面向水果采摘的刚柔耦合绳驱动外肢体机器人制造技术

本发明专利技术涉及一种面向水果采摘的刚柔耦合绳驱动外肢体机器人，它包括背部支撑板、穿戴装置、电源装置和两个机械臂，穿戴装置连接在背部支撑板上，用于穿戴于人体，电源装置用于供电；机械臂包括机械臂座、机械臂本体、机械爪和驱动装置，机械臂座安装在背部支撑扳上；机械臂本体包括依次连接的刚性大臂、刚性小臂和连续型柔性臂，刚性大臂的首端连接在机械臂座上；机械爪安装在连续型柔性臂的末端；驱动装置安装在背部支撑板上，分别通过绳索连接刚性大臂、刚性小臂和连续型柔性臂，用于驱动刚性大臂、刚性小臂和连续型柔性臂动作。本发明专利技术采用刚性臂和连续型柔性臂相结合的方式，实现精确的控制及良好的柔顺性，有效提高人员工作时的作业效率。的作业效率。的作业效率。

【技术实现步骤摘要】
面向水果采摘的刚柔耦合绳驱动外肢体机器人


[0001]本专利技术涉及机器人
，尤其是一种面向水果采摘的刚柔耦合绳驱动外肢体机器人。

技术介绍

[0002]近年来，随着科技的不断发展，人们对生活和生产有了进一步的需求，应用于各种场景的机器人应运而生。为提高工作效率及降低作业人员劳动强度，外肢体机器人因其便携性及高效性研究备受关注。对于现阶段的水果采摘，传统机器易对水果造成损坏，水果良品率低；人工采摘虽能保证水果的良品率，但其劳动强度大，工作效率低。且某些果树位于山地或种植密度大时，大型采摘设备无法进入，此时，外肢体机器人因其便携性能够保证操作者完成采摘、抓取、固定等辅助动作，在面对较高果树时，能使操作者不借助其他工具进行水果采摘，能够有效提高水果的良品率及人员工作强度。同时，在辅助装配、康复保健等领域也拥有广阔的应用前景，对于复杂的装配任务单人无法完成的情况下，外肢体机器人能够协助完成工作，以及对于肢体运动功能不全的人，能够完成取物、支撑等日常辅助动作。
[0003]现有的外肢体机器人结构中，功能方面还是显得比较单一，比如一种可穿戴气动柔性外肢体机器人，是一种可以辅助人们抓取物体的机器人，但该机器人只有一个机械臂，难以应对复杂多变的应用场景，且该机器人为柔性材料易损坏，不利于后期检修维护；还有如一种人体运动辅助两用式外肢体机器人，该机器人能提供上肢辅助和下肢辅助，但其只能实现简单基础操作，难以应对多任务复杂场景。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种面向水果采摘的刚柔耦合绳驱动外肢体机器人，它采用刚性臂和连续型柔性臂相结合的方式，实现精确的控制及良好的柔顺性，有效提高人员工作时的作业效率。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种面向水果采摘的刚柔耦合绳驱动外肢体机器人，它包括背部支撑板、穿戴装置、电源装置和两个机械臂，所述穿戴装置连接在所述背部支撑板上，用于穿戴于人体，所述电源装置用于供电；所述机械臂包括：
[0006]机械臂座，安装在所述背部支撑扳上；
[0007]机械臂本体，包括依次连接的刚性大臂、刚性小臂和连续型柔性臂，所述刚性大臂的首端连接在所述机械臂座上；
[0008]机械爪，安装在所述连续型柔性臂的末端；
[0009]驱动装置，安装在所述背部支撑板上，分别通过绳索连接所述刚性大臂、所述刚性小臂和所述连续型柔性臂，用于驱动所述刚性大臂、所述刚性小臂和所述连续型柔性臂动作。
[0010]进一步提供了一种驱动装置的具体结构，所述驱动装置包括四个电机，每个电机
的输出轴上安装有绕线轮，每个电机的绕线轮绕有两条绕向相反的绳索，所述刚性大臂和所述刚性小臂分别可上下摆动，所述连续型柔性臂可任意方向弯曲；其中，
[0011]一个电机的两条绳索分别连接于所述刚性大臂的上下两侧；另一个电机的两条绳索分别连接于所述刚性小臂的上下两侧；另两个电机的四条绳索沿所述连续型柔性臂的周臂均布，并连接于所述连续型柔性臂的末端。
[0012]进一步为了可以有效降低机械臂运转过程中因为绳索松弛带来的运动误差，面向水果采摘的刚柔耦合绳驱动外肢体机器人还包括与所述机械臂一一对应的绳索张紧装置，所述绳索张紧装置包括导向机构和张紧机构，绳索经过所述导向机构进入所述张紧机构；其中，
[0013]所述张紧机构包括八个张紧组件，每个张紧组件对应一条绳索，所述张紧组件包括用于供相应绳索依次绕过的一个张紧导向轮、张紧轮和另一个张紧导向轮及作用于所述张紧轮并用于调整所述张紧轮的位置以调整所述绳索的张紧程度的调节组件。
[0014]进一步，所述张紧机构的八个张紧组件自上而下排列，每个张紧组件的一个张紧导向轮、张紧轮和另一个张紧导向轮在左右方向上排列，在上下方向上相邻的两个张紧组件在前后方向上错开。
[0015]进一步提供了一种调节组件的具体结构，所述调节组件包括:
[0016]螺栓,螺纹连接在一安装板上，与所述张紧轮相抵，用于通过其旋进推动所述张紧轮移动；
[0017]至少一个弹性元件,连接在所述张紧轮和所述安装板之间，用于在所述螺栓旋退的过程中通过其回弹带动所述张紧轮随所述螺栓退回。
