CN104385295B - 基于并联差分驱动关节的七自由度仿人机械臂 - Google Patents
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Abstract
基于并联差分驱动关节的七自由度仿人机械臂，它涉及一种七自由度仿人机械臂，以解决现有机械臂体积大，运动精度差等问题。本发明包括肩关节、肘关节、腕关节，壳体、大臂外壳和小臂外壳，肩关节上的第一法兰盘设置在壳体的底部，肩关节上的第一外圈齿轮轴筒的外表面通过第三滚动轴承与壳体连接肘关节上的肘关节转轴的两端分别通过第六滚动轴承安装在大臂外壳上的吊耳中，小臂外壳固装在肘关节中的肘关节转轴上，腕关节上的第二法兰盘固装在小臂外壳内。本发明用于机器人上。
Description
技术领域
本发明涉及一种七自由度仿人机械臂，具体涉及一种基于并联差分驱动关节的七自由度仿人机械臂。
背景技术
七自由度仿人机械臂能够替人类完成很多工作，或协助人类工作。尤其是在恶劣环境下的工作，仿人机械臂较人类有更大的优势。但是目前的已有的机械臂大多是以串联结构设计为主，这种结构运动精度差，而且每个自由度都有单独电机驱动，使得电机负担大，从而导致电机尺寸增加。而现有的并联结构，多为连杆铰链形式，运动范围也受到了很大限制。
发明内容
本发明的为解决现有机械臂体积大，运动精度差等问题，而提出一种基于并联差分驱动关节的七自由度仿人机械臂。
本发明的基于并联差分驱动关节的七自由度仿人机械臂包括肩关节、肘关节、腕关节，壳体、大臂外壳和小臂外壳，肩关节包括第一内圈电机、第一中圈电机、第一外圈电机、第一法兰盘、第一内圈减速器、第一中圈减速器、第一外圈减速器、第一中圈主轴、第一外圈主轴、第一内圈传动齿轮、第一中圈传动齿轮、第一外圈传动齿轮、第一内圈直齿轮、第一内圈齿轮轴、第一内圈锥齿轮、第一中圈齿轮轴筒、第一中圈直齿轮、第一中圈锥齿轮、第二滚动轴承、第一外圈齿轮轴筒、第一外圈直齿轮、第一后连接架、第一前连接架、第一中心轴、第一连接套、第一轴上小锥齿轮、第一轴上大锥齿轮、第一前小锥齿轮、第一前大锥齿轮、两个第一连接元件、滚针轴承、第三滚动轴承、两个第一滚动轴承、两个第四滚动轴承和两个第五滚动轴承，第一内圈电机、第一中圈电机和第一外圈电机沿同一圆周均布设置在第一法兰盘的上端面上，第一内圈减速器的输入端与第一内圈电机的输出端连接，第一中圈减速器的输入端与第一中圈电机的输出端连接，第一外圈减速器的输入端与第一外圈电机的输出端连接，第一内圈传动齿轮固装在第一内圈减速器的输出轴上，第一中圈主轴的输入端与第一中圈减速器的输出轴连接，第一中圈传动齿轮固装在第一中圈主轴的输出端上，第一外圈主轴的输入端与第一外圈减速器的输出轴连接，第一外圈传动齿轮固装在第一外圈主轴的输出端上，第一内圈直齿轮与第一内圈传动齿轮啮合，第一内圈直齿轮固装在第一内圈齿轮轴的输入端上，第一内圈锥齿轮固装在第一内圈齿轮轴的输出端上，第一中圈齿轮轴筒位于第一内圈直齿轮与第一内圈锥齿轮之间，且第一中圈齿轮轴筒通过两个第一滚动轴承套装在第一内圈齿轮轴上，第一中圈直齿轮与第一中圈传动齿轮啮合，第一中圈直齿轮固装在第一中圈齿轮轴筒的输入端上，第一中圈锥齿轮固装在第一中圈齿轮轴筒的输出端上，第一外圈齿轮轴筒位于第一中圈传动齿轮与第一中圈锥齿轮之间，且第一外圈齿轮轴筒通过两个第二滚动轴承套装在第一中圈齿轮轴筒上，第一外圈直齿轮与第一外圈传动齿轮啮合，第一外圈直齿轮固装在第一外圈齿轮轴筒的输入端上，第一后连接架固装在第一外圈齿轮轴筒的输出端上，第一前连接架设置在第一后连接架的上方，第一前连接架与第一后连接架通过第一中心轴连接，第一中心轴的两端分别通过第四滚动轴承安装在第一后连接架上，第一轴上小锥齿轮与第一内圈锥齿轮啮合，第一轴上大锥齿轮与第一中圈锥齿轮啮合，第一轴上小锥齿轮和第一轴上大锥齿轮均通过第五滚动轴承安装在中心轴上，第一前小锥齿轮与第一轴上小锥齿轮啮合，第一前大锥齿轮与第一轴上大锥齿轮啮合，第一前小锥齿轮与第一前大锥齿轮通过第一连接元件连接，大臂外壳垂直第一前大锥齿轮的上端面设置，且大臂外壳与第一前大锥齿轮焊接在一起，第一连接套通过滚针轴承套装在大臂外壳上，第一连接套与第一前连接架固定连接，第一法兰盘设置在壳体的底部，第一外圈齿轮轴筒的外表面通过第三滚动轴承与壳体连接，肘关节包括电机座、肘关节电机、肘关节减速器、肘关节小锥齿轮、肘关节大锥齿轮、肘关节转轴和