CN104875215A - 一种两自由度仿人手腕装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于仿人机器人领域，特别涉及一种两自由度仿人手腕机械装置，包括翻转机构及旋转机构。所述翻转机构包括基座、第一动力单元、第一传动单元和侧翻平台，可以实现内外翻转运动。所述旋转机构包括第二动力单元、第二传动单元和转动平台，可以实现内外旋转运动。所述翻转机构与所述旋转机构通过所述第二传动单元中的圆孔齿轮连接。所述装置结构紧凑、质量轻，能模拟人手腕内外翻转和内外旋转的动作，可作仿人机器人手腕使用，也可以安装在假肢手上。

Description

一种两自由度仿人手腕装置

技术领域

本发明属于仿人机器人领域，特别涉及一种两自由度仿人手腕机械装置。

背景技术

随着机器人技术的不断应用，仿人机械手已成为机器人领域的研究热点之一。近几十年来，为了模拟人手的功能，国内外许多研究机构在仿人机械手的设计，分析和控制等方面做出了卓有成效的研究，仿人机械手的研究也被认为是最有挑战性的工作之一。另一方面，随着人类社会物质财富的增长，社会对残疾人越来越关注，假肢手的研究已经得到了社会各界的高度重视。

仿人手腕是仿人机械手的一个重要组成部分。仿人手腕一方面使机械手具有更拟人化的外形结构，另一方面可增强机械手的灵活度，增大机械手的操作空间。目前，一些仿人手腕已被研制出来，其外形尺寸大、质量重、自由度少，主要用于工业机器人和仿人灵巧手上。市场上现有的假肢手都还没有腕部结构，大大降低了假肢手的性能，给截肢患者带来诸多的不便。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种结构紧凑、质量轻的两自由度仿人手腕装置，能模拟人手腕内外翻转和内外旋转的动作，可作仿人机器人手腕使用，也可以安装在假肢手上。

本发明的两自由度仿人手腕机械装置包括翻转机构及旋转机构；所述翻转机构可以实现内外翻转运动，所述旋转机构可以实现内外旋转运动。所述翻转机构包括基座、第一动力单元、第一传动单元和侧翻平台。所述基座用于固定所述第一动力单元，所述第一动力单元用于提供翻转机构进行翻转运动所需的驱动力，所述第一传动单元用于将所述第一动力单元产生的驱动力传送至所述侧翻平台以实现所述装置的内外翻转运动。所述旋转机构包括第二动力单元、第二传动单元和转动平台。所述第二动力单元用于提供所述旋转机构进行内外旋转运动所需的驱动力，所述第二传动单元用于将所述第二动力单元产生的驱动力传送至所述转动平台以实现所述装置的内外旋转运动。所述翻转机构与所述旋转机构通过所述第二传动单元中的圆孔齿轮连接。

所述基座包括法兰部和座部，所述法兰部用于与仿人假肢手的臂部连接，所述座部用于固定所述第一动力单元。所述第一动力单元用于提供所述翻转机构进行翻转运动所需的驱动力，包括电机固定架和第一电机。所述电机固定架通过螺丝或铆钉等方式固接于所述基座上。所述电机固定架上固接有所述第一电机，所述第一电机为双向电机，其输出轴与第一传动单元连接。所述第一传动单元用于将所述第一动力单元产生的驱动力传送至所述侧翻平台，从而实现所述装置的内外翻转运动。所述第一传动单元包括第一传动齿轮、第一传动轴、第一双联齿轮、第二传动轴、第二双联齿轮、第一连接轴、D孔齿轮和第二连接轴。所述第一传动齿轮套固于所述第一电机的输出轴上。所述第一传动轴上套设有所述第一双联齿轮。所述第二传动轴上套设有所述第二双联齿轮。所述第一传动齿轮与所述第一双联齿轮的大齿轮啮合，所述第一双联齿轮的小齿轮与所述第二双联齿轮的大齿轮啮合。所述电机固定架通过所述第一连接轴和所述第二连接轴与所述侧翻平台形成可枢转的连接。其中，所述第二连接轴的一端套设在所述电机固定架上，另一端套固在所述侧翻平台上。所述第一连接轴的一端具有圆形截面，套设在所述电机固定架上；所述第一连接轴的另一端具有D形截面，套固在所述侧翻平台上；所述第一连接轴的中间也具有D形截面，套设有所述D孔齿轮。所述D孔齿轮与所述第二双联齿轮的小齿轮啮合。

