假肢機(jī)械手臂和機(jī)器人及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及一種假肢機(jī)械手臂和機(jī)器人及其控制方法。
【背景技術(shù)】
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[0002]現(xiàn)有的機(jī)器人的機(jī)械手的手臂的長(zhǎng)度是固定的，每一個(gè)關(guān)節(jié)都是二維的360°轉(zhuǎn)向，需要兩個(gè)關(guān)節(jié)才能做全方位轉(zhuǎn)向。所以，出現(xiàn)了六關(guān)節(jié)的機(jī)器人的機(jī)械手。每一個(gè)關(guān)節(jié)都是由一個(gè)伺服電機(jī)加一個(gè)減速機(jī)構(gòu)成，因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)復(fù)雜和精密度高，所以我國(guó)制造的伺服電機(jī)和減速機(jī)質(zhì)量不高，大部分伺服電機(jī)和幾乎全部減速機(jī)需要進(jìn)口，以至于現(xiàn)有的機(jī)器人的機(jī)械手的成本很高?，F(xiàn)有的機(jī)器人的機(jī)械手關(guān)節(jié)，只能做二維轉(zhuǎn)向；還不能像人手關(guān)節(jié)那樣，做三維轉(zhuǎn)向。在空間狹小的范圍內(nèi)，現(xiàn)有的機(jī)器人的機(jī)械手的靈活度，不如人手。例如:生產(chǎn)線上的工人能夠左手取一顆螺絲，放入正在生產(chǎn)的家用電器的螺孔中，用右手電動(dòng)螺絲批把放入螺孔中的螺絲擰進(jìn)去。但機(jī)器人的機(jī)械手無(wú)法從一堆螺絲中取出其中一顆螺絲，并準(zhǔn)確放入正在生產(chǎn)的家用電器的螺孔中。
[0003]專利號(hào):201020272916.X《一種假肢》中的假肢手的手指關(guān)節(jié)，使用了扇形氣囊、鉸鏈連接和復(fù)位彈簧。氣栗出來(lái)的壓縮空氣進(jìn)入儲(chǔ)氣罐，從儲(chǔ)氣罐出來(lái)的壓縮空氣經(jīng)過(guò)通電打開的進(jìn)氣閥進(jìn)入扇形氣囊，使扇形氣囊充氣擴(kuò)張、手指彎曲；進(jìn)氣閥停電關(guān)閉，手指彎曲形狀不變；卸壓閥通電打開，彎曲的手指在復(fù)位彈簧的作用下伸直。假肢機(jī)械手使用壓縮空氣作為動(dòng)力源，假肢機(jī)械手的力氣已經(jīng)足夠大。但作為機(jī)器人的機(jī)械手，使用壓縮空氣作為動(dòng)力源，機(jī)器人機(jī)械手的力氣已經(jīng)不夠大。
[0004]目前，家用機(jī)器人只能和人說(shuō)話聊天，不能干家務(wù)。服務(wù)型機(jī)器人可以在酒店端盤子，但使用伺服電機(jī)、諧波減速機(jī)的機(jī)械手關(guān)節(jié)成本是很高的。國(guó)產(chǎn)工業(yè)用機(jī)器人一臺(tái)的價(jià)格在十萬(wàn)元人民幣以上，進(jìn)口工業(yè)用機(jī)器人一臺(tái)需要幾十萬(wàn)元人民幣。國(guó)產(chǎn)服務(wù)型機(jī)器人一臺(tái)的價(jià)格也在十萬(wàn)元人民幣以上。生產(chǎn)能夠做家務(wù)的家用機(jī)器人，關(guān)鍵是降低生產(chǎn)成本，而降低生產(chǎn)才的關(guān)鍵是改變家用機(jī)器人的構(gòu)造。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0005]本發(fā)明的假肢機(jī)械手臂由上臂、下臂、手組成，它們的骨架用塑料制成，塑料外殼表面再覆蓋一層橡膠薄膜。上臂上端裝有膀關(guān)節(jié)，上臂與下臂之間裝有肘關(guān)節(jié)，下臂與手掌之間裝有腕關(guān)節(jié)。