[发明专利]一种可穿戴机器人上肢肢体的最大安全作业范围检测方法

说明书

本发明涉及一种可穿戴机器人上肢肢体的最大安全作业范围检测方法，属于机器人技术领域。根据机械臂实体模型得出机械臂D‑H模型与D‑H参数表，得出机械双臂的各个关节所有可能出现的位置与机械双臂作业范围；根据使用者佩戴可穿戴机器人上肢肢体的方式，求解危险范围；建立世界坐标系，求解出机械臂的最大安全作业范围再经对称处理得出机械双臂的最大安全作业范围。有益效果是：能检测可穿戴机器人上肢肢体佩戴在人体不同位置时机械臂末端静止状态下其余机械臂关节的关节角等位置状态、然后检测出可穿戴机器人上肢肢体的最大安全作业范围，进而对可穿戴机器人上肢肢体的整体结构进行评估。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种可穿戴机器人上肢肢体的最大安全作业范围检测方法。

背景技术

20世纪以来，我国的工业化程度不断提高，机器人产业不断发展，机器与人类的生活联系越发紧密，对机器人的研究也逐渐深入。其中机械臂是工业自动化领域中一种高效可靠的自动化装置，也是人体工程学和机器人领域的热点研究方向之一,这些年来伴随着工业自动化领域的技术革新，机械臂逐渐发展起来,并得到了较快的发展。因其独特的操作灵活性,已在工业装配、安全防爆等领域得到广泛应用。但其发展仍然存在一定的局限性，当下的很多新兴行业的产品种类繁多、体积较小、对操作人员的灵活度和柔韧性有很高要求，而当下仅凭工业机器人操作机械臂是很难做到这一点。人机协作型机器人正是为改变这一格局而来。其中可穿戴机器人上肢肢体正是人机协作式机器人的一个重要的研究方向。可穿戴机器人上肢肢体是一类可穿戴于人体且拥有两个对称的安装于人身体两侧如腰部、背部、肩部等的机械臂的新兴人机协作式机器人。

一般情况下，在一个人无法独立完成某项工作时,往往需要他人提供帮助或者增加相关的作业工具来实现相关任务。虽然在通常情况下这些方法都可以顺利完成预定的活动指标，但是不可避免的会造成用工成本增加，时间，精力耗费等。另一方面，由于人们需求越来越多样化，面对的任务和环境也会趋向于复杂，个人技能和传统装备难免会遇到不同类型的挑战，而依托人类智力与机器设备动力的高度融合，强调人的智力与肢体直接参与机器人的控制，可使机器人帮助人解决部分难题，从而减轻人的应对压力。在解决经济性和可用性的同时，可穿戴机器人肢体也应充分考虑安全性和稳定性，解决在当今社会上人们普遍存在的对机器人与人保持近距离时可能造成的潜在危险，让可穿戴机器人上肢肢体不仅仅适用于工厂生产，更是能走进人们的生活，解决一些特殊人群从事特殊工作者，在日常生活中可能遇到的一些问题。

但是目前国内外关于可穿戴机器人上肢肢体的研发正处于起步与发展上升期，作为人机协作式机器人的一种，安全性能是衡量一款可穿戴机器人上肢肢体质量优劣的重要参数之一，可是并没有可以用来检测可穿戴机器人上肢肢体安全性能的方法。与由人远程操控或按预输入程序进行动作的机械臂相比较，工作时可穿戴机器人肢体须考虑机械臂操作不当时对人体造成伤害的影响，须设置与人体的安全距离。目前我国已有一些关于单个机械臂运动空间计算的方法，如西北核技术研究所发表的六自由度机械臂运动学及工作空间分析，该论文就描述了计算出六自由度机械臂末端位置的方法。但该论文并没有引入安全范围这一观念，无法直接用于可穿戴机器人这一类人机协作式机器人来求解最大安全作业范围。华南理工大学设计了一款肩部可穿戴功能辅助机械臂，是目前国内少有的与可穿戴机器人上肢肢体的相关的设计，其主要讲述了如何通过脚部来实现对机械臂运动的控制来解放人们的双手，及该机构的主要构成。但是缺少对其所研发装置的最大安全作业范围的计算方法，机构的组成中缺少相应的安全装置，无法对其穿戴者的安全提供保障，与其研究目的，为残障人士提供帮助相悖，是其最终实现产品化的一大阻碍。

因此，如何检测可穿戴机器人上肢肢体的最大安全作业范围具有重要的理论研究价值。在本发明中，提出了一种对可穿戴上肢机器人最大安全作业范围实施有效的检测方法。

发明内容

本发明提供一种可穿戴机器人上肢肢体的最大安全作业范围检测方法，以解决目前没有对可穿戴机器人上肢肢体最大安全作业范围进行检测的问题。

本发明采取的技术方案是，包括下列步骤：