两个第六滚动轴承，电机座固装在大臂外壳内，肘关节电机设置在电机座上，肘关节减速器的输入端与肘关节电机的输出端连接，肘关节小锥齿轮固装在肘关节减速器的输出端上，肘关节大锥齿轮与肘关节小锥齿轮啮合，肘关节大锥齿轮固装在肘关节转轴上，肘关节转轴的两端分别通过第六滚动轴承安装在大臂外壳上的吊耳中，小臂外壳固装在肘关节转轴上，腕关节包括第二法兰盘、第二内圈电机、第二中圈电机、第二外圈电机、第二内圈减速器、第二中圈减速器、第二外圈减速器、第二内圈传动齿轮、第二中圈主轴、第二中圈传动齿轮、第二外圈主轴、第二外圈传动齿轮、第二内圈直齿轮、第二内圈齿轮轴、第二内圈锥齿轮、第二中圈齿轮轴筒、第七滚动轴承、第二中圈直齿轮、第二中圈锥齿轮、第二外圈齿轮轴筒、第九滚动轴承、第二外圈直齿轮、第二后连接架、第二前连接架、第二中心轴、第二轴上小锥齿轮、第二轴上大锥齿轮、第十一滚动轴承、第二前小锥齿轮、第二前大锥齿轮、第二连接套、第二连接元件、两个第八滚动轴承和两个第十滚动轴承，第二内圈电机、第二中圈电机和第二外圈电机沿同一圆周均布设置在第二法兰盘的上端面上，第二内圈减速器的输入端与第二内圈电机的输出端连接，第二中圈减速器的输入端与第二中圈电机的输出端连接，第二外圈减速器的输入端与第二外圈电机的输出端连接，第二内圈传动齿轮固装在第二内圈减速器的输出轴上，第二中圈主轴的输入端与第二中圈减速器的输出轴连接，第二中圈传动齿轮固装在第二中圈主轴的输出端上，第二外圈主轴的输入端与第二外圈减速器的输出轴连接，第二外圈传动齿轮固装在第二外圈主轴的输出端上，第二内圈直齿轮与第二内圈传动齿轮啮合，第二内圈直齿轮固装在第二内圈齿轮轴的输入端上，第二内圈锥齿轮固装在第二内圈齿轮轴的输出端上，第二中圈齿轮轴筒位于第二内圈直齿轮与第二内圈锥齿轮之间，且第二中圈齿轮轴筒通过第七滚动轴承套装在第二内圈齿轮轴上，第二中圈直齿轮与第二中圈传动齿轮啮合，第二中圈直齿轮固装在第二中圈齿轮轴筒的输入端上，第二中圈锥齿轮固装在第二中圈齿轮轴筒的输出端上，第二外圈齿轮轴筒位于第二中圈传动齿轮与第二中圈锥齿轮之间，且第二外圈齿轮轴筒通过两个第八滚动轴承套装在第二中圈齿轮轴筒上，第二外圈齿轮轴筒的外表面通过第九滚动轴承与小臂外壳连接，第二外圈直齿轮与第二外圈传动齿轮啮合，第二外圈直齿轮固装在第二外圈齿轮轴筒的输入端上，第二后连接架固装在第二外圈齿轮轴筒的输出端上，第二前连接架设置在第二后连接架的上方，第二前连接架与第二后连接架通过第二中心轴连接，第二中心轴的两端发分别通过第十滚动轴承安装在第二后连接架上，第二轴上小锥齿轮与第二内圈锥齿轮啮合，第二轴上大锥齿轮与第二中圈锥齿轮啮合，第二轴上小锥齿轮和第二轴上大锥齿轮均通过第十一滚动轴承安装在第二中心轴上，第二前小锥齿轮与第二轴上小锥齿轮啮合，第二前大锥齿轮与第二轴上大锥齿轮啮合，第二前小锥齿轮与第二前大锥齿轮通过第二连接元件连接，第二连接套与第二前连接架固定连接，第二法兰盘固装在小臂外壳内。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明的肩关节和腕关节均为并联驱动的三自由度关节结构，在每个自由度运动时都有两个电机承担，因此，分担了电机的负担，且电机并联设置，从而减小电机的体积，增加了结构的紧凑性。本发明利用了轮系结构，增加了运动的精确性、运动范围。运动精度相比现有技术提高了一倍以上。
附图说明
图1是本发明的外部结构立体图；
图2是大臂外壳33和壳体35与肩关节C连接结构立体图；
图3是内圈电机1、中圈电机2、外圈电机3、第一法兰盘4、内圈减速器5、中圈减速器6、外圈减速器7、中圈主轴8、外圈主轴9、内圈传动齿轮11、中圈传动齿轮12、外圈传动齿轮13、内圈直齿轮14、内圈齿轮轴15和内圈锥齿轮16的位置关系立体图；
图4是图3的左视图；
图5是肩关节C的结构立体图(去掉第一前连接架24、第一中心轴25、第一连接套26、第一轴上小锥齿轮27、第一轴上大锥齿轮28、第一前小锥齿轮29、第一前大锥齿轮30)；
图6是肩关节C和壳体35的内部结构剖视图(去掉第一前连接架24、第一中心轴25、第一连接套26、第一轴上小锥齿轮27、第一轴上大锥齿轮28、第一前小锥齿轮29、第一前大锥齿轮30)；
图7是内圈锥齿轮16、中圈锥齿轮19、后连接架23、前连接架24和连接套26的位置关系立体图；
