CN108501033B - 一种关节耦合型单驱动源仿敬礼动作机械臂 - Google Patents

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Abstract

一种关节耦合型单驱动源仿敬礼动作机械臂，它可实现近似人手臂完成敬礼动作。本发明机械臂结构安装在固定支架上，由驱动源驱动滚珠丝杠使得滑块左右移动，肩部连杆分别连接滑块与大臂支架上的的转动副，大臂支架绕固定支架上的固定轴转动，滑块安装在大臂支架一侧的滑动直线导轨上并由大臂连杆与固定支架通过转动副连接，小臂连杆一端通过机械连接固定在滑块上，一端通过转动副与肘关节件连接，大臂支架前端件与大臂支架由紧固件固定连接在一起，肘关节件与大臂支架前端件通过转动副连接，其转动副是定齿轮的轴心，圆柱定齿轮通过机械连接固定在大臂支架前端件上，本发明适用于模仿人手臂实现敬礼动作的机器人机械臂上。

Description

一种关节耦合型单驱动源仿敬礼动作机械臂
技术领域
本发明涉及一种串联关节机械臂结构，具体涉及一种由单驱动源驱动的串联关节耦合型仿人机械臂，可以实现仿人敬礼动作，属于机械臂结构领域。
背景技术
随着机器人技术的迅速发展，仿人机器人是当今机器人技术研究比较活跃的方向，
而机械臂作为机器人的执行机构最重要的部件之一，更是机器人领域研究的热点。将人体手臂运动机理与结构原理运用于机械臂上，可以实现很多复杂任务功能，在航天、医疗、服务等领域实现了广泛的应用。
机械臂各个连接臂之间通过运动副或关节连接，其结构复杂多样，精度加工要求较高。仿人机械臂要实现类似于人手臂一样的灵活性至少需要7个自由度，一般需要多个驱动源进行驱动。而在实际设计当中，每增加一个自由度就会增加机构的困难复杂程度和加工制造成本。因此，在满足实现既定动作目标的前提下，需要对机械臂进行结构简化，以降低成本和设计制造的复杂程度。
发明内容
本发明的目的是为了实现机械臂模仿人手臂敬礼动作的功能，解决一般仿人机械臂结构复杂、制造成本高、控制困难的问题，进而提供一种结构简单、低成本而又能准确实现模拟动作的机械臂。
本发明的技术方案是：一种关节耦合型单驱动源仿敬礼动作机械臂，其特征在于：所述机械臂结构安装在固定支架(6)上，由驱动源(1)驱动，带动滚珠丝杠(2)转动，使得带有丝杠螺母的滑块一(3)左右移动，肩部连杆(4)分别连接滑块一(3)与大臂支架(5)上的转动副，大臂支架(5)绕固定支架(6)上的固定轴转动，滑块二(10)安装在大臂支架(5)一侧的滑动直线导轨上并经由大臂连杆(8)与固定支架(6)通过转动副连接，小臂连杆(11)一端通过机械连接固定在滑块二(10)上，一端通过转动副与肘关节件(14)连接，大臂支架前端件(12)与大臂支架(5)由紧固件固定连接在一起，肘关节件(14)与大臂支架前端件(12)通过转动副连接，其转动副是圆柱定齿轮(13)的轴心，圆柱定齿轮(13)通过机械连接固定在大臂支架前端件(12)上，圆柱齿轮(15)与圆柱定齿轮(13)啮合，第一锥齿轮(16)与圆柱齿轮(15)通过紧固件同轴心固定在一起并一同安装在肘关节件(14)上，第二锥齿轮(17)安装在肘关节件(14)的长轴上绕轴转动，并与第一锥齿轮(16)啮合，转动副一(18)固定在第二锥齿轮(17)上，转动副一(18)下方可以安装拟人手掌。
所述机械臂结构是在单驱动源的驱动下，通过改进的曲柄滑块连杆机构实现手臂弯曲伸直动作，并通过圆柱齿轮与锥齿轮将动力传递到小臂及手掌，实现小臂的旋转，来达到模仿人敬礼动作的目的。
