[發明專利]一種六自由度仿人機器人手臂

有效

• 申請號: 201310455640.7
• 申請日: 2013-09-29
• 公開（公告）號: CN103465272A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 李瑞峰;趙立軍;梁培棟;馬國慶;張騰飛;仝勛偉
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B25J18/00
• 分類號: B25J18/00;B25J17/00
• 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

本發明涉及一種機器人手臂，具體涉及一種六自由度仿人機器人手臂。

背景技術

隨著科技的進步，機器人的研究應用領域在不斷擴展，其中仿人機器人的研究和應用尤其受到普遍關注，并成為智能機器人領域中最活躍的研究熱點之一。仿人機器人在助老、助殘領域得到廣泛應用，可完成取藥、倒水、冰箱取物、開門和攙扶老人等行為。機器人機械手臂是仿人機器人系統中最具代表性的復雜部件，是仿人機器人完成抓取作業和與人機交互的基礎，仿人機器人配備雙臂，因此其結構設計的緊湊和通用性和靈活性是實現手臂智能控的首要因素，同時機械臂的運動靈活性、安全性、平穩性和多自由度關節機構的模塊化設計是一個急需解決的問題。評價機器人運動靈活性的關鍵是機器人肩關節、肘關節、腕關節的多自由度運動機構設計，安全性體現在肩擺關節是否能實現自鎖，模塊化使關節緊湊和便于更換?，F有的機器人手臂存在關節結構臃腫、自身重量大、負重比低和控制繁瑣的問題。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有的機器人手臂存在關節結構臃腫、自身重量大、負重比小和控制繁瑣的問題。進而提供一種六自由度仿人機器人手臂。

本發明的技術方案是：一種六自由度仿人機器人手臂，它包括手爪、腕關節、小臂、肘擺關節、肘關節、大臂和肩關節，肩關節、大臂、肘關節、小臂、腕關節和手爪由上至下依次設置，

所述肩關節包括擺臂伺服電機、轉臂伺服電機、轉動傳送帶、擺臂傳送帶、肩擺轉支架、蝸輪、蝸桿和肩關節支架，肩擺轉支架和肩關節支架由左至右依次固定設置，轉動傳送帶和擺臂傳送帶設置在肩抬起和轉動支架的左側，蝸輪和蝸桿設置在肩關節支架上，且蝸輪和蝸桿相互嚙合，擺臂臂伺服電機通過傳送帶與蝸桿連接，通過擺臂伺服電機的轉動實現機器人手臂的擺動動作；轉動伺服電機通過傳送帶與轉動支架連接，通過轉臂伺服電機的轉動實現機器人手臂的轉動動作，

所述肘關節包括肘轉關節和肘擺關節，肘轉關節和肘擺關節上下設置，肘轉關節包括大臂殼體、驅動電機和減速器，上臂殼體設置在肩關節和肘擺關節驅動電機之間，驅動電機和減速器由上至下依次設置在大臂殼體內，

肘擺關節包括肘擺關節驅動電機、肘關節傳送帶、肘擺關節減速器和肘關節殼體，肘關節殼體設置在大臂和小臂之間，肘關節傳送帶設置在肘關節殼體的側壁上，肘擺關節驅動電機設置在肘關節殼體內并與肘關節傳送帶連接，肘擺關節減速器設置在肘關節殼體內，

所述腕關節包括手爪連接支架、腕關節擺動電機和腕關節轉動電機，手爪連接支架設置在小臂和手爪之間，腕關節擺動電機設置在手爪連接支架的一側，腕關節轉動電機設置在手爪連接支架的上端。

所述手爪為五指手爪，外部為手套，拇指關節和手指關節是固定的，拇指與其余4指實現單自由度開合功能，由一舵機完成驅動。

本發明與現有技術相比具有以下效果：

1.本發明具有肩關節轉動、肩關節擺動、肘關節轉動、肘關節擺動、腕關節擺動和腕關節轉動六個自由度，在關節位置不變前提下，電機采取了上移和進胸方式，完成了所需自重較小和高負重比的六自由度的功能。

2.本發明的機械手采用五手指夾持，結構簡單。

3.本發明在與機器人系統配合使用時，能夠將肩關節的兩個驅動電機放在胸腔，避免了肩關節結構臃腫問題，通過蝸輪蝸桿、傳動帶將動力輸出到肩關節，實現了具有自鎖功能的高精度肩擺動作和簡捷的肩關節轉動結構。

4.本發明在機械臂末端的腕關節采用兩個盤式電機驅動，減輕了機械臂末端的自身負載，實現了腕關節擺動和腕關節轉動兩個自由度。

5.本發明中優化了驅動肩關節和肘關節的驅動電機在機械臂中占用位置，并在肘擺采取了減速器與驅動電機分離部署，節省了空間和進一步減輕肩部驅動的載荷，使機械臂外型更緊湊。

6.本發明中肘轉關節、肘擺關節、腕轉和腕擺關節直接采用了減速器輸出端與關節支架直連方式，避免了引入其他傳動環節帶來的傳動誤差。具有結構簡單，傳動精度高特點。

7.本發明利用減速器的輸出端與支架直接配合，結構簡單，驅動腕關節的伺服電機使用盤式電機，和采用常規電機相比，解決了空間不足和減輕機械臂末端額外負載的問題，進一步提升了機械臂帶負載能力。

8.本機械臂通過關驅動部件節合理布局和腕端采用盤式電機設計，完成了六自由度的機械臂，具有輕量化，負重比高、結構簡單、緊湊特點，其結構和功能適合服務機器人抓取、倒水和開門等作業。

附圖說明