专利名称：一种用于助残轮椅的机械臂的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种机械臂系统，特别是一种用于助残轮椅的机械臂系统。
背景技术：
现有技术中，机器人多用于工业、矿山、海洋等特定或危险操作场合，用 于帮助人类完成一些特定任务。而由于人类生活内容较为复杂，接触的物品较 多，因此对机械臂的要求较高。现有技术中的机械臂系统一般由基座、肩部、 上臂、前臂、手腕和夹指等组成，但其相应的自由度较小，只能限定在一定的 三维空间范围内完成一些简单的动作。
实用新型内容
本实用新型的目的，在于克服上述技术中的不足，提供一种带有七个自由 度的用于助残轮椅的机械臂系统，能通过输出指令，帮助残疾人或者老人完成 较为复杂的生活需求动作。
为了达到上述目的，本实用新型的技术解决方案是 一种用于助残轮椅的 机械臂系统，包括基座、肩部、上臂、前臂、手腕和夹指，基座安装于助残轮 椅的一侧，其特征在于该系统还包括七个关节，其中，第一关节连接肩部和 基座，第二关节连接前臂与肩部，第三关节连接上臂与前臂，第四关节连接上 臂和手腕，第五关节和第六关节配合活动连接，并设于手腕与夹指之间，第七 关节设于夹指上。
所述的基座内部安装有若干个为机械臂各个关节提供动力的直流电机。 所述的第一关节为一个包括电机和与电机连接的齿轮减速器的传动系统。 所述的第二关节为一个包括电机、与电机相连的星形齿轮减速器以及与星 形齿轮减速器相连的谐波齿轮减速器的传动系统。所述的第三关节为一个包括电机、与电机相连的行星齿轮减速器、与行星 齿轮减速器相连的伞齿轮传动器以及与伞齿轮传动器相连的谐波齿轮减速器 组成的传动系统。
所述的第四关节为一个包括电机和与电机相连的齿轮减速器的传动系统。
所述的第五关节和所述的第六关节均为一个包括电机、与电机相连的行星 齿轮减速器以及与行星齿轮减速器相连的蜗轮蜗杆减速器的传动系统。
所述的第七关节为一个包括电机、与电机相连的行星齿轮减速器、与行星 齿轮减速器相连的蜗杆蜗轮以及与蜗杆蜗轮相连的四杆机构的传动系统。
关节中装有检测扭矩的传感器。
本实用新型通过七个关节的回转、俯仰、摇摆和抓取动作，能以任意姿态 使夹指到达指定的位置，能够帮助生活自理能力低的老年人或残疾人完成较为 复杂的生活需求动作，同时通过各个关节的传感器来限制扭距，保证了使用者 的安全。
图1是本实用新型七自由度机械臂系统伸展状态结构图； 图2是本实用新型七自由度机械臂系统折叠状态结构图； 图中，1， 2为肩关节，3为肘关节，4， 5， 6为腕关节，7为指关节。
具体实施方式
参见图1和图2，本实用新型是一种用于助残轮椅的机械臂系统，包括基 座、肩部、上臂、前臂、手腕和夹指，基座安装于助残轮椅的一侧，其特征在 于该系统还包括七个关节，其中，第一关节1连接肩部和基座，第二关节2 连接前臂与肩部，第三关节3连接上臂与前臂，第四关节4连接上臂和手腕， 第五关节5和第六关节6配合活动连接，并设于手腕与夹指之间，第七关节7 设于夹指上。
所述的基座内部安装有若干个为机械臂各个关节提供动力的直流电机。 所述的第一关节1为一个包括电机和与电机连接的齿轮减速器的传动系 统，实现肩部相对于基座作回转动作，最大转动角度为330。。所述的第二关节2为一个包括电机、与电机相连的星形齿轮减速器以及与 星形齿轮减速器相连的谐波齿轮减速器的传动系统，实现前臂相对于肩部作俯 仰动作，最大转动角度为330° 。
所述的第三关节3为一个包括电机、与电机相连的行星齿轮减速器、与行 星齿轮减速器相连的伞齿轮传动器以及与伞齿轮传动器相连的谐波齿轮减速 器组成的传动系统，实现上臂相对于前臂作俯仰动作。
所述的第四关节4为一个包括电机和与电机相连的齿轮减速器的传动系 统，实现手腕相对于上臂作回转动作，最大转动角度为330。。
所述的第五关节5和所述的第六关节6均为一个包括电机、与电机相连的 行星齿轮减速器以及与行星齿轮减速器相连的蜗轮蜗杆减速器的传动系统，其 中第五关节5可以实现夹指相对于手腕作俯仰动作，第六关节6可以实现夹指 相对于手腕作摇摆动作，由第五关节5和第六关节6共同配合实现夹指相对于 手腕作正交运动。
所述的第七关节7为一个包括电机、与电机相连的行星齿轮减速器、与行 星齿轮减速器相连的蜗杆蜗轮以及与蜗杆蜗轮相连的四杆机构的传动系统，使 夹指能完成抓取动作。
关节中装有传感器。传感器的作用在于限制扭矩。当扭矩达到一定值时， 传感器发送信号至控制电路使机械臂停止动作，确保使用安全。
