[實用新型]一種面向人機協作仿生輕量化機械臂

有效

• 申請號: 201920993961.5
• 申請日: 2019-06-28
• 公開（公告）號: CN210551219U
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 黃沿江;陳彥霖;張憲民;宋春雨
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B25J9/04
• 分類號: B25J9/04;B25J9/10;B25J9/12
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 謝靜娜

本實用新型公開一種面向人機協作仿生輕量化機械臂，包括第一機臂、第二機臂、腕關節、肘關節和肩關節，肩關節與肘關節之間的為第一機臂，肘關節與腕關節之間的為第二機臂，所述腕關節為三自由度的運動副，腕關節包括一個兩自由度的并聯機構串聯一個單自由度虎克鉸機構，肘關節為單自由度的轉動關節，肩關節為三自由度并聯球關節機構，所述機械臂還包括一個肘關節驅動電機和三個腕關節驅動電機，設于第二機臂上靠近肩關節的一端的肘關節驅動電機和腕關節驅動電機均通過繩驅傳動分別控制肘關節和腕關節。本實用新型的機械臂通過減少碰撞慣量來提高人機交互的安全性。

技術領域

本實用新型涉及機器人技術領域，特別涉及一種面向人機協作仿生輕量化機械臂。

背景技術

隨著機器人技術的發展，機器人越來越多地進入人類生產生活的非結構化環境。機器人與人共融將成為新一代機器人的本質特征，所以人機協作機器人是當前機器人主要的研究和發展的方向之一。隨著機器人技術的發展和機器人生產商的大力推動，協作機器人開始進入到人類的生產生活中。協作機器人在制造業、醫療、服務等領域有廣泛的應用前景。特別是針對電子消費品行業和家具行業的柔性裝配，結合了人類技能與機器人重復工作能力的人機協作系統將改變目前全手動裝配的現狀，把柔性裝配帶入一個全新的時代。

目前，協作機器人主要通過兩種方法來保障人機協作中的安全問題。一種是通過柔性關節的方法，通常由剛性桿件和柔性關節或由剛性桿件和剛柔關節組成，剛柔關節是由部分剛性關節和部分柔性關節組成的，柔性關節在與人發生交互的時候較為柔順，能夠避免剛性碰撞，但是這種方法會使得機器人整體剛度下降，控制精度降低。另一種是通過增加關節力傳感器的方法，來獲知外部的交互信息，在與人發生接觸或者在交互過程中采取相應的調整策略，但是這種方法會受到控制響應速度以及傳感器可靠性的限制。

人類的手臂為七自由度，其中肩關節為三個自由度并聯，肘關節為一個自由度，腕關節為三個自由度并聯，傳統工業機器人一般為六個自由度的串聯機構，與人交互起來需要進行與人手臂的工作位姿的相似性匹配，而且可達區間和靈活工作區間較小。

實用新型內容

本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供一種七自由度的面向人機協作仿生輕量化機械臂，該機械臂通過減少碰撞慣量來提高人機交互的安全性。

本實用新型的技術方案為：一種面向人機協作仿生輕量化機械臂，包括第一機臂、第二機臂、腕關節、肘關節和肩關節，肩關節與肘關節之間的為第一機臂，肘關節與腕關節之間的為第二機臂，所述腕關節為三自由度的運動副，腕關節包括一個兩自由度的并聯機構串聯一個單自由度虎克鉸機構，肘關節為單自由度的轉動關節，肩關節為三自由度并聯球關節機構，所述機械臂還包括一個肘關節驅動電機和三個腕關節驅動電機，設于第二機臂上靠近肩關節的一端的肘關節驅動電機和腕關節驅動電機均通過繩驅傳動分別控制肘關節和腕關節。其中，腕關節、肘關節和肩關節的設計與人手相符合，可以達到與人手相近的工作位姿，不需再進行轉化，該機械臂的設計具有輕量化的優點，肘關節和腕關節的驅動均采用繩驅傳動的方式，機械臂的主要質量集中在肩關節處，并且減少了傳動部件的質量，保證在機器人進行人機協作的過程中機械臂的碰撞慣量盡量小來實現人機交互的安全性。

所述第一機臂和第二機臂連接處為肘關節，第一機臂和第二機臂通過齒輪嚙合，過齒輪的圓心設有用于保持嚙合距離的連接桿，齒輪上設有用于控制肘關節實現轉動的動滑輪。

所述第一機臂和第二機臂的齒輪上設有兩對動滑輪，每個齒輪上各設有兩個動滑輪，同一個齒輪上的動滑輪位于同一直徑上且距圓心距離相等，兩對動滑輪的繞繩均與連接桿平行，兩對動滑輪的繞繩均通過收放線與肘關節驅動電機連接。其中，兩根收放線方向相反地繞于肘關節驅動電機的輸出端上，肘關節驅動電機輸出端往返轉帶動收放繩分別進行收放動作，從而實現肘關節的往返運動，肘關節的轉動角度為180°，可以通過調整動滑輪的繞繩圈數來調整減速比，減速比的調整范圍為2的整數倍。