图8是第一轴上小锥齿轮27与第一内圈锥齿轮16啮合、第一前小锥齿轮29与第一轴上小锥齿轮27啮合，第一轴上大锥齿轮28与第一中圈锥齿轮19啮合，第一前大锥齿轮30与第一轴上大锥齿轮28啮合的立体图；
图9是图2的A-A旋转截面图；
图10是图3的俯视图；
图11是大臂外壳33和小臂外壳45与肩关节C的位置关系立体图；
图12是电机座38、肘关节电机39、肘关节减速器40、肘关节小锥齿轮41、肘关节大锥齿轮42、肘关节转轴43和大臂外壳33的位置关系立体图；
图13是大臂外壳33的结构立体图；
图14是肘关节减速器40、肘关节小锥齿轮41、肘关节大锥齿轮42、肘关节转轴43和小臂外壳45的位置关系立体图；
图15是第二法兰盘46与小臂外壳45的位置关系立体图；
图16是腕关节E和小臂外壳45的内部结构剖视图(去掉第二前连接架70、第二中心轴71、第二连接套78、第二轴上小锥齿轮73、第二轴上大锥齿轮74、第二前小锥齿轮76、第二前大锥齿轮77)；
图17是腕关节E的结构立体图(去掉第二前连接架70、第二中心轴71、第二连接套78、第二轴上小锥齿轮73、第二轴上大锥齿轮74、第二前小锥齿轮76、第二前大锥齿轮77)；
图18是第二内圈锥齿轮60、第二中圈锥齿轮64、第二后连接架69、第二前连接架70和第二连接套78的位置关系立体图；
图19是第二轴上小锥齿轮73与第二内圈锥齿轮60啮合、第二前小锥齿轮76与第二轴上小锥齿轮73啮合，第二轴上大锥齿轮74与第二中圈锥齿轮64啮合，第二前大锥齿轮77与第二轴上大锥齿轮74啮合的立体图；
图20是图19的B-B旋转截面图；
图21是图17的俯视图(去掉第二内圈直齿轮58、第二中圈直齿轮63、第二中圈锥齿轮64、第二外圈直齿轮68和第二后连接架69)。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～图21说明本实施方式，本实施方式包括肩关节C、肘关节D、腕关节E，壳体35、大臂外壳33和小臂外壳45，
肩关节C包括第一内圈电机1、第一中圈电机2、第一外圈电机3、第一法兰盘4、第一内圈减速器5、第一中圈减速器6、第一外圈减速器7、第一中圈主轴8、第一外圈主轴9、第一内圈传动齿轮11、第一中圈传动齿轮12、第一外圈传动齿轮13、第一内圈直齿轮14、第一内圈齿轮轴15、第一内圈锥齿轮16、第一中圈齿轮轴筒17、第一中圈直齿轮18、第一中圈锥齿轮19、第二滚动轴承20、第一外圈齿轮轴筒21、第一外圈直齿轮22、第一后连接架23、第一前连接架24、第一中心轴25、第一连接套26、第一轴上小锥齿轮27、第一轴上大锥齿轮28、第一前小锥齿轮29、第一前大锥齿轮30、两个第一连接元件32、滚针轴承34、第三滚动轴承36、两个第一滚动轴承10、两个第四滚动轴承31和两个第五滚动轴承37，第一内圈电机1、第一中圈电机2和第一外圈电机3沿同一圆周均布设置在第一法兰盘4的上端面上，第一内圈减速器5的输入端与第一内圈电机1的输出端连接，第一中圈减速器6的输入端与第一中圈电机2的输出端连接，第一外圈减速器7的输入端与第一外圈电机3的输出端连接，第一内圈传动齿轮11固装在第一内圈减速器5的输出轴上，第一中圈主轴8的输入端与第一中圈减速器6的输出轴连接，第一中圈传动齿轮12固装在第一中圈主轴8的输出端上，第一外圈主轴9的输入端与第一外圈减速器7的输出轴连接，第一外圈传动齿轮13固装在第一外圈主轴9的输出端上，第一内圈直齿轮14与第一内圈传动齿轮11啮合，第一内圈直齿轮14固装在第一内圈齿轮轴15的输入端上，第一内圈锥齿轮16固装在第一内圈齿轮轴15的输出端上，第一中圈齿轮轴筒17位于第一内圈直齿轮14与第一内圈锥齿轮16之间，且第一中圈齿轮轴筒17通过两个第一滚动轴承10套装在第一内圈齿轮轴15上，第一中圈直齿轮18与第一中圈传动齿轮12啮合，第一中圈直齿轮18固装在第一中圈齿轮轴筒17的输入端上，第一中圈锥齿轮19固装在第一中圈齿轮轴筒17的输出端上，第一外圈齿轮轴筒21位于第一中圈传动齿轮12与第一中圈锥齿轮19之间，且第一外圈齿轮轴筒21通过两个第二滚动轴承20套装在第一中圈齿轮轴筒17上，第一外圈直齿轮22与第一外圈传动齿轮13啮合，第一外圈直齿轮22固装在第一外圈齿轮轴筒21的输入端上，第一后连接架23固装在第一外圈齿轮轴筒21的输出端上，第一前连接架24设置在第一后连接架23的上方，第一前连接架24与第一后连接架23通过第一中心轴25连接，第一中心轴25