[發(fā)明專利]一種腕關(guān)節(jié)及其機(jī)械臂

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010893415.1
• 申請(qǐng)日: 2020-08-31
• 公開（公告）號(hào): CN112109112B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘇偉;李軼;呂添;彭旭東;吳甲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J17/02
• 分類號(hào): B25J17/02;B25J18/02;B25J18/04
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 梁倩;廖輝

本發(fā)明公開了一種腕關(guān)節(jié)及其機(jī)械臂，所述腕關(guān)節(jié)包括：球關(guān)節(jié)、關(guān)節(jié)槽、螺桿、萬向聯(lián)軸器、螺桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、蝸輪及蝸桿；所述球關(guān)節(jié)為中空的球缺狀結(jié)構(gòu)；所述關(guān)節(jié)槽為圓柱狀結(jié)構(gòu)，且其頂部端面加工有與所述球關(guān)節(jié)配合的球槽，每個(gè)螺桿的頂端分別與對(duì)應(yīng)的萬向聯(lián)軸器的一端連接，該萬向聯(lián)軸器的另一端通過連接部件活動(dòng)連接在所述球關(guān)節(jié)的開口端上；每個(gè)螺桿的底端分別與對(duì)應(yīng)的螺桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，所述螺桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在關(guān)節(jié)槽的底部端面上；所述蝸輪同軸安裝在關(guān)節(jié)槽的底部端面上；本發(fā)明依據(jù)人體關(guān)節(jié)的仿生原理作為理論支撐，最大優(yōu)化關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了三自由度的轉(zhuǎn)動(dòng)，降低結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，增強(qiáng)了關(guān)節(jié)的控制精度，增強(qiáng)了機(jī)械臂的穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于智能機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種腕關(guān)節(jié)及其機(jī)械臂。

背景技術(shù)

機(jī)械臂在生產(chǎn)、生活中已得到廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的機(jī)械臂結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不夠緊湊，關(guān)節(jié)處設(shè)計(jì)復(fù)雜，自由度受限，從而使得機(jī)械臂在使用過程中受到很大的局限。而機(jī)械臂的腕關(guān)節(jié)一般需要三個(gè)自由度，目前常見的設(shè)計(jì)是由三個(gè)具有單一方向繞動(dòng)的機(jī)械關(guān)節(jié)組合，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂在空間上的移動(dòng)，因此，現(xiàn)有的腕關(guān)節(jié)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制精度低，轉(zhuǎn)動(dòng)位置不精確等問題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種腕關(guān)節(jié)及其機(jī)械臂，依據(jù)人體關(guān)節(jié)的仿生原理作為理論支撐，最大優(yōu)化關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了三自由度的轉(zhuǎn)動(dòng)，降低結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，增強(qiáng)了關(guān)節(jié)的控制精度，增強(qiáng)了機(jī)械臂的穩(wěn)定性。

本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種腕關(guān)節(jié)，包括：球關(guān)節(jié)、關(guān)節(jié)槽、螺桿、萬向聯(lián)軸器、螺桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、蝸輪及蝸桿；

所述球關(guān)節(jié)為中空的球缺狀結(jié)構(gòu)，即球殼被一個(gè)平面所截取部分后剩下的部分，且球關(guān)節(jié)的體積大于1/2所述球殼的體積；所述球關(guān)節(jié)的平面為開口；

所述關(guān)節(jié)槽為圓柱狀結(jié)構(gòu)，且其頂部端面加工有與所述球關(guān)節(jié)配合的球槽，底部端面延伸出環(huán)形外沿；所述環(huán)形外沿上加工有沿其周向均勻分布的通孔；所述關(guān)節(jié)槽的球槽內(nèi)徑大于所述球關(guān)節(jié)的外徑；

兩個(gè)以上螺桿分別一一對(duì)應(yīng)穿過所述通孔；每個(gè)螺桿的頂端分別與對(duì)應(yīng)的萬向聯(lián)軸器的一端連接，該萬向聯(lián)軸器的另一端通過連接部件活動(dòng)連接在所述球關(guān)節(jié)的開口端上；每個(gè)螺桿的底端分別與對(duì)應(yīng)的螺桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，所述螺桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在關(guān)節(jié)槽的底部端面上，用于驅(qū)動(dòng)螺桿沿所述通孔的軸向上下移動(dòng)；當(dāng)所述螺桿沿所述通孔的軸向上下移動(dòng)時(shí)，球關(guān)節(jié)的球心位置會(huì)發(fā)生偏移，即球關(guān)節(jié)在所述關(guān)節(jié)槽的球槽內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)；

所述蝸輪同軸安裝在關(guān)節(jié)槽的底部端面上，且蝸輪與關(guān)節(jié)槽同步轉(zhuǎn)動(dòng)；所述蝸桿與蝸輪嚙合，并與外部的驅(qū)動(dòng)裝置連接，所述驅(qū)動(dòng)裝置用于驅(qū)動(dòng)所述蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，蝸桿帶動(dòng)蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)關(guān)節(jié)槽隨蝸輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，即球關(guān)節(jié)繞所述關(guān)節(jié)槽的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。

進(jìn)一步的，所述連接部件包括：連接卡和彈簧桿；

所述球關(guān)節(jié)的開口端設(shè)有兩個(gè)以上沿其周向均勻分布的支耳，所述彈簧桿安裝在所述支耳內(nèi)，所述彈簧桿的兩端分別設(shè)有可伸縮的伸縮桿；

所述連接卡的一端與萬向聯(lián)軸器上螺桿所在端的相對(duì)端連接；連接卡的另一端與彈簧桿連接，實(shí)現(xiàn)萬向聯(lián)軸器與球關(guān)節(jié)的開口端的活動(dòng)連接；

其中，所述連接卡與彈簧桿的連接方式為：當(dāng)彈簧桿兩端的伸縮桿伸出時(shí)，插入到連接卡上加工的連接孔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)二者的連接；當(dāng)彈簧桿兩端的伸縮桿收回時(shí)，從連接卡上的連接孔拔出，實(shí)現(xiàn)二者的分離。

進(jìn)一步的，所述螺桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括：電機(jī)、主動(dòng)齒輪、空心齒輪及齒輪蓋；

所述空心齒輪上加工有與所述螺桿配合的內(nèi)螺紋；

所述空心齒輪套裝在螺桿伸出于關(guān)節(jié)槽部分的外部，且空心齒輪與螺桿螺紋配合；主動(dòng)齒輪與空心齒輪嚙合，所述齒輪蓋通過焊接固定在關(guān)節(jié)槽的底部端面上，并蓋裝在齒輪組外部，實(shí)現(xiàn)對(duì)空心齒輪軸向限位；電機(jī)安裝在齒輪蓋上，電機(jī)的輸出軸穿過齒輪蓋后，與主動(dòng)齒輪同軸連接。