴式連續型柔性外肢體機器人。

背景技術

隨著經濟和科技的不斷發展，各式各樣的機器人應運而生，應用于各行各業服務人類。其中外肢體機器人不同于協助機器人和外骨骼機器人，它既依附于人體又獨立于人體，既可以同步跟隨人體肢體的動作姿態，又能夠實現自身的獨立作業。面對復雜的作業環境和任務要求，外肢體機器人能夠根據現場的情況制定出不同的工作狀態，并協助人們完成復雜的作業任務。例如在狹小空間完成裝配任務，大型協助機器人無法進入，但步驟繁多的裝配任務單靠作業者的雙手無法完成，此時外肢體機器人就能夠幫助作業者完成抓取和支撐動作，降低了作業難度，提高了工作效率；當進行危險化工產品作業時，外肢體機器人能夠代替作業者的雙臂進行操作，以保護作業人員的人身安全。同時，在康復保健領域也有著廣闊的應用前景，可為有著手臂運動障礙的人提供額外協助，如開門、取物等等日常操作。

現有的外肢體機器人結構中，功能方面還是顯得比較單一，比如一種人體運動輔助兩用式外肢體機器人，是一種可以輔助人們行走又可以抓取物體的機器人，可為使用者提供諸多便利，但該機器人結構中只有一個機械臂，難以應對更為復雜的作業環境；還有如肩部可穿戴功能輔助機械臂，屬于一種康復類機器人，可協助人們完成日常生活、工作的需求，且具備完善的人機交互功能，但該類機器人由于使用環境不同，視覺傳感器一般安裝在頭頂上方，在低矮環境中一定程度上限制了活動范圍。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：為了克服現有技術中之不足，本發明提供一種狹小空間作業的穿戴式連續型柔性外肢體機器人，通過采用連續型結構的機械臂，實現操作的輕便性且具有更好的空間可達性，有效提高面對狹小空間復雜作業時的工作效率。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種狹小空間作業的穿戴式連續型柔性外肢體機器人，包括背部支撐板，所述的背部支撐板左右兩側分別安裝有機械臂，背部支撐板的上端部安裝有視覺傳感器，背部支撐板的背面安裝有驅動電機模塊、驅動控制模塊和電源模塊。

所述的背部支撐板為正面呈S型的菱形鏤空狀結構，背部支撐板的上端部兩側分別具有安裝機械臂的支撐平臺，背部支撐板背面上端安裝有兩組、每組四個呈階梯式分布的電機架，背部支撐板背面中部具有中部凹槽，電源模塊和控制驅動模塊嵌設安裝于背部支撐板背面的底部。

所述機械臂：包括由多個關節盤活動連接形成的連接骨架所構成的機械臂本體，所述的機械臂本體外包裹有內充填有eps顆粒的氣囊，貫穿整個機械臂本體穿設有支撐芯柱，連接骨架后端連接在支撐平臺上。

所述的連接骨架包括對應人體大臂的第一關節、對應人體小臂的第二關節，連接骨架前端安裝有對應人體手部的機械爪，連接骨架后端與背部支撐板左右兩側固連，位于第二關節前端的機械爪通過電機帶動絲杠連桿機構實現抓取動作。

所述的關節盤兩端分別為可相互鉸接而構成連接骨架的球頭和球殼，其中形成第一關節的關節盤外周具有兩個為一組、共四組以九十度分布的繩孔，位于外側的繩孔用于穿過拉動第一關節的驅動繩索，位于內側的繩孔用于穿過拉動第二關節的驅動繩索；形成第二關節的關節盤外周具有四個用于穿過拉動第二關節的驅動繩索的繩孔。

所述視覺傳感器：具有安裝于背部支撐板頂部的運動平臺，運動平臺的前端部安裝有攝像頭；