[发明专利]一种新型仿生人体前臂扭转机构及其机器人

说明书

一种新型仿生人体前臂扭转机构及其机器人，包括柔性棒、前臂壳体一至前臂壳体六、4根所述柔性棒14与上述前臂壳体紧密配合并分别穿过前臂壳体一至前臂壳体六，所述柔性棒两端固定；所述前臂壳体一与前臂壳体二、前臂壳体二与前臂壳体三、前臂壳体三与前臂壳体四、前臂壳体四与前臂壳体五、前臂壳体五与前臂壳体六采用限位方式进行限位，且各壳体间的限位设置角度程线性变化。

技术领域

本发明涉及一种仿生手臂领域，尤其是涉及一种新型仿生人体前臂扭转机构及其机器人。

背景技术

随着机器人技术的不断发展，仿生机械手臂是近年来的热点研究方向。目前的仿生人体手臂已经可以实现真实人体手臂的自由度配置以及活动范围。然而，仿生人体手臂的设计主要从工程方面考虑，未能有效结合人体解剖学，人体仿生学等学科内容。其中，以工程设计思想前臂的设计可以满足旋转运动，但整体的旋转效果与真实人体前臂运动仍具有很大区别。从人体解剖学及人体运动学角度来看，前臂的旋转运动是由旋前肌群及旋后肌群带动桡骨围绕尺骨进行旋转以实现。在桡骨进行旋转时，与桡骨进行连接的皮肤及肌肉会具有不同幅度的旋转效果，且其旋转角度与肘关节的距离程线性递增关系。

为真实模拟出人体前臂运动状态，本发明提供了一种新型的仿生人体前臂扭转机构。该种机构从人体解剖学、人体仿生学及人体运动学角度进行设计，真实模拟了人体前臂的整体运动效果。

发明内容

现有仿生人体前臂机构不能模拟前臂整体的运动状态，即腕关节与肘关节之间，在前臂旋转时，皮肤及肌肉的旋转连动效果。有鉴于此，本发明提供一种新型仿生人体前臂扭转机构，从人体解剖学、人体仿生学及人体运动学角度进行设计，真实模拟了人体前臂的整体运动效果。

一种新型仿生人体前臂扭转机构，包括柔性棒14、前臂壳体一、前臂壳体二、前臂壳体三、前臂壳体四、前臂壳体五、前臂壳体六、其特征为：4根所述柔性棒14与上述前臂壳体紧密配合并分别穿过前臂壳体一1、前臂壳体二2、前臂壳体三3、前臂壳体四4、前臂壳体五5、前臂壳体六6，所述柔性棒两端固定；所述前臂壳体一与前臂壳体二、前臂壳体二与前臂壳体三、前臂壳体三与前臂壳体四、前臂壳体四与前臂壳体五、前臂壳体五与前臂壳体六采用限位方式22进行限位，且各壳体间的限位设置角度呈线性变化；所述限位方式为前臂壳体一与前臂壳体六极限夹角设置为±90°,相邻的夹角极限设置按照下述公式计算：α＝α₀L/L₀；其中α₀为前臂腕关节的扭转角，根据医学人体活动极限评定标准，α₀设置为±90°，L₀为前臂从腕关节到肘关节的总体长度，L为任一前臂壳体中心距离肘关节的长度；由于前臂壳体一至前臂壳体六间串有四根柔性棒，其中柔性棒沿前臂壳体端面的不规则圆周方向分布，当外力作用于任意前臂壳体时，其余前臂壳体依靠柔性棒旋转传递运动并通过限位特征限制相邻壳体间的转角大小。

本发明还请求保护一种机器人，该机器人包括上述仿生人体前臂扭转机构。

有益效果

本发明从人体解剖学、人体仿生学及人体运动学角度，设计了一种能够真实模拟了人体前臂整体运动效果仿生人体前臂扭转机构。

附图说明

图1为本发明的外观示意图；

图2为本发明的被动驱动形式结构示意剖图；

图3为本发明的主动驱动形式结构示意剖图；

图4为本发明的限位方式示意图；

图5为本发明的前臂壳体三的惯性传感器安装示意图；