[發明專利]一種仿人型七自由度機械臂

無效

• 申請號: 201210363694.6
• 申請日: 2012-09-26
• 公開（公告）號: CN102837322A
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發明（設計）人: 黃剛
• 申請（專利權）人: 黃剛
• 主分類號: B25J18/04
• 分類號: B25J18/04;B25J17/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 高媛

技術領域

本發明涉及一種應用于仿人機器人系統的機械臂，屬于機器人領域。

背景技術

機械臂是實現機器人系統主體與末端執行器連接的重要工具，機械臂的活動范圍、負載能力直接影響機器人末端執行器的作業能力。近年來服務型機器人、空間機器人以及特種操作機器人等的迅速發展，對機械臂的性能提出了更高的要求。七自由度機械臂憑借其良好的操作靈活性及避障能力逐漸成為機器人領域的研究熱點。目前由美國國家宇航局（NASA）和通用汽車公司（GM）合作研發的機器人宇航員R2已在空間站正式開展工作，其機械臂模塊化程度低，不利于部件的維修與更換；歐洲宇航局的DEXARM機械臂其自由度配置不利于其后續更高性能的控制工作。目前國內市場上成熟的機械臂普遍存在重量大、負載能力低、靈活性差、集成度低等的問題，限制了機器人系統末端執行器工作能力的進一步提高。

發明內容

本發明的目的是提供一種仿人型七自由度機械臂，以解決現有機械臂重量大、負載能力低、靈活性差、集成度低，限制機器人系統末端執行器工作能力進一步提高的問題。

本發明為解決上述問題采取的技術方案是：

一種仿人型七自由度機械臂，所述機械臂包括機械臂基座、導線、七個臂桿及七個機電一體化的模塊化旋轉關節；所述七個臂桿分別第一臂桿、第二臂桿、第三臂桿、第四臂桿、第五臂桿、第六臂桿及第七臂桿，所述七個機電一體化的模塊化旋轉關節分別是第一肩關節、第二肩關節、第一肘關節、第二肘關節、第一腕關節、第二腕關節及第三腕關節；第一肩關節的輸入端與機械臂基座固連，第一肩關節的輸出端與第一臂桿的輸入端固連，第一臂桿的輸出端與第二肩關節的輸入端固連，第二肩關節的輸出端與第二臂桿的輸入端固連，第二臂桿的輸出端與第一肘關節的輸入端固連，第一肘關節的輸出端與第三臂桿的輸入端固連，第三臂桿的輸出端與第二肘關節的輸入端固連，第二肘關節的輸出端與第四臂桿的輸入端固連，第四臂桿的輸出端與第一腕關節的輸入端固連，第一腕關節的輸出端與第五臂桿的輸入端固連，第五臂桿的輸出端與第二腕關節的輸入端固連，第二腕關節的輸出端與第六臂桿的輸入端固連，第六臂桿的輸出端與第三腕關節的輸入端固連，第三腕關節的輸出端與第七臂桿的輸入端固連，第七臂桿的輸出端與機械臂的末端執行器固連；第一肩關節的旋轉軸線、第二肩關節的旋轉軸線和第一肘關節的旋轉軸線相交于一點；第一肘關節的旋轉軸線、第二肘關節的旋轉軸線和第一腕關節的旋轉軸線交于一點；第二肩關節的旋轉軸線與第二肘關節的旋轉軸線空間平行設置；第二腕關節的旋轉軸線與第三腕關節的旋轉軸線正交設置，第一腕關節的旋轉軸線分別與第二腕關節的旋轉軸線及第三腕關節的旋轉軸線垂直相交；第一肩關節、第二肩關節、第一肘關節、第二肘關節、第一腕關節、第二腕關節及第三腕關節中的每相鄰兩個關節間通過導線進行電氣連接。

本發明的有益效果是：本發明具有結構模塊化、配置緊湊、重量輕、集成度高、靈活性強、負載能力強、維修維護性強、失電制動、可靠性高等優點。本發明能夠實現肩關節的旋轉與俯仰，肘關節的旋轉與彎曲，腕關節的旋轉、俯仰與側擺；通過設置對應關節的轉動范圍，實現機械臂與人體手臂相近的工作空間；采用臂桿中心孔及關節中心孔走線的方式，將相鄰兩關節進行電氣連接，實現機械臂電氣系統的串聯，提高了機器人系統末端執行器工作能力。

附圖說明

圖1為本發明的整體結構軸測圖；圖2是本發明機械臂的主視圖；圖3是簡化的模塊化關節軸測圖，圖4是簡化的模塊化關節主剖視圖；圖5a-圖5c是模塊化關節軸測圖，其中圖5a為第一肩關節與第二肩關節裝配的整體軸測圖，圖5b為第一肘關節與第二肘關節裝配的整體軸測圖，圖5c為第一腕關節、第二腕關節與第三腕關節裝配的整體軸測圖；圖6a-圖6f是機械臂相鄰關節間電氣連線的走線路徑剖視圖，其中圖6a為第一肩關節與第二肩關節之間的走線路徑俯視剖視圖，圖6b為第二肩關節與第一肘關節之間的走線路徑右剖視圖，圖6c為第一肘關節與第二肘關節之間的走線路徑右剖視圖，圖6d為第二肘關節與第一腕關節之間的走線路徑右剖視圖，圖6e為第一腕關節與第二腕關節之間的走線路徑主剖視圖，圖6f為第二腕關節與第三腕關節之間的走線路徑剖視圖；圖7a-圖7b為由末端執行器引出的導線在機械臂內部走線路徑的剖視圖，其中圖7a為機械臂內部走線主剖視圖，圖7b為機械臂內部走線右剖視圖；圖8是機械臂關節運動范圍主視圖；圖9是圖8的右視圖；圖10是圖8的仰視圖。

具體實施方式