所述翻转机构可以实现内外翻转运动，以模仿人手腕的内外翻转的动作。当所述第一电机转动时，所述第一电机输出轴带动所述第一传动齿轮转动，所述第一传动齿轮驱动所述第一双联齿轮转动，所述第一双联齿轮带动所述第二双联齿轮运动，所述第二双联齿轮带动所述D孔齿轮转动，由于所述D孔齿轮与所述侧翻平台固接，所述侧翻平台与所述D孔齿轮一起转动，从而实现了内外翻转运动。

所述旋转机构与所述翻转机构连接，所述旋转机构包括第二动力单元、第二传动单元和转动平台。所述第二动力单元用于提供所述旋转机构进行内外旋转运动所需的驱动力，包括第二电机和手掌连接台。所述第二传动单元用于将所述第二动力单元产生的驱动力传送至所述转动平台，从而实现所述装置的内外旋转运动，其包括轴承、圆孔齿轮、第三传动轴、第三双联齿轮和第二传动齿轮。所述手掌连接台用于与仿人假肢手的掌部连接，其上固接有所述第二电机和第三传动轴。所述第二电机为双向电机，其输出轴上套固有所述第二传动齿轮。所述手掌连接台固接于所述转动平台上，而所述转动平台通过所述圆孔齿轮与所述侧翻平台连接。所述圆孔齿轮具有齿轮部和轴部，所述齿轮部余所述转动平台固接，所述轴部上套设有所述轴承并穿过位于所述转动平台底部的孔与所述侧翻平台固接，其中所述轴承固接在转动平台上。所述第三传动轴上套设有所述第三双联齿轮。其中，所述第二传动齿轮与所述第三双联齿轮的大齿轮啮合；所述第三双联齿轮的小齿轮与所述圆孔齿轮啮合。

所述旋转机构可以实现内外旋转运动，以模仿人手腕的内外旋转的动作。当所述第二电机运动时，所述第二电机的输出轴带动所述第二传动齿轮转动，所述第二传动齿轮驱动所述第三双联齿轮转动，由于所述第三双联齿轮与所述圆孔齿轮啮合，而所述圆孔齿轮与所述侧翻平台固接，所述转动平台与所述手掌连接台固接，因此所述第二电机将驱动所述转动平台与所述手掌连接台一起绕所述圆孔齿轮转动，从而实现了内外旋转运动。

附图说明

图1是本发明一个较佳实施例的装置的主视结构示意图。

图2是本发明一个较佳实施例的装置结构的分解示意图。

图3是本发明一个较佳实施例的装置内外翻转运动的示意图。

图4是本发明一个较佳实施例的装置内外旋转运动的示意图。

具体实施方式

下面通过结合附图的方式来说明本发明装置的具体结构和作用方式。本发明的两自由度仿人手腕机械装置包括翻转机构及旋转机构。

如图1和2所示，在一个较佳的实施例中，所述翻转机构包括：基座1、第一电机2、第一传动齿轮3、电机固定架4、第一传动轴5、第一双联齿轮6、第二传动轴7、第二双联齿轮8、第一连接轴9、D孔齿轮10、第二连接轴11和侧翻平台12。所述基座1包括法兰部和座部，所述法兰部用于与仿人假肢手的臂部连接，所述座部用于固定所述电机固定架4。所述电机固定架4固接于所述基座1之上，所述电机固定架4上固接有所述第一电机2、所述第一传动轴5和所述第二传动轴7。所述第一电机2的输出轴上套固有所述第一传动齿轮3。所述第一传动轴5上套设有所述第一双联齿轮6。所述第二传动轴7上套设有所述第二双联齿轮8。所述第一传动齿轮3与所述第一双联齿轮6的大齿轮啮合，所述第一双联齿轮6的小齿轮与所述第二双联齿轮8的大齿轮啮合。所述电机固定架4通过所述第一连接轴9和所述第二连接轴11与所述侧翻平台12形成可枢转的连接。其中，所述第二连接轴11的一端套设在电机固定架4上，另一端套固在所述侧翻平台12上。所述第一连接轴9的一端具有圆形截面，套设在电机固定架4上；另一端具有D形截面，套固在所述侧翻平台12上，其中间也具有D形截面，套设有所述D孔齿轮10。所述D孔齿轮10与第二双联齿轮8的小齿轮啮合。

