[发明专利]一种可折叠的外肢体机器人

说明书

一种可折叠的外肢体机器人，包括：两台可折叠的五自由度外肢体机械臂、腰部可穿戴结构、电机驱动装置、传感、驱动及控制模块；所述可折叠的五自由度外肢体机械臂包括：机械臂本体及末端执行装置；所述电机驱动装置包括：驱动电机、减速器；所述腰部可穿戴结构包括：腰板、机械臂基座、电源基座、控制卡槽、可调节腰部绑带。本发明针对人机协作作业，拓展了使用者的工作能力；同时使用折叠结构的机械臂，减小了外肢体机器人的体积，方便使用者的作业，并提高了装备的便携性。

技术领域

本发明涉及外肢体机器人技术领域，具体是一种可折叠的外肢体机器人。

背景技术

外肢体机器人是指可通过穿戴方式固定于人体并能协助人体完成一定任务的机器人，它是介于可穿戴设备与协作机器人之间的一类新型机器人，能够有效突破可穿戴外骨骼机器人关节运动受限以及协作机器人的自主移动性较差的缺点。外肢体机器人通过在人体躯干或四肢固定机械臂或机械手，可补充或扩展人的工作能力，使得原本需要多人完成的任务可由一人完成，能够极大程度发挥人机协作的优势。

尽管外肢体机器人具有独特优势，但由于穿戴式结构的影响，机器人体积受到严格限制。较大的机器人体积会使穿戴舒适性在长时间使用时大打折扣，并且会限制外肢体机器人在狭小作业场景的移动能力。因此，外肢体机器人的小型化、可折叠一直是相关领域的研究重点。例如，在进行民用飞机机舱内部工件装配时，由于飞机机舱直径较小，不方便多人同时进行装配作业。具有辅助作业功能的可折叠的外肢体机器人便可以在单人装配作业时，拓展使用者的工作能力，使单人完成传统装配中需要两人或多人才能实现的作业任务。此外，可折叠的外肢体机器人具有可折叠特性，当处于非工作状态时，外肢体机器人可以收缩折叠在使用者的背后，大大降低了对作业空间的占用，方便使用者的移动和作业。

经对现有技术文献的检索发现：

中国专利(申请号201510130861.6)：腰部可穿戴功能辅助机械臂。该专利主要提供了一种包含七自由度绳驱双臂与下肢外骨骼的装置，其中绳驱双臂仿照人体双臂设计，可在空间内灵活运动；下肢外骨骼采用被动式助力方式，将装置重力传导至地面，减轻人体负载。该装置可适用于健康和残疾等多种人群，不足的是，该装置采用绳驱动机械臂的方式，在非工作状态下不能进行折叠与收缩，占用的工作空间较大，影响使用者在狭小空间内的移动和作业。

中国专利(申请号201910821602.6)：可穿戴式三自由度人体辅助外机械臂。该专利主要提供了一种三自由度可穿戴辅助机械臂，机械臂配合手爪的开合可实现在三维空间的抓取任务。该专利采用液压驱动与同步带传动，有效减小了机械臂转动惯量，但机器人整体质量未能明显减小，穿戴舒适性未能获得明显改善。

发明内容

本发明在分析外肢体机器人优势与不足的基础上，设计了一种可折叠的外肢体机器人。本发明在辅助人体上肢完成一定操作的同时，可在非工作状态折叠放置于使用者后背，有效减少对狭小工作空间的侵占，便于使用者的移动和作业。

为实现上述目标功能，本发明采用如下技术方案：

一种可折叠的外肢体机器人，包括：可穿戴腰板、安装在可穿戴腰板上的两个可折叠机械臂本体、位于可折叠机械臂本体前端的末端执行装置；

所述可折叠机械臂本体包括与可穿戴腰板连接的第一转动关节、与第一转动关节连接的第一连接件、第二转动关节、与第二转动关节连接的第二连接件、第三转动关节、与第三转动关节连接的大臂连杆、第四转动关节、与第四转动关节连接的小臂连杆；

所述第一转动关节的一端安装于可穿戴腰板上而另一端与第一连接件固定；第二转动关节的一端安装于第一连接件上且第二转动关节的转动轴线与第一转动关节的转动轴线垂直；第三转动关节的一端安装于第二连接件上而另一端与大臂连杆连接，第三转动关节的转动轴线与第二转动关节的转动轴线垂直；