八自由度局部力反馈仿生上肢外骨骼主手制造技术

本实用新型专利技术涉及一种八自由度局部力反馈仿生上肢外骨骼主手，一自由力反馈手部组件安装在掌屈背屈关节组件上，尺屈挠屈关节组件与一自由度前臂回旋组件连接；一自由度肘关节组件的一端与一自由度前臂回旋组件连接，另一端与一自由度肩部屈伸组件的一端相连，一自由度肩部屈伸组件的另一端通过肩部调节板A与一自由度肩部回旋组件的一端连接，一自由度肩部回旋组件的另一端通过肩部调节板B与一自由度肩部外展内收组件的一端相连，一自由度肩部外展内收组件的另一端安装在背部调节板上；一自由度肘关节组件与一自由度肩部屈伸组件的连接处安装有上臂绑带组件。本实用新型专利技术具有结构紧凑、重量轻、灵活性、适应性强等特点。

Bionic upper extremity exoskeleton master with 8-DOF local force feedback

【技术实现步骤摘要】
八自由度局部力反馈仿生上肢外骨骼主手
本技术属于外骨骼机器人技术、主从遥操作领域，具体地说是一种八自由度局部力反馈仿生上肢外骨骼主手。
技术介绍
随着工业技术的迅速发展，七自由度串联机器人由于具有较高的灵活性、可靠性和适应性，能够避免六自由度串联机器人中经常出现的结构奇异性问题以及关节限制问题，具备较强的避障能力，在一些特殊的要求和环境下能够顺利完成复杂的任务，如装配、焊接等行业得到广泛应用，并已经实现了自动化控制。但在核辐射、火灾及反恐作战现场等非结构环境、多样化任务作业中，仍很难实现机器人的自动作业，仍需要人员参与控制，主从遥操作是最常用的操作方法。七自由度串联机器人在控制过程中需要多个关节的控制参数，以在从端复现主端操作者上肢作业动作，实现非结构环境下的复杂任务作业。但现有主从遥操作系统中，一方面主端操作器多采用与人体手臂异构的六自由度力反馈控制器实现主从末端工具的笛卡尔空间位姿控制，无法对从端机械臂各关节进行有效控制与路径规划，降低了七自由度串联机器人灵活性、适应性与避障能力；一方面主端手部处多采用控制按钮触发控制指令，无法感知从手末端工具的真实操作力，影响操作直观性；另一方面，现有全局力反馈主手对各个关节均加入电机、减速机、力矩传感器和编码器等，大部分重量都集中在手臂穿戴部分，存在结构尺寸大、质量大，造成人体负担过重，只能固定使用的问题，影响作业时操作者视角，甚至存在盲点。
技术实现思路
针对现在串联机器人存在的上述问题，本技术的目的在于提供一种八自由度局部力反馈仿生上肢外骨骼主手。本技术的目的是通过以下技术方案来实现的：本技术包括一自由力反馈手部组件、二自由度腕部关节组件、一自由度前臂回旋组件、一自由度肘关节组件、一自由度肩部屈伸组件、一自由度肩部回旋组件、一自由度肩部外展内收组件、上臂绑带组件及用于支撑整个所述外骨骼主手的背部调节板，其中二自由度腕部关节组件包括转动连接的掌屈背屈关节组件及尺屈挠屈关节组件，所述一自由力反馈手部组件安装在掌屈背屈关节组件上，该尺屈挠屈关节组件与所述一自由度前臂回旋组件连接；所述一自由度肘关节组件的一端与一自由度前臂回旋组件连接，另一端与所述一自由度肩部屈伸组件的一端相连，该一自由度肩部屈伸组件的另一端通过肩部调节板A