的两端分别通过第四滚动轴承31安装在第一后连接架23上，第一轴上小锥齿轮27与第一内圈锥齿轮16啮合，第一轴上大锥齿轮28与第一中圈锥齿轮19啮合，第一轴上小锥齿轮27和第一轴上大锥齿轮28均通过第五滚动轴承37安装在中心轴25上，第一前小锥齿轮29与第一轴上小锥齿轮27啮合，第一前大锥齿轮30与第一轴上大锥齿轮28啮合，第一前小锥齿轮29与第一前大锥齿轮30通过第一连接元件32连接，大臂外壳33垂直第一前大锥齿轮30的上端面设置，且大臂外壳33与第一前大锥齿轮30焊接在一起，第一连接套26通过滚针轴承34套装在大臂外壳33上，第一连接套26与第一前连接架24固定连接，第一法兰盘4设置在壳体35的底部，第一外圈齿轮轴筒21的外表面通过第三滚动轴承36与壳体35连接，
肘关节D包括电机座38、肘关节电机39、肘关节减速器40、肘关节小锥齿轮41、肘关节大锥齿轮42、肘关节转轴43和两个第六滚动轴承44，电机座38固装在大臂外壳33内，肘关节电机39设置在电机座38上，肘关节减速器40的输入端与肘关节电机39的输出端连接，肘关节小锥齿轮41固装在肘关节减速器40的输出端上，肘关节大锥齿轮42与肘关节小锥齿轮41啮合，肘关节大锥齿轮42固装在肘关节转轴43上，肘关节转轴43的两端分别通过第六滚动轴承44安装在大臂外壳33上的吊耳33-1中，小臂外壳45固装在肘关节转轴43上，
腕关节E包括第二法兰盘46、第二内圈电机47、第二中圈电机48、第二外圈电机49、第二内圈减速器50、第二中圈减速器51、第二外圈减速器52、第二内圈传动齿轮53、第二中圈主轴54、第二中圈传动齿轮55、第二外圈主轴56、第二外圈传动齿轮57、第二内圈直齿轮58、第二内圈齿轮轴59、第二内圈锥齿轮60、第二中圈齿轮轴筒61、第七滚动轴承62、第二中圈直齿轮63、第二中圈锥齿轮64、第二外圈齿轮轴筒65、第九滚动轴承67、第二外圈直齿轮68、第二后连接架69、第二前连接架70、第二中心轴71、第二轴上小锥齿轮73、第二轴上大锥齿轮74、第十一滚动轴承75、第二前小锥齿轮76、第二前大锥齿轮77、第二连接套78、第二连接元件79、两个第八滚动轴承66和两个第十滚动轴承72，第二内圈电机47、第二中圈电机48和第二外圈电机49沿同一圆周均布设置在第二法兰盘46的上端面上，第二内圈减速器50的输入端与第二内圈电机47的输出端连接，第二中圈减速器51的输入端与第二中圈电机48的输出端连接，第二外圈减速器52的输入端与第二外圈电机49的输出端连接，第二内圈传动齿轮53固装在第二内圈减速器50的输出轴上，第二中圈主轴54的输入端与第二中圈减速器51的输出轴连接，第二中圈传动齿轮55固装在第二中圈主轴54的输出端上，第二外圈主轴56的输入端与第二外圈减速器52的输出轴连接，第二外圈传动齿轮57固装在第二外圈主轴56的输出端上，第二内圈直齿轮58与第二内圈传动齿轮53啮合，第二内圈直齿轮58固装在第二内圈齿轮轴59的输入端上，第二内圈锥齿轮60固装在第二内圈齿轮轴59的输出端上，第二中圈齿轮轴筒61位于第二内圈直齿轮58与第二内圈锥齿轮60之间，且第二中圈齿轮轴筒61通过第七滚动轴承62套装在第二内圈齿轮轴59上，第二中圈直齿轮63与第二中圈传动齿轮55啮合，第二中圈直齿轮63固装在第二中圈齿轮轴筒61的输入端上，第二中圈锥齿轮64固装在第二中圈齿轮轴筒61的输出端上，第二外圈齿轮轴筒65位于第二中圈传动齿轮55与第二中圈锥齿轮64之间，且第二外圈齿轮轴筒65通过两个第八滚动轴承66套装在第二中圈齿轮轴筒61上，第二外圈齿轮轴筒65的外表面通过第九滚动轴承67与小臂外壳45连接，第二外圈直齿轮68与第二外圈传动齿轮57啮合，第二外圈直齿轮68固装在第二外圈齿轮轴筒65的输入端上，第二后连接架69固装在第二外圈齿轮轴筒65的输出端上，第二前连接架70设置在第二后连接架69的上方，第二前连接架70与第二后连接架69通过第二中心轴71连接，第二中心轴71的两端发分别通过第十滚动轴承72安装在第二后连接架69上，第二轴上小锥齿轮73与第二内圈锥齿轮60啮合，第二轴上大锥齿轮74与第二中圈锥齿轮64啮合，第二轴上小锥齿轮73和第二轴上大锥齿轮74均通过第十一滚动轴承75安装在第二中心轴71上，第二前小锥齿轮76与第二轴上小锥齿轮73啮合，第二前大锥齿轮77与第二轴上大锥齿轮74啮合，第二前小锥齿轮76与第二前大锥齿轮77通过第二连接元件79连接，第二连接套78与第二前连接架70固定连接，第二法兰盘46固装在小臂外壳45内。第一后连接架23与第一前连接架24都能独立的绕第一中心轴25转动。第二后连接架69与第二前连接架70都能独立的绕第二中心轴71转动。
