CN117381840A - 一种高动态机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高动态机械臂，包括基座、肩部、大臂、肘部、小臂和腕部，以及设置于大臂内部的第一肘部致动器和第二肘部致动器、至少部分设置于肘部的第一传动部，所述第一传动部包括差动传动组件、第一传动杆和第二传动杆，所述第一传动杆连接于第一肘部致动器以将动力传递至差动传动组件，所述第二传动杆连接于第二肘部致动器以将动力传递至差动传动组件，所述差动传动组件合成第一肘部致动器和第二肘部致动器的动力，以使得小臂执行第一旋转运动和/或第二旋转运动。本发明具体实施例通过将提供肘部运动自由度的第一肘部致动器和第二肘部致动器后置于大臂内部，使得机械臂的重心后移减小了机械臂的运动惯量。

Description

一种高动态机械臂

技术领域

本发明属于机械臂技术领域，特别是涉及一种基于差动式共轴型跨关节协同驱动的高动态机械臂。

背景技术

随着自动化进程的不断推进，机器人在替代和协助人工执行工作方面发挥着愈发重要的作用，机器人被应用于生产制造、物流运输、公共服务等多个场景中，而机械臂是实现机器人机械系统的重要组成部分，也是机器人实现其运动功能的主要载体。

以协作机器人为例，在相关技术中，其机械臂主要包括肩部、肘部和腕部运动关节，在每个关节处装有致动器，以直接驱动对应关节输出端连接的部件运动，通过各关节的共同配合实现灵活运动，以达到模拟人类手臂的运动效果。

然而，上述机器人为实现手臂上各个部分的活动，达到模拟人类手臂运动的效果，通常在机械臂的各关节处设置有包括电机、减速器、制动器、编码器等器件的一体化致动器以提供动力，机械臂的末端连接工作工具执行指定的运动任务，但分布于肘部、腕部的关节直驱致动器本身重量较大，使得机械臂的重心靠近机器人的执行端，导致机械臂运动惯量较大、速度较慢的问题，不利于机械臂的动态性能表现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高动态的机械臂，以解决现有技术中机械臂的体积大、惯量大、能效低、速度慢的问题。本方案提供一种运动速度快、动力学性能好的高动态机械臂，通过将机械臂的腕部和肘部致动器后置，并采用远程传动和差动传动的方式，实现机械臂的重心后移，减小了机械臂的运动惯量，从而提高机械臂的动态性能。

为实现上述目标，本发明可采用如下技术方案：一种高动态机械臂，包括大臂、小臂、连接大臂和小臂的肘部、设置于大臂内部的第一肘部致动器和第二肘部致动器、以及至少部分设置于肘部的第一传动部，所述第一传动部包括差动传动组件、第一传动杆和第二传动杆，所述第一传动杆连接于第一肘部致动器以将动力传递至差动传动组件，所述第二传动杆连接于第二肘部致动器以将动力传递至差动传动组件，所述差动传动组件合成第一肘部致动器和第二肘部致动器的动力，以使得小臂执行第一旋转运动和/或第二旋转运动。

进一步的，所述差动传动组件包括齿轮传动组件，所述齿轮传动组件设置于所述肘部的内部，所述第一传动杆和第二传动杆设置于大臂内部沿轴向延伸连接至差动传动组件。

进一步的，所述差动传动组件包括第一差动组件、第二差动组件、以及垂直于第一传动杆和第二传动杆的肘部转动轴，所述第一差动组件和第二差动组件分布于所述肘部转动轴两侧。

进一步的，所述第一差动组件包括套设于所述肘部转动轴的第一中心锥齿轮、连接于第一传动杆且与所述第一中心锥齿轮啮合的第一传动齿轮组；所述第二差动组件包括套设于所述肘部转动轴的第二中心锥齿轮、连接于所述第二传动杆且与所述第二中心锥齿轮啮合的第二传动齿轮组；所述差动传动组件包括与所述第一中心锥齿轮和所述第二中心锥齿轮分别啮合的肘关节行星锥齿轮，所述肘关节行星锥齿轮连接于小臂。

进一步的，所述第一肘部致动器和第二肘部致动器沿大臂的轴向设置，所述第二肘部致动器设置于所述第一肘部致动器的前端，所述第一传动杆穿过所述第二肘部致动器和第二传动杆。

进一步的，所述机械臂还包括设置于小臂前端的腕部、沿轴向设置于大臂内部的第一腕部致动器和第二腕部致动器、以及至少部分设置于腕部的第二传动部，所述第一腕部致动器和第二腕部致动器的动力通过第一传动部和第二传动部传递至腕部。