与所述一自由度肩部回旋组件的一端连接，该一自由度肩部回旋组件的另一端通过肩部调节板B与所述一自由度肩部外展内收组件的一端相连，该一自由度肩部外展内收组件的另一端安装在所述背部调节板上；所述一自由度肘关节组件与一自由度肩部屈伸组件的连接处安装有上臂绑带组件；其中：所述一自由力反馈手部组件包括手部齿轮箱、力反馈压板A、手部限位板、力反馈压板B、直流伺服电机、手部控制箱、磁体、磁旋转编码器、手部控制器及手部驱动器，其中直流伺服电机的上端与手部齿轮箱连接，下端与手部控制箱连接，所述力反馈压板A与力反馈压板B的一端均插设于手部齿轮箱内，且分别设置有齿轮A及齿轮B，该齿轮B与所述直流伺服电机上端的输出轴连接，所述齿轮A通过轴系可相对转动地安装在手部齿轮箱内，并与所述齿轮B相啮合，所述力反馈压板A与力反馈压板B的另一端为夹持端，在该力反馈压板A与力反馈压板B的另一端中间设有安装在所述手部齿轮箱上的手部限位板；所述手部控制箱内分别容置有磁旋转编码器、手部控制器及手部驱动器，所述直流伺服电机下端的输出轴连接有与磁旋转编码器对应设置的磁体；所述直流伺服电机通过齿轮A、齿轮B的啮合驱动力反馈压板A、力反馈压板B开合，所述磁体随直流伺服电机下端的输出轴旋转，通过所述磁旋转编码器采集力反馈压板A、力反馈压板B的开合角度；所述手部控制箱的上端与直流伺服电机的下端相连，手部控制箱的下端连接有手部下安装板，该手部下安装板的上表面安装有铜柱，所述磁旋转编码器、手部控制器及手部驱动器由上至下分别安装于该铜柱上；所述手部齿轮箱的上端安装有手部上安装板，该手部上安装板及手部下安装板分别与所述掌屈背屈关节组件相连；所述掌屈背屈关节组件包括掌屈背屈上安装板、掌屈背屈立板及掌屈背屈下安装板，该掌屈背屈立板的上下两端分别与所述掌屈背屈上安装板和掌屈背屈下安装板相连，所述一自由力反馈手部组件安装在该掌屈背屈上安装板与掌屈背屈下安装板之间；所述尺屈挠屈关节组件包括尺屈挠屈上安装板、尺屈挠屈立板、腕部关节安装板及尺屈挠屈下安装板，该尺屈挠屈立板的上下两端分别与尺屈挠屈上安装板的一端和尺屈挠屈下安装板的一端连接，所述尺屈挠屈上安装板的另一端与掌屈背屈上安装板转动连接，所述尺屈挠屈下安装板的另一端与掌屈背屈下安装板转动连接，所述腕部关节安装板转动安装在该尺屈挠屈立板上；所述掌屈背屈上安装板与尺屈挠屈上安装板的转动连接处安装有检测掌屈背屈关节组件相对于尺屈挠屈关节组件运动角度的腕部控制箱，所述腕部关节安装板与尺屈挠屈立板的转动连接处安装有检测尺屈挠屈关节组件相对于腕部关节安装板运动角度的腕部控制箱；掌屈背屈关节组件轴系回转中心与人体手部掌屈背屈关节轴线在运动范围内重合，尺屈挠屈关节组件轴系回转中心线与人体手部尺屈挠屈关节轴线在运动范围内重合；所述一自由度前臂回旋组件包括前臂回旋支撑杆、前臂回旋杆A、前臂回旋杆B、前臂回旋杆C、前臂回旋杆D、前臂回旋杆E及前臂回旋杆F，该前臂回旋支撑杆的一端与所述一自由度肘关节组件相连，另一端安装有所述前臂回旋杆A，该前臂回旋杆A的上端与所述前臂回旋杆B的一端转动连接、下端与所述前臂回旋杆C的一端转动连接；所述前臂回旋杆E一侧的两端分别与前臂回旋杆B的另一端及前臂回旋杆C的另一端转动连