手的結(jié)構(gòu)如下:一個(gè)弧形槽，弧形槽弧心向下、槽口向前，中指延伸到手掌里的那一根骨頭固定在弧形槽的中部，無(wú)名指和小拇指的延伸到手掌里的骨頭依次鉸鏈在弧形槽的中指延長(zhǎng)骨頭的旁邊，食指延伸到手掌里的骨頭鉸鏈在弧形槽的中指延長(zhǎng)骨頭的另一旁，大拇指延伸到手掌里的骨頭通過(guò)一個(gè)關(guān)節(jié)裝在靠近食指延伸骨頭的弧形槽上，五手指全都裝有三個(gè)指關(guān)節(jié)。上臂骨外殼或下臂骨外殼內(nèi)藏有氣栗或液栗、儲(chǔ)氣罐或儲(chǔ)液罐、鋰電池。指關(guān)節(jié)內(nèi)裝有扇形的氣囊或液壓囊，兩個(gè)指關(guān)節(jié)之間手心側(cè)鉸鏈，指關(guān)節(jié)鉸鏈上裝有扭力夾緊彈簧，手指尖上裝有觸覺(jué)傳感器。從儲(chǔ)氣罐出來(lái)的膠管通過(guò)一個(gè)電磁進(jìn)氣閥和一個(gè)氣三通后接到扇形氣囊上，氣三通的另一個(gè)接口裝有電磁排氣閥?；蛘邚囊豪醭鰜?lái)的膠管通過(guò)一個(gè)電磁進(jìn)液閥和一個(gè)液三通后接到扇形液壓囊上，液三通的另一個(gè)接口裝有電磁回液閥，從電磁回液閥出來(lái)的膠管接到儲(chǔ)液罐上。假肢機(jī)械手臂由埋藏在身體里的與上肢神經(jīng)線連接的生物芯片通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)控制。或者假肢機(jī)械手臂通過(guò)裝有三個(gè)攝像頭、一個(gè)激光瞄準(zhǔn)器和一個(gè)麥克風(fēng)的頭盔通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)控制。假肢機(jī)械手臂的膀關(guān)節(jié)由一個(gè)氣動(dòng)或液壓轉(zhuǎn)向器和一個(gè)扇形的氣囊或液壓囊組成，膀關(guān)節(jié)的氣動(dòng)或液壓的轉(zhuǎn)向器固定在肩膀上，有一塊倒U形板固定貼在膀關(guān)節(jié)的氣動(dòng)或液壓的轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)軸端面上，上臂的上端與倒U形板弧邊緣上端鉸鏈，膀關(guān)節(jié)的扇形的氣囊或液壓囊裝在倒U形板與上臂內(nèi)側(cè)之間的空隙里，上臂的上端與倒U形板弧線邊緣上端鉸鏈處裝有扭力夾緊彈簧。假肢機(jī)械手臂的肘關(guān)節(jié)是由一個(gè)氣動(dòng)或液壓的轉(zhuǎn)向器和一個(gè)扇形的氣囊或液壓囊組成，肘關(guān)節(jié)的氣動(dòng)或液壓的轉(zhuǎn)向器固定在上臂下端，肘關(guān)節(jié)的氣動(dòng)或液壓轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)軸下端面固定有一塊U形板，U形板弧線邊緣在外側(cè)，下臂的上端與U形板直線邊緣鉸鏈，肘關(guān)節(jié)的扇形的氣囊或液壓囊裝在U形板與下臂上端鉸鏈之間的空隙里，下臂的上端與U形板直線邊緣的鉸鏈處裝有扭力夾緊彈簧。假肢機(jī)械手臂的腕關(guān)節(jié)由一個(gè)氣動(dòng)或液壓的轉(zhuǎn)向器和兩個(gè)扇形的氣囊或液壓囊組成，腕關(guān)節(jié)的氣動(dòng)或液壓的轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)軸上固定一個(gè)銳角向下的三角柱，手掌上端固定一個(gè)銳角向上的三角柱，腕關(guān)節(jié)的氣動(dòng)或液壓的轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)軸上固定的三角柱與手掌上端固定的三角柱鉸鏈，手掌三角柱與氣動(dòng)或液壓的轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)軸裝有的三角柱鉸鏈的兩側(cè)各裝一個(gè)扇形的氣囊或液壓囊，手掌三角柱與氣動(dòng)或液壓的轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)軸裝有的三角柱的鉸鏈處裝有兩個(gè)扭力夾緊彈簧。