[发明专利]多模式作业的多臂外肢体机器人及方法

权利要求书

1.多模式作业的多臂外肢体机器人本体，其特征在于：

包括穿戴辅具（3），安装于穿戴辅具（3）上的旋转云台（2），以及安装于旋转云台（2）的若干多自由度可拆卸机械臂本体（1）；

所述穿戴辅具（3）包括背部穿戴护具（3-2）、升降导轨（3-3）和可调节绑带（3-1）；升降导轨（3-3）安装在背部穿戴护具（3-2）后侧，可调节绑带（3-1）安装于背部穿戴护具（3-2）；

所述旋转云台（2）包括旋转基座（2-1）、基座旋转电机（2-2）、升降导轨连接件（2-3）；升降导轨连接件（2-3）安装于穿戴辅具（3）的升降导轨（3-3）上；旋转基座（2-1）通过基座旋转电机（2-2）安装于升降导轨连接件（2-3）；

所述的多自由度可拆卸机械臂本体（1）包括机械臂偏转关节（1-1）、转动关节（1-2）、第一连杆（1-3）、绳驱动肘关节（1-4）、第二连杆（1-5）、末端执行装置（1-6）、绳驱动电机（1-1-1）、关节偏转电机（1-1-2）、电机安装板（1-1-3）、机械臂转动关节电机（1-1-4）；转动关节（1-2）通过第一连杆（1-3）连接绳驱动肘关节（1-4）；绳驱动肘关节（1-4）通过第二连杆（1-5）连接末端执行装置（1-6）；

关节偏转电机（1-1-2）通过电机安装板（1-1-3）安装在旋转基座（2-1）的移动导轨上；机械臂偏转关节（1-1）与关节偏转电机（1-1-2）输出轴相连；机械臂转动关节电机（1-1-4）安装于机械臂偏转关节（1-1）；转动关节（1-2）与机械臂转动关节电机（1-1-4）输出轴相连；

机械臂偏转关节（1-1）上还安装有绳驱动电机（1-1-1）和相应的套索滑轮；

所述旋转基座（2-1）为中空结构，其内部设置有用于驱动多条机械臂上绳驱动肘关节（1-4）的绳索传动孔和套索滚轮，并通过安装在其内部的驱动电机控制绳索运动，进一步控制机械臂肘关节偏转。

2.根据权利要求1所述的多模式作业的多臂外肢体机器人，其特征在于：所述机械臂偏转关节（1-1）、转动关节（1-2）、第一连杆（1-3）、绳驱动肘关节（1-4）、第二连杆（1-5）、末端执行装置（1-6）、绳驱动电机（1-1-1）、关节偏转电机（1-1-2）、电机安装板（1-1-3）和机械臂转动关节电机（1-1-4）集成为可拆卸结构，可沿移动导轨安装并调节位置，通过卡扣实现固定。

3.根据权利要求1所述的多模式作业的多臂外肢体机器人本体的机器人，其特征在于：还包括用于实现人机系统协同控制的多模态传感模块，所述多模态传感模块包括姿态传感模块、力传感模块、视觉传感模块、关节电机编码器、人体信号采集模块。

4.根据权利要求3所述的多模式作业的多臂外肢体机器人本体的机器人，其特征在于：所述姿态传感器为IMU惯性传感器，内置于旋转基座（2-1），用于实时获取基座和使用者躯体姿态；

所述力传感模块安装于多自由度可拆卸机械臂本体（1）与机械臂末端执行装置（1-6）之间、旋转基座（2-1）与背部穿戴护具（3-2）之间，分别用于实时检测人机系统与环境间交互力特征、机器人与使用者之间交互力特征；

所述关节电机编码器内置于基座旋转电机（2-2）、绳驱动电机（1-1-1）、关节偏转电机（1-1-2）、机械臂转动关节电机（1-1-4），用于检测转动角度；

所述视觉传感模块为深度相机，安装于末端执行装置（1-6）前端，用于基于机器学习算法识别工作空间内的环境特征；

所述人体信号采集模块为表面肌电信号传感器，安装于使用者四肢和躯干，可根据人体表面肌电信号实现运动意图的识别。

5.根据权利要求4所述机器人的作业方式，其特征在于包括以下过程：

包括攀爬辅助模式、安全防护模式、搬运助力模式和不适姿态作业支撑模式；其中基座旋转电机（2-2）控制旋转基座（2-1）轴向转动，驱动多条机械臂本体（1）切换不同空间位姿；关节偏转电机（1-1-2）通过转动分别控制多条机械臂本体（1）之间的夹角，配合基座旋转进一步改变机械臂本体（1）的空间位姿，实现多臂之间的组合运动，进而实现机器人的多模式切换；

所述的攀爬辅助模式中，机器人至少两台多自由度可拆卸机械臂本体，用于攀爬辅助，其余的多自由度可拆卸机械臂本体中至少一台用于采集视觉信息，规划机械臂步态；

安全防护模式中，至少两台多自由度可拆卸机械臂本体用于固定人体，其余的多自由度可拆卸机械臂本体用于辅助使用者进行作业；

搬运助力模式中，至少两台多自由度可拆卸机械臂本体用于抓握物品，其余的多自由度可拆卸机械臂本体中至少一台用于支撑地面，转移负载；

不适姿态作业支撑模式中，多台多自由度可拆卸机械臂本体根据需要支撑的环境特征自由选择分布形式，减少人体不适感。