[实用新型]一种跨关节机械臂小臂气动平衡装置

说明书

本申请涉及一种跨关节机械臂小臂气动平衡装置，包括机械臂本体、气动支撑杆平衡装置、气动支撑杆随动装置，机械臂本体包括大臂、小臂、机械手，气动支撑杆平衡装置包括气动拉力杆、上铰接点、下铰接点，气动支撑杆随动装置包括气动杆支撑板、转动轴、滚动轴承，该机械臂小臂气动支撑杆平衡装置及其安装办法可以实现机械臂小臂转动过程中，气动支撑杆随着小臂的旋转而旋转，保证气动支撑杆不因小臂的旋转而发生扭转，从而有效地减小小臂舵机驱动力矩。

技术领域

本实用新型涉及一种跨关节机械臂小臂气动平衡装置，属于仿生关节机械技术领域。

背景技术

每年，世界上因为自然灾害、战伤等原因，会造成众多人员肢体残疾。肢体残疾给残疾人士带来了生活上的不方便，为残疾人提供好的服务，是一个积德行善的崇高事业。目前机械臂领域，机械臂普遍体积大、质量重，结构不够轻巧，使用不够灵活，工作空间不够大，严重地影响了残疾人士的使用。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种跨关节机械臂小臂气动平衡装置，可以有效地避免在小臂内旋、外旋时气动拉力杆的扭转，实现了可以有效地减小驱动电机的输出力矩，具有结构简单、体积小，运动灵活、控制简单的优点，可以更加有效的帮助肢体残疾人士的日常生活。

本实用新型的技术方案如下：

一种跨关节机械臂小臂气动平衡装置，包括机械臂本体、气动支撑杆平衡装置；

机械臂本体包括大臂、小臂、机械手，气动支撑杆平衡装置包括气动拉力杆；大臂一端设有肩关节支撑板，肩关节支撑板与肩关节连接板转动连接，气动拉力杆一端设有上铰接点，气动拉力杆另一端设有下铰接点，气动拉力杆通过上铰接点与肩关节连接板连接；

大臂另一端设有第二舵机，第二舵机的输出舵盘与小臂一端相连，小臂另一端与第一舵机输出相连，第二舵机另一端与机械手相连；小臂上设有第一舵机法兰盘，第一舵机法兰盘上设有腕关节连接板，气动拉力杆的下铰接点与腕关节连接板相连；

第一舵机、第二舵机均与控制器连接。

小臂的内旋、外旋由第一舵机驱动，小臂的前屈、后伸由第二舵机驱动，第一舵机、第二舵机由控制器控制。

优选的，气动拉力杆包括上下相连的压力缸和活塞杆，气动拉力杆中间充有高压惰性气体，在小臂屈、伸的过程中，可以提供一个稳定的支持力，从而可以有效地减小舵机的输出力矩，气动平衡杆没有标准的规格，各厂家依据实际需求定制气动平衡杆，气动拉力杆中心矩为560mm，行程150mm，压力缸直径8mm，活塞杆直径6mm。

优选的，肩关节连接板为凹形架，肩关节支撑板设于凹形架内，转动轴贯穿肩关节连接板和肩关节支撑板。在肩关节连接板发生旋转时，可沿转动轴绕肩关节支撑板旋转。

进一步优选的，转动轴与肩关节支撑板之间设有滚动轴套。以减小转动摩擦。

进一步优选的，滚动轴套的数量为两个。

优选的，上铰接点与肩关节连接板之间设有上连接板，下铰接点与腕关节连接板之间设有下连接板。上连接板用以将气动拉力杆上部分与肩关节连接板连接在一起，下连接板用以将气动拉力杆下部分与腕关节连接板连接在一起。

机械臂进行内旋、前屈运动时：

首先，使用控制器控制第一舵机开始工作，第一舵机带动小臂内旋，小臂带动腕关节连接板内旋，腕关节连接板带动气动拉力杆内旋，气动拉力杆带动肩关节连接板绕转动轴做内旋转动，此时控制器控制第二舵机开始工作，第二舵机带动小臂前屈，气动拉力杆在惰性气体的作用下，给小臂的前屈提供一定的动力，从而有效地减小了第二舵机的输出力矩。

机械臂进行外旋、后伸运动时：