本發(fā)明專利涉及仿生假肢技術(shù)領(lǐng)域，屬于一種仿生機(jī)械手臂。
背景技術(shù)：
假肢是為恢復(fù)人體的形態(tài)和功能，以補(bǔ)償截肢造成的缺損而制作和裝配的人工肢體，安裝假肢是截肢者康復(fù)、回歸社會的重要手段。仿生機(jī)械手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計更是假肢設(shè)計中的關(guān)鍵組成部分。仿生機(jī)械臂的體積、重量、外觀，以及可運動的自由度等等，都由機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計決定。仿生機(jī)械臂要求體積小、重量輕、外形美觀、盡可能多的完成人們先要實現(xiàn)的動作。但是若要求體積小、重量輕，則會限制其運動功能。若要求運動功能較強(qiáng)，又會增加機(jī)械臂的體積和重量。于是設(shè)計一種新的機(jī)械結(jié)構(gòu)成為解決這個問題的方法。
《裝備制造技術(shù)》期刊在2013年3期發(fā)表的一篇文章《一種7自由度機(jī)械假肢運動學(xué)研究》中的假肢結(jié)構(gòu)主要采用鏈傳動來進(jìn)行運動和力的傳遞。鏈傳動雖然能較好的傳動力，但對機(jī)械臂的體積和重量影響較大，且鏈傳動有沖擊和噪聲，并不是最適合做機(jī)械假肢的傳動機(jī)構(gòu)。專利申請?zhí)枮閏n201510608817.1，名稱為《假肢機(jī)械手臂和機(jī)器人及其控制方法》的中國專利，使用三角柱鉸鏈和扭力夾緊彈簧等多個機(jī)構(gòu)進(jìn)行傳動。動力源為氣壓或液壓。雖然可以實現(xiàn)較多功能，但結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，不易于維護(hù)，并且造價過高。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種空間利用率高、結(jié)構(gòu)緊湊、外形美觀、易于控制且位姿精度高、連接方便的仿生機(jī)械手臂，該機(jī)械手臂結(jié)構(gòu)上采用了尼龍滾輪和鋼絲，減小了傳動系統(tǒng)的體積和重量，傳動聲音小，價格較低，并保證了運動所需要的自由度。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：
一種仿生機(jī)械手臂，它包括有第一肩關(guān)節(jié)軸、第二肩關(guān)節(jié)軸、第一肘關(guān)節(jié)軸、第二肘關(guān)節(jié)軸，其特征在于：在第一肩關(guān)節(jié)軸的下部連接有水平轉(zhuǎn)動的第一肩關(guān)節(jié)軸尼龍滾輪，在第一肩關(guān)節(jié)軸尼龍滾輪兩側(cè)設(shè)有向下運動的第一導(dǎo)向輪，在第一導(dǎo)向輪下部設(shè)有第二肩關(guān)節(jié)軸，該第二肩關(guān)節(jié)軸上設(shè)有兩個豎直第二肩關(guān)節(jié)軸尼龍滾輪，在第一肩關(guān)節(jié)軸尼龍滾輪、第一導(dǎo)向輪和第二肩關(guān)節(jié)軸尼龍滾輪之間連接有第一肩關(guān)節(jié)軸鋼絲；
在第二肩關(guān)節(jié)軸的下部并排設(shè)有豎直轉(zhuǎn)動的第一電機(jī)和第二電機(jī)，在第一電機(jī)和第二電機(jī)上端分別連接有水平第二肩關(guān)節(jié)軸尼龍滾輪，在水平第二肩關(guān)節(jié)軸尼龍滾輪的外側(cè)設(shè)有第二導(dǎo)向輪，在水平第二肩關(guān)節(jié)軸尼龍滾輪、第二導(dǎo)向輪和豎直第二肩關(guān)節(jié)軸尼龍滾輪之間連接有第二肩關(guān)節(jié)軸鋼絲；
在第一電機(jī)和第二電機(jī)的底端連接有大臂外殼，在大臂外殼上設(shè)有豎直轉(zhuǎn)動的第三電機(jī)，在第三電機(jī)下端連接有第一肘關(guān)節(jié)軸，在第一肘關(guān)節(jié)軸的下部設(shè)有第二肘關(guān)節(jié)軸，在第二肘關(guān)節(jié)軸上連接有豎直第二肘關(guān)節(jié)軸尼龍滾輪，在第二肘關(guān)節(jié)軸下部設(shè)有小臂外殼，在該小臂外殼內(nèi)設(shè)有豎直轉(zhuǎn)動的第四電機(jī)，在該第四電機(jī)的上端連接有水平第二肘關(guān)節(jié)軸尼龍滾輪，在水平第二肘關(guān)節(jié)軸尼龍滾輪的側(cè)邊設(shè)有第三導(dǎo)向輪，在豎直第二肘關(guān)節(jié)軸尼龍滾輪、第三導(dǎo)向輪和水平第二肘關(guān)節(jié)軸尼龍滾輪之間連接有第三肩關(guān)節(jié)軸鋼絲。
