北京理工大学科技成果——一体化柔性关节及仿人柔性机械臂

北京理工大学科技成果——一体化柔性关节及仿人

柔性机械臂

成果简介

本项目研制的柔性一体化关节采用机电一体的模块化设计，具有高力矩稳定输出（输出力矩70Nm），高集成化（机构、驱动电路和通信模块集成于关节之中）、互换性好（肩、肘关节可直接替换）、可靠性高等特点，适合于大规模生产，可以降低机械臂成本，具有极大的市场推广价值。关节内部含有弹性环节，存在内在柔性，当与环境或人接触时，可以保证人不受伤害以及机械臂自身的安全性。同时，可以测量关节的输出力矩，获得比传统关节更好的力控制精度与稳定性。

本项目在柔性一体化关节的基础上研制了仿人柔性机械臂，该机械臂采用仿人类手臂的构型的结构设计，具有4个自由度（肩部3个，肘部1个），其长度与人类手臂长度相仿。通过阻抗控制技术可以使机械臂模拟出人类手臂可“柔”可“刚”的肌肉特性，从而使机械臂可以在非结构化环境中，安全地与环境和人类进行交互。该机械臂适于作为与人类接触使用的专用设备或者应用于服务型机器人和空间机器人领域。目前，项目组已将该机械臂应用于按摩治疗领域，并搭建出腰痛中医点按机器人平台。腰痛中医点按机器人可以逼真地模拟出医师完成点按揉、指揉、弹拨和推法4种按摩手法，假体实验和临床实验结果表明机器人与医师的按摩治疗效果相仿。

项目来源国家自然基金

技术领域信息技术

应用范围服务型机器人

现状特点国内领先、国际先进

柔性一体化关节

技术创新研制了具有内在柔性和力矩测量的一体化关节，可以通过该关节快速地搭建出仿人机械臂，使机械臂在完成作业的同时可以在非结构化环境中安全地与人类和环境进行交互，为机器人与人类和谐相处提供了新的解决方案。

仿人柔性机械臂

所在阶段原理样机

成果知识产权申请发明专利4项

成果转让方式合作开发/技术转让

基于仿人柔性臂的按摩机器人平台

市场状况服务型机器人以及可使用在非结构化环境中的机器人是现在机器人研究的热点，也是社会关注的焦点。传统的刚性工业机器人构建传感器壁垒，采用柔顺控制算法实现对环境的柔顺性。但是，由于受到传感器测量带宽和计算机速度限制，无法对快速冲击碰撞及时响应，导致机械臂作业过程的安全性难以保障，目前一般还是应用在与人类隔绝的环境中，很难真正地与人类和谐相处。

基于上述原因，国内外鲜有产品化、实用化的服务型机器人出现。近年来，随着机器人技术研究的深入，具有内在柔性的关节受到国外科研人员的关注并成为机器人发展的一个重要分支，国外的研究已经初步达到了市场化的程度，而国内实用化方面的研究工作还有待深入。因此，将柔性关节和仿人柔性机器人产品化对促进我国的机器人技术具有极大的意义，其研究成果可以使国内服务机器人从性能和质量方

面踏上一个新的台阶，拥有广阔的国内和国际市场。

效益分析本项目所研制的一体化柔性关节采用机电一体的模块化设计，具有高内聚、高集成化、高输出力矩和内在柔性等特点，可以快速地搭建出可与人类或环境安全接触的服务型机器人，具有很高的市场推广价值，通过相关技术转化会产生较大的经济效益。

仿人柔性机器人中医按摩应用手法临床实验验证本项目所研制的仿人柔性机器人可以应用于与人类安全接触的如按摩、康复等操作的服务机器人领域，具有安全性、友好性、便于快速安装维修等特点，可以实现具有中医特色的主动按摩。另外，还可以应用在安装、维修、装配等需要与人类密切协调的场合。因此，通过对相关技术的转化，可以改变现机器人很难与人类和谐相处的局面，从而产生巨大的经济和社会效益。