工作原理：
一、肩关节C的运动：
肩关节C的第一个自由度运动：第一外圈电机3转动时，运动依次通过第一外圈减速器7、第一外圈主轴9、第一外圈传动齿轮13传递给第一外圈直齿轮22，第一外圈直齿轮22带动第一外圈齿轮轴筒21转动，第一外圈齿轮轴筒21带动第一后连接架23绕X轴转动。
肩关节C的第二个自由度运动：第一内圈电机1转动，通过第一内圈减速器5、第一内圈传动齿轮11带动第一内圈直齿轮14转动，通过第一内圈齿轮轴15带动第一内圈锥齿轮16转动，见图6，第一内圈锥齿轮16带动第一轴上小锥齿轮27转动，见图8，第一中圈电机2转动，通过第一中圈减速器6、第一中圈主轴8、第一中圈传动齿轮12带动第一中圈直齿轮18转动，通过第一中圈齿轮轴筒17带动第一中圈锥齿轮19转动，见图6，第一中圈锥齿轮19带动第一轴上大锥齿轮28转动，见图8，当第一轴上大锥齿轮28与第一轴上小锥齿轮27同向转动时，第一前小锥齿轮29与第一前大锥齿轮30有相反的转动趋势，由于第一前小锥齿轮29与第一前大锥齿轮30是固定连接的，因此，第一前小锥齿轮29与第一前大锥齿轮30绕Y轴转动速度为0，致使第一前连接架24、第一前大锥齿轮30与第一前小锥齿轮29一起绕Z轴做圆周运动。
肩关节C的第三个自由度运动：当第一轴上大锥齿轮28与第一轴上小锥齿轮27反向转动时，第一前小锥齿轮29与第一前大锥齿轮30转动方向相同，由于第一前小锥齿轮29与第一前大锥齿轮30是固定连接的，因此，致使第一前小锥齿轮29与第一前大锥齿轮30一起绕Y轴做圆周运动。
二、肘关节D的运动：
肘关节电机39转动时，运动依次通过肘关节减速器40、肘关节小锥齿轮41传递给肘关节大锥齿轮42，肘关节大锥齿轮42带动肘关节转轴43和小臂外壳45绕肘关节转轴43的轴线转动。
三、腕关节E的运动：
腕关节E的第一个自由度运动：第二外圈电机49转动时，运动依次通过第二外圈减速器52、第二外圈主轴56、第二外圈传动齿轮57传递给第二外圈直齿轮68，第二外圈直齿轮68带动第二外圈齿轮轴筒65转动，第二外圈齿轮轴筒65带动第二后连接架69绕X′轴转动。
腕关节E的第二个自由度运动：第二内圈电机47转动，通过第二内圈减速器50、第二内圈传动齿轮53带动第二内圈直齿轮58转动，通过第二内圈齿轮轴59带动第二内圈锥齿轮60转动，见图16，第二内圈锥齿轮60带动第二轴上小锥齿轮73转动，见图19，第二中圈电机48转动，通过第二中圈减速器51、第二中圈主轴54、第二中圈传动齿轮55带动第二中圈直齿轮63转动，通过第二中圈齿轮轴筒61带动第二中圈锥齿轮64转动，见图16，第二中圈锥齿轮64带动第二轴上大锥齿轮74转动，见图19，当第二轴上大锥齿轮74与第二轴上小锥齿轮73同向转动时，第二前小锥齿轮76与第二前大锥齿轮77有相反的转动趋势，由于第二前小锥齿轮76与第二前大锥齿轮77是固定连接的，因此，第二前小锥齿轮76与第二前大锥齿轮77绕Y′轴转动速度为0，致使第二前连接架70、第二前大锥齿轮77与第二前小锥齿轮76一起绕Z′轴做圆周运动。
腕关节E的第三个自由度运动：当第二轴上大锥齿轮74与第二轴上小锥齿轮73反向转动时，第二前小锥齿轮76与第二前大锥齿轮77转动方向相同，由于第二前小锥齿轮76与第二前大锥齿轮77是固定连接的，因此，致使第二前小锥齿轮76与第二前大锥齿轮77一起绕Y′轴做圆周运动。
具体实施方式二：结合图7、图8、图9、图18、图19、图20说明本实施方式，本实施方式的第一外圈齿轮轴筒21与第一后连接架23制成一体，第一连接套26与第一前连接架24制成一体，第二外圈齿轮轴筒65与第二后连接架69制成一体，第二连接套78与第二前连接架70制成一体。这样设计使得第一后连接架23、第一前连接架24、第二后连接架69和第二前连接架70的稳定性得到提高。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：具体实施方式四：结合图3和图4说明本实施方式，本实施方式的第一内圈传动齿轮11、第一中圈传动齿轮12和第一外圈传动齿轮13的齿数相同。这样设计使得结构更加合理。