CN105171726A

CN105171726A - 一种多关节仿生机械臂

Info

Publication number: CN105171726A
Application number: CN201510607815.0A
Authority: CN
Inventors: 陈乃建; 曹树坤; 李长春; 李映君; 门秀花
Original assignee: University of Jinan
Current assignee: University of Jinan
Priority date: 2015-09-23
Filing date: 2015-09-23
Publication date: 2015-12-23

Abstract

本发明公开了一种多关节仿生机械臂，包括基座（10）、肩关节（20）、肘关节（21）、腕关节（22）以及关节副（23）组成，其特征在于肩关节（20）安装于基座（10）内；肘关节（21）通过关节副（23a）安装在肩关节（20）端部；腕关节（22）通过关节副（23b）布置于肘关节（21）端部；关节副（23c）安装在腕关节（22）末端，并由安装于腕关节（22）内的转动电机（19）和摆动电机（27）驱动下实现转动与摆动；基座（10）、肩关节（20）、肘关节（21）和腕关节（22）串联成仿生机械臂，本发明模拟人体手臂外形结构，将电机安装于手臂钢筒内，可有效减小多关节机械臂的外形尺寸。

Description

一种多关节仿生机械臂

技术领域

本发明涉及一种多关节仿生机械臂系统，尤其是涉及电机安装于手臂内部、伞齿轮机构传动的串联型多关节机械臂系统。

背景技术

机器人作为人类的新型生产工具，在减轻劳动强度，提高生产率，改变生产模式，把人从危险、恶劣的工作环境下解放出来等方面，显示出极大的优越性；自二十世纪六十年代美国制造的第一个示教机械手以来，用于机械加工、焊接、喷漆、装配、检测等领域的机器人相继出现并迅速在工业生产中实用化，大大提高了各种产品的一致性和质量；目前，机器人关节多采用电机和减速机驱动方式，使电机轴与关节回转轴线重合，致使机器人外形结构庞大，为优化关节型机器人外形结构，本发明模拟人体手臂形式，采用伞齿轮驱动方式将电机轴与关节回转轴线垂直，并将电机安装于手臂钢筒内，使得机械臂结构紧凑。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述传统机器人外形结构庞大问题，提供一种模拟人体手臂形式的多关节仿生机械臂系统。

为解决上述技术问题，本发明提供一种多关节仿生机械臂系统，包括：基座（10）、肩关节（20）、肘关节（21）、腕关节（22）以及关节副（23）组成，其特征在于肩关节（20）安装于基座（10）内；肘关节（21）通过关节副（23a）安装在肩关节（20）端部；腕关节（22）通过关节副（23b）布置于肘关节（21）端部；关节副（23c）安装在腕关节（22）末端，并由安装于腕关节（22）内的转动电机（19）和摆动电机（27）驱动下实现转动与摆动；基座（10）、肩关节（20）、肘关节（21）和腕关节（22）串联成仿生机械臂。

所述的基座（10）由电机（1）、支座（2）、传动板（3）、支撑套（4）组成；电机（1）由螺钉（40）安装于支座（2）一侧，支撑套（4）通过螺钉（16）固定在支座（2）另一侧。

所述的关节副（23）由伞齿轮（9）、轴承（11）、连接板（13）、支架（14）组成；伞齿轮（9）通过轴承（11）安装于支架（4）内，连接板（13）通过螺钉（12）固定在伞齿轮（9）两端并随伞齿轮（9）摆动。

所述的肩关节（20）由肩钢筒（6）、肩部电机（7）、关节副（23a）组成；肩钢筒（6）由传动板（3）连接到电机（1），并通过轴承（5）安装于支撑套（4）内；关节副（23a）通过支架（14）和螺钉（15）固定在肩钢筒（6）端部；固定在支架（14）上的肩部电机（7）放置在肩钢筒（6）内部并通过伞齿轮（8）和伞齿轮（9）驱动连接板（13）摆动。