进一步的，所述第一腕部致动器和第二腕部致动器设置于所述第一肘部致动器和第二肘部致动器的后侧。

进一步的，所述第一传动部包括用于传递第一腕部致动器动力的第一传动组件、用于传递第二腕部致动器动力的第二传动组件、连接于第一腕部致动器的第三传动杆、以及连接于第二腕部致动器的第四传动杆，所述第二腕部致动器设置于所述第一腕部致动器的前端，所述第三传动杆穿过所述第一肘部致动器、第二肘部致动器和第二腕部致动器连接于第一传动组件，所述第四传动杆穿过所述第一肘部致动器和第二肘部致动器连接于第二传动组件。

进一步的，第一传动组件和第二传动组件设置于所述差动传动组件的内侧，所述第一传动组件嵌套于所述第二传动组件的内侧。

进一步的，所述机械臂包括基座、肩部、设置于肩部内部的第一肩部致动器和第二肩部致动器，所述第二肩部致动器设置于所述第一肩部致动器的上方。

与现有技术相比，本发明具体实施例的有益效果至少在于：将提供肘部运动自由度的第一肘部致动器和第二肘部致动器、提供腕部运动自由的第一腕部致动器和第二腕部致动器后置于大臂内部，通过差动传动组件和共轴传动组件远程传递运动和动力，使得机械臂的结构紧凑，外观简洁。同时，小臂和腕部不设置致动器，减轻了小臂和腕部的重量、尺寸，降低了机械臂的重心，减小了机械臂的运动惯量，从而实现高动态运动。

附图说明

图1是本发明一个实施例的机械臂的示意图；

图2是图1所示的机械臂的剖面图；

图3是图1所示机械臂的肩部剖面图；

图4是图1所示机械臂的大臂剖面图；

图5是图1所示的机械臂的肘部剖面图；

图6是图1所示的机械臂的小臂剖面图；

图7是图1所示的机械臂的腕部剖面图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案更加清楚明了，下面将结合附图来描述本发明的实施例。应当理解的是，对实施方式的具体说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不是用于穷举本发明的所有可行方式，更不是用于限制本发明的具体实施范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“水平”、“顶”、“底”、“竖直”、“水平”、“竖向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述或简化描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造、安装及操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明具体实施例保护一种高动态的机械臂，参图1-2，所述机械臂包括按序连接的：基座1、肩部2、大臂3、肘部4、小臂5、腕部6，所述肘部4用于连接大臂3和小臂5，腕部6连接于小臂5，将机器人的腕部6所在的执行端方向定义为前端，对应的，基座1所在的方向为后端，所述腕部6设置于小臂5的前端，肘部4设置于小臂5的后端以将小臂5连接至大臂3，参图7，所述腕部6包括腕部结构件64和末端法兰7，所述腕部结构件64用于将末端法兰7连接至小臂5，所述末端法兰7用于连接机器人的各种工作工具以执行指定的工作任务。参图4，所述机械臂还包括设置于大臂3内部的第一肘部致动器34和第二肘部致动器35、以及至少部分设置于肘部4的第一传动部，大臂包括大臂结构件31，所述第一肘部致动器34和第二肘部致动器35设置于所述大臂结构件31内部，所述第一传动部用于将第一肘部致动器34和第二肘部致动器35的动力传递至小臂5，以使得小臂5执行对应的运动，所述第一肘部致动器34和第二肘部致动器35用于提供肘部4的运动自由度。具体的，所述第一传动部包括差动传动组件、第一传动杆38和第二传动杆39，所述第一传动杆38连接于第一肘部致动器34以将动力传递至差动传动组件，所述第二传动杆39连接于第二肘部致动器35以将动力传递至差动传动组件，所述差动传动组件连接于小臂5，用于合成第一肘部致动器34和第二肘部致动器35的动力，以使得小臂5执行第一旋转运动和第二旋转运动。本实施例中，将提供肘部4自由度的第一肘部致动器34和第二肘部致动器35设置于大臂3内部，相较于现有技术中采用的肘部一体化致动器串联直驱的方式，本实施例通过将腕部和肘部的致动器后置，降低机械臂的重心，从而减小了机械臂的运动惯量。

