助老助残轮椅用绳传动机械臂结构设计

王 旭，陈乃建，王 超，黄玉林，李映君

(济南大学 机械工程学院, 山东 济南 250022)

目前，世界上许多国家都面临着人口老龄化的社会难题，同时，因各种疾病或事故而造成肢体残疾的人也不在少数。对于这些行动能力缺失的老年人和残疾人来说，看似简单的日常生活操作变得异常困难，因此，研究能够帮助他们提高自理能力的辅助机器人具有重要的意义[1]。

在轮椅上安装机械臂而组成的轮椅机械手系统是助老助残机器人的重要分支。由于轮椅机械手具有非结构化环境下的移动和任意物体抓取能力，以及多通道人机交互能力，因此能在一定程度上代替人类完成简单的辅助任务，从而成为康复领域的研究热点之一。助老助残轮椅的结构和空间位置的限制使得安装在轮椅上的机械臂应有足够的操作自由度且应满足结构简单、体积小、自重轻，以及操作安全、稳定的基本要求。基于这些要求，国内外已经研究、设计了很多种轮椅机械臂的结构。Driessen等[2]研发了一款比较成功的机械手臂MANUS，由6个转动关节和末端效应器组成，能安装在很多类型的轮椅上，但是该机械臂为了降低重心而采用差速齿轮传动，使整体质量达到13 kg，而且成本较高。Alqasemi等[3]设计了一款有7个自由度的轮椅机械手臂WMRA，该机械臂利用伺服电机和谐波减速机直接驱动各关节的方式来进行驱动，具有一定的灵活性； 但是质量过大，安装在轮椅上时容易造成系统的平衡性问题，因此在使用中受到很多的限制。……