假肢机械手臂和机器人及其控制方法
【技术领域】
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[0001]本发明涉及一种假肢机械手臂和机器人及其控制方法。
【背景技术】
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[0002]现有的机器人的机械手的手臂的长度是固定的，每一个关节都是二维的360°转向，需要两个关节才能做全方位转向。所以，出现了六关节的机器人的机械手。每一个关节都是由一个伺服电机加一个减速机构成，因为它的结构复杂和精密度高，所以我国制造的伺服电机和减速机质量不高，大部分伺服电机和几乎全部减速机需要进口，以至于现有的机器人的机械手的成本很高。现有的机器人的机械手关节，只能做二维转向；还不能像人手关节那样，做三维转向。在空间狭小的范围内，现有的机器人的机械手的灵活度，不如人手。例如:生产线上的工人能够左手取一颗螺丝，放入正在生产的家用电器的螺孔中，用右手电动螺丝批把放入螺孔中的螺丝拧进去。但机器人的机械手无法从一堆螺丝中取出其中一颗螺丝，并准确放入正在生产的家用电器的螺孔中。
[0003]专利号:201020272916.X《一种假肢》中的假肢手的手指关节，使用了扇形气囊、铰链连接和复位弹簧。气栗出来的压缩空气进入储气罐，从储气罐出来的压缩空气经过通电打开的进气阀进入扇形气囊，使扇形气囊充气扩张、手指弯曲；进气阀停电关闭，手指弯曲形状不变；卸压阀通电打开，弯曲的手指在复位弹簧的作用下伸直。假肢机械手使用压缩空气作为动力源，假肢机械手的力气已经足够大。但作为机器人的机械手，使用压缩空气作为动力源，机器人机械手的力气已经不够大。
[0004]目前，家用机器人只能和人说话聊天，不能干家务。服务型机器人可以在酒店端盘子，但使用伺服电机、谐波减速机的机械手关节成本是很高的。国产工业用机器人一台的价格在十万元人民币以上，进口工业用机器人一台需要几十万元人民币。国产服务型机器人一台的价格也在十万元人民币以上。生产能够做家务的家用机器人，关键是降低生产成本，而降低生产才的关键是改变家用机器人的构造。
【发明内容】
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[0005]本发明的假肢机械手臂由上臂、下臂、手组成，它们的骨架用塑料制成，塑料外壳表面再覆盖一层橡胶薄膜。上臂上端装有膀关节，上臂与下臂之间装有肘关节，下臂与手掌之间装有腕关节。手的结构如下:一个弧形槽，弧形槽弧心向下、槽口向前，中指延伸到手掌里的那一根骨头固定在弧形槽的中部，无名指和小拇指的延伸到手掌里的骨头依次铰链在弧形槽的中指延长骨头的旁边，食指延伸到手掌里的骨头铰链在弧形槽的中指延长骨头的另一旁，大拇指延伸到手掌里的骨头通过一个关节装在靠近食指延伸骨头的弧形槽上，五手指全都装有三个指关节。上臂骨外壳或下臂骨外壳内藏有气栗或液栗、储气罐或储液罐、锂电池。指关节内装有扇形的气囊或液压囊，两个指关节之间手心侧铰链，指关节铰链上装有扭力夹紧弹簧，手指尖上装有触觉传感器。从储气罐出来的胶管通过一个电磁进气阀和一个气三通后接到扇形气囊上，气三通的另一个接口装有电磁排气阀。