[发明专利]一种多轴独立控制机械手臂

说明书

本发明公开了一种多轴独立控制机械手臂，其包括手臂部件和驱动部件；其中所述驱动部件包括传动机构和动力机构；所述传动机构包括自上而下依次同轴叠加的一级传动单行星排至N+2级传动单行星排，X级传动单行星排与X+1级传动单行星排之间设有X级过渡单行星排，X为1至N+1，X级传动单行星排与X级过渡单行星排共用一个X级太阳轮，X级过渡单行星排与X+1级传动单行星排共用一个X+1级行星架；所述动力机构包括N+2个驱动电机，其中第Y个驱动电机与Y级传动单行星排的Y级传动齿圈传动连接，Y为1至N+2。本发明的各个自由度运动由各个驱动电机分别独立驱动，且通过多组压力传感器实现外力检测。

技术领域

本发明涉及机械手臂领域，特别是指一种多轴独立控制机械手臂。

背景技术

机械手臂是机械技术领域中得到最广泛实际应用的自动化机械装置，在工业制造、医学治疗、娱乐服务、军事、半导体制造以及太空探索等领域都能见到它的身影。但是现有的多关节机械手臂一般是在两个手臂构件转动连接的关节处设置用于驱动手臂构件运动的驱动电机，即驱动电机是结合到机械手臂的手臂部件上的，这导致机械手臂的手臂部件整体体型和重量过大，大大降低了机械手臂的负载能力。

为提高机械手臂的负载能力，本申请人设计了一种机械手臂（中国专利CN201811494542.3），包括手臂部件和用于驱动手臂部件运动的驱动部件；所述手臂部件包括N个手臂构件，N为大于等于4的正整数；其中第一个手臂构件固定在驱动部件上，第一个手臂构件与第二个手臂构件之间通过第一关节可转动连接，第M个手臂构件与第M+1个手臂构件之间通过第M关节可转动连接，M为2至N-2的正整数；第N-1个手臂构件与第N个手臂构件之间通过第N-1关节可转动连接；第一关节包括一级主动锥齿轮组、一级过渡锥齿轮组、一级从动锥齿轮组、与第一个手臂构件首端固定连接的一级连接座和与第二个手臂构件末端固定连接的一级枢接座，一级连接座与一级枢接座枢接；一级主动锥齿轮组位于一级连接座内，一级主动锥齿轮组包括N+1个依次叠放在一起并且同轴设置的一级主动锥齿轮；一级过渡锥齿轮组的转动中心轴位于一级连接座与一级枢接座的枢接轴上，一级过渡锥齿轮组包括N+1个依次叠放在一起并且同轴设置的一级过渡锥齿轮，第一个一级过渡锥齿轮固定在一级枢接座上，第一个一级过渡锥齿轮至第N+1个一级过渡锥齿轮与第一个一级主动锥齿轮至第N+1个一级主动锥齿轮分别一一对应啮合；一级从动锥齿轮组位于一级枢接座内，一级从动锥齿轮组包括N个依次叠放在一起并且同轴设置的一级从动锥齿轮，第一个一级从动锥齿轮至第N个一级从动锥齿轮与第二个一级过渡锥齿轮至第N+1个一级过渡锥齿轮分别一一对应啮合；所述驱动部件包括N+1个驱动电机，第一个驱动电机至第N+1个驱动电机分别驱动第一个一级主动锥齿轮至第N+1个一级主动锥齿轮转动；第M关节包括M级主动锥齿轮组、M级过渡锥齿轮组、M级从动锥齿轮组、与第M个手臂构件首端固定连接的M级连接座和与第M+1个手臂构件末端固定连接的M级枢接座，M级连接座与M级枢接座枢接；M级主动锥齿轮组位于M级连接座内，M级主动锥齿轮组包括N-M+2个依次叠放在一起并且同轴设置的M级主动锥齿轮；M级过渡锥齿轮组转动中心轴位于M级连接座与M级枢接座的枢接轴上，M级过渡锥齿轮组包括N-M+2个依次叠放在一起并且同轴设置的M级过渡锥齿轮，其中第一个M级过渡锥齿轮固定在M级枢接座上，第一个M级过渡锥齿轮至第N-M+2个M级过渡锥齿轮与第一个M级主动锥齿轮至第N-M+2个M级主动锥齿轮分别一一对应啮合；M级从动锥齿轮组位于M级枢接座内，M级从动锥齿轮组包括N-M+1个依次叠放在一起并且同轴设置的M级从动锥齿轮，第一个M级从动锥齿轮至第N-M+1个M级从动锥齿轮与第二个一级过渡锥齿轮至第N-M+2过渡锥齿轮分别一一对应啮合；M级主动锥齿轮组的第一个M级主动锥齿轮至第N-M+2个M级主动锥齿轮与M-1级从动锥齿轮组的第一个M-1级从动锥齿轮至第N-M+2个M-1级从动锥齿轮分别传动连接；第N-1关节包括N-1级主动锥齿轮组、N-1级过渡锥齿轮组、N-1级从动锥齿轮组、与第N-1个手臂构件首端转动连接的N-1级连接座和与第N个手臂构件末端固定连接的N-1级枢接座，N-1级连接座与N-1级枢接座枢接；N-1级主动锥齿轮组位于N-1级连接座内，N-1级主动锥齿轮组包括三个依次叠放在一起并且同轴设置的N-1级主动锥齿轮，第一个N-1级主动锥齿轮与N-1级连接座固定连接且第一个N-1级主动锥齿轮的转动中心轴位于N-1级连接座的转动中心轴上；N-1级过渡锥齿轮组的转动中心轴位于N-1级连接座与N-1级枢接座的枢接轴上，N-1级过渡锥齿轮组包括两个依次叠放在一起并且同轴设置的N-1级过渡锥齿轮，第一个N-1级过渡锥齿轮固定在N-1级枢接座上，第一个N-1级过渡锥齿轮和第二个N-1级过渡锥齿轮与第二个N-1级主动锥齿轮和第三个N-1级主动锥齿轮分别一一对应啮合；N-1级从动锥齿轮组位于N-1级枢接座内，N-1级从动锥齿轮组包括一个N-1级从动锥齿轮，该N-1级从动锥齿轮与第二个N-1级过渡锥齿啮合；该N-1级从动锥齿轮还与位于第N个手部构件内的转动杆同轴相连；N-1级主动锥齿轮组的第一个N-1级主动锥齿轮至第三个N-1级主动锥齿轮与N-2级从动锥齿轮组的第一个N-2级从动锥齿轮至第三个N-2级从动锥齿轮分别传动连接。其中所述驱动部件还包括第N+2个驱动电机，第N+2个驱动电机驱动第一手臂构件绕第一手臂构件转动中心轴转动。所述驱动部件的第一个驱动电机至第N+2个电机通过齿轮传动机构或涡轮蜗杆传动机构与第一个一级主动锥齿轮至第N+1个一级主动锥齿轮以及第一手臂构件分别传动连接。