所述的肘关节（21）由电机（41）、缸筒（42）和关节副（23b）组成，关节副（23b）固定在缸筒（42）端部，电机（41）安装于缸筒（42）内。

所述的腕关节（22）由腕钢筒（18）、转动电机（19）、固定板（25）、大齿轮（26）、摆动电机（27）、固定套（29）、轴套（31）、耐磨套（32）、小齿轮（33）、转接板（34）、伞齿轮（37）组成；摆动电机（27）通过螺钉（28）安装在固定套（29）上，固定套（29）通过螺母（30）锁紧在轴套（31）上，轴套（31）内安装有耐磨套（32）；伞齿轮（37）和摆动电机（27）输出轴相连接并安装于耐磨套（32）中，摆动电机（27）通过伞齿轮（37）与伞齿轮（9）啮合驱动连接板（13）摆动。

所述的腕关节（22）中设置有安装于固定板（25）上的转动电机（19），安装在转动电机（19）输出轴端部的大齿轮（26）和小齿轮（33），小齿轮（33）和转接板（34）通过螺钉（36）固定于轴套（31）端部，轴套（31）安装于固定板（25）内，固定板（25）安装于腕钢筒（18）端部，转动电机（19）和摆动电机（27）放置于腕钢筒（18）内部，转动电机（19）通过大齿轮（26）和小齿轮（33）驱动关节副（23c）转动。

有益效果：本发明将肩关节、肘关节、腕关节的电机安装于各自的手臂钢筒内，不同关节间通过关节副连接，串联成多关节仿生机械臂。

附图说明

图1为本发明的外形示意图；

图2为本发明的结构示意主视图；

图3为本发明的关节副结构示意图；

图4为本发明的腕关节结构示意图。

图中：1电机、2支座、3传动板、4支撑套、5轴承、6肩钢筒、7肩部电机、8伞齿轮、9伞齿轮、10基座、11轴承、12螺钉、13连接板、14支架、15螺钉、16螺钉、17螺钉、18腕钢筒、19转动电机、20肩关节、21肘关节、22腕关节、23关节副、24螺钉、25固定板、26大齿轮、27摆动电机、28螺钉、29固定套、30螺母、31轴套、32耐磨套、33小齿轮、34转接板、35螺钉、36螺钉、37伞齿轮、38螺钉、39螺钉、40螺钉、41电机、42肘钢筒。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做具体描述。

本发明是一种模拟人体手臂结构形式的多关节仿生机械臂结构。

图1所示为本发明的外形示意图。

图2所示为本发明的结构示意主视图。

本发明包括：基座（10）、肩关节（20）、肘关节（21）、腕关节（22）以及关节副（23）组成，其特征在于肩关节（20）安装于基座（10）内；肘关节（21）通过关节副（23a）安装在肩关节（20）端部；腕关节（22）通过关节副（23b）布置于肘关节（21）端部；关节副（23c）安装在腕关节（22）末端，并由安装于腕关节（22）内的转动电机（19）和摆动电机（27）驱动下实现转动与摆动；基座（10）、肩关节（20）、肘关节（21）和腕关节（22）串联成仿生机械臂。

所述基座（10）由电机（1）、支座（2）、传动板（3）、支撑套（4）组成；电机（1）由螺钉（40）安装于支座（2）一侧，支撑套（4）通过螺钉（16）固定在支座（2）另一侧。

所述肩关节（20）由肩钢筒（6）、肩部电机（7）、关节副（23a）组成，关节副（23a）通过支架（14）和螺钉（15）固定在肩钢筒（6）端部，肩部电机（7）通过支架（14）安装于肩钢筒（6）内部。

所述肘关节（21）由电机（41）、缸筒（42）和关节副（23b）组成，关节副（23b）固定在缸筒（42）端部，电机（41）安装于缸筒（42）内。

图3所示为本发明的关节副结构示意图。

所述的关节副（23）包括关节副（23a）、关节副（23b）和关节副（23c）；关节副（23a）连接肩关节（20）和肘关节（21），关节副（23b）连接肘关节（21）和腕关节（22），关节副（23c）通过支架（4）安装于腕关节（22）末端，并通过连接板（13）安装其他工具或设备，如手爪、端拾器等。

