[發明專利]多模式作業的多臂外肢體機器人及方法

在審

• 申請號: 202310427701.2
• 申請日: 2023-04-20
• 公開（公告）號: CN116494209A
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 陳柏;張之聰;常天佐;劉珂銘;鄭前;徐嘉駿;蔣素榮
• 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
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 劉輝

多模式作業的多臂外肢體機器人及方法，屬于可穿戴式外肢體機器人技術領域。包括：至少一臺多自由度可拆卸機械臂、旋轉云臺、穿戴輔具、多傳感模塊、電源及控制模塊。所述旋轉云臺包括旋轉基座、基座旋轉電機、升降導軌連接件、控制卡、電源、傳感元件。所述的多自由度可拆卸機械臂包括機械臂偏轉關節、轉動關節、第一連桿、繩驅動肘關節、第二連桿、末端執行裝置、繩驅動電機、關節偏轉電機、電機安裝板、機械臂轉動關節電機。所述穿戴輔具包括：背部穿戴護具、可調節綁帶、升降導軌。本發明可通過調節多臺可拆卸機械臂的空間位姿和臂間夾角，為使用者提供攀爬輔助、安全防護、上肢助力和軀體支撐等多模式輔助功能，適用性廣。

技術領域

本發明涉及輔助使用者作業的可穿戴式外肢體機器人技術領域，具體是一種多模式作業的多臂外肢體機器人及方法。

背景技術

外肢體機器人是指通過穿戴方式固定于人體并能協助人體完成一定任務的單臂或多臂機器人，它通過對人體現有肢體的擴展，有效增強人體的功能，可為執行裝配、檢修作業的工人提供攀爬輔助、安全防護、搬運助力等輔助，并能為處于側身、伏地跪姿等不適姿態的使用者提供助力支撐，有效改善使用者發力舒適度，減少因不適姿勢產生的肌肉損傷。

盡管外肢體機器人具有獨特的優勢，但由于受到穿戴要求的影響，機器人的體積受到嚴格的限制，因此目前常見單個外肢體機器人的功能往往單一化，僅能完成特定工作。因此，外肢體機器人的多工作模式適應性、多功能化也是目前研究的一個關鍵點。

機器人常采用的電機直接驅動方式由于需將電機安裝在關節上，必然使機械臂的質量增加，進而增加其慣性和轉動慣量，影響機械臂的運動靈活性。本發明所采用混合驅動方式在機械臂肘關節使用繩驅動結構，可以將所有電機安裝在機械臂底座中，可減小機械臂的質量和轉動慣量，有利于提高機械臂的負載和運動靈活性。

經對現有技術文獻的檢所發現：

中國專利（CN?109015605?A）：穿戴式變構型外肢體機器人。該專利主要提供了一種串并混聯型機械臂，具有兩種工作方式。串并混聯型工作可以搬運重物，具有高剛度和驅動能力。另一種是串聯型工作方式，可以進行步行助力。該裝置采用繩驅動，能夠在一定程度上減少機械臂重量。但由于并聯機構的結構影響，機械臂工作時對人體的運動空間限制較大，穿戴靈活性和舒適性低。

中國專利（CN?113814968?A）：基于鋼絲驅動三臂串聯式外肢體輔助作業機器人。該專利主要提供了一種鋼絲驅動的串聯機械臂，其通過鋼絲驅動降低了機械臂的質量，同時采用串聯機構增加了靈活性。但其工作模式缺少對使用者及機器人本體負載的支承能力，工作過程完全由使用者軀體承重負載，增加了使用者的工作負擔。

發明內容

針對目前外肢體機器人所研究的多作業場景適應性、多功能化等技術難題，本發明設計了一種多模式作業的多臂外肢體機器人，可以通過調節多條機械臂姿態和臂間夾角實現構型切換，可實現：攀爬輔助、安全防護、搬運助力、不適姿態支撐等多種輔助功能，在一套外肢體機器人上集成了多種工作方式，有效擴展了外肢體的工作場景。

本發明的技術方案是：

多模式作業的多臂外肢體機器人本體，包括穿戴輔具，安裝于穿戴輔具上的旋轉云臺，以及安裝于旋轉云臺的若干多自由度可拆卸機械臂本體；

所述穿戴輔具包括背部穿戴護具、升降導軌和可調節綁帶；升降導軌安裝在背部穿戴護具后側，可調節綁帶安裝于背部穿戴護具；

所述旋轉云臺包括旋轉基座、基座旋轉電機、升降導軌連接件；升降導軌連接件安裝于穿戴輔具的升降導軌上；旋轉基座通過基座旋轉電機安裝于升降導軌連接件；

所述的多自由度可拆卸機械臂本體包括機械臂偏轉關節、轉動關節、第一連桿、繩驅動肘關節、第二連桿、末端執行裝置、繩驅動電機、關節偏轉電機、電機安裝板、機械臂轉動關節電機；轉動關節通過第一連桿連接繩驅動肘關節；繩驅動肘關節通過第二連桿連接末端執行裝置；