[發明專利]一種帶機械鎖定功能的五自由度分時驅動助力機械臂

有效

• 申請號: 202011227439.X
• 申請日: 2020-11-05
• 公開（公告）號: CN112405606B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 歐陽小平;陳重遠;陳珂;蔣昊宜;凌振飛
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B25J18/00
• 分類號: B25J18/00;B25J17/00;B25J17/02
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

本發明公開了一種帶機械鎖定功能的五自由度分時驅動助力機械臂，包括關節一、關節二、關節三和中央分時驅動機構，中央分時驅動機構包括中央分時驅動機構接頭、中央分時驅動機構電機、中央分時驅動機構減速器、中央機架、絲杠摩擦輪和分時驅動機構安裝法蘭體，中央分時驅動機構減速器的輸出端連接中央分時驅動機構減速器輸出軸，中央分時驅動機構減速器輸出軸可帶動中央機架或絲杠摩擦輪旋轉，絲杠摩擦輪旋轉帶動分時驅動機構安裝法蘭體做直線運動。本發明減輕相同自由度下與靜態負載剛度情況下機械臂的自重，減小人體在背負外肢體協作機械臂時的負擔。

技術領域

本發明涉及機器人自動化領域，更具體的說涉及一種帶機械鎖定功能的五自由度分時驅動助力機械臂。

背景技術

外肢體協作機械臂是一種不同于助殘假肢與外骨骼機器人的新型機械臂。作為人類有限肢體的拓展與延伸，外肢體協作機械臂可以輔助人類完成僅靠雙臂不可能完成的任務，在航空工業，軍事工程，搶險作業下均有較為廣泛的應用。在托舉擰螺栓作業，高空懸掛作業等諸多需要多人配合作業的典型場景下，外肢體協作機械臂可以發揮極其重要的作用。世界各國針對外肢體協作機械臂的驗證機器主要有美國麻省理工大學Harry Asada教授分別于2012年、2014年、2015年研發的協助鉆孔外肢體協作機械臂與輔助支撐外肢體協作機械臂以及下肢支撐外肢體協作機械臂；日本慶應大學SASAKI于2017年研制的腿部動作映射外肢體協作機械臂以及哈爾濱工業大學朱延河教授于2018年提出的變構型外肢體協作機械臂。而外肢體協作機械臂由于需要依附人體，其機械本體不能過重，因而限制了外肢體協作機械臂的驅動單元數量以及驅動單元功率上限。在有限的驅動單元數量以及有限輸出功率下如何提升外肢體協作機械臂自由度以及最大出力值成為了必須解決的問題。目前學界對外肢體協作機械臂自鎖節能與關節動力源分時驅動的研究較少，也并沒有一臺樣機可以作為這方面的成熟案例。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種帶機械鎖定功能的五自由度分時驅動助力機械臂，通過伺服電機與減速器系統實現多關節大扭矩輸出，通過分時動力導向切換系統實現四原動機分時控制五自由度的機械臂，通過棘輪機械鎖定機構實現機器人特定關節支撐作業下機械自鎖并獲得極大靜態負載能力，具有自重輕，高度靈活，低能耗，原動機需求少的特點。

本發明解決上述技術問題的方案是：

一種帶機械鎖定功能的五自由度分時驅動助力機械臂，包括關節一、關節二、關節三和中央分時驅動機構，所述關節一包括關節一伺服電機、關節一減速器和關節一交叉滾子軸承，所述關節一伺服電機的輸出軸連接關節一減速的輸入端，所述關節一減速器的輸出端連接關節一交叉滾子軸承的內圈，所述關節二包括關節二支撐骨架、關節二伺服電機、關節二減速器、關節二安裝支架，所述關節一交叉滾子軸承的內圈連接關節二支撐骨架，所述關節二伺服電機的輸出軸連接關節二減速器的輸入端，所述關節二減速器的輸出端連接關節二安裝支架，所述關節二伺服電機安裝于關節二支撐骨架，所述中央分時驅動機構包括中央分時驅動機構接頭、中央分時驅動機構電機、中央分時驅動機構減速器、中央機架、絲杠摩擦輪和分時驅動機構安裝法蘭體，所述中央分時驅動機構接頭連接關節二安裝支架，所述中央分時驅動機構電機安裝于中央分時驅動機構接頭，中央分時驅動機構電機的輸出軸連接中央分時驅動機構減速器的輸入端，所述中央分時驅動機構減速器的輸出端連接中央分時驅動機構減速器輸出軸，所述中央分時驅動機構減速器輸出軸可帶動中央機架或絲杠摩擦輪旋轉，所述絲杠摩擦輪與分時驅動機構安裝法蘭體螺紋配合，絲杠摩擦輪旋轉帶動分時驅動機構安裝法蘭體沿著中央機架的長度方向做直線運動，所述關節三包括關節三連接件、止動棘輪系統、關節三伺服電機、關節三減速器和關節三輸出臂，所述關節三連接件連接分時驅動機構安裝法蘭體，所述止動棘輪系統包括棘輪和安裝于關節三連接件的棘輪驅動舵機，所述棘輪驅動舵機輸出連接棘爪，所述棘爪可配合對棘輪進行鎖止，所述關節三伺服電機包括關節三伺服電機軸，所述關節三伺服電機軸連接關節三減速器的輸入端，所述關節三減速器的輸出端連接關節三輸出臂，所述關節三輸出臂連接棘輪，所述關節三輸出臂連接有關節三輸出桿。

所述關節一減速器、關節二減速器和關節三減速器均為諧波減速器。