[实用新型]一种基于柔性传感器的力反馈外骨骼机械手

说明书

一种基于柔性传感器的力反馈外骨骼机械手，包括：背部骨架、肩关节外骨骼、肘关节外骨骼、腕关节外骨骼、柔性传感器。其中，肩关节外骨骼有三个自由度；肘关节外骨骼有一个自由度；腕关节外骨骼有一个自由度。总共五个自由度。通过在旋转关节设置柔性传感器，使人手带动旋转关节转动时，柔性传感器拉伸发生弹性形变。此时，发生形变的柔性传感器的电阻值也发生变化，即关节旋转角度的变化量对应电阻值的变化量。

技术领域

本实用新型涉及机器人领域，特别是涉及一种基于柔性传感器的力反馈外骨骼机械手。

背景技术

外骨骼控制在国际上被普遍认为是目前理想的机械手遥操作方式之一，相对于传统的使用较广的操纵杆进行机械手有更多的优点。但目前国内外所使用的穿戴外骨骼只能实现人对机器的单向控制，缺少力反馈，因此无法实现真正的人机共融。

随着太空、深海和原子能等一系列特殊应用领域的拓展，人们迫切需要这种具有力反馈的机器人控制系统来工作在一些未知的或对人体有害的环境中。

发明内容

基于此，本实用新型的目的在于提供一种基于柔性传感器的力反馈外骨骼机械手，本实用新型提供了一种采用PLA 3D打印材料做成的可穿戴的外骨骼装置，使用柔性传感器采集人体动作信号并将信号输出到被控端机器人，实现人手控制远程操控机器人。

一种基于柔性传感器的力反馈外骨骼机械手，包括：

背部骨架、肩关节外骨骼、肩关节屈伸电机、肘关节外骨骼、肘关节屈伸电机、腕关节外骨骼及柔性传感器。其中，肩关节外骨骼与肘关节外骨骼相连接，腕关节外骨骼与肘关节外骨骼相连。

所述背部骨架包括：背部固定板、可调胸带固定板、可调肩带固定板。其中背部固定板通过螺钉和可调胸带固定板连接构成移动副，可调胸带固定板通过螺钉和可调肩带固定板连接构成移动副，可实现对应操作者不同的身高和肩宽进行调节。

所述肩关节外骨骼包括：肩关节背部连接板、肩关节侧展机构、肩关节旋转连接件、可伸缩肩关节旋转机构、肩关节上臂连接板、第一法兰。肩关节背部连接板通过轴承与肩关节侧展连接轴相连构成侧展旋转副，肩关节旋转连接件通过轴承与可伸缩肩关节旋转机构相连构成内收/外展旋转副，肩关节上臂连接板通过轴承与上臂外骨骼相连构成屈/伸旋转副。其中肩关节屈伸电机输出轴通过第一法兰与上臂外骨骼相连，肩关节屈伸电机固定座与肩关节上臂连接板相连接。

所述可伸缩肩关节旋转机构由一对弧形伸缩杆组成。 其中可伸缩肩关节旋转机构通过螺钉和肩关节上臂连接板连接构成移动副，可实现对应操作者不同的臂展和姿态进行位置调节。

所述肘关节外骨骼包括：上臂外骨骼、小臂外骨骼、第二法兰。上臂外骨骼通过轴承与小臂外骨骼相连构成屈/伸旋转副。其中肘关节屈伸电机输出轴通过第二法兰与小臂外骨骼相连，肘关节屈伸电机固定座与上臂外骨骼相连接。

所述上臂外骨骼包括一对相互平行的调节机构，上臂外骨骼上半节和上臂外骨骼下半节通过螺钉和连接板的滑槽连接构成移动副，可实现对应操作者不同的上臂长度进行调节。

所述腕关节外骨骼包括：腕关节连接板、腕关节小臂旋转杆。腕关节连接板通过轴承与腕关节小臂旋转杆相连构成旋转副。

所述肩关节屈伸电机和肘关节屈伸电机均采用直流无刷减速电机和无刷电机调速器。

所述胸绑带、肩带分别固定在可调胸带固定板和可调肩带固定板上。

所述柔性传感器两端可固定在任意需要发出控制指令的旋转副上，可采集相应旋转关节的角度信号。

本实用新型提供的基于柔性传感器的力反馈外骨骼机械手，所述肩关节外骨骼有三个自由度；肘关节外骨骼有一个自由度；腕关节外骨骼有一个自由度。