[发明专利]上肢助力外骨骼机器人

说明书

上肢助力外骨骼机器人，它涉及一种穿戴式机器人，它包括手部、胳膊、背部、驱动机构和控制模块；所述背部两侧分别连接有所述驱动机构，所述控制模块安装在所述背部上，所述手部与所述胳膊连接，每条所述胳膊为并联型关节结构，所述胳膊由所述驱动机构驱动，所述驱动机构由所述控制模块控制。本发明相比传统串联型上肢助力外骨骼机器人，刚度大，负载能力也得到了提升，控制效果得到改善。

技术领域

本发明涉及一种穿戴式机器人，具体涉及一种上肢助力外骨骼机器人。

背景技术

在军事、消防营救等领域，相关人员经常会遇到需要抬起重物的情况。而在这些特殊情形下，传统的起重装置有时难以充分的发挥作用。而上肢外骨骼机器人的引入很好地解决了这一问题。上肢外骨骼机器人是一种能够穿戴在操作者身上的并与其上肢相连接、能够根据操作者的意图进行活动和做功的机械装置。上肢外骨骼机器人和操作者的组合能够充分适应多种非结构化的环境，同时具有较高的灵活性，可以完成一些复杂的装卸、搬运工作。但是，传统的上肢助力外骨骼机器人多采用与人类上肢运动学同构的串联结构。如果采用串联型结构的话，肘部驱动的执行器安装位置大多需要向躯干之外移动，导致肘部执行器自重也成为了肩部执行器的负载的一部分，使得外骨骼装置负载能力变差。除此之外，串联型结构也存在固有的刚度差的问题。

发明内容

本发明为克服现有技术不足，提供一种上肢助力外骨骼机器人。该机器人克服了传统串联型上肢助力外骨骼机器人存在刚度低、负载能力差等问题。

本发明的技术方案是：

上肢助力外骨骼机器人包括手部、胳膊、背部、驱动机构和控制模块；所述背部两侧分别连接有所述驱动机构，所述控制模块安装在所述背部上，所述手部与所述胳膊连接，每条所述胳膊为并联型关节结构，所述胳膊由所述驱动机构驱动，所述驱动机构由所述控制模块控制。

进一步地，并联型关节结构的每条所述胳膊包含两条支链，每条支链包括大臂连杆、小臂连杆和肘部关节轴，大臂连杆和小臂连杆均与肘部关节轴连接，且大臂连杆和小臂连杆能相对转动，大臂连杆由所述驱动机构驱动，两根小臂连杆与手部连接，且两根小臂连杆能相对手部转动。

进一步地，手部包括握把、三维力传感器、手部关节轴和挂钩，挂钩和两根小臂连杆分别与手部关节轴连接，挂钩能相对手部关节轴转动，两根小臂连杆能相对转动，三维力传感器两侧分别与握把和挂钩相连。

进一步地，所述驱动机构包括电机、肩关节轴、肩关节轴安装件、安装座和齿轮副；电机安装在安装座上，齿轮副中的一个齿轮安装在电机的输出轴上，齿轮副中的另一个齿轮转动安装在肩关节轴上，大臂连杆安装在所述另一个齿轮上，肩关节轴通过轴承支撑在肩关节轴安装件上，安装座与肩关节轴安装件连接，肩关节轴安装件与背部连接。

进一步地，手部关节轴、肘部关节轴、肩关节轴和转轴的端面均开有凹槽，所述所有凹槽内均布置有磁铁，所述挂钩、大臂连杆、肩关节轴安装件和背部安装件上分别安装有一个带有编码器芯片的角度传感器，带有编码器芯片的角度传感器检测磁铁磁场变化。

本发明相比现有技术的有益效果是

1、本发明机器人结构上采用了并联型设计，比起传统的串联关节型设计刚度得到提升，同时具有更高的驱动能力。

2、重量较重的电机驱动器、驱动机构及控制模块、储能电池装置均设计在靠近后背的位置，使得运动部分质量较轻，装置进行加减速时惯性力较小，有利于控制效果的改善，同时负载能力也得到了提升。

3、除了背部的捆绑外，操作者与外骨骼间只有手部是进行连接的。在使用外骨骼的过程中，操作者的手臂可以自如的从外骨骼的两条支链中穿过伸展，避免了传统串联关节型上肢外骨骼关节捆绑给操作者带来的不适感。

4、外骨骼末端布置了三维力传感器，不仅可以通过检测人机交互力来判断操作者运动意图，还可以测得挂在挂钩上重物的具体质量以代入控制器进行补偿，使得控制效果得到提升。