[发明专利]一种仿生机械手臂

说明书

本发明公开了一种多自由度人体仿生机械手臂，包括依次相连的肩关节、大臂、肘关节、小臂和机械手，肩关节有两个转动自由度，肘关节有两个转动自由度，腕关节有一个转动自由度，机械手有五根手指，各具有一个屈伸自由度；本发明以人体手臂及手掌为蓝本，在自由度的排列、外观的设计等方面都力求与人类相接近，具有控制简单、自由度多、安装方便、成本低廉、造型美观等优点，既可作为模块安装在服务机器人上，又能单独用于教学研究、开发应用等各种领域中。

技术领域

本发明涉及一种多自由度人体仿生机械手臂，属于仿生机器人技术领域。

背景技术

在日常生活领域，随着服务机器人的蓬勃发展，机器人助手已逐渐走进人类家庭。机械手臂作为服务机器人的主要执行机构，其重要性不言而喻。机械手臂可以完成抓取、焊接、装配、机械加工等诸多功能，在工业生产中可以大大提高工作效率、作业精度。在恶劣环境下，如烟雾、粉尘、易燃易爆、高温、高压、有毒气体及放射性环境等，由机器人代替劳动人员能很好地保证工作人员的安全。

为了能使服务机器人更好地适应家庭室内的工作环境和进一步得到普及，其机械手臂必须具有小型化、功能化、人性化、灵活性、观赏性、安全性、低成本等特点，这些都是目前工业或者特种机械手臂所缺乏的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术缺陷，提供一种适用于家庭服务机器人的仿生机械手臂，动作灵活，结构简单，控制精确，低廉且易于制造。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种多自由度人体仿生机械手臂，其特征在于：包括依次相连的肩关节、大臂、肘关节、小臂和机械手；

所述肩关节包括横向并排设置的基座和轴承座，基座上固设有第一舵机，轴承座中设有第一轴承，第一舵机的舵盘固连有第一传动轴，并且第一传动轴配合插设在第一轴承中；第一传动轴穿过轴承座后固定连接有肩胛，肩胛上固设有第二舵机；第二舵机的输出轴心与第一舵机的输出轴心垂直；第一传动轴的轴心与第一舵机的输出轴心平行或一致；所述第一传动轴的方向为肩关节的轴线方向；

所述大臂包括肱骨，肱骨的上部与第二舵机的舵盘固定连接，肱骨的中间固设有第三舵机，肱骨下部设有第二轴承，第三舵机的舵盘固连有第二传动轴，第二传动轴配合插设在第二轴承中；第三舵机的输出轴心与第二舵机的输出轴心垂直，第二传动轴的轴心与第三舵机的输出轴心平行或一致；所述第二传动轴的方向为大臂的轴线方向；

所述肘关节包括肘，肘的上部与第二传动轴固定连接，肘的下部固设有第四舵机，并且第四舵机的输出轴心垂直于第三舵机的输出轴心；

所述小臂包括尺骨，尺骨的后部与第四舵机的舵盘固定连接，尺骨的中间固设有第五舵机，第五舵机的输出轴心垂直于第四舵机的输出轴心；尺骨的前部设有第三轴承，第五舵机的舵盘固连有第三传动轴，第三传动轴配合插设在第三轴承中；第三传动轴的轴心与第五舵机的输出轴心平行或一致；所述第三传动轴的方向为小臂的轴线方向；

所述机械手包括腕、手掌下和手掌上；腕的后部与第三传动轴的舵盘固定连接，腕的前部与手掌下固定连接，手掌上与手掌下固定连接；手掌下的中间安装有第六舵机、第七舵机、第八舵机、第九舵机和第十舵机，其中，第八舵机位于手掌位置，第八舵机的输出轴心方向与拇指垂直，用于通过拉线控制拇指的屈伸，第六舵机、第七舵机、第九舵机和第十舵机均位于小臂内部、手掌和手腕之间，平行叠加排列以减少所占空间，分别用于通过相应的拉线控制食指、中指、无名指和小指的屈伸，所述拉线均穿在相应手指和手掌的内部并且其两端分别与相应舵盘和指尖固定相连；第六舵机、第七舵机、第九舵机和第十舵机的输出轴心均垂直于第五舵机的输出轴心；