进一步的，参图5，第一肘部致动器34和第二肘部致动器35通过差动传动组件传递动力，从而使得小臂5执行第一旋转运动和/或第二旋转运动。具体的，所述差动传动组件包括齿轮传动组件，所述齿轮传动组件设置于所述肘部4，所述肘部包括肘部结构件51，所述肘部结构件51与所述小臂同轴设置，所述第一传动杆38和第二传动杆39设置于大臂3内部沿大臂3的轴向延伸至所述差动传动组件。可理解的，所述齿轮传动组件主要分布于肘部4的内部，必要的，部分结构沿肘部4的两侧向外延伸一定范围。通过齿轮传动组件、第一传动杆38和第二传动杆39传递第一致动器和第二致动器的动力，第一传动杆38和第二传动杆39设置于大臂3内部，且分别连接于第一肘部致动器34和第二肘部致动器35，所述第一肘部致动器34和第二肘部致动器35沿大臂的轴向分布，且纵向设置于大臂3内部，也即第一肘部致动器34和第二肘部致动器35的动力输出轴线平行于大臂3的轴向，第一传动杆38、第二传动杆39分别沿大臂3的轴向延伸，相较于现有技术中采用电机横置，通过带传动传递高速度、小扭矩的方式实现差动传动的方案，本方案能够将第一肘部致动器34和第二肘部致动器35分布于远离肘部的位置实现大扭矩传动，同时传动杆连接于致动器传递动力的方式，相较于使用连杆机构传动的方式导致关节转动范围受限，本方案中采用齿轮传动方式的转动范围不受限，因而具有较大的关节转动范围。

具体的，所述差动组件包括第一差动组件、第二差动组件、以及垂直于第一传动杆38和第二传动杆39的肘部转动轴406，所述肘部转动轴406横置于肘部4，所述第一差动组件和第二差动组件穿过所述肘部转动轴406，并分布于所述肘部转动轴406两侧。具体的，所述第一肘部致动器34的动力通过第一传动杆38传递至第一差动组件，所述第二肘部致动器35的动力通过第二传动杆39传递至第二差动组件，所述差动传动组件基于齿轮传动组件进行动力传递，所述差动传动组件包括与所述第一差动组件和第二差动组件均啮合的肘部行星锥齿轮409，所述肘部行星锥齿轮409连接至肘部结构件51和小臂5，所述肘部结构件连接于小臂，所述肘部行星锥齿轮409根据第一差动组件和第二差动组件所传递的不同的运动状况使得小臂5执行不同的运动，示例性的，第一致动器的动力通过第一传动杆38传递至第一差动组件，第二致动器的动力通过第二传动杆39传递至第二差动组件，所述第一差动组件啮合于肘部行星锥齿轮409的一侧，所述第二差动组件啮合于肘部行星锥齿轮409相对的另一侧，根据第一差动组件和第二差动组件所传递给肘部行星锥齿轮409的不同运动方向和运动速度，肘部行星锥齿轮409能够分别实现第一旋转运动和第二旋转运动。具体的，当第一差动组件传递给肘部行星锥齿轮409的运动方向和第二差动组件传递给肘部行星锥齿轮409的运动方向不一致时，肘部行星锥齿轮409绕自身执行自转运动，带动小臂5执行第一旋转运动；当第一差动组件传递给肘部行星锥齿轮409的运动方向和第二差动组件传递给肘部行星锥齿轮409的运动方向和运动速度一致时，肘部行星锥齿轮409绕肘部转动轴406公转，从而带动肘部结构件51执行第二旋转运动，进而带动连接于肘部结构件51的小臂5执行第二旋转运动；当第一差动组件和第二差动组件传递给肘部行星锥齿轮409的运动方向一致但运动速度不一致时，肘部行星锥齿轮409既有自转又有公转，所述小臂5可同时执行第一旋转运动和第二旋转运动。

在一个具体的实施例中，参图5，所述第一差动组件包括套设于所述肘部转动轴的第一中心锥齿轮416、连接于第一传动杆38且与所述第一中心锥齿轮啮合的第一传动齿轮组；所述第二差动组件包括套设于所述肘部转动轴的第二中心锥齿轮408，连接于第二传动杆39且与所述第二中心锥齿轮408啮合的第二传动齿轮组，所述差动传动组件包括与所述第一中心锥齿轮416和第二中心锥齿轮408分别啮合的肘部行星锥齿轮409，根据所述第一中心锥齿轮416和第二中心锥齿轮408传递给肘部行星锥齿轮409的不同运动，肘部行星锥齿轮409执行不同运动，从而带动小臂5执行不同运动。当第一中心锥齿轮416和第二中心锥齿轮408反向转动时，肘部行星锥齿轮409自转，从而带动小臂5执行第一旋转运动，也即肘部旋内/旋外运动；当第一中心锥齿轮416和第二中心锥齿轮408同向等速转动时，肘部行星锥齿轮409公转，从而带动小臂5执行第二旋转运动，也即肘部屈曲/伸展运动；当第一中心锥齿轮416和第二中心锥齿轮408同向且不等速转动时，肘部行星锥齿轮409既有自转也有公转，从而带动小臂5执行第一旋转运动和第二旋转运动，也即同时执行肘部旋内/旋外运动和肘部屈曲/伸展运动。