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图5和图6说明本实施方式，本实施方式的第一内圈直齿轮14、第一中圈直齿轮18和第一外圈直齿轮22的齿数相同。这样设计使得结构更加合理。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图8和图9说明本实施方式，本实施方式的第一内圈锥齿轮16、第一轴上小锥齿轮27和第一前小锥齿轮29的齿数相同。这样设计使得结构更加合理。其它组成及连接关系与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：结合图8和图9说明本实施方式，本实施方式的第一内圈锥齿轮16、第一轴上小锥齿轮27和第一前小锥齿轮29的齿数、大端直径、分度圆锥角、圆锥面均相同，所述第一中圈锥齿轮19、第一轴上大锥齿轮28和第一前大锥齿轮30的齿数、大端直径、分度圆锥角、圆锥面均相同。这样设计使得结构更加合理。其它组成及连接关系与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：结合图17说明本实施方式，本实施方式的第二内圈传动齿轮53、第二中圈传动齿轮55和第二外圈传动齿轮57的齿数相同。这样设计使得结构更加合理。其它组成及连接关系与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：结合图16和图17说明本实施方式，本实施方式的第二内圈直齿轮58、第二中圈直齿轮63和第二外圈直齿轮68的齿数相同。这样设计使得结构更加合理。其它组成及连接关系与具体实施方式七相同。
具体实施方式九：结合图19说明本实施方式，本实施方式的第二内圈锥齿轮60、第二轴上小锥齿轮73和第二前小锥齿轮76的齿数相同。这样设计使得结构更加合理。其它组成及连接关系与具体实施方式八相同。
具体实施方式十：结合图19说明本实施方式，本实施方式的第二内圈锥齿轮60、第二轴上小锥齿轮73和第二前小锥齿轮76的齿数、大端直径、分度圆锥角、圆锥面均相同，所述第二中圈锥齿轮64、第二轴上大锥齿轮74和第二前大锥齿轮77的齿数、大端直径、分度圆锥角、圆锥面均相同。这样设计使得结构更加合理。其它组成及连接关系与具体实施方式九相同。
Claims (10)
1.一种基于并联差分驱动关节的七自由度仿人机械臂，其特征在于：所述基于并联差分驱动关节的七自由度仿人机械臂包括肩关节(C)、肘关节(D)、腕关节(E)，壳体(35)、大臂外壳(33)和小臂外壳(45)，
肩关节(C)包括第一内圈电机(1)、第一中圈电机(2)、第一外圈电机(3)、第一法兰盘(4)、第一内圈减速器(5)、第一中圈减速器(6)、第一外圈减速器(7)、第一中圈主轴(8)、第一外圈主轴(9)、第一内圈传动齿轮(11)、第一中圈传动齿轮(12)、第一外圈传动齿轮(13)、第一内圈直齿轮(14)、第一内圈齿轮轴(15)、第一内圈锥齿轮(16)、第一中圈齿轮轴筒(17)、第一中圈直齿轮(18)、第一中圈锥齿轮(19)、第二滚动轴承(20)、第一外圈齿轮轴筒(21)、第一外圈直齿轮(22)、第一后连接架(23)、第一前连接架(24)、第一中心轴(25)、第一连接套(26)、第一轴上小锥齿轮(27)、第一轴上大锥齿轮(28)、第一前小锥齿轮(29)、第一前大锥齿轮(30)、两个第一连接元件(32)、滚针轴承(34)、第三滚动轴承(36)、两个第一滚动轴承(10)、两个第四滚动轴承(31)和两个第五滚动轴承(37)，第一内圈电机(1)、第一中圈电机(2)和第一外圈电机(3)沿同一圆周均布设置在第一法兰盘(4)的上端面上，第一内圈减速器(5)的输入端与第一内圈电机(1)的输出端连接，第一中圈减速器(6)的输入端与第一中圈电机(2)的输出端连接，第一外圈减速器(7)的输入端与第一外圈电机(3)的输出端连接，第一内圈传动齿轮(11)固装在第一内圈减速器(5)的输出轴上，第一中圈主轴(8)的输入端与第一中圈减速器(6)的输出轴连接，第一中圈传动齿轮(12)固装在第一中圈主轴(8)的输出端上，第一外圈主轴(9)的输入端与第一外圈减速器(7)的输出轴连接，第一外圈传动齿轮(13)固装在第一外圈主轴(9)的输出端上，第一内圈直齿轮(14)与第一内圈传动齿轮(11)啮合，第一内圈直齿轮(14)固装在第一内圈齿轮轴(15)的输入端上，第