[发明专利]多模式作业的多臂外肢体机器人及方法

说明书

多模式作业的多臂外肢体机器人及方法，属于可穿戴式外肢体机器人技术领域。包括：至少一台多自由度可拆卸机械臂、旋转云台、穿戴辅具、多传感模块、电源及控制模块。所述旋转云台包括旋转基座、基座旋转电机、升降导轨连接件、控制卡、电源、传感元件。所述的多自由度可拆卸机械臂包括机械臂偏转关节、转动关节、第一连杆、绳驱动肘关节、第二连杆、末端执行装置、绳驱动电机、关节偏转电机、电机安装板、机械臂转动关节电机。所述穿戴辅具包括：背部穿戴护具、可调节绑带、升降导轨。本发明可通过调节多台可拆卸机械臂的空间位姿和臂间夹角，为使用者提供攀爬辅助、安全防护、上肢助力和躯体支撑等多模式辅助功能，适用性广。

技术领域

本发明涉及辅助使用者作业的可穿戴式外肢体机器人技术领域，具体是一种多模式作业的多臂外肢体机器人及方法。

背景技术

外肢体机器人是指通过穿戴方式固定于人体并能协助人体完成一定任务的单臂或多臂机器人，它通过对人体现有肢体的扩展，有效增强人体的功能，可为执行装配、检修作业的工人提供攀爬辅助、安全防护、搬运助力等辅助，并能为处于侧身、伏地跪姿等不适姿态的使用者提供助力支撑，有效改善使用者发力舒适度，减少因不适姿势产生的肌肉损伤。

尽管外肢体机器人具有独特的优势，但由于受到穿戴要求的影响，机器人的体积受到严格的限制，因此目前常见单个外肢体机器人的功能往往单一化，仅能完成特定工作。因此，外肢体机器人的多工作模式适应性、多功能化也是目前研究的一个关键点。

机器人常采用的电机直接驱动方式由于需将电机安装在关节上，必然使机械臂的质量增加，进而增加其惯性和转动惯量，影响机械臂的运动灵活性。本发明所采用混合驱动方式在机械臂肘关节使用绳驱动结构，可以将所有电机安装在机械臂底座中，可减小机械臂的质量和转动惯量，有利于提高机械臂的负载和运动灵活性。

经对现有技术文献的检所发现：

中国专利（CN 109015605 A）：穿戴式变构型外肢体机器人。该专利主要提供了一种串并混联型机械臂，具有两种工作方式。串并混联型工作可以搬运重物，具有高刚度和驱动能力。另一种是串联型工作方式，可以进行步行助力。该装置采用绳驱动，能够在一定程度上减少机械臂重量。但由于并联机构的结构影响，机械臂工作时对人体的运动空间限制较大，穿戴灵活性和舒适性低。

中国专利（CN 113814968 A）：基于钢丝驱动三臂串联式外肢体辅助作业机器人。该专利主要提供了一种钢丝驱动的串联机械臂，其通过钢丝驱动降低了机械臂的质量，同时采用串联机构增加了灵活性。但其工作模式缺少对使用者及机器人本体负载的支承能力，工作过程完全由使用者躯体承重负载，增加了使用者的工作负担。

发明内容

针对目前外肢体机器人所研究的多作业场景适应性、多功能化等技术难题，本发明设计了一种多模式作业的多臂外肢体机器人，可以通过调节多条机械臂姿态和臂间夹角实现构型切换，可实现：攀爬辅助、安全防护、搬运助力、不适姿态支撑等多种辅助功能，在一套外肢体机器人上集成了多种工作方式，有效扩展了外肢体的工作场景。

本发明的技术方案是：

多模式作业的多臂外肢体机器人本体，包括穿戴辅具，安装于穿戴辅具上的旋转云台，以及安装于旋转云台的若干多自由度可拆卸机械臂本体；

所述穿戴辅具包括背部穿戴护具、升降导轨和可调节绑带；升降导轨安装在背部穿戴护具后侧，可调节绑带安装于背部穿戴护具；

所述旋转云台包括旋转基座、基座旋转电机、升降导轨连接件；升降导轨连接件安装于穿戴辅具的升降导轨上；旋转基座通过基座旋转电机安装于升降导轨连接件；

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