專利名稱：一種用于助殘輪椅的機械臂的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種機械臂系統，特別是一種用于助殘輪椅的機械臂系統。
背景技術：
現有技術中，機器人多用于工業、礦山、海洋等特定或危險操作場合，用 于幫助人類完成一些特定任務。而由于人類生活內容較為復雜，接觸的物品較 多，因此對機械臂的要求較高。現有技術中的機械臂系統一般由基座、肩部、 上臂、前臂、手腕和夾指等組成，但其相應的自由度較小，只能限定在一定的 三維空間范圍內完成一些簡單的動作。
實用新型內容
本實用新型的目的，在于克服上述技術中的不足，提供一種帶有七個自由 度的用于助殘輪椅的機械臂系統，能通過輸出指令，幫助殘疾人或者老人完成 較為復雜的生活需求動作。
為了達到上述目的，本實用新型的技術解決方案是 一種用于助殘輪椅的 機械臂系統，包括基座、肩部、上臂、前臂、手腕和夾指，基座安裝于助殘輪 椅的一側，其特征在于該系統還包括七個關節，其中，第一關節連接肩部和 基座，第二關節連接前臂與肩部，第三關節連接上臂與前臂，第四關節連接上 臂和手腕，第五關節和第六關節配合活動連接，并設于手腕與夾指之間，第七 關節設于夾指上。
所述的基座內部安裝有若干個為機械臂各個關節提供動力的直流電機。 所述的第一關節為一個包括電機和與電機連接的齒輪減速器的傳動系統。 所述的第二關節為一個包括電機、與電機相連的星形齒輪減速器以及與星 形齒輪減速器相連的諧波齒輪減速器的傳動系統。所述的第三關節為一個包括電機、與電機相連的行星齒輪減速器、與行星 齒輪減速器相連的傘齒輪傳動器以及與傘齒輪傳動器相連的諧波齒輪減速器 組成的傳動系統。
所述的第四關節為一個包括電機和與電機相連的齒輪減速器的傳動系統。
所述的第五關節和所述的第六關節均為一個包括電機、與電機相連的行星 齒輪減速器以及與行星齒輪減速器相連的蝸輪蝸桿減速器的傳動系統。
所述的第七關節為一個包括電機、與電機相連的行星齒輪減速器、與行星 齒輪減速器相連的蝸桿蝸輪以及與蝸桿蝸輪相連的四桿機構的傳動系統。
關節中裝有檢測扭矩的傳感器。
本實用新型通過七個關節的回轉、俯仰、搖擺和抓取動作，能以任意姿態 使夾指到達指定的位置，能夠幫助生活自理能力低的老年人或殘疾人完成較為 復雜的生活需求動作，同時通過各個關節的傳感器來限制扭距，保證了使用者 的安全。
圖1是本實用新型七自由度機械臂系統伸展狀態結構圖； 圖2是本實用新型七自由度機械臂系統折疊狀態結構圖； 圖中，1， 2為肩關節，3為肘關節，4， 5， 6為腕關節，7為指關節。
具體實施方式
參見圖1和圖2，本實用新型是一種用于助殘輪椅的機械臂系統，包括基 座、肩部、上臂、前臂、手腕和夾指，基座安裝于助殘輪椅的一側，其特征在 于該系統還包括七個關節，其中，第一關節1連接肩部和基座，第二關節2 連接前臂與肩部，第三關節3連接上臂與前臂，第四關節4連接上臂和手腕， 第五關節5和第六關節6配合活動連接，并設于手腕與夾指之間，第七關節7 設于夾指上。
所述的基座內部安裝有若干個為機械臂各個關節提供動力的直流電機。 所述的第一關節1為一個包括電機和與電機連接的齒輪減速器的傳動系 統，實現肩部相對于基座作回轉動作，最大轉動角度為330。。所述的第二關節2為一個包括電機、與電機相連的星形齒輪減速器以及與 星形齒輪減速器相連的諧波齒輪減速器的傳動系統，實現前臂相對于肩部作俯 仰動作，最大轉動角度為330° 。
所述的第三關節3為一個包括電機、與電機相連的行星齒輪減速器、與行 星齒輪減速器相連的傘齒輪傳動器以及與傘齒輪傳動器相連的諧波齒輪減速 器組成的傳動系統，實現上臂相對于前臂作俯仰動作。
所述的第四關節4為一個包括電機和與電機相連的齒輪減速器的傳動系 統，實現手腕相對于上臂作回轉動作，最大轉動角度為330。。
所述的第五關節5和所述的第六關節6均為一個包括電機、與電機相連的 行星齒輪減速器以及與行星齒輪減速器相連的蝸輪蝸桿減速器的傳動系統，其 中第五關節5可以實現夾指相對于手腕作俯仰動作，第六關節6可以實現夾指 相對于手腕作搖擺動作，由第五關節5和第六關節6共同配合實現夾指相對于 手腕作正交運動。
所述的第七關節7為一個包括電機、與電機相連的行星齒輪減速器、與行 星齒輪減速器相連的蝸桿蝸輪以及與蝸桿蝸輪相連的四桿機構的傳動系統，使 夾指能完成抓取動作。
關節中裝有傳感器。傳感器的作用在于限制扭矩。當扭矩達到一定值時， 傳感器發送信號至控制電路使機械臂停止動作，確保使用安全。