然后再裝上兩個(gè)保護(hù)殼，一個(gè)保護(hù)殼固定在氣動(dòng)或液壓的轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)軸裝有的三角柱上，另一個(gè)一個(gè)保護(hù)殼固定在手掌三角柱上，保護(hù)殼外面包裹一層彈性橡膠薄膜。假肢機(jī)械手臂的手掌內(nèi)相鄰的兩條手指延長(zhǎng)骨頭之間各通過(guò)活動(dòng)連接的一個(gè)氣動(dòng)或液壓的千斤頂并聯(lián)在一起，氣動(dòng)或液壓的千斤頂上裝有復(fù)位彈簧，指關(guān)節(jié)上裝有一個(gè)支撐框架，扇形的氣囊或液壓囊?guī)в惺诛L(fēng)琴氣囊那樣的褶皺，指關(guān)節(jié)和氣動(dòng)或液壓的千斤頂外面包裹一層彈性橡膠薄膜。假肢機(jī)械手臂的膀關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)和指關(guān)節(jié)上裝有轉(zhuǎn)向傳感器。氣動(dòng)或液壓的轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)如下:在短管的半徑位置上裝有一塊靜弧形柱，靜弧形柱的的大弧面固定在短管上，靜弧形柱的其他面貼有密封橡膠，短管的兩端裝有端蓋；有一根轉(zhuǎn)軸穿過(guò)兩個(gè)端蓋的中心孔，有一塊動(dòng)弧形柱的小弧面固定在短管內(nèi)的轉(zhuǎn)軸上；動(dòng)弧形柱的其他面貼有密封橡膠，靜弧形柱兩個(gè)扇面的密封橡膠與兩個(gè)端蓋內(nèi)側(cè)面接觸，靜弧形柱的小弧面的密封橡膠與轉(zhuǎn)軸接觸，動(dòng)弧形柱兩個(gè)扇面的密封橡膠與兩個(gè)端蓋內(nèi)側(cè)面接觸，動(dòng)弧形柱的大弧面的密封橡膠與短管內(nèi)表面接觸；靠近靜弧形柱兩個(gè)側(cè)面旁的短管上各裝一條膠管，短管上的兩條膠管通過(guò)各自的氣三通和電磁進(jìn)氣閥接到儲(chǔ)氣罐上，各組氣三通另一個(gè)接口上裝有各自的電磁排氣閥；或者短管上的兩條膠管通過(guò)各自的油三通和電磁進(jìn)油閥接到油栗上，各組油三通的另一個(gè)接口上裝有各自的電磁回液閥，從電磁回液閥出來(lái)的膠管接到儲(chǔ)液罐上。
[0006]假肢機(jī)械手臂的控制方法:使用假肢機(jī)械手臂的人通過(guò)自己的眼睛觀察周圍的事物，需要用假肢機(jī)械手臂干活時(shí)，大腦皮層的指令通過(guò)裝有假肢機(jī)械手臂一側(cè)的上肢神經(jīng)線給生物芯片，然后生物芯片通過(guò)電磁波傳遞給假肢機(jī)械手臂里的計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)啟動(dòng)氣栗或者液栗，計(jì)算機(jī)通過(guò)打開或者關(guān)閉各各電磁閥，在使用假肢機(jī)械手臂的人的眼睛的幫助下，假肢機(jī)械手臂的膀關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)和手指關(guān)節(jié)里的扇形的氣囊或液壓囊和氣動(dòng)或液壓的轉(zhuǎn)向器以及手掌里的氣動(dòng)或液壓的千斤頂壓入或者排出壓縮空氣或者液體；使假肢機(jī)械手臂的上臂抬起或放下、下臂彎曲或伸直、和手抓住或放下物件的動(dòng)作，完成假肢機(jī)械手臂的工作任務(wù)。