进一步的，所述第一传动齿轮组包括连接于第一传动杆38的第一主动锥齿轮410，与所述第一主动锥齿轮410啮合的第一从动锥齿轮411，以及连接于所述第一从动锥齿轮411的第一从动锥齿轮转动轴412，连接于第一从动锥齿轮转动轴412的第一主动直齿轮413，与第一主动直齿轮413啮合的第一从动直齿轮414，以及套设于肘部转动轴的第一中心锥齿轮416。其中，所述第一从动锥齿轮411和第一主动直齿轮413固定于所述第一从动锥齿轮转动轴412，所述第一从动直齿轮414和第一中心锥齿轮416套设于肘部转动轴406，所述第一中心锥齿轮与肘部行星锥齿轮409啮合，肘部行星锥齿轮409连接于小臂5。具体的，所述第一传动杆38的动力传递至与之连接的第一主动锥齿轮410，再传递至与第一主动锥齿轮啮合的第一从动锥齿轮411，通过连接于第一从动锥齿轮411的第一从动锥齿轮转动轴412传递至第一主动直齿轮413，再将动力传递至与第一主动直齿轮413啮合的第一从动锥齿轮414，通过第一传动套筒415传递至第一中心锥齿轮416，所述第一传动套筒415套设于肘部转动轴406，并且连接于第一从动锥齿轮414和第一中心锥齿轮416，所述第一中心锥齿轮416与肘部行星锥齿轮409啮合，肘部行星锥齿轮409连接于肘部结构件51和小臂5。

类似的，所述第二传动齿轮组包括连接于第二传动杆39的第二主动锥齿轮401，与所述第二主动锥齿轮401啮合的第二从动锥齿轮402，以及连接于第二从动锥齿轮402的第二从动锥齿轮转动轴403，连接于第二从动锥齿轮转动轴403的第二主动直齿轮404，与第二主动直齿轮404啮合的第二从动直齿轮405，以及套设于肘部转动轴的第二中心锥齿轮408。其中，所述第二从动锥齿轮402和第二主动直齿轮404固定于第二从动锥齿轮转动轴403，所述第二从动直齿轮405和第二中心锥齿轮408通过第二传动套筒407连接后套设于肘部转动轴406，所述第二传动套筒套设于肘部转动轴406，并且连接于第二从动锥齿轮402和第二中心锥齿轮408，所述第二中心锥齿轮408与肘部行星锥齿轮409啮合，肘部行星锥齿轮409连接于肘部结构件51和小臂5。关于动力的传递路径，与第一传动齿轮组的动力传递路径类似，此处不再赘述。

进一步的，参图4，所述第一肘部致动器34和第二肘部致动器35沿大臂3的轴向分布且纵向设置于大臂内部，也即第一肘部致动器34和第二肘部致动器35的输出轴线与大臂3的延伸轴线平行，第一肘部致动器34和第二肘部致动器35纵置于大臂3内部，具体的，所述第二肘部致动器35设置于所述第一肘部致动器34的前端，第一传动杆38连接于第一肘部致动器34，所述第一传动杆38穿过所述第二肘部致动器35和第二传动杆39。通过将致动器轴向设置于大臂3内部以及传动杆穿过致动器的设计，一方面能够使机械臂的重心后移，另一方面也保证了大臂3的结构紧凑。

对应的，所述第一肘部致动器34的动力传递路径为：大臂内第一传动杆38—差动传动组件—小臂5；所述第二肘部致动器35的动力传递路径为：大臂内第二传动杆39—差动传动组件—小臂5。其中，小臂5根据差动传动组件所合成的第一肘部致动器34和第二肘部致动器35两者的动力，通过前文所述方式综合确定执行何种运动。

以上实施例，大臂内部设置第一肘部致动器34和第二肘部致动器35，通过连接于第一肘部致动器34的第一传动杆38和连接于第二肘部致动器35的第二传动杆39，将动力传递至设置于肘部的差动传动组件，通过差动传动组件将动力传递至小臂5，相较于传统方式中将肘部设置致动器以提供肘部运动自由度的方式，本方案能够将肘部4的致动器后移，降低机器人的重心，减小机械臂的运动惯量，从而使得机械臂具有相对大的运动速度。