當操作本實用新型拿取桌上的飲料瓶，操縱輪椅行至桌子附近停下。打開 機械臂操縱開關，通過操縱桿控制機械臂的七個關節的回轉、俯仰、搖擺和抓 取動作，使夾指到達指定的位置和姿態，抓取飲料瓶。進而操縱機械臂將將飲 料瓶送至用戶嘴邊，用戶通過吸管將飲料吸入口中。飲用完畢，用戶可通過操 縱桿控制機械臂，將飲料瓶放回桌上。
當操作本實用新型拿取餐桌上裝有食物的餐碟，操縱輪椅行至餐桌子附近 停下。打開機械臂操縱開關，通過操縱桿控制機械臂的七個關節的回轉、俯仰、 搖擺和抓取動作，使夾指到達指定的位置和姿態，抓取餐碟。通過控制系統將 餐碟送至胸前并定位，然后用勺子舀取食物送入口中。用餐完畢，用戶可通過 操縱桿控制機械臂，將餐碟放回餐桌上。
本實用新型通過七個關節的回轉、俯仰、搖擺和抓取動作，能以任意姿態使夾指到達指定的位置，幫助生活自理能力低的老年人或殘疾人完成較為復雜 的生活需求動作，完成適用于生活的基本動作，且在基座可移動的情況下機械
三維重復精度小于2mm。本實用新型的最大提起重量為2kg，能滿足日常生活 的需要。
本實用新型具有很好的安全性。當扭矩達到一定值時，各個關節上的傳感 器發送信號至控制電路使機械臂停止動作，使輪椅不會發生側翻或撞擊以及其 他身體傷害，確保使用者的安全。
本實用新型由于具有七個自由度，可以進行三段式折疊，并且整機重量不 超過15kg，便于攜帶收藏。
本實用新型還具有很高的安全性，當遇到障礙等狀態時能通過限制扭矩來 保證機械臂附近人員和物品的安全。
以上實施例僅供說明本實用新型之用，而非對本實用新型的限制，有關技 術領域的技術人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍的情況下，還可以作出 各種變換或變型，因此所有等同的技術方案也應該屬于本實用新型的范疇，應 由各權利要求所限定。
權利要求1.一種用于助殘輪椅的機械臂系統，包括基座、肩部、上臂、前臂、手腕和夾指，基座安裝于助殘輪椅的一側，其特征在于該系統還包括七個關節，其中，第一關節(1)連接肩部和基座，第二關節(2)連接前臂與肩部，第三關節(3)連接上臂與前臂，第四關節(4)連接上臂和手腕，第五關節(5)和第六關節(6)配合活動連接，并設于手腕與夾指之間，第七關節(7)設于夾指上。
2. 根據權利要求1所述的用于助殘輪椅的機械臂系統，其特征在于所 述的基座內部安裝有若干個為機械臂各個關節提供動力的直流電機。
3. 根據權利要求1所述的用于助殘輪椅的機械臂系統，其特征在于所述的第一關節(1)為一個包括電機和與電機連接的齒輪減速器的傳動系統。
4. 根據權利要求1所述的用于助殘輪椅的機械臂系統，其特征在于所 述的第二關節(2)為一個包括電機、與電機相連的星形齒輪減速器以及與星形齒輪減速器相連的諧波齒輪減速器的傳動系統。
5. 根據權利要求1所述的用于助殘輪椅的機械臂系統，其特征在于所 述的第三關節(3)為一個包括電機、與電機相連的行星齒輪減速器、與行星齒輪減速器相連的傘齒輪傳動器以及與傘齒輪傳動器相連的諧波齒輪減速器 組成的傳動系統。
6. 根據權利要求1所述的用于助殘輪椅的機械臂系統，其特征在于所 述的第四關節(4)為一個包括電機和與電機相連的齒輪減速器的傳動系統。
7. 根據權利要求1所述的用于助殘輪椅的機械臂系統，其特征在于所述的第五關節(5)和所述的第六關節(6)均為一個包括電機、與電機相連的行星齒輪減速器以及與行星齒輪減速器相連的蝸輪蝸桿減速器的傳動系統。
8，根據權利要求1所述的用于助殘輪椅的機械臂系統，其特征在于所 述的第七關節(7)為一個包括電機、與電機相連的行星齒輪減速器、與行星齒輪減速器相連的蝸桿蝸輪以及與蝸桿蝸輪相連的四桿機構的傳動系統。
9.根據權利要求1至9任一項所述的用于助殘輪椅的機械臂系統，其特征在于關節中裝有檢測扭矩的傳感器。
專利摘要一種用于助殘輪椅的機械臂系統，由肩部、上臂、前臂、手腕和夾指組成，通過七個關節的回轉、俯仰、搖擺和抓取動作，能以任意姿態使夾指到達指定的位置和姿態，幫助生活自理能力低的老年人或殘疾人完成適用于生活的基本動作，能滿足日常生活的需要，并且可以進行三段式折疊，便于攜帶收藏，同時還具有很高的安全性，當遇到障礙等狀態時能通過限制扭矩來保證使用者及機械臂附近人員和物品的安全。
文檔編號B25J7/00GK201135561SQ20072007728
公開日2008年10月22日 申請日期2007年12月26日 優先權日2007年12月26日
發明者葉一枝, 軍 楊, 王景川, 金炳章, 陳衛東, 高雪官 申請人:上海電氣集團股份有限公司;上海交通大學