[0007]假肢機(jī)械手臂的控制方法:使用假肢機(jī)械手臂的人用頭盔上的激光瞄準(zhǔn)器對(duì)準(zhǔn)假肢機(jī)械手臂要拿的物件，使用假肢機(jī)械手臂的人用語(yǔ)音提示假肢機(jī)械手臂所要做的工作。攝像頭將激光瞄準(zhǔn)器照射到的物件的信息傳遞給計(jì)算機(jī)，麥克風(fēng)把使用假肢機(jī)器手臂的人發(fā)出的語(yǔ)音提示信息傳遞給計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)使用軟件對(duì)照過(guò)去保存的數(shù)據(jù)信息，在攝像頭的幫助下，計(jì)算機(jī)啟動(dòng)氣栗或者液栗，計(jì)算機(jī)通過(guò)打開或者關(guān)閉各各電磁閥，在頭盔上的攝像頭的幫助下，假肢機(jī)械手臂的膀關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)和手指關(guān)節(jié)里的扇形的氣囊或液壓囊和氣動(dòng)或液壓的轉(zhuǎn)向器以及手里的氣動(dòng)或液壓的千斤頂壓入或者排出壓縮空氣或者液體；使假肢機(jī)械手臂的上臂抬升、下臂彎曲、和手抓物件的動(dòng)作，完成假肢機(jī)械手臂的工作任務(wù)。
[0008]本發(fā)明的機(jī)器人由頭、軀干、機(jī)械手臂、機(jī)械腿腳組成，它們的骨架用塑料制成，塑料外殼表面再覆蓋一層橡膠薄膜。機(jī)器人機(jī)械手臂由上臂、下臂、手組成，機(jī)器人的上臂上端與軀干之間裝有膀關(guān)節(jié)，上臂與下臂之間裝有肘關(guān)節(jié)，下臂與手掌之間裝有腕關(guān)節(jié)。手的結(jié)構(gòu)如下:一個(gè)弧形槽，弧形槽弧心向下、槽口向前，中指延伸到手掌里的那一根骨頭固定在弧形槽的中部，無(wú)名指和小拇指的延伸到手掌里的骨頭依次鉸鏈在弧形槽的中指延長(zhǎng)骨頭的旁邊，食指延伸到手掌里的骨頭鉸鏈在弧形槽的中指延長(zhǎng)骨頭的另一旁，大拇指延伸到手掌里的骨頭通過(guò)一個(gè)關(guān)節(jié)裝在靠近食指延伸骨頭的弧形槽上，五手指全都裝有三個(gè)指關(guān)節(jié)，手指尖上裝有觸覺(jué)傳感器。機(jī)器人的兩個(gè)眼睛里面各裝一個(gè)攝像頭，機(jī)器人的兩只耳朵里面各裝一個(gè)麥克風(fēng)，機(jī)器人的嘴里裝有一個(gè)揚(yáng)聲器，機(jī)器人的鼻子裝有超聲波雷達(dá)。機(jī)器人的頭與軀干之間裝有頸關(guān)節(jié)。機(jī)器人的機(jī)械腿腳由大腿、小腿和腳組成，機(jī)器人的軀干與大腿之間裝有胯關(guān)節(jié)，大腿與小腿之間裝有膝關(guān)節(jié)，小腿與腳之間裝有踝關(guān)節(jié)。用計(jì)算機(jī)控制機(jī)器人。機(jī)器人軀干內(nèi)藏有氣栗或液栗、儲(chǔ)氣罐或儲(chǔ)液罐、鋰電池。機(jī)器人的頸關(guān)節(jié)是由一個(gè)氣動(dòng)或液壓的轉(zhuǎn)向器和一個(gè)扇形的氣囊或液壓囊組成，扇形的氣囊或液壓囊?guī)в惺诛L(fēng)琴氣囊那樣的褶皺，頸關(guān)節(jié)的氣動(dòng)或液壓的轉(zhuǎn)向器固定在軀干上端，有一塊U形板弧邊緣向后固定在頸關(guān)節(jié)的氣動(dòng)或液壓的轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)軸上端面上，頭的下端后側(cè)與U形板弧邊緣鉸鏈，頸關(guān)節(jié)的扇形的氣囊或液壓囊裝在U形板與頭下端面之間的空隙里，頭的下端與U形板弧邊緣的鉸鏈處裝有扭力夾緊彈簧。機(jī)器人的軀干內(nèi)裝有兩個(gè)氣動(dòng)或液壓的千斤頂和一個(gè)扇形的氣囊或液壓囊，氣動(dòng)或液壓的千斤頂上裝有復(fù)位彈簧，軀干內(nèi)有兩塊前端邊緣鉸鏈的平板，兩塊平板的鉸鏈處裝有扭力夾緊彈簧。兩塊平板之間裝有一個(gè)扇形的氣囊或液壓囊，軀干內(nèi)左右兩個(gè)氣動(dòng)或液壓的千斤頂?shù)纳隙伺c兩塊平板中的下面那一塊平板底面鉸鏈。機(jī)器人的機(jī)械手臂的膀關(guān)節(jié)由一個(gè)氣動(dòng)或液壓的轉(zhuǎn)向器和一個(gè)扇形的氣囊或液壓囊組成。膀關(guān)節(jié)的氣動(dòng)或液壓轉(zhuǎn)向器固定在軀干的肩膀上，有一