CN101972197A - 多关节仿人按摩机器人手臂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多关节仿人按摩机器人手臂，属于服务机器人领域。由具有摆动副的肩关节通过大臂与具有一个回转副和一个摆动副的肘关节连接、该肘关节通过小臂与具有回转副和摆动副的腕部关节连接。优点是结构新颖、简捷紧凑、体积小、重量轻，各关节连接可靠并采用模块化设计，拆卸方便，电机线、传感器线内置，传动关系简单明了；手臂具有5自由度的特点，手臂运动范围大、灵活；安全性强、可达性强、双手协调运动灵活，应用范围广。

Description

多关节仿人按摩机器人手臂
技术领域
本发明属于服务机器人领域，尤其是指能进行按摩的医疗服务设备。
背景技术
我国已进入老龄化社会，现在我国的老年人口已达到1.32亿，并以年均3.30%的速度持续增长，不断增加的老年人口对医疗和保健有着巨大的需求，成为我国面对的重大社会服务问题。服务机器人可有效的缓解医务人员不足的现状，提高老年人和残疾人的生活质量，为我国社会的稳定发展起到积极作用。然而目前缺少能实现一定按摩功能的按摩机器人，在这种按摩机器人的结构中，按摩机器人手臂是其中的关键装置之一，需要它能模仿人的手臂功能进行各种各样的操作，即完成腕部回转、腕部摆动、肘部摆动、肘部回转、大臂摆动等动作，这些都是需要人们进行研制的。
发明内容
本发明提供一种多关节仿人按摩机器人手臂，以解决目前缺少能实现一定按摩功能的按摩机器人手臂的问题。
本发明采取的技术方案是：由具有摆动副的肩关节通过大臂与具有一个回转副和一个摆动副的肘关节连接、该肘关节通过小臂与具有回转副和摆动副的腕部关节连接。
本发明肩关节的结构是：第一电机与肩部电机座固定连接，肩部电机座与肩部支架固定连接，肩部旋转轴与肩部支架连接，肩部连接轴与肩部支架连接，肩部轴承端盖与肩部支架固定连接，肩部旋转轴端盖与肩部旋转轴固定，连接形成肩部关节的摆动副，大臂支架与肩部旋转轴、肩部连接轴固定连接。
本发明肘关节的结构是：大臂支架与肘部俯仰轴承座固定连接，第二电机通过端面键与主动齿轮相连，齿轮轴轴承套在主动齿轮轴上，主动齿轮与从动齿轮相啮合，从动齿轮套套在肘部摆动轴上通过螺帽固定连接，轴承压盖一与肘部摆动支架固定连接，螺钉与肘部摆动轴固定连接，轴承压盖二与肘部摆动支架固定连接，肘部第三电机通过肘部电机螺钉与法兰盘连接，肘部回转轴承装在法兰盘内，小臂与肘部旋转轴轴承座固定连接。
本发明腕部关节的结构是：小臂与腕部轴承座固定连接，第四电机输出口与端面键固定相连，端面键与主动齿轮轴相连带动齿轮轴运动，主动齿轮轴承套在主动齿轮轴上,主动齿轮与从动齿轮相啮合，轴承压盖与腕部回转支架固定连接，腕部摆动轴承套在腕部摆动轴上，第五电机与腕部回转支架通过腕部回转电机螺钉固定在支架末端，第五电机输出口与按摩手相连。
该手臂可以模仿人的手臂功能进行各种各样的操作，完成腕部回转、腕部摆动、肘部摆动、肘部回转、大臂摆动等动作，并通过双手臂的合作与协调动作实现一定的按摩功能。
本发明优点是结构新颖、简捷紧凑、体积小、重量轻，各关节连接可靠并采用模块化设计，拆卸方便，电机线、传感器线内置，传动关系简单明了；手臂具有5自由度的特点，手臂运动范围大、灵活；安全性强、可达性强、双手协调运动灵活，应用范围广；作业手臂能耗低，采用直流24V供电；单个按摩手臂最大按摩力量：≥5Kg。
附图说明：
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明肩部关节的结构示意图；
图3是本发明肘关节的结构示意图；
图4是本发明腕部关节的结构示意图；
图5是本发明多关节仿人按摩机器人手臂的转角示意图。
具体实施方式：
参阅图1，由具有摆动副的肩关节1通过大臂2与具有一个回转副和一个摆动副的肘关节3连接、该肘关节3通过小臂4与具有回转副和摆动副的腕部关节5连接。
参阅图2，肩关节1的结构是：第一电机103与肩部电机座102固定连接，肩部电机座102与肩部支架101固定连接，肩部旋转轴105与肩部支架101连接，肩部连接轴104与肩部支架101连接，肩部轴承端盖106与肩部支架101固定连接，肩部旋转轴端盖107与肩部旋转轴105固定，连接形成肩部关节1的摆动副，大臂支架2与肩部旋转轴105、肩部连接轴104固定连接。
参阅图3，肘关节3的结构是：大臂支架2与肘部俯仰轴承座317固定连接，第二电机301通过端面键304与主动齿轮302相连，齿轮轴轴承305套在主动齿轮轴306上，主动齿轮302与从动齿轮303相啮合，从动齿轮套309套在肘部摆动轴312上通过螺帽固定连接，轴承压盖一307与肘部摆动支架310固定连接，螺钉311与肘部摆动轴312固定连接，轴承压盖二308与肘部摆动支架310固定连接，肘部第三电机314通过肘部电机螺钉315与法兰盘连接，肘部回转轴承313装在法兰盘内，小臂4与肘部旋转轴轴承座316固定连接。
参阅图4，腕部关节5的结构是:小臂4与腕部轴承座512固定连接，第四电机501输出口与端面键502固定相连，端面键502与主动齿轮轴510相连带动齿轮轴运动，主动齿轮轴承501套在主动齿轮轴510上,主动齿轮503与从动齿轮505相啮合，轴承压盖506与腕部回转支架508固定连接，腕部摆动轴承507套在腕部摆动轴504上，第五电机511与腕部回转支架508通过腕部回转电机螺钉509固定在支架末端，第五电机输出口与按摩手相连。 
各关节的回转副和摆动副分别由一台直流伺服电机驱动。该多关节仿人按摩机器人手臂的肩关节有一个自由度：电机通过法兰盘带动大臂绕I轴摆动（运动范围-60°-+60°）；肘部关节分两段：上肘部、下肘部，上肘部有1个自由度：电机通过齿轮副传动带动手臂绕手臂纵长轴线回转（运动范围180°），下肘部有1个自由度：电机通过法兰盘带动小臂绕手臂纵轴线回转（运动范围-90°+90°）；腕部关节有2个自由度：电机通过齿轮副传动带动腕部绕手臂纵长轴线III轴摆动（运动范围-90°-+90°）、电机通过法兰盘，带动按摩手绕手臂纵长轴线回转（运动范围-90°-+90°）。本新型的多关节仿人按摩机器人手臂，可左右对称安装于机器人身体上，其双臂在计算机控制下可协调动作，相互配合。手臂采用5（冗余）自由度仿人结构，长度与人臂相仿。

