[发明专利]一种六自由度仿人机器人手臂

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人手臂，具体涉及一种六自由度仿人机器人手臂。

背景技术

随着科技的进步，机器人的研究应用领域在不断扩展，其中仿人机器人的研究和应用尤其受到普遍关注，并成为智能机器人领域中最活跃的研究热点之一。仿人机器人在助老、助残领域得到广泛应用，可完成取药、倒水、冰箱取物、开门和搀扶老人等行为。机器人机械手臂是仿人机器人系统中最具代表性的复杂部件，是仿人机器人完成抓取作业和与人机交互的基础，仿人机器人配备双臂，因此其结构设计的紧凑和通用性和灵活性是实现手臂智能控的首要因素，同时机械臂的运动灵活性、安全性、平稳性和多自由度关节机构的模块化设计是一个急需解决的问题。评价机器人运动灵活性的关键是机器人肩关节、肘关节、腕关节的多自由度运动机构设计，安全性体现在肩摆关节是否能实现自锁，模块化使关节紧凑和便于更换。现有的机器人手臂存在关节结构臃肿、自身重量大、负重比低和控制繁琐的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的机器人手臂存在关节结构臃肿、自身重量大、负重比小和控制繁琐的问题。进而提供一种六自由度仿人机器人手臂。

本发明的技术方案是：一种六自由度仿人机器人手臂，它包括手爪、腕关节、小臂、肘摆关节、肘关节、大臂和肩关节，肩关节、大臂、肘关节、小臂、腕关节和手爪由上至下依次设置，

所述肩关节包括摆臂伺服电机、转臂伺服电机、转动传送带、摆臂传送带、肩摆转支架、蜗轮、蜗杆和肩关节支架，肩摆转支架和肩关节支架由左至右依次固定设置，转动传送带和摆臂传送带设置在肩抬起和转动支架的左侧，蜗轮和蜗杆设置在肩关节支架上，且蜗轮和蜗杆相互啮合，摆臂臂伺服电机通过传送带与蜗杆连接，通过摆臂伺服电机的转动实现机器人手臂的摆动动作；转动伺服电机通过传送带与转动支架连接，通过转臂伺服电机的转动实现机器人手臂的转动动作，

所述肘关节包括肘转关节和肘摆关节，肘转关节和肘摆关节上下设置，肘转关节包括大臂壳体、驱动电机和减速器，上臂壳体设置在肩关节和肘摆关节驱动电机之间，驱动电机和减速器由上至下依次设置在大臂壳体内，

肘摆关节包括肘摆关节驱动电机、肘关节传送带、肘摆关节减速器和肘关节壳体，肘关节壳体设置在大臂和小臂之间，肘关节传送带设置在肘关节壳体的侧壁上，肘摆关节驱动电机设置在肘关节壳体内并与肘关节传送带连接，肘摆关节减速器设置在肘关节壳体内，

所述腕关节包括手爪连接支架、腕关节摆动电机和腕关节转动电机，手爪连接支架设置在小臂和手爪之间，腕关节摆动电机设置在手爪连接支架的一侧，腕关节转动电机设置在手爪连接支架的上端。

所述手爪为五指手爪，外部为手套，拇指关节和手指关节是固定的，拇指与其余4指实现单自由度开合功能，由一舵机完成驱动。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

1.本发明具有肩关节转动、肩关节摆动、肘关节转动、肘关节摆动、腕关节摆动和腕关节转动六个自由度，在关节位置不变前提下，电机采取了上移和进胸方式，完成了所需自重较小和高负重比的六自由度的功能。

2.本发明的机械手采用五手指夹持，结构简单。

3.本发明在与机器人系统配合使用时，能够将肩关节的两个驱动电机放在胸腔，避免了肩关节结构臃肿问题，通过蜗轮蜗杆、传动带将动力输出到肩关节，实现了具有自锁功能的高精度肩摆动作和简捷的肩关节转动结构。

4.本发明在机械臂末端的腕关节采用两个盘式电机驱动，减轻了机械臂末端的自身负载，实现了腕关节摆动和腕关节转动两个自由度。

5.本发明中优化了驱动肩关节和肘关节的驱动电机在机械臂中占用位置，并在肘摆采取了减速器与驱动电机分离部署，节省了空间和进一步减轻肩部驱动的载荷，使机械臂外型更紧凑。

6.本发明中肘转关节、肘摆关节、腕转和腕摆关节直接采用了减速器输出端与关节支架直连方式，避免了引入其他传动环节带来的传动误差。具有结构简单，传动精度高特点。

7.本发明利用减速器的输出端与支架直接配合，结构简单，驱动腕关节的伺服电机使用盘式电机，和采用常规电机相比，解决了空间不足和减轻机械臂末端额外负载的问题，进一步提升了机械臂带负载能力。

8.本机械臂通过关驱动部件节合理布局和腕端采用盘式电机设计，完成了六自由度的机械臂，具有轻量化，负重比高、结构简单、紧凑特点，其结构和功能适合服务机器人抓取、倒水和开门等作业。

附图说明