[0018]进一步为了使得各个绳索有序，所述刚性大臂的首端通过大臂驱动轴转动安装在所述机械臂座上，所述大臂驱动轴上同轴安装有大臂驱动轮和三个第一换向定滑轮；
[0019]所述刚性小臂的首端通过小臂驱动轴转动安装在所述刚性大臂的末端，所述小臂驱动轴上同轴安装有小臂驱动轮和两个第二换向定滑轮；其中，
[0020]一个电机的两条绳索连接于所述大臂驱动轮；
[0021]另一个电机的两条绳索绕过相应第一换向定滑轮连接于所述小臂驱动轮；
[0022]另两个电机的四条绳索绕过相应第一换向定滑轮和相应第二换向定滑轮连接于所述连续型柔性臂。
[0023]进一步提供了一种可以扩大机械臂的自由度的机械臂座的具体结构，所述机械臂座包括：
[0024]固定基座,固定安装在所述背部支撑板上；
[0025]大臂旋转关节，旋转支承在所述固定基座上；
[0026]驱动电机，通过同步带与所述大臂旋转关节相连，用于驱动所述大臂旋转关节转动；其中，
[0027]所述刚性大臂转动安装在所述大臂旋转关节上，所述大臂旋转关节相对于所述固定基座的旋转中心线垂直于所述刚性大臂相对于所述大臂旋转关节的旋转中心线。
[0028]进一步，面向水果采摘的刚柔耦合绳驱动外肢体机器人还包括控制装置，所述控制装置包括：
[0029]编码器组，用于检测所述大臂旋转关节、所述刚性大臂和所述刚性小臂的旋转数
据；
[0030]弯曲传感器，用于检测所述连续型柔性臂的弯曲数据；
[0031]手臂肌电传感器，穿戴于人体手臂，用于获取人体手臂的运动姿态；
[0032]无线手柄，用于接收运动指令；
[0033]主控芯片，分别与所述编码器组、弯曲传感器、手臂肌电传感器和机械臂相连，用于根据所述运动姿态或运动指令实现对机械臂的运动控制；及
[0034]根据所述旋转数据和所述弯曲数据实现对所述大臂旋转关节及机械臂本体的运动补偿。
[0035]进一步为了能够对水果进行有效保护，所述机械爪的用于与水果接触的部位为硅胶柔性材质。
[0036]采用上述技术方案后，本专利技术中的机械臂采用的是刚性结构和柔性结构相结合，将刚性结构控制精度高、负载能力强等优点和柔性结构柔顺性好、较好地空间可达性等优点进行了有效结合；刚性结构能够准确到达预定采摘位置，柔性结构能够完成对水果地无损采摘，降低了作业人员在采摘水果时的工作强度，提高了采摘时的良品率；机械臂采用绳索驱动，相比于传统机械臂，有效地降低了机械臂运转时的惯性，同时也能有效地保护电机等核心部件。
附图说明
[0037]图1是本专利技术的面向水果采摘的刚柔耦合绳驱动外肢体机器人穿戴在人体上的结构示意图；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向水果采摘的刚柔耦合绳驱动外肢体机器人，其特征在于，它包括背部支撑板、穿戴装置、电源装置和两个机械臂，所述穿戴装置连接在所述背部支撑板上，用于穿戴于人体，所述电源装置用于供电；所述机械臂包括：机械臂座，安装在所述背部支撑扳上；机械臂本体，包括依次连接的刚性大臂、刚性小臂和连续型柔性臂，所述刚性大臂的首端连接在所述机械臂座上；机械爪，安装在所述连续型柔性臂的末端；驱动装置，安装在所述背部支撑板上，分别通过绳索连接所述刚性大臂、所述刚性小臂和所述连续型柔性臂，用于驱动所述刚性大臂、所述刚性小臂和所述连续型柔性臂动作。2.根据权利要求1所述的面向水果采摘的刚柔耦合绳驱动外肢体机器人，其特征在于，所述驱动装置包括四个电机，每个电机的输出轴上安装有绕线轮，每个电机的绕线轮绕有两条绕向相反的绳索，所述刚性大臂和所述刚性小臂分别可上下摆动，所述连续型柔性臂可任意方向弯曲；其中，一个电机的两条绳索分别连接于所述刚性大臂的上下两侧；另一个电机的两条绳索分别连接于所述刚性小臂的上下两侧；另两个电机的四条绳索沿所述连续型柔性臂的周臂均布，并连接于所述连续型柔性臂的末端。3.根据权利要求2所述的面向水果采摘的刚柔耦合绳驱动外肢体机器人，其特征在于，还包括与所述机械臂一一对应的绳索张紧装置，所述绳索张紧装置包括导向机构和张紧机构，绳索经过所述导向机构进入所述张紧机构；其中，所述张紧机构包括八个张紧组件，每个张紧组件对应一条绳索，所述张紧组件包括用于供相应绳索依次绕过的一个张紧导向轮、张紧轮和另一个张紧导向轮及作用于所述张紧轮并用于调整所述张紧轮的位置以调整所述绳索的张紧程度的调节组件。4.根据权利要求3所述的面向水果采摘的刚柔耦合绳驱动外肢体机器人，其特征在于，所述张紧机构的八个张紧组件自上而下排列，每个张紧组件的一个张紧导向轮、张紧轮和另一个张紧导向轮在左右方向上排列，在上下方向上相邻的两个张紧组件在前后方向上错开。5.根据权利要求3所述的面向水果采摘的刚柔耦合绳驱动外肢体机器人，其特征在于，所述调节组件包括:螺栓,螺纹连接在一安装板上，...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐飞，张恒，朱靖，裴海珊，白东明，窦小明，姜加伟，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：