当操作本实用新型拿取桌上的饮料瓶，操纵轮椅行至桌子附近停下。打开 机械臂操纵开关，通过操纵杆控制机械臂的七个关节的回转、俯仰、摇摆和抓 取动作，使夹指到达指定的位置和姿态，抓取饮料瓶。进而操纵机械臂将将饮 料瓶送至用户嘴边，用户通过吸管将饮料吸入口中。饮用完毕，用户可通过操 纵杆控制机械臂，将饮料瓶放回桌上。
当操作本实用新型拿取餐桌上装有食物的餐碟，操纵轮椅行至餐桌子附近 停下。打开机械臂操纵开关，通过操纵杆控制机械臂的七个关节的回转、俯仰、 摇摆和抓取动作，使夹指到达指定的位置和姿态，抓取餐碟。通过控制系统将 餐碟送至胸前并定位，然后用勺子舀取食物送入口中。用餐完毕，用户可通过 操纵杆控制机械臂，将餐碟放回餐桌上。
本实用新型通过七个关节的回转、俯仰、摇摆和抓取动作，能以任意姿态使夹指到达指定的位置，帮助生活自理能力低的老年人或残疾人完成较为复杂 的生活需求动作，完成适用于生活的基本动作，且在基座可移动的情况下机械
三维重复精度小于2mm。本实用新型的最大提起重量为2kg，能满足日常生活 的需要。
本实用新型具有很好的安全性。当扭矩达到一定值时，各个关节上的传感 器发送信号至控制电路使机械臂停止动作，使轮椅不会发生侧翻或撞击以及其 他身体伤害，确保使用者的安全。
本实用新型由于具有七个自由度，可以进行三段式折叠，并且整机重量不 超过15kg，便于携带收藏。
本实用新型还具有很高的安全性，当遇到障碍等状态时能通过限制扭矩来 保证机械臂附近人员和物品的安全。
以上实施例仅供说明本实用新型之用，而非对本实用新型的限制，有关技 术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以作出 各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本实用新型的范畴，应 由各权利要求所限定。
权利要求1.一种用于助残轮椅的机械臂系统，包括基座、肩部、上臂、前臂、手腕和夹指，基座安装于助残轮椅的一侧，其特征在于该系统还包括七个关节，其中，第一关节(1)连接肩部和基座，第二关节(2)连接前臂与肩部，第三关节(3)连接上臂与前臂，第四关节(4)连接上臂和手腕，第五关节(5)和第六关节(6)配合活动连接，并设于手腕与夹指之间，第七关节(7)设于夹指上。
2. 根据权利要求1所述的用于助残轮椅的机械臂系统，其特征在于所 述的基座内部安装有若干个为机械臂各个关节提供动力的直流电机。
3. 根据权利要求1所述的用于助残轮椅的机械臂系统，其特征在于所述的第一关节(1)为一个包括电机和与电机连接的齿轮减速器的传动系统。
4. 根据权利要求1所述的用于助残轮椅的机械臂系统，其特征在于所 述的第二关节(2)为一个包括电机、与电机相连的星形齿轮减速器以及与星形齿轮减速器相连的谐波齿轮减速器的传动系统。
5. 根据权利要求1所述的用于助残轮椅的机械臂系统，其特征在于所 述的第三关节(3)为一个包括电机、与电机相连的行星齿轮减速器、与行星齿轮减速器相连的伞齿轮传动器以及与伞齿轮传动器相连的谐波齿轮减速器 组成的传动系统。
6. 根据权利要求1所述的用于助残轮椅的机械臂系统，其特征在于所 述的第四关节(4)为一个包括电机和与电机相连的齿轮减速器的传动系统。
7. 根据权利要求1所述的用于助残轮椅的机械臂系统，其特征在于所述的第五关节(5)和所述的第六关节(6)均为一个包括电机、与电机相连的行星齿轮减速器以及与行星齿轮减速器相连的蜗轮蜗杆减速器的传动系统。
8，根据权利要求1所述的用于助残轮椅的机械臂系统，其特征在于所 述的第七关节(7)为一个包括电机、与电机相连的行星齿轮减速器、与行星齿轮减速器相连的蜗杆蜗轮以及与蜗杆蜗轮相连的四杆机构的传动系统。
9.根据权利要求1至9任一项所述的用于助残轮椅的机械臂系统，其特征在于关节中装有检测扭矩的传感器。
专利摘要一种用于助残轮椅的机械臂系统，由肩部、上臂、前臂、手腕和夹指组成，通过七个关节的回转、俯仰、摇摆和抓取动作，能以任意姿态使夹指到达指定的位置和姿态，帮助生活自理能力低的老年人或残疾人完成适用于生活的基本动作，能满足日常生活的需要，并且可以进行三段式折叠，便于携带收藏，同时还具有很高的安全性，当遇到障碍等状态时能通过限制扭矩来保证使用者及机械臂附近人员和物品的安全。
文档编号B25J7/00GK201135561SQ20072007728
公开日2008年10月22日 申请日期2007年12月26日 优先权日2007年12月26日
发明者叶一枝, 军 杨, 王景川, 金炳章, 陈卫东, 高雪官 申请人:上海电气集团股份有限公司;上海交通大学