[发明专利]一种仿人机器人上肢

说明书

一种仿人机器人上肢，它包含基座、腰部、两个机械臂和两个机械爪；每个所述机械臂为8自由度机械臂，包含依次连接在一起的4自由度肩部、1自由度肘部和3自由度手腕，所述4自由度肩部包含1自由度肩胸锁关节，以使机械臂在水平面内绕腰部作旋转运动，每个机械爪与对应的3自由度手腕相连；腰部为3自由度结构，包含依次相连的1自由度俯仰关节、1自由度旋转关节和1自由度横滚关节，1自由度俯仰关节安装在基座上，1自由度肩胸锁关节与1自由度横滚关节相连。本发明具有自由度高、结构紧凑、负载能力强、工作空间和可操作性方面的性能优越。

技术领域

本发明涉及智能机器人领域，尤其涉及一种仿人机器人上肢。

背景技术

仿人机器人一般由头部系统、双臂系统、腰部系统、下肢移动系统构成，其中仿人机器人上肢体结构一般由双臂系统和腰部系统组成。目前常用的双臂系统大多数都采用6自由度或7自由度机械臂，为了实现灵巧操作能力，在完成操作任务的同时实现避障、拟人等需求，仿人机器人一般采用7自由度机械臂。7自由度机械臂常采用平行肩式结构与倾斜肩式结构，但是平行肩式7自由度机械臂会因为第一个肩关节的轴重合影响机械手的运动学性能，使每个手臂的公共工作空间体积较小，倾斜肩式的7自由度机械臂又会牺牲双臂主任务区域之外的运动学性能。即目前的7自由度机械臂组成的双臂系统在整个工作空间中运动学性能无法满足使用需求。仿人机器人腰部系统设计中，可分为外形复刻的机构仿人腰部和实现人类腰部运动能力的功能仿人腰部。前者，学者侧重于研究类似人类脊柱的多自由度串联腰部机构，但这种腰部机构的承载能力较弱；而后者侧重于在操作能力的仿人机器人设计中，实现机器人躯干俯仰、旋转和侧摆运动，但目前常用的并联构型存在灵活性差，加工装配要求高等缺点。

发明内容

本发明为克服现有技术的不足，提供一种仿人机器人上肢，该上肢自由度高、结构紧凑、负载能力强、工作空间和可操作性方面性能优越。

一种仿人机器人上肢包含基座、腰部、两个机械臂和两个机械爪；每个所述机械臂为8自由度机械臂，包含依次连接在一起的4自由度肩部、1自由度肘部和3自由度手腕，所述4自由度肩部包含1自由度肩胸锁关节，以使机械臂在水平面内绕腰部作旋转运动，每个机械爪与对应的3自由度手腕相连；腰部为3自由度结构，包含依次相连的1自由度俯仰关节、1自由度旋转关节和1自由度横滚关节，1自由度俯仰关节安装在基座上，1自由度肩胸锁关节与1自由度横滚关节相连。

本发明相比现有技术的有益效果是：

将总工作区和公共工作面积的乘积作为工作空间的性能指标，采用本实施方式设计的8自由度双臂上肢性能是平行肩式7自由度双臂系统性能的2.9倍，是倾斜肩式7自由度双臂系统性能的2.8倍；在可操作性方面，将双臂雅可比矩阵与雅可比矩阵转置做乘积，并将结果的行列式作为性能指标，采用本实施方式设计的8自由度双臂上肢性能是平行肩式7自由度双臂系统性能的3.33倍，是倾斜肩式7自由度双臂系统性能的2.86倍。

本发明采取将1自由度俯仰关节放在基座处，相较于现有的将旋转关节放在底座处，大大提升了仿人机器人上肢体的工作空间。

本发明仿人机器人上肢自由度高、结构紧凑、负载能力强、工作空间和可操作性方面性能优越、同时成本低易于维护，是一种通用性的仿人机器人上肢体结构。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步地说明：

附图说明

图1为本发明的仿人机器人上肢的整体结构图；

图2为8自由度机械臂的结构示意图；

图3为8自由度机械臂中各个关节的结构示意图；

图4为关节模组的主剖视图；

图5为关节模组的一个方向看的立体图；

图6为关节模组的另一个方向看的立体图。

具体实施方式