[发明专利]仿生拉压体两自由度机械腕

说明书

一种仿生拉压体两自由度机械腕，包括远端手臂、手腕和手掌；三维打印骨骼由21条编织人工韧带相连接，形成由桡腕关节和腕中关节构成的仿生机械腕，其中负责约束腕关节的运动范围的7条韧带是长度可调节的，并且通过4条人工肌腱由电机驱动实现伸展屈曲和外展内收运动。该机械腕能够模仿人手腕的2个自由度，且均为主动驱动，实现了接近于人手腕的运动性和柔顺性，安全性高，其腕骨的运动还可以进一步提高腕关节的输出力矩和速度。

技术领域

本发明涉及仿生机器人技术领域，尤其涉及一种基于人体骨骼肌肉系统的具有高度柔顺性的仿生拉压体两自由度机械腕。

背景技术

近几十年来，为了模拟人手的功能，国内外很多研究机构在仿人机械手的设计和控制等方面都取得了卓越的成果。但是对于和机械手的性能密切相关的机械腕，很多都是采用简单的串联式销轴设计，并没有能够实现接近于人手腕的运动性和柔顺性。

发明内容

为了解决以上存在的问题，本发明提出了一种仿生拉压体两自由度机械腕。

一种仿生拉压体两自由度机械腕，由远端手臂，手腕和手掌构成，其中骨骼由韧带连接，并且通过肌腱由电机驱动；具有三维打印骨骼，薄膜胶带软骨，编织人工韧带和人工肌腱四层结构；

所述的肌腱包括桡侧屈肌腱、桡侧伸肌腱、尺侧屈肌腱和尺侧伸肌腱；

所述的电机包括第一电机、第二电机、第三电机和第四电机：

三维打印骨骼采用聚乳酸材料和熔融沉积技术，所述远端手臂包括桡骨和尺骨的远端部分，其远端桡骨关节被融合固定；

所述手腕由近排腕骨和远排腕骨构成；近排腕骨包括舟状骨、月状骨、三角骨和豆状骨；远排腕骨包括大多角骨、小多角骨、头状骨和钩状骨；远排腕骨被融合固定；近排腕骨和桡骨以桡腕关节相接，远排腕骨和近排腕骨以腕中关节相接；

所述手掌包括第一掌骨、第二掌骨、第三掌骨、第四掌骨和第五掌骨，第二掌骨和第三掌与远排腕骨被融合固定。第一掌骨与大多角骨以拇指腕掌关节相接，第四掌骨和第五掌骨与钩状骨以钩掌关节相接；所有的关节面被一种聚四氟乙烯薄膜胶带覆盖以起到类似软骨减小关节间摩擦力的作用；编织人工韧带由高模量聚乙烯鱼线编织而成，其宽度为31毫米，厚度为14毫米。韧带固定位置会预留直径为4毫米的贯穿圆孔，单根韧带穿过圆孔后首尾相接从而连接和约束相邻骨骼以形成关节；

所述的韧带包括舟月韧带、三角月韧带、舟头韧带、三角头韧带、桡月韧带、尺月韧带、桡头韧带、桡大多角韧带、尺三角韧带、豆掌韧带、豆头韧带、尺豆韧带、拇指腕掌韧带、第一第二掌间韧带、第三第四掌间韧带、第四第五掌间韧带、第四钩掌韧带、第五钩掌韧带、第一第二掌横韧带、第三第四掌横韧带和第四第五掌横韧带；

舟月韧带连接舟状骨近端和月状骨桡侧，三角月韧带连接三角骨桡侧和月状骨尺侧，形成近排腕骨；舟月韧带和三角月韧带在月状骨背侧分别首尾相接后打结并烧结固定；舟头韧带连接舟状骨远端和头状骨，三角头韧带连接三角骨桡侧和头状骨，从而连接近排腕骨与远排腕骨，形成腕中关节；桡月韧带和尺月韧带分别连接桡骨和尺骨至月状骨桡侧和尺侧，形成桡腕关节；桡头韧带连接桡骨茎突和头状骨以约束舟状骨的屈曲，并进一步约束腕关节的伸展和屈曲；桡大多角韧带穿过舟状骨远端结节的圆孔后连接桡骨茎突和大多角骨以约束腕关节的内收；尺三角韧带连接尺骨茎突和三角骨尺侧以约束腕关节的外展；

舟头韧带、三角头韧带、桡月韧带、尺月韧带、桡头韧带、桡大多角韧带和尺三角韧带共同约束腕关节的运动范围，其长度均能被调节；舟头韧带和三角头韧带在头状骨背侧分别首尾相接，引出的一端从侧面穿过第三掌骨预留的圆孔并调节至预定长度后用螺丝和螺母配合拧紧固定；桡月韧带、桡头韧带和桡大多角韧带在桡骨背侧分别首尾相接，引出的一端从侧面穿过桡骨预留的圆孔并调节至预定长度后用螺丝和螺母配合拧紧固定；尺月韧带和尺三角韧带在尺骨背侧和尺侧分别首尾相接，引出的一端从侧面穿过尺骨预留的圆孔并调节至预定长度后用螺丝和螺母配合拧紧固定；