接，该前臂回旋杆E的另一侧转动连接于所述前臂回旋杆F上；所述前臂回旋杆D一侧的两端分别转动连接于前臂回旋杆B及前臂回旋杆C上，另一侧与所述前臂回旋杆F的一侧转动连接，该前臂回旋杆F另一侧的两端与所述尺屈挠屈关节组件相连，进而构成多组平行四边形机构；所述前臂回旋杆E与前臂回旋杆B的转动连接轴中心线为A，所述前臂回旋杆D与前臂回旋杆B的转动连接轴中心线为B，所述前臂回旋杆A与前臂回旋杆B的转动连接轴中心线为C，所述前臂回旋杆E与前臂回旋杆C的转动连接轴中心线为D，所述前臂回旋杆D与前臂回旋杆C的转动连接轴中心线为E，所述前臂回旋杆A与前臂回旋杆C的转动连接轴中心线为F，所述前臂回旋杆E与前臂回旋杆F的转动连接轴中心线为G，所述前臂回旋杆D与前臂回旋杆F的转动连接轴中心线为H，中心线ACFD、BCFE、ABHG或ACFD、BCFE、DEHG组合成多平行四边形机构；所述前臂回旋杆F绕一自由度前臂回旋组件的前臂外旋内旋轴系回转中心线转动，该前臂外旋内旋轴系回转中心线与人体前臂外旋内旋转轴中心线在运动范围内重合，且所述前臂外旋内旋轴系回转中心线与所述掌屈背屈关节组件轴系回转中心及尺屈挠屈关节组件轴系回转中心线垂直相交于点O1；所述前臂回旋支撑杆上安装有检测一自由度前臂回旋组件相对于前臂回旋支撑杆运动角度的前臂回旋控制箱；所述一自由度肘关节组件、一自由度肩部屈伸组件、一自由度肩部回旋组件及一自由度肩部外展内收组件结构相同，均包括支撑杆、十字交叉滚子轴承、运动杆及控制箱，该支撑杆与十字交叉滚子轴承的外圈定位固接，所述运动杆与十字交叉滚子轴承的内圈定位固接，所述控制箱与十字交叉滚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种八自由度局部力反馈仿生上肢外骨骼主手，其特征在于：包括一自由力反馈手部组件(1000)、二自由度腕部关节组件(2000)、一自由度前臂回旋组件(3000)、一自由度肘关节组件(4000)、一自由度肩部屈伸组件(5000)、一自由度肩部回旋组件(6000)、一自由度肩部外展内收组件(7000)、上臂绑带组件(11000)及用于支撑整个所述外骨骼主手的背部调节板(10000)，其中二自由度腕部关节组件(2000)包括转动连接的掌屈背屈关节组件(2010)及尺屈挠屈关节组件(2020)，所述一自由力反馈手部组件(1000)安装在掌屈背屈关节组件(2010)上，该尺屈挠屈关节组件(2020)与所述一自由度前臂回旋组件(3000)连接；所述一自由度肘关节组件(4000)的一端与一自由度前臂回旋组件(3000)连接，另一端与所述一自由度肩部屈伸组件(5000)的一端相连，该一自由度肩部屈伸组件(5000)的另一端通过肩部调节板A(8000)与所述一自由度肩部回旋组件(6000)的一端连接，该一自由度肩部回旋组件(6000)的另一端通过肩部调节板B(9000)与所述一自由度肩部外展内收组件(7000)的一端相连，该一自由度肩部外展内收组件(7000)的另一端安装在所述背部调节板(10000)上；所述一自由度肘关节组件(4000)与一自由度肩部屈伸组件(5000)的连接处安装有上臂绑带组件(11000)。...

