[发明专利]腰部可穿戴功能辅助机械臂

说明书

技术领域

本发明涉及可承重的协作式的可穿戴机械臂技术领域，具体是一种利用肌电信号、智能手环、脑机接口三种控制模式控制的腰部可穿戴功能辅助机械臂，适用于健康和残疾等多种人群，有效协助穿戴者日常生活和工作。

背景技术

随着近些年来服务业，制造业等相关行业对机器人的技能及效率提出的更高要求，及机器人技术日新月异的发展，使得人们有更强烈的需求去探索更有效的机器人技术来满足人们的各项需求。但是机器人本身的性能改善与功能的增加，在目前的技术条件下，还不足以在理解人的意图的基础上，去自主完成各项任务，协助人完成工作的要求。因此能够无缝连接人的智能和机器人技术中的定位、助力等技术具有实际意义。

人的手臂的作业执行了人的大部分生产生活活动，对健康人而言，手臂的活动在多数情况下可以满足工作和生活的需求，但是在某些情况下，只靠双手的功能是不够的，还需要暂时放下手中的工作或者要求旁人的协助，如双手负有重物同时需要开门或是双手需要固定工具的位置而同时需要拿取零件等。如果按照任务优先级或者要求来决定多任务的排序或者取舍，则不可避免地降低效率，因此，增加对双手臂的功能支持在未来的工作及生活中将会起到重要作用。对于功能正常的用户，可以多手臂协调完成一些人的双臂无法完成的任务，如对于有传染性或污染性的场合，人的手臂去直接接触物品对人体自身可能会带来一定的危害，而穿戴式的机械臂可以很好地替代此类任务。此外还能起到分担人体自身手臂的工作压力的作用。而对于具有手臂功能障碍，运动功能受损的人而言，可穿戴式助力机械臂可很好的协助其完成日常所需，可穿戴式机械臂可以理解他们的运动意图，完成原本对于他们有困难去完成的任务。对于残疾人尤其是截肢了的使用者来说，更是需要有替代品来帮助他们完成一些日常所需的手部动作，如开门，取物，甚至刷牙，穿衣，购物等。使得他们不需要在有人帮助下就能完成一些日常生活必须的运动，也能更好地保护他们的隐私，提高他们的独立能力，改善他们的生活品质。

经对现有技术文献的检索发现：

中国专利公开号CN 102846450A，发明名称为：外骨骼机器人的腰部支撑部件及外骨骼机器人。该技术主要提供了下肢康复装置及腰部活动支撑件，该装置可以起到腿部助力及支撑腰部活动的功能，但是仅提供下肢助力是不够的，缺少必要的人体功能拓展等辅助机构，不利于拓展人的活动功能，无法满足多样化的用户需求。

中国专利公开号，CN 102793595A，发明名称为：可穿戴式重型物资搬运助力仿生外骨骼。该设计采用人体四肢助力，采用液压和电机混合驱动，应用于重型物资搬运助力，节约体能。但是该类外骨骼需要四肢穿戴，因而会占用人的四肢活动，尤其是上肢的活动，只能为四肢提供助力支持，但不能提供助手支持，协助人完成更为复杂的人机协同任务。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，将助力机器人和机器人机械臂自主功能技术融合起来，提出了一种腰部可穿戴功能辅助机械臂，本发明拓展人体肢体功能，用以完成一些需要多臂协助才能完成的任务，同时解决了运动功能受限的人的运动功能补充，改善其生活品质。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的。

一种腰部可穿戴功能辅助机械臂，其特征在于，包括七自由度绳驱双臂a1、腰部穿戴机构a2、被动式下肢外骨骼助力机构a3、控制驱动单元a4、计算机a5、电源模块a6以及自主控制模块；其中：

所述七自由度绳驱双臂a1固定在腰部穿戴机构a2上；

所述被动式下肢外骨骼助力机构a3连接于腰部穿戴机构a2；

所述控制驱动单元a4、计算机a5以及电源模块a6分别固定于腰部穿戴机构的背部面板上；

所述计算机a5通过控制驱动单元a4与七自由度绳驱双臂a1控制连接；

所述自主控制模块与计算机a5数据连接；

所述自主控制模块包括如下任一个或任多个部件：

-智能手环a9；

-肌电信号阵列a8；

-脑机接口模块a7。

优选地，所述七自由度绳驱双臂a1设有肩关节、肘关节和腕关节，所述肩关节具有三个自由度，所述肘关节和腕关节分别具有两个自由度，其中，肩关节的第一个自由度设置于腰部穿戴机构a2上，肩关节的第二个自由度和第三个自由度、肘关节的两个自由度以及腕关节的两个自由度均采用模块化两自由度差动关节结构实现；所述肩关节、肘关节和腕关节分别通过驱动电机驱动，所述驱动电机设置于腰部穿戴机构a2上。