[发明专利]一种肩部随人体大臂摆动的外肢体机器人

说明书

本发明公开了一种肩部随人体大臂摆动的外肢体机器人。包括背架机构和两组对称设置在背架机构两侧的上肢机构，上肢机构包括抓手机构、手部支架机构、小臂机构、大臂机构、肩部机构及人体大臂连接机构；手部支架机构分别与抓手机构、小臂机构连接，大臂机构分别与小臂机构、肩部机构连接，共同组成六自由度串联机械臂机构；肩部机构与人体大臂连接机构连接，人体大臂连接机构与人体大臂固定，使得六自由度串联机械臂机构基座随人体大臂旋转。本发明在人体躯干及四肢固定机械臂，可以补充或扩展人的工作能力，自由度高，活动灵活，功能强大，且机械臂基座随人体大臂旋转，有效扩展机械臂的活动空间，简化人对外肢体的控制过程，增强人机工效。

技术领域

本发明属于可穿戴外肢体技术领域，具体公开了一种肩部随人体大臂摆动的外肢体机器人。

背景技术

随着人口老龄化情况的加剧以及人们工作观念的转变，劳动力短缺问题逐渐凸显，建筑业、制造业这类劳动强度高、工作环境差的行业也越来越不被年轻人认可。因此，解决劳动力短缺问题、改善工作条件成为目前中国乃至全世界发展须解决的难题。随着机器人技术的发展与逐渐成熟，大规模应用机器人成为破解劳动力短缺难题的重要手段。

汽车、手机、芯片等产品生产批量大、制造工艺成熟，可以采用高度自动化的生产线对其进行加工，但在飞机制造、建筑装修行业，由于空间、规模、技术、成本等条件的限制，大规模、标准化的加工方式并不适用。单纯依靠机器人与自动化设备的配合同样难以应用于类似场景。

在人机合作方面，研究人员近年来已经做了较多探索，其中较为成熟的研究包括对协作机器人和外骨骼机器人的研究。由于协作机器人的自主移动性较差、外骨骼机器人关节受限缺陷，研究人员也在探索新型机器人。外肢体机器人在人体躯干或四肢固定机械臂或机械手，可以在极大程度上补充或扩展人的工作能力，对于第3只手的相关研究表明人体完全能够胜任对第3只手的控制，这为外肢体机器人的研究提供了前提。同时，大量的针对脑机接口控制、肌电控制、肢体映射等控制方式的研究为外肢体机器人的研究奠定了基础。

在专利号为CN112643651A的发明专利中，公布了一种可伸缩的仿生外肢体机械臂，其中肩关节模块包括连杆柱和多个肩关节伺服电机，但其只是将机械臂的基座设为人体，并未设计如何与人体配合，同时其不存在被动关节，所有自由度均由电机驱动而与人体无关，与人体适配性不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种肩部随人体大臂摆动的外肢体机器人，解决了现在外肢体机器人与人体适配性不高，人体难以自如控制的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种肩部随人体大臂摆动的外肢体机器人，包括背架机构和对称设置在背架机构两侧的两组上肢机构；

每组上肢机构包括由抓手机构(1)、手部支架机构(2)、小臂机构(3)、大臂机构(4)和肩部机构(5)组成的六自由度串联机械臂机构，还包括人体大臂连接机构(6)；

背架机构由竖杆和中部与竖杆连接的直角类C型杆组成，所述肩部机构为由平板、竖板和连接平板与竖板的斜板组成；每个肩部机构的平板端部和背架机构的直角类C型杆的端部转动连接，使得肩部机构在水平面内与背架机构转动连接；人体大臂连接机构的一端和肩部机构的竖板的端部转动连接，使得人体大臂连接机构相对于肩部机构在竖直面上转动，且旋转轴线与人体肩关节位于同一水平高度；人体大臂连接机构、背架机构与人体通过绑带固定，使得肩部机构、人体大臂连接机构、背架机构与人体大臂共同形成含两个自由度的空间连杆机构，使得六自由度串联机械臂机构基座随人体大臂旋转。

进一步的，人体大臂连接机构和背架机构与人体连接的绑带可调。

进一步的，所述手部支架机构包括手部连接架、第一舵机、舵机连接架和第二舵机；