所述翻转机构与所述旋转机构连接，所述旋转机构包括：轴承13、圆孔齿轮14、转动平台15、第三传动轴16、第三双联齿轮17、手掌连接台18、第二传动齿轮19和第二电机20。所述圆孔齿轮14具有齿轮部和轴部，所述轴部上套设有所述轴承并穿过位于所述转动平台15底部的孔与所述侧翻平台12固接，而所述轴承13固接在转动平台15上。所述转动平台15上还固接有用于与仿人假肢手的掌部连接的所述手掌连接台18。所述手掌连接台18上固接有所述第二电机20和所述第三传动轴16。所述第二电机20的输出轴上套固有所述第二传动齿轮19。所述第三传动轴16上套设有所述第三双联齿轮17。其中，所述第二传动齿轮19与所述第三双联齿轮17的大齿轮啮合；所述第三双联齿轮17的小齿轮与所述圆孔齿轮14啮合。

本发明装置的初始状态如图1所示，所述侧翻平台12与所述电机固定架4保持平行，相当于人手腕处于自然放松状态。当所述第一电机2转动时，所述装置可实现内外翻转运动，其作用过程如图3所示。所述第一电机2输出轴带动所述第一传动齿轮3转动，所述第一传动齿轮3驱动所述第一双联齿轮6转动，所述第一双联齿轮6带动所述第二双联齿轮8运动，所述第二双联齿轮8带动所述D孔齿轮10转动，由于所述D孔齿轮10与所述侧翻平台12固接，所述侧翻平台12与所述D孔齿轮10一起转动，即实现了内外翻转运动。

而当所述第二电机20运动时，所述装置可实现内外旋转运动，其作用过程如图4所示。所述第二电机20的输出轴带动所述第二传动齿轮19转动，所述第二传动齿轮19驱动所述第三双联齿轮17转动，由于所述第三双联齿轮17与所述圆孔齿轮14啮合，而所述圆孔齿轮14与所述侧翻平台12固接，所述转动平台15与所述手掌连接台18固接，因此所述第二电机20将驱动所述转动平台15与所述手掌连接台18一起绕所述圆孔齿轮14转动，即实现了内外旋转运动。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的试验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种两自由度仿人手腕机械装置，其特征在于，所述装置包括翻转机构及旋转机构；所述翻转机构可以实现内外翻转运动，所述旋转机构可以实现内外旋转运动；

所述翻转机构包括基座、第一动力单元、第一传动单元和侧翻平台；所述基座用于固定所述第一动力单元，所述第一动力单元用于提供翻转机构进行翻转运动所需的驱动力，所述第一传动单元用于将所述第一动力单元产生的驱动力传送至所述侧翻平台以实现所述装置的内外翻转运动；

所述旋转机构包括第二动力单元、第二传动单元和转动平台；所述第二动力单元用于提供所述旋转机构进行内外旋转运动所需的驱动力，所述第二传动单元用于将所述第二动力单元产生的驱动力传送至所述转动平台以实现所述装置的内外旋转运动；

所述翻转机构与所述旋转机构通过所述第二传动单元中的圆孔齿轮连接。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述基座包括法兰部和座部，所述法兰部用于与仿人假肢手的臂部连接，所述座部用于固定所述第一动力单元。

3.如权利要求1所述的装置，其中所述第一动力单元包括电机固定架和第一电机，所述电机固定架固接于所述基座上，所述第一电机固接于所述电机固定架上。

4.如权利要求3所述的装置，其中所述第一电机为双向电机。

5.如权利要求3所述的装置，其中所述侧翻平台可枢转地连接于所述电机固定架上。

6.如权利要求5所述的装置，其中所述电机固定架通过所述第一传动单元中的第一连接轴和第二连接轴与所述侧翻平台形成可枢转的连接；所述第二连接轴的一端套设在所述电机固定架上，所述第二连接轴的另一端套固在所述侧翻平台上；所述第一连接轴的一端具有圆形截面，套设在所述电机固定架上；所述第一连接轴的另一端具有D形截面，套固在所述侧翻平台上；所述第一连接轴的中间也具有D形截面，套设有D孔齿轮。

7.如权利要求1所述的装置，其中所述第二动力单元包括第二电机和手掌连接台；所述手掌连接台用于与仿人假肢手的掌部连接，所述第二电机固接于所述手掌连接台上。

8.如权利要求6所述的装置，其中所述第二电机为双向电机。

9.如权利要求6所述的装置，其中所述手掌连接台固接于所述转动平台上。

10.如权利要求1所述的装置，其中所述圆孔齿轮具有齿轮部和轴部，所述齿轮部与所述转动平台固接，所述轴部与所述侧翻平台固接。