一内圈锥齿轮(16)固装在第一内圈齿轮轴(15)的输出端上，第一中圈齿轮轴筒(17)位于第一内圈直齿轮(14)与第一内圈锥齿轮(16)之间，且第一中圈齿轮轴筒(17)通过两个第一滚动轴承(10)套装在第一内圈齿轮轴(15)上，第一中圈直齿轮(18)与第一中圈传动齿轮(12)啮合，第一中圈直齿轮(18)固装在第一中圈齿轮轴筒(17)的输入端上，第一中圈锥齿轮(19)固装在第一中圈齿轮轴筒(17)的输出端上，第一外圈齿轮轴筒(21)位于第一中圈传动齿轮(12)与第一中圈锥齿轮(19)之间，且第一外圈齿轮轴筒(21)通过两个第二滚动轴承(20)套装在第一中圈齿轮轴筒(17)上，第一外圈直齿轮(22)与第一外圈传动齿轮(13)啮合，第一外圈直齿轮(22)固装在第一外圈齿轮轴筒(21)的输入端上，第一后连接架(23)固装在第一外圈齿轮轴筒(21)的输出端上，第一前连接架(24)设置在第一后连接架(23)的上方，第一前连接架(24)与第一后连接架(23)通过第一中心轴(25)连接，第一中心轴(25)的两端分别通过第四滚动轴承(31)安装在第一后连接架(23)上，第一轴上小锥齿轮(27)与第一内圈锥齿轮(16)啮合，第一轴上大锥齿轮(28)与第一中圈锥齿轮(19)啮合，第一轴上小锥齿轮(27)和第一轴上大锥齿轮(28)均通过第五滚动轴承(37)安装在中心轴(25)上，第一前小锥齿轮(29)与第一轴上小锥齿轮(27)啮合，第一前大锥齿轮(30)与第一轴上大锥齿轮(28)啮合，第一前小锥齿轮(29)与第一前大锥齿轮(30)通过第一连接元件(32)连接，大臂外壳(33)垂直第一前大锥齿轮(30)的上端面设置，且大臂外壳(33)与第一前大锥齿轮(30)焊接在一起，第一连接套(26)通过滚针轴承(34)套装在大臂外壳(33)上，第一连接套(26)与第一前连接架(24)固定连接，第一法兰盘(4)设置在壳体(35)的底部，第一外圈齿轮轴筒(21)的外表面通过第三滚动轴承(36)与壳体(35)连接，
肘关节(D)包括电机座(38)、肘关节电机(39)、肘关节减速器(40)、肘关节小锥齿轮(41)、肘关节大锥齿轮(42)、肘关节转轴(43)和两个第六滚动轴承(44)，电机座(38)固装在大臂外壳(33)内，肘关节电机(39)设置在电机座(38)上，肘关节减速器(40)的输入端与肘关节电机(39)的输出端连接，肘关节小锥齿轮(41)固装在肘关节减速器(40)的输出端上，肘关节大锥齿轮(42)与肘关节小锥齿轮(41)啮合，肘关节大锥齿轮(42)固装在肘关节转轴(43)上，肘关节转轴(43)的两端分别通过第六滚动轴承(44)安装在大臂外壳(33)上的吊耳(33-1)中，小臂外壳(45)固装在肘关节转轴(43)上，
腕关节(E)包括第二法兰盘(46)、第二内圈电机(47)、第二中圈电机(48)、第二外圈电机(49)、第二内圈减速器(50)、第二中圈减速器(51)、第二外圈减速器(52)、第二内圈传动齿轮(53)、第二中圈主轴(54)、第二中圈传动齿轮(55)、第二外圈主轴(56)、第二外圈传动齿轮(57)、第二内圈直齿轮(58)、第二内圈齿轮轴(59)、第二内圈锥齿轮(60)、第二中圈齿轮轴筒(61)、第七滚动轴承(62)、第二中圈直齿轮(63)、第二中圈锥齿轮(64)、第二外圈齿轮轴筒(65)、第九滚动轴承(67)、第二外圈直齿轮(68)、第二后连接架(69)、第二前连接架(70)、第二中心轴(71)、第二轴上小锥齿轮(73)、第二轴上大锥齿轮(74)、第十一滚动轴承(75)、第二前小锥齿轮(76)、第二前大锥齿轮(77)、第二连接套(78)、第二连接元件(79)、两个第八滚动轴承(66)和两个第十滚动轴承(72)，第二内圈电机(47)、第二中圈电机(48)和第二外圈电机(49)沿同一圆周均布设置在第二法兰盘(46)的上端面上，第二内圈减速器(50)的输入端与第二内圈电机(47)的输出端连接，第二中圈减速器(51)的输入端与第二中圈电机(48)的输出端连接，第二外圈减速器(52)的输入端与第二外圈电机(49)的输出端连接，第二内圈传动齿轮(53)固装在第二内圈减速器(50)的输出轴上，第二中圈主轴(54)的输入端与第二中圈减速器(51)的输出轴连接，第二中圈传动齿轮(55)固装在第二中圈主轴(54)的输出端上，第二外圈主轴(56)的输入端与第二外圈减速器(52)的输出轴连接，第二外圈传动齿轮(57)固装在第