所述的肩部连杆(4)通过转动副带动大臂支架(5)绕固定支架(6)上的固定轴旋转，大臂支架(5)旋转的同时，滑块二(10)受大臂连杆(8)定长的限制沿着安装在大臂支架(5)一侧的滑动直线导轨滑动。所述滑块二(10)与小臂连杆(11)一端通过紧固件机械连接固定在一起，另一端通过转动副带动肘关节件(14)绕大臂支架前端件(12)的转动副转动。所述的肘关节件(14)的转动带动其上的圆柱齿轮(15)绕圆柱定齿轮(13)啮合转动，第一锥齿轮(16)随圆柱齿轮(15)转动的同时带动第二锥齿轮(17)和转动副一(18)转动，实现小臂的旋转运动。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明提出了一种关节耦合型单驱动源仿敬礼动作机械臂，通过改进的曲柄滑块连杆机构实现手臂弯曲伸直动作，并通过圆柱齿轮与锥齿轮将动力传递到小臂及手掌，实现小臂的旋转。本发明结构采用串联机械传动结构，既能良好地实现敬礼动作的功能，又到达了结构紧凑简单、控制方便、加工制造成本低的目的。
附图说明
图1是本发明所述的关节耦合型单驱动源仿敬礼动作机械臂伸直时的整体示意图及左视图；
图2是图1左视图肘关节件(14)垂直其端面方向的局部放大示意图；
图3是本发明所述机械臂弯曲后前视图；
图4是本发明所述机械臂弯曲后俯视图；
图5是本发明所述机械臂小臂加上假手后伸直时的示意图；
图6是本发明所述机械臂小臂加上假手后弯曲后的示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图6说明，本实施方式一种关节耦合型单驱动源仿敬礼动作机械臂，其特征在于：所述机械臂结构安装在固定支架(6)上，由驱动源(1)驱动，带动滚珠丝杠(2)转动，使得带有丝杠螺母的滑块一(3)左右移动，肩部连杆(4)分别连接滑块一(3)与大臂支架(5)上的转动副，大臂支架(5)绕固定支架(6)上的固定轴转动，滑块二(10)安装在大臂支架(5)一侧的滑动直线导轨上并经由大臂连杆(8)与固定支架(6)通过转动副连接，小臂连杆(11)一端通过机械连接固定在滑块二(10)上，一端通过转动副与肘关节件(14)连接，大臂支架前端件(12)与大臂支架(5)由紧固件固定连接在一起，肘关节件(14)与大臂支架前端件(12)通过转动副连接，其转动副是圆柱定齿轮(13)的轴心，圆柱定齿轮(13)通过机械连接固定在大臂支架前端件(12)上，圆柱齿轮(15)与圆柱定齿轮(13)啮合，第一锥齿轮(16)与圆柱齿轮(15)通过紧固件同轴心固定在一起并一同安装在肘关节件(14)上，第二锥齿轮(17)安装在肘关节件(14)的长轴上绕轴转动，并与第一锥齿轮(16)啮合，转动副一(18)固定在第二锥齿轮(17)上，转动副一(18)下方可以安装拟人手掌。
所述肘关节件(14)和大臂支架前端件(12)与大臂支架(5)结构上不平行，有一定倾斜角度，以模拟人手臂构型和动作。
具体实施方式二：结合图5和图6说明本实施方式在单驱动源的驱动下，通过改进的曲柄滑块连杆机构带动锥齿轮实现机械臂肩关节肘关节弯曲的同时完成小臂及手掌的旋转运动，来达到模仿人敬礼动作的目的。
具体实施方式三：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式的肩部连杆(4)通过转动副带动大臂支架(5)绕固定支架(6)上的固定轴旋转，大臂支架(5)旋转的同时，滑块二(10)受大臂连杆(8)定长的限制沿着安装在大臂支架(5)一侧的滑动直线导轨滑动。
具体实施方式四：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式的滑块二(10)与小臂连杆(11)一端通过紧固件机械连接固定在一起，另一端通过转动副带动肘关节件(14)绕大臂支架前端件(12)的转动副转动。
具体实施方式五：结合图1、图2和图4说明本实施方式，本实施方式是肘关节件(14)的转动带动其上的圆柱齿轮(15)绕圆柱定齿轮(13)啮合转动，第一锥齿轮(16)随圆柱齿轮(15)转动的同时带动第二锥齿轮(17)和转动副一(18)转动，实现小臂的旋转运动。

