[发明专利]一种仿生机械手臂

说明书

技术领域

本发明专利涉及仿生假肢技术领域，属于一种仿生机械手臂。

背景技术

假肢是为恢复人体的形态和功能，以补偿截肢造成的缺损而制作和装配的人工肢体，安装假肢是截肢者康复、回归社会的重要手段。仿生机械手臂的结构设计更是假肢设计中的关键组成部分。仿生机械臂的体积、重量、外观，以及可运动的自由度等等，都由机械臂的结构设计决定。仿生机械臂要求体积小、重量轻、外形美观、尽可能多的完成人们先要实现的动作。但是若要求体积小、重量轻，则会限制其运动功能。若要求运动功能较强，又会增加机械臂的体积和重量。于是设计一种新的机械结构成为解决这个问题的方法。

《装备制造技术》期刊在2013年3期发表的一篇文章《一种7自由度机械假肢运动学研究》中的假肢结构主要采用链传动来进行运动和力的传递。链传动虽然能较好的传动力，但对机械臂的体积和重量影响较大，且链传动有冲击和噪声，并不是最适合做机械假肢的传动机构。专利申请号为CN201510608817.1，名称为《假肢机械手臂和机器人及其控制方法》的中国专利，使用三角柱铰链和扭力夹紧弹簧等多个机构进行传动。动力源为气压或液压。虽然可以实现较多功能，但结构过于复杂，不易于维护，并且造价过高。

发明内容

本发明的目的是提供一种空间利用率高、结构紧凑、外形美观、易于控制且位姿精度高、连接方便的仿生机械手臂，该机械手臂结构上采用了尼龙滚轮和钢丝，减小了传动系统的体积和重量，传动声音小，价格较低，并保证了运动所需要的自由度。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种仿生机械手臂，它包括有第一肩关节轴、第二肩关节轴、第一肘关节轴、第二肘关节轴，其特征在于：在第一肩关节轴的下部连接有水平转动的第一肩关节轴尼龙滚轮，在第一肩关节轴尼龙滚轮两侧设有向下运动的第一导向轮，在第一导向轮下部设有第二肩关节轴，该第二肩关节轴上设有两个竖直第二肩关节轴尼龙滚轮，在第一肩关节轴尼龙滚轮、第一导向轮和第二肩关节轴尼龙滚轮之间连接有第一肩关节轴钢丝；

在第二肩关节轴的下部并排设有竖直转动的第一电机和第二电机，在第一电机和第二电机上端分别连接有水平第二肩关节轴尼龙滚轮，在水平第二肩关节轴尼龙滚轮的外侧设有第二导向轮，在水平第二肩关节轴尼龙滚轮、第二导向轮和竖直第二肩关节轴尼龙滚轮之间连接有第二肩关节轴钢丝；

在第一电机和第二电机的底端连接有大臂外壳，在大臂外壳上设有竖直转动的第三电机，在第三电机下端连接有第一肘关节轴，在第一肘关节轴的下部设有第二肘关节轴，在第二肘关节轴上连接有竖直第二肘关节轴尼龙滚轮，在第二肘关节轴下部设有小臂外壳，在该小臂外壳内设有竖直转动的第四电机，在该第四电机的上端连接有水平第二肘关节轴尼龙滚轮，在水平第二肘关节轴尼龙滚轮的侧边设有第三导向轮，在竖直第二肘关节轴尼龙滚轮、第三导向轮和水平第二肘关节轴尼龙滚轮之间连接有第三肩关节轴钢丝。

本发明的仿生机械手臂，包括肩关节的2个自由度与肘关节的2个自由度，肩关节与肘关节之间为大臂，肘关节下为小臂。为了使结构紧凑、外形美观，各关节的驱动和传动系统应该布置在大臂和小臂的腔体内。同时考虑到要使末端负载尽可能大，驱动系统应该布置在靠近身体的近身端，使仿生手臂的重心靠近肩关节。动力源采用四个电机，传动链主要采用尼龙滚轮和钢丝组合传动，大臂部分由两个电机进行驱动，电机输出通过两个尼龙滚轮与钢丝传递到与人体相连的固定底座，从而实现电机相对于固定底座的旋转运动。大臂中的第三个电机通过钢丝传动带动小臂运动，实现小臂的旋转运动。而小臂部分由一个电机驱动，通过尼龙滚轮和钢丝完成小臂绕肘关节旋转运动。从而完成假肢的四个自由度运动。

本发明的有益效果是：

1、空间利用率高，体积小，重量轻。

此机械臂完全根据正常人手臂尺寸进行设计，由于尼龙滚轮和钢丝的使用，极大地减小了整个机械臂的体积和质量，空间利用率高。

2、拆装和检修方便。

本结构原理简单可靠，使用的零部件安装容易，检修和维护十分方便。

3、成本低。

主要成本仅为电机和相应控制部分，机械结构部分均使用简单易得的零部件，且加工装配容易，成本较低。

4、可完成正常人手臂的动作

本机械臂完全按照正常人手臂运动规律设计，其四个自由度可以完全满足人体正常手臂的运动需求。

附图说明

图1是本发明的结构原理示意图。

具体实施方式