[发明专利]一种刚柔结合式外肢体机械臂及其辅助作业装置

说明书

本公开提供一种刚柔结合式外肢体机械臂及其辅助作业装置，涉及柔性作业臂领域，包括依次布置的收卷机构、角度调整机构、柔性连续体和机械爪，柔性连续体首端连接角度调整机构，末端连接机械爪，柔性连续体包括通过球铰依次串联的多个节段，收卷机构连接一组柔性索一端，该组柔性索另一端依次穿过角度调整机构、柔性连续体后固定在柔性连续体末端，收卷机构用于通过收卷或释放牵引索调整柔性连续体相邻节段的夹角，机械臂的前端由刚性机械臂组成，后端由柔性连续体组成，连续体末端设有用于夹持物体的机械爪；采用刚性机械臂与柔性连续体相结合的机械臂，解决了现有刚性机械臂柔顺性和环境自适应能力较差、人机交互安全性较差等问题。

技术领域

本公开涉及柔性作业臂领域，特别涉及一种刚柔结合式外肢体机械臂及其辅助作业装置。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

随着机器人技术的发展，外肢体辅助作业机械臂的研究取得了一定进展。增加可穿戴仿人机械臂，扩展人的肢体，可有效增强人的生产效率和技能水平，使其在外肢体机械臂的辅助下能完成复杂的任务。外肢体机械臂将很好地理解使用者的意图，与人的协作将更加紧密。

有别于传统的外骨骼助力机器人，外肢体机械臂可以独立于使用者肢体完成作业，可以与人协同完成复杂的任务，也可以代替人类肢体完成某些工作。例如，对于手臂无法正常运动的人，外肢体机械臂可以代替患者手臂完成日常所需的动作，增强患者生活自理能力。外肢体机器人在建筑装饰、消防营救等领域的研究也取得了一定的进展。

发明人发现，目前外肢体机械臂多采用刚性结构。刚性结构外肢体的质量大、转动惯量大，导致机械臂的承载、响应能力及运行速度受到了极大地限制；刚性结构机械臂的柔顺性和环境自适应能力较差，人机交互安全性较差，因此刚性外肢体机械臂并不能满足目前外肢体机械臂的应用需求。

发明内容

本公开的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种刚柔结合式外肢体机械臂及其辅助作业装置，机械臂的前端由刚性机械臂组成，后端由柔性连续体组成，连续体末端设有用于夹持物体的机械爪；采用刚性机械臂与柔性连续体相结合的机械臂，解决了现有刚性机械臂柔顺性和环境自适应能力较差，人机交互安全性较差等问题。

本公开的第一目的是提供一种刚柔结合式外肢体机械臂，采用以下技术方案：

包括依次布置的收卷机构、角度调整机构、柔性连续体和机械爪，柔性连续体首端连接角度调整机构，末端连接机械爪，柔性连续体包括通过球铰依次串联的多个节段，收卷机构连接一组柔性索一端，该组柔性索另一端依次穿过角度调整机构、柔性连续体后固定在柔性连续体末端，收卷机构用于通过收卷或释放牵引索调整柔性连续体相邻节段的夹角，以改变柔性连续体的弯曲状态。

进一步地，所述收卷机构连接另一组柔性索一端，该组柔性索的另一端依次穿过角度调整机构、柔性连续体后连接机械爪，收卷机构用于通过收卷或释放该组柔性索驱动机械爪的夹持和释放动作。

进一步地，所述机械爪连接柔性索的数目与机械爪的夹爪数目相等，且柔性索与夹爪一一对应连接；角度调整机构与收卷机构之间设有丝鞘始盘，机械爪与柔性连续体之间设有丝鞘末盘，柔性索位于丝鞘末盘与丝鞘始盘之间区域的外部套设有丝鞘。

进一步地，所述角度调整机构与收卷机构之间设有丝鞘始盘，角度调整机构与柔性连续体之间设有丝鞘中盘，连接柔性连续体的柔性索，位于丝鞘始盘和丝鞘中盘之间区域的外部套设有丝鞘。

进一步地，所述收卷机构包括与柔性索一一对应的多个收卷辊，收卷机构与丝鞘始盘之间设有导轮盘，柔性索与导轮盘上预设的导轮一一对应配合后穿过导轮盘。

进一步地，所述角度调整机构包括内部均设有通道的第一转动机构和第二转动机构，第一转动机构执行末端连接第二转动机构，第二转动机构执行末端连接柔性连续体，柔性索穿过通道。