本發(fā)明的仿生機(jī)械手臂，包括肩關(guān)節(jié)的2個自由度與肘關(guān)節(jié)的2個自由度，肩關(guān)節(jié)與肘關(guān)節(jié)之間為大臂，肘關(guān)節(jié)下為小臂。為了使結(jié)構(gòu)緊湊、外形美觀，各關(guān)節(jié)的驅(qū)動和傳動系統(tǒng)應(yīng)該布置在大臂和小臂的腔體內(nèi)。同時考慮到要使末端負(fù)載盡可能大，驅(qū)動系統(tǒng)應(yīng)該布置在靠近身體的近身端，使仿生手臂的重心靠近肩關(guān)節(jié)。動力源采用四個電機(jī)，傳動鏈主要采用尼龍滾輪和鋼絲組合傳動，大臂部分由兩個電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，電機(jī)輸出通過兩個尼龍滾輪與鋼絲傳遞到與人體相連的固定底座，從而實現(xiàn)電機(jī)相對于固定底座的旋轉(zhuǎn)運動。大臂中的第三個電機(jī)通過鋼絲傳動帶動小臂運動，實現(xiàn)小臂的旋轉(zhuǎn)運動。而小臂部分由一個電機(jī)驅(qū)動，通過尼龍滾輪和鋼絲完成小臂繞肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)運動。從而完成假肢的四個自由度運動。
本發(fā)明的有益效果是：
1、空間利用率高，體積小，重量輕。
此機(jī)械臂完全根據(jù)正常人手臂尺寸進(jìn)行設(shè)計，由于尼龍滾輪和鋼絲的使用，極大地減小了整個機(jī)械臂的體積和質(zhì)量，空間利用率高。
2、拆裝和檢修方便。
本結(jié)構(gòu)原理簡單可靠，使用的零部件安裝容易，檢修和維護(hù)十分方便。
3、成本低。
主要成本僅為電機(jī)和相應(yīng)控制部分，機(jī)械結(jié)構(gòu)部分均使用簡單易得的零部件，且加工裝配容易，成本較低。
4、可完成正常人手臂的動作
本機(jī)械臂完全按照正常人手臂運動規(guī)律設(shè)計，其四個自由度可以完全滿足人體正常手臂的運動需求。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
具體實施方式
參見圖1所示：一種仿生機(jī)械手臂，它包括有第一肩關(guān)節(jié)軸1、第二肩關(guān)節(jié)軸6、第一肘關(guān)節(jié)軸12、第二肘關(guān)節(jié)軸13，在第一肩關(guān)節(jié)軸1的下部連接有水平轉(zhuǎn)動的第一肩關(guān)節(jié)軸尼龍滾輪2，在第一肩關(guān)節(jié)軸尼龍滾輪2兩側(cè)設(shè)有向下運動的第一導(dǎo)向輪3，在第一導(dǎo)向輪3下部設(shè)有第二肩關(guān)節(jié)軸6，該第二肩關(guān)節(jié)軸6上設(shè)有兩個豎直第二肩關(guān)節(jié)軸尼龍滾輪5，在第一肩關(guān)節(jié)軸尼龍滾輪2、第一導(dǎo)向輪3和第二肩關(guān)節(jié)軸尼龍滾輪5之間連接有第一肩關(guān)節(jié)軸鋼絲4；
在第二肩關(guān)節(jié)軸6的下部并排設(shè)有豎直轉(zhuǎn)動的第一電機(jī)21和第二電機(jī)10，在第一電機(jī)21和第二電機(jī)10上端分別連接有水平第二肩關(guān)節(jié)軸尼龍滾輪9，在水平第二肩關(guān)節(jié)軸尼龍滾輪9的外側(cè)設(shè)有第二導(dǎo)向輪8，在水平第二肩關(guān)節(jié)軸尼龍滾輪9、第二導(dǎo)向輪8和豎直第二肩關(guān)節(jié)軸尼龍滾輪5之間連接有第二肩關(guān)節(jié)軸鋼絲7；
在第一電機(jī)21和第二電機(jī)10的底端連接有大臂外殼20，在大臂外殼20上設(shè)有豎直轉(zhuǎn)動的第三電機(jī)11，在第三電機(jī)11下端連接有第一肘關(guān)節(jié)軸12，在第一肘關(guān)節(jié)軸12的下部設(shè)有第二肘關(guān)節(jié)軸13，在第二肘關(guān)節(jié)軸13上連接有豎直第二肘關(guān)節(jié)軸尼龍滾輪14，在第二肘關(guān)節(jié)軸13下部設(shè)有小臂外殼15，在該小臂外殼15內(nèi)設(shè)有豎直轉(zhuǎn)動的第四電機(jī)19，在該第四電機(jī)19的上端連接有水平第二肘關(guān)節(jié)軸尼龍滾輪18，在水平第二肘關(guān)節(jié)軸尼龍滾輪18的側(cè)邊設(shè)有第三導(dǎo)向輪17，在豎直第二肘關(guān)節(jié)軸尼龍滾輪14、第三導(dǎo)向輪17和水平第二肘關(guān)節(jié)軸尼龍滾輪18之間連接有第三肩關(guān)節(jié)軸鋼絲16。
以上所述是本發(fā)明的較佳實施例及其所運用的技術(shù)原理，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，任何基于本發(fā)明技術(shù)方案基礎(chǔ)上的等效變換、簡單替換等顯而易見的改變，均屬于本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。