二外圈主轴(56)的输出端上，第二内圈直齿轮(58)与第二内圈传动齿轮(53)啮合，第二内圈直齿轮(58)固装在第二内圈齿轮轴(59)的输入端上，第二内圈锥齿轮(60)固装在第二内圈齿轮轴(59)的输出端上，第二中圈齿轮轴筒(61)位于第二内圈直齿轮(58)与第二内圈锥齿轮(60)之间，且第二中圈齿轮轴筒(61)通过第七滚动轴承(62)套装在第二内圈齿轮轴(59)上，第二中圈直齿轮(63)与第二中圈传动齿轮(55)啮合，第二中圈直齿轮(63)固装在第二中圈齿轮轴筒(61)的输入端上，第二中圈锥齿轮(64)固装在第二中圈齿轮轴筒(61)的输出端上，第二外圈齿轮轴筒(65)位于第二中圈传动齿轮(55)与第二中圈锥齿轮(64)之间，且第二外圈齿轮轴筒(65)通过两个第八滚动轴承(66)套装在第二中圈齿轮轴筒(61)上，第二外圈齿轮轴筒(65)的外表面通过第九滚动轴承(67)与小臂外壳(45)连接，第二外圈直齿轮(68)与第二外圈传动齿轮(57)啮合，第二外圈直齿轮(68)固装在第二外圈齿轮轴筒(65)的输入端上，第二后连接架(69)固装在第二外圈齿轮轴筒(65)的输出端上，第二前连接架(70)设置在第二后连接架(69)的上方，第二前连接架(70)与第二后连接架(69)通过第二中心轴(71)连接，第二中心轴(71)的两端发分别通过第十滚动轴承(72)安装在第二后连接架(69)上，第二轴上小锥齿轮(73)与第二内圈锥齿轮(60)啮合，第二轴上大锥齿轮(74)与第二中圈锥齿轮(64)啮合，第二轴上小锥齿轮(73)和第二轴上大锥齿轮(74)均通过第十一滚动轴承(75)安装在第二中心轴(71)上，第二前小锥齿轮(76)与第二轴上小锥齿轮(73)啮合，第二前大锥齿轮(77)与第二轴上大锥齿轮(74)啮合，第二前小锥齿轮(76)与第二前大锥齿轮77)通过第二连接元件(79)连接，第二连接套(78)与第二前连接架(70)固定连接，第二法兰盘(46)固装在小臂外壳(45)内。
2.根据权利要求1所述基于并联差分驱动关节的七自由度仿人机械臂，其特征在于：所述第一外圈齿轮轴筒(21)与第一后连接架(23)制成一体，所述第一连接套(26)与第一前连接架(24)制成一体，所述第二外圈齿轮轴筒(65)与第二后连接架(69)制成一体，所述第二连接套(78)与第二前连接架(70)制成一体。
3.根据权利要求1或2所述基于并联差分驱动关节的七自由度仿人机械臂，其特征在于：所述第一内圈传动齿轮(11)、第一中圈传动齿轮(12)和第一外圈传动齿轮(13)的齿数相同。
4.根据权利要求3所述基于并联差分驱动关节的七自由度仿人机械臂，其特征在于：所述第一内圈直齿轮(14)、第一中圈直齿轮(18)和第一外圈直齿轮(22)的齿数相同。
5.根据权利要求4所述基于并联差分驱动关节的七自由度仿人机械臂，其特征在于：所述第一内圈锥齿轮(16)、第一轴上小锥齿轮(27)和第一前小锥齿轮(29)的齿数相同。
6.根据权利要求5所述基于并联差分驱动关节的七自由度仿人机械臂，其特征在于：所述第一内圈锥齿轮(16)、第一轴上小锥齿轮(27)和第一前小锥齿轮(29)的齿数、大端直径、分度圆锥角、圆锥面均相同，所述第一中圈锥齿轮(19)、第一轴上大锥齿轮(28)和第一前大锥齿轮(30)的齿数、大端直径、分度圆锥角、圆锥面均相同。
7.根据权利要求6所述基于并联差分驱动关节的七自由度仿人机械臂，其特征在于：所述第二内圈传动齿轮(53)、第二中圈传动齿轮(55)和第二外圈传动齿轮(57)的齿数相同。
8.根据权利要求7所述基于并联差分驱动关节的七自由度仿人机械臂，其特征在于：所述第二内圈直齿轮(58)、第二中圈直齿轮(63)和第二外圈直齿轮(68)的齿数相同。
9.根据权利要求8所述基于并联差分驱动关节的七自由度仿人机械臂，其特征在于：所述第二内圈锥齿轮(60)、第二轴上小锥齿轮(73)和第二前小锥齿轮(76)的齿数相同。
10.根据权利要求9所述基于并联差分驱动关节的七自由度仿人机械臂，其特征在于：所述第二内圈锥齿轮(60)、第二轴上小锥齿轮(73)和第二前小锥齿轮(76)的齿数、大端直径、分度圆锥角、圆锥面均相同，所述第二中圈锥齿轮(64)、第二轴上大锥齿轮(74)和第二前大锥齿轮(77)的齿数、大端直径、分度圆锥角、圆锥面均相同。
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