Claims (6)

1.一种关节耦合型单驱动源仿敬礼动作机械臂，其特征在于：该机械臂结构安装在固定支架(6)上，由驱动源(1)驱动，带动滚珠丝杠(2)转动，使得带有丝杠螺母的滑块一(3)左右移动，肩部连杆(4)分别连接滑块一(3)与大臂支架(5)上的转动副，大臂支架(5)绕固定支架(6)上的固定轴转动，滑块二(10)安装在大臂支架(5)一侧的滑动直线导轨上并经由大臂连杆(8)与固定支架(6)通过转动副连接，小臂连杆(11)一端通过机械连接固定在滑块二(10)上，一端通过转动副与肘关节件(14)连接，大臂支架前端件(12)与大臂支架(5)由紧固件固定连接在一起，肘关节件(14)与大臂支架前端件(12)通过转动副连接，其转动副是圆柱定齿轮(13)的轴心，圆柱定齿轮(13)通过机械连接固定在大臂支架前端件(12)上，圆柱齿轮(15)与圆柱定齿轮(13)啮合，第一锥齿轮(16)与圆柱齿轮(15)通过紧固件同轴心固定在一起并一同安装在肘关节件(14)上，第二锥齿轮(17)安装在肘关节件(14)前端部的长轴上绕轴转动，并与第一锥齿轮(16)啮合，转动副一(18)固定在第二锥齿轮(17)上，转动副一(18)下方安装拟人手掌。
2.根据权利要求1所述的一种关节耦合型单驱动源仿敬礼动作机械臂，其特征在于：它在单驱动源的驱动下，通过改进的曲柄滑块连杆机构带动锥齿轮实现机械臂肩关节肘关节弯曲的同时完成小臂及手掌的旋转运动，来达到模仿人敬礼动作的目的。
3.根据权利要求1所述一种关节耦合型单驱动源仿敬礼动作机械臂，其特征在于：所述的肩部连杆(4)通过转动副带动大臂支架(5)绕固定支架(6)上的固定轴旋转，大臂支架(5)旋转的同时，滑块二(10)受大臂连杆(8)定长的限制沿着安装在大臂支架(5)一侧的滑动直线导轨滑动。
4.根据权利要求1所述一种关节耦合型单驱动源仿敬礼动作机械臂，其特征在于：所述滑块二(10)与小臂连杆(11)一端通过紧固件机械连接固定在一起，另一端通过转动副带动肘关节件(14)绕大臂支架前端件(12)的转动副转动。
5.根据权利要求1所述一种关节耦合型单驱动源仿敬礼动作机械臂，其特征在于：所述的肘关节件(14)的转动带动其上的圆柱齿轮(15)绕圆柱定齿轮(13)啮合转动，第一锥齿轮(16)随圆柱齿轮(15)转动的同时带动第二锥齿轮(17)和转动副一(18)转动，实现小臂的旋转运动。
6.根据权利要求1所述一种关节耦合型单驱动源仿敬礼动作机械臂，其特征在于：所述肘关节件(14)和大臂支架前端件(12)与大臂支架(5)结构上不平行，有一定倾斜角度，以模拟人手臂构型和动作。
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