进一步的，参图4，机械臂包括提供腕部6运动自由度的第一腕部致动器32和第二腕部致动器33，机器人的腕部设置于小臂5的前端，参图7，机器人的腕部6包括腕部结构件64和末端法兰7，所述腕部结构件64用于将末端法兰7连接至小臂5，所述末端法兰7可用于连接机器人的工作工具以执行具体的工作任务，所述第一腕部致动器32和第二腕部致动器33沿轴向设置于大臂的内部，所述第一腕部致动器32和第二腕部致动器33纵置于大臂内部，以及，机械臂还包括至少部分设置于腕部6的第二传动部，所述第一腕部致动器32和第二腕部致动器33的动力通过第一传动部和第二传动部传递至腕部6。本方案中将提供肘部4运动自由度的两个致动器和提供腕部6运动自由度的两个致动器均设置于大臂3内部，也即机械臂的腕部6、小臂5以及肘部4均不设置致动器，从而减轻了机械臂腕部6、小臂5和肘部4的重量，尽可能的将机械臂的重心后移，进而减小机械臂的运动惯量。

具体的，所述第一腕部致动器32和第二腕部致动器33设置于第一肘部致动器34和第二肘部致动器35的后侧。在一个具体的实施例中，所述第一腕部致动器32为腕部内收/外展致动器，所述第二腕部致动器33为腕部屈曲/伸展致动器，所述第二腕部致动器33设置于所述第一腕部致动器32前端，从而使得第二肘部致动器35、第一肘部致动器34、第二腕部致动器33和第一腕部致动器32在大臂3内依次分布。具体的，所述第一腕部致动器32靠近肩部设置，以降低机械臂的重心。

进一步的，第一腕部致动器32和第二腕部致动器33通过第一传动部和第二传动部传递动力，进而将动力传递至腕部6使得腕部6执行第三旋转运动和第四旋转运动。所述第一传动部包括差动传动组件传递第一肘部致动器34和第二肘部致动器35的动力，进一步的，参图4，所述第一传动部还包括第一传动组件和第二传动组件、以及连接于第一传动组件的第三传动杆36、连接于第二传动组件的第四传动杆37，所述第一传动组件和第三传动杆36用于传递第一腕部致动器32的动力，所述第二传动组件和第四传动杆37用于传递第二腕部致动器33的动力，所述第二腕部致动器33设置于所述第一腕部致动器32的前端，连接于第二腕部致动器33的第四传动杆37穿过所述第一肘部致动器34和第二肘部致动器35连接于第二传动组件，连接于第一腕部致动器的第三传动杆36穿过第二腕部致动器33、第一肘部致动器34和第二肘部致动器35连接于第一传动组件。可理解的，所述第一肘部致动器34、第二肘部致动器35、第一腕部致动器32和第二腕部致动器33为中空结构，更具体的，上述各致动器包括驱动电机和减速器，所述驱动电机可采用中空电机，通过采用中空结构的致动器，同时设置于后端的致动器的传动杆穿过设置于前端的致动器以及其传动杆，以使得致动器和传动杆形成套接的结构，所述第一传动杆、第二传动杆、第三传动杆、第四传动杆为中空轴。也即，第四传动杆37穿过设置于第二腕部致动器33前端的第一肘部致动器34、第二肘部致动器35以及对应的第一传动杆38和第二传动杆39，第三传动杆36穿过设置于第一腕部致动器32前端的第二腕部致动器33、第一肘部致动器34和第二肘部致动器35以及对应的第四传动杆37、第一传动杆38和第二传动杆39，中空结构的致动器结合套接的结构设计，能够使得机械臂的结构设计紧凑、减小机械臂的运动惯量，进而提升机械臂执行端的运动线速度。

进一步的，参图4-7，所述第一传动部将设置于大臂3内部的第一腕部致动器32和第二腕部致动器33的动力传递至肘部，所述第二传动部将第一腕部致动器32和第二腕部致动器33的动力继续传递至腕部，以使得腕部6执行第三旋转运动和第四旋转运动。所述第二传动部包括第三传动组件、第四传动组件，以及连接于第三传动组件的第五传动杆53、连接于第四传动组件的第六传动杆54。所述第五传动杆53一端连接于第一传动组件，另一端连接于第三传动组件，所述第六传动杆54一端连接于第二传动组件，另一端连接于第四传动组件，所述第一腕部致动器32的动力经由第三传动杆36传递至第一