或者从液栗出来的胶管通过一个电磁进液阀和一个液三通后接到扇形液压囊上，液三通的另一个接口装有电磁回液阀，从电磁回液阀出来的胶管接到储液罐上。假肢机械手臂由埋藏在身体里的与上肢神经线连接的生物芯片通过计算机来控制。或者假肢机械手臂通过装有三个摄像头、一个激光瞄准器和一个麦克风的头盔通过计算机来控制。假肢机械手臂的膀关节由一个气动或液压转向器和一个扇形的气囊或液压囊组成，膀关节的气动或液压的转向器固定在肩膀上，有一块倒U形板固定贴在膀关节的气动或液压的转向器的转轴端面上，上臂的上端与倒U形板弧边缘上端铰链，膀关节的扇形的气囊或液压囊装在倒U形板与上臂内侧之间的空隙里，上臂的上端与倒U形板弧线边缘上端铰链处装有扭力夹紧弹簧。假肢机械手臂的肘关节是由一个气动或液压的转向器和一个扇形的气囊或液压囊组成，肘关节的气动或液压的转向器固定在上臂下端，肘关节的气动或液压转向器的转轴下端面固定有一块U形板，U形板弧线边缘在外侧，下臂的上端与U形板直线边缘铰链，肘关节的扇形的气囊或液压囊装在U形板与下臂上端铰链之间的空隙里，下臂的上端与U形板直线边缘的铰链处装有扭力夹紧弹簧。假肢机械手臂的腕关节由一个气动或液压的转向器和两个扇形的气囊或液压囊组成，腕关节的气动或液压的转向器的转轴上固定一个锐角向下的三角柱，手掌上端固定一个锐角向上的三角柱，腕关节的气动或液压的转向器的转轴上固定的三角柱与手掌上端固定的三角柱铰链，手掌三角柱与气动或液压的转向器的转轴装有的三角柱铰链的两侧各装一个扇形的气囊或液压囊，手掌三角柱与气动或液压的转向器的转轴装有的三角柱的铰链处装有两个扭力夹紧弹簧。然后再装上两个保护壳，一个保护壳固定在气动或液压的转向器的转轴装有的三角柱上，另一个一个保护壳固定在手掌三角柱上，保护壳外面包裹一层弹性橡胶薄膜。假肢机械手臂的手掌内相邻的两条手指延长骨头之间各通过活动连接的一个气动或液压的千斤顶并联在一起，气动或液压的千斤顶上装有复位弹簧，指关节上装有一个支撑框架，扇形的气囊或液压囊带有手风琴气囊那样的褶皱，指关节和气动或液压的千斤顶外面包裹一层弹性橡胶薄膜。假肢机械手臂的膀关节、肘关节和指关节上装有转向传感器。气动或液压的转向器的结构如下:在短管的半径位置上装有一块静弧形柱，静弧形柱的的大弧面固定在短管上，静弧形柱的其他面贴有密封橡胶，短管的两端装有端盖；有一根转轴穿过两个端盖的中心孔，有一块动弧形柱的小弧面固定在短管内的转轴上；动弧形柱的其他面贴有密封橡胶，静弧形柱两个扇面的密封橡胶与两个端盖内侧面接触，静弧形柱的小弧面的密封橡胶与转轴接触，动弧形柱两个扇面的密封橡胶与两个端盖内侧面接触，动弧形柱的大弧面的密封橡胶与短管内表面接触；靠近静弧形柱两个侧面旁的短管上各装一条胶管，短管上的两条胶管通过各自的气三通和电磁进气阀接到储气罐上，各组气三通另一个接口上装有各自的电磁排气阀；或者短管上的两条胶管通过各自的油三通和电磁进油阀接到油栗上，各组油三通的另一个接口上装有各自的电磁回液阀，从电磁回液阀出来的胶管接到储液罐上。