【技术特征摘要】
1.一种八自由度局部力反馈仿生上肢外骨骼主手，其特征在于：包括一自由力反馈手部组件(1000)、二自由度腕部关节组件(2000)、一自由度前臂回旋组件(3000)、一自由度肘关节组件(4000)、一自由度肩部屈伸组件(5000)、一自由度肩部回旋组件(6000)、一自由度肩部外展内收组件(7000)、上臂绑带组件(11000)及用于支撑整个所述外骨骼主手的背部调节板(10000)，其中二自由度腕部关节组件(2000)包括转动连接的掌屈背屈关节组件(2010)及尺屈挠屈关节组件(2020)，所述一自由力反馈手部组件(1000)安装在掌屈背屈关节组件(2010)上，该尺屈挠屈关节组件(2020)与所述一自由度前臂回旋组件(3000)连接；所述一自由度肘关节组件(4000)的一端与一自由度前臂回旋组件(3000)连接，另一端与所述一自由度肩部屈伸组件(5000)的一端相连，该一自由度肩部屈伸组件(5000)的另一端通过肩部调节板A(8000)与所述一自由度肩部回旋组件(6000)的一端连接，该一自由度肩部回旋组件(6000)的另一端通过肩部调节板B(9000)与所述一自由度肩部外展内收组件(7000)的一端相连，该一自由度肩部外展内收组件(7000)的另一端安装在所述背部调节板(10000)上；所述一自由度肘关节组件(4000)与一自由度肩部屈伸组件(5000)的连接处安装有上臂绑带组件(11000)。2.根据权利要求1所述的八自由度局部力反馈仿生上肢外骨骼主手，其特征在于：所述一自由力反馈手部组件(1000)包括手部齿轮箱(1005)、力反馈压板A(1002)、手部限位板(1003)、力反馈压板B(1004)、直流伺服电机(1006)、手部控制箱(1007)、磁体(1011)、磁旋转编码器(1012)、手部控制器(1013)及手部驱动器(1014)，其中直流伺服电机(1006)的上端与手部齿轮箱(1005)连接，下端与手部控制箱(1007)连接，所述力反馈压板A(1002)与力反馈压板B(1004)的一端均插设于手部齿轮箱(1005)内，且分别设置有齿轮A(1015)及齿轮B(1016)，该齿轮B(1016)与所述直流伺服电机(1006)上端的输出轴连接，所述齿轮A(1015)通过轴系(1009)可相对转动地安装在手部齿轮箱(1005)内，并与所述齿轮B(1016)相啮合，所述力反馈压板A(1002)与力反馈压板B(1004)的另一端为夹持端，在该力反馈压板A(1002)与力反馈压板B(1004)的另一端中间设有安装在所述手部齿轮箱(1005)上的手部限位板(1003)；所述手部控制箱(1007)内分别容置有磁旋转编码器(1012)、手部控制器(1013)及手部驱动器(1014)，所述直流伺服电机(1006)下端的输出轴连接有与磁旋转编码器(1012)对应设置的磁体(1011)；所述直流伺服电机(1006)通过齿轮A(1015)、齿轮B(1016)的啮合驱动力反馈压板A(1002)、力反馈压板B(1004)开合，所述磁体(1011)随直流伺服电机(1006)下端的输出轴旋转，通过所述磁旋转编码器(1012)采集力反馈压板A(1002)、力反馈压板B(1004)的开合角度。3.根据权利要求2所述的八自由度局部力反馈仿生上肢外骨骼主手，其特征在于：所述手部控制箱(1007)的上端与直流伺服电机(1006)的下端相连，手部控制箱(1007)的下端连接有手部下安装板(1008)，该手部下安装板(1008)的上表面安装有铜柱(1017)，所述磁旋转编码器(1012)、手部控制器(1013)及手部驱动器(1014)由上至下分别安装于该铜柱(1017)上。4.根据权利要求3所述的八自由度局部力反馈仿生上肢外骨骼主手，其特征在于：所述手部齿轮箱(1005)的上端安装有手部上安装板(1001)，该手部上安装板(1001)及手部下安装板(1008)分别与所述掌屈背屈关节组件(2010)相连。5.根据权利要求1所述的八自由度局部力反馈仿生上肢外骨骼主手，其特征在于：所述掌屈背屈关节组件(2010)包括掌屈背屈上安装板(2012)、掌屈背屈立板(2013)及掌屈背屈下安装板(2014)，该掌屈背屈立板(2013)的上下两端分别与所述掌屈背屈上安装板(2012)和掌屈背屈下安装板(2014)相连，所述一自由力反馈手部组件(1000)安装在该掌屈背屈上安装板(2012)与掌屈背屈下安装板(2014)之间；所述尺屈挠屈关节组件(2020)包括尺屈挠屈上安装板(2021)、尺屈挠屈立板(2022)、腕部关节安装板(2023)及尺屈挠屈下安装板(2024)，该尺屈挠屈立板(2022)的上下两端分别与尺屈挠屈上安装板(2021)的一端和尺屈挠屈下安装板(2024)的一端连接，所述尺屈挠屈上安装板(2021)的另一端与掌屈背屈上...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘连庆，杨铁，于鹏，赵亮，杨洋，刘柱，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：新型
国别省市：辽宁,21