[发明专利]一种带机械锁定功能的五自由度分时驱动助力机械臂

说明书

本发明公开了一种带机械锁定功能的五自由度分时驱动助力机械臂，包括关节一、关节二、关节三和中央分时驱动机构，中央分时驱动机构包括中央分时驱动机构接头、中央分时驱动机构电机、中央分时驱动机构减速器、中央机架、丝杠摩擦轮和分时驱动机构安装法兰体，中央分时驱动机构减速器的输出端连接中央分时驱动机构减速器输出轴，中央分时驱动机构减速器输出轴可带动中央机架或丝杠摩擦轮旋转，丝杠摩擦轮旋转带动分时驱动机构安装法兰体做直线运动。本发明减轻相同自由度下与静态负载刚度情况下机械臂的自重，减小人体在背负外肢体协作机械臂时的负担。

技术领域

本发明涉及机器人自动化领域，更具体的说涉及一种带机械锁定功能的五自由度分时驱动助力机械臂。

背景技术

外肢体协作机械臂是一种不同于助残假肢与外骨骼机器人的新型机械臂。作为人类有限肢体的拓展与延伸，外肢体协作机械臂可以辅助人类完成仅靠双臂不可能完成的任务，在航空工业，军事工程，抢险作业下均有较为广泛的应用。在托举拧螺栓作业，高空悬挂作业等诸多需要多人配合作业的典型场景下，外肢体协作机械臂可以发挥极其重要的作用。世界各国针对外肢体协作机械臂的验证机器主要有美国麻省理工大学Harry Asada教授分别于2012年、2014年、2015年研发的协助钻孔外肢体协作机械臂与辅助支撑外肢体协作机械臂以及下肢支撑外肢体协作机械臂；日本庆应大学SASAKI于2017年研制的腿部动作映射外肢体协作机械臂以及哈尔滨工业大学朱延河教授于2018年提出的变构型外肢体协作机械臂。而外肢体协作机械臂由于需要依附人体，其机械本体不能过重，因而限制了外肢体协作机械臂的驱动单元数量以及驱动单元功率上限。在有限的驱动单元数量以及有限输出功率下如何提升外肢体协作机械臂自由度以及最大出力值成为了必须解决的问题。目前学界对外肢体协作机械臂自锁节能与关节动力源分时驱动的研究较少，也并没有一台样机可以作为这方面的成熟案例。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种带机械锁定功能的五自由度分时驱动助力机械臂，通过伺服电机与减速器系统实现多关节大扭矩输出，通过分时动力导向切换系统实现四原动机分时控制五自由度的机械臂，通过棘轮机械锁定机构实现机器人特定关节支撑作业下机械自锁并获得极大静态负载能力，具有自重轻，高度灵活，低能耗，原动机需求少的特点。

本发明解决上述技术问题的方案是：

一种带机械锁定功能的五自由度分时驱动助力机械臂，包括关节一、关节二、关节三和中央分时驱动机构，所述关节一包括关节一伺服电机、关节一减速器和关节一交叉滚子轴承，所述关节一伺服电机的输出轴连接关节一减速的输入端，所述关节一减速器的输出端连接关节一交叉滚子轴承的内圈，所述关节二包括关节二支撑骨架、关节二伺服电机、关节二减速器、关节二安装支架，所述关节一交叉滚子轴承的内圈连接关节二支撑骨架，所述关节二伺服电机的输出轴连接关节二减速器的输入端，所述关节二减速器的输出端连接关节二安装支架，所述关节二伺服电机安装于关节二支撑骨架，所述中央分时驱动机构包括中央分时驱动机构接头、中央分时驱动机构电机、中央分时驱动机构减速器、中央机架、丝杠摩擦轮和分时驱动机构安装法兰体，所述中央分时驱动机构接头连接关节二安装支架，所述中央分时驱动机构电机安装于中央分时驱动机构接头，中央分时驱动机构电机的输出轴连接中央分时驱动机构减速器的输入端，所述中央分时驱动机构减速器的输出端连接中央分时驱动机构减速器输出轴，所述中央分时驱动机构减速器输出轴可带动中央机架或丝杠摩擦轮旋转，所述丝杠摩擦轮与分时驱动机构安装法兰体螺纹配合，丝杠摩擦轮旋转带动分时驱动机构安装法兰体沿着中央机架的长度方向做直线运动，所述关节三包括关节三连接件、止动棘轮系统、关节三伺服电机、关节三减速器和关节三输出臂，所述关节三连接件连接分时驱动机构安装法兰体，所述止动棘轮系统包括棘轮和安装于关节三连接件的棘轮驱动舵机，所述棘轮驱动舵机输出连接棘爪，所述棘爪可配合对棘轮进行锁止，所述关节三伺服电机包括关节三伺服电机轴，所述关节三伺服电机轴连接关节三减速器的输入端，所述关节三减速器的输出端连接关节三输出臂，所述关节三输出臂连接棘轮，所述关节三输出臂连接有关节三输出杆。

所述关节一减速器、关节二减速器和关节三减速器均为谐波减速器。