[0006]假肢机械手臂的控制方法:使用假肢机械手臂的人通过自己的眼睛观察周围的事物，需要用假肢机械手臂干活时，大脑皮层的指令通过装有假肢机械手臂一侧的上肢神经线给生物芯片，然后生物芯片通过电磁波传递给假肢机械手臂里的计算机。计算机启动气栗或者液栗，计算机通过打开或者关闭各各电磁阀，在使用假肢机械手臂的人的眼睛的帮助下，假肢机械手臂的膀关节、肘关节、腕关节和手指关节里的扇形的气囊或液压囊和气动或液压的转向器以及手掌里的气动或液压的千斤顶压入或者排出压缩空气或者液体；使假肢机械手臂的上臂抬起或放下、下臂弯曲或伸直、和手抓住或放下物件的动作，完成假肢机械手臂的工作任务。
[0007]假肢机械手臂的控制方法:使用假肢机械手臂的人用头盔上的激光瞄准器对准假肢机械手臂要拿的物件，使用假肢机械手臂的人用语音提示假肢机械手臂所要做的工作。摄像头将激光瞄准器照射到的物件的信息传递给计算机，麦克风把使用假肢机器手臂的人发出的语音提示信息传递给计算机。计算机使用软件对照过去保存的数据信息，在摄像头的帮助下，计算机启动气栗或者液栗，计算机通过打开或者关闭各各电磁阀，在头盔上的摄像头的帮助下，假肢机械手臂的膀关节、肘关节、腕关节和手指关节里的扇形的气囊或液压囊和气动或液压的转向器以及手里的气动或液压的千斤顶压入或者排出压缩空气或者液体；使假肢机械手臂的上臂抬升、下臂弯曲、和手抓物件的动作，完成假肢机械手臂的工作任务。
[0008]本发明的机器人由头、躯干、机械手臂、机械腿脚组成，它们的骨架用塑料制成，塑料外壳表面再覆盖一层橡胶薄膜。机器人机械手臂由上臂、下臂、手组成，机器人的上臂上端与躯干之间装有膀关节，上臂与下臂之间装有肘关节，下臂与手掌之间装有腕关节。手的结构如下:一个弧形槽，弧形槽弧心向下、槽口向前，中指延伸到手掌里的那一根骨头固定在弧形槽的中部，无名指和小拇指的延伸到手掌里的骨头依次铰链在弧形槽的中指延长骨头的旁边，食指延伸到手掌里的骨头铰链在弧形槽的中指延长骨头的另一旁，大拇指延伸到手掌里的骨头通过一个关节装在靠近食指延伸骨头的弧形槽上，五手指全都装有三个指关节，手指尖上装有触觉传感器。机器人的两个眼睛里面各装一个摄像头，机器人的两只耳朵里面各装一个麦克风，机器人的嘴里装有一个扬声器，机器人的鼻子装有超声波雷达。机器人的头与躯干之间装有颈关节。机器人的机械腿脚由大腿、小腿和脚组成，机器人的躯干与大腿之间装有胯关节，大腿与小腿之间装有膝关节，小腿与脚之间装有踝关节。用计算机控制机器人。机器人躯干内藏有气栗或液栗、储气罐或储液罐、锂电池。机器人的颈关节是由一个气动或液压的转向器和一个扇形的气囊或液压囊组成，扇形的气囊或液压囊带有手风琴气囊那样的褶皱，颈关节的气动或液压的转向器固定在躯干上端，有一块U形板弧边缘向后固定在颈关节的气动或液压的转向器的转轴上端面上，头的下端后侧与U形板弧边缘铰链，颈关节的扇形的气囊或液压囊装在U形板与头下端面之间的空隙里，头的下端与U形板弧边缘的铰链处装有扭力夹紧弹簧。机器人的躯干内装有两个气动或液压的千斤顶和一个扇形的气囊或液压囊，气动或液压的千斤顶上装有复位弹簧，躯干内有两块前端边缘铰链的平板，两块平板的铰链处装有扭力夹紧弹簧。两块平板之间装有一个扇形的气囊或液压囊，躯干内左右两个气动或液压的千斤顶的上端与两块平板中的下面那一块平板底面铰链。机器人的机械手臂的膀关节由一个气动或液压的转向器和一个扇形的气囊或液压囊组成。膀关节的气动或液压转向器固定在躯干的肩膀上，有一