图4所示为本发明的腕关节结构示意图。

所述腕关节（22）中设置有安装于固定板（25）上的转动电机（19），安装在转动电机（19）输出轴端部的大齿轮（26）和小齿轮（33），小齿轮（33）和转接板（34）通过螺钉（36）固定于轴套（31）端部，轴套（31）安装于固定板（25）内，固定板（25）安装于腕钢筒（18）端部，转动电机（19）和摆动电机（27）放置于腕钢筒（18）内部，转动电机（19）通过大齿轮（26）和小齿轮（33）驱动关节副（23c）转动。

本发明采用伞齿轮机构，将电机轴线与关节轴线相垂直，并将电机安装于手臂钢筒内，有效减小机械臂外形结构，实现对人体手臂的模拟，通过将肩关节、肘关节、腕关节串联成多关节仿生机械臂。

本发明上述实施方案，只是举例说明，不是仅有的，所有在本发明范围内或等同本发明的范围内的改变均被本发明包围。

Claims

1.一种多关节仿生机械臂系统，包括：基座（10）、肩关节（20）、肘关节（21）、腕关节（22）以及关节副（23）组成，其特征在于肩关节（20）安装于基座（10）内；肘关节（21）通过关节副（23a）安装在肩关节（20）端部；腕关节（22）通过关节副（23b）布置于肘关节（21）端部；关节副（23c）安装在腕关节（22）末端，并由安装于腕关节（22）内的转动电机（19）和摆动电机（27）驱动下实现转动与摆动；基座（10）、肩关节（20）、肘关节（21）和腕关节（22）串联成仿生机械臂。

2.根据权利要求1所述的多关节仿生机械臂系统，其特征在于基座（10）由电机（1）、支座（2）、传动板（3）、支撑套（4）组成；电机（1）由螺钉（40）安装于支座（2）一侧，支撑套（4）通过螺钉（16）固定在支座（2）另一侧。

3.根据权利要求1所述的多关节仿生机械臂系统，其特征在于关节副（23）由伞齿轮（9）、轴承（11）、连接板（13）、支架（14）组成；伞齿轮（9）通过轴承（11）安装于支架（4）内，连接板（13）通过螺钉（12）固定在伞齿轮（9）两端并随伞齿轮（9）摆动。

4.根据权利要求1所述的多关节仿生机械臂系统，其特征在于肩关节（20）由肩钢筒（6）、肩部电机（7）、关节副（23a）组成；肩钢筒（6）由传动板（3）连接到电机（1），并通过轴承（5）安装于支撑套（4）内；关节副（23a）通过支架（14）和螺钉（15）固定在肩钢筒（6）端部；固定在支架（14）上的肩部电机（7）放置在肩钢筒（6）内部并通过伞齿轮（8）和伞齿轮（9）驱动连接板（13）摆动。

5.根据权利要求1所述的多关节仿生机械臂系统，其特征在于肘关节（21）由电机（41）、缸筒（42）和关节副（23b）组成，关节副（23b）固定在缸筒（42）端部，电机（41）安装于缸筒（42）内。

6.根据权利要求1所述的多关节仿生机械臂系统，其特征在于腕关节（22）由腕钢筒（18）、转动电机（19）、固定板（25）、大齿轮（26）、摆动电机（27）、固定套（29）、轴套（31）、耐磨套（32）、小齿轮（33）、转接板（34）、伞齿轮（37）组成；摆动电机（27）通过螺钉（28）安装在固定套（29）上，固定套（29）通过螺母（30）锁紧在轴套（31）上，轴套（31）内安装有耐磨套（32）；伞齿轮（37）和摆动电机（27）输出轴相连接并安装于耐磨套（32）中，摆动电机（27）通过伞齿轮（37）与伞齿轮（9）啮合驱动连接板（13）摆动。

7.根据权利要求1和6所述的多关节仿生机械臂系统，其特征还在于腕关节（22）中设置有安装于固定板（25）上的转动电机（19），安装在转动电机（19）输出轴端部的大齿轮（26）和小齿轮（33），小齿轮（33）和转接板（34）通过螺钉（36）固定于轴套（31）端部，轴套（31）安装于固定板（25）内，固定板（25）安装于腕钢筒（18）端部，转动电机（19）和摆动电机（27）放置于腕钢筒（18）内部，转动电机（19）通过大齿轮（26）和小齿轮（33）驱动关节副（23c）转动。