Claims (4)

1.一种多关节仿人按摩机器人手臂，其特征在于：由具有摆动副的肩关节通过大臂与具有一个回转副和一个摆动副的肘关节连接、该肘关节通过小臂与具有回转副和摆动副的腕部关节连接。
2.根据权利要求1所述的多关节仿人按摩机器人手臂，其特征在于：肩关节的结构是：第一电机与肩部电机座固定连接，肩部电机座与肩部支架固定连接，肩部旋转轴与肩部支架连接，肩部连接轴与肩部支架连接，肩部轴承端盖与肩部支架固定连接，肩部旋转轴端盖与肩部旋转轴固定，连接形成肩部关节的摆动副，大臂支架与肩部旋转轴、肩部连接轴固定连接。
3.根据权利要求1所述的多关节仿人按摩机器人手臂，其特征在于：肘关节的结构是：大臂支架与肘部俯仰轴承座固定连接，第二电机通过端面键与主动齿轮相连，齿轮轴轴承套在主动齿轮轴上，主动齿轮与从动齿轮相啮合，从动齿轮套套在肘部摆动轴上通过螺帽固定连接，轴承压盖一与肘部摆动支架固定连接，螺钉与肘部摆动轴固定连接，轴承压盖二与肘部摆动支架固定连接，肘部第三电机通过肘部电机螺钉与法兰盘连接，肘部回转轴承装在法兰盘内，小臂与肘部旋转轴轴承座固定连接。
4.根据权利要求1所述的多关节仿人按摩机器人手臂，其特征在于：腕部关节的结构是：小臂与腕部轴承座固定连接，第四电机输出口与端面键固定相连，端面键与主动齿轮轴相连带动齿轮轴运动，主动齿轮轴承套在主动齿轮轴上,主动齿轮与从动齿轮相啮合，轴承压盖与腕部回转支架固定连接，腕部摆动轴承套在腕部摆动轴上，第五电机与腕部回转支架通过腕部回转电机螺钉固定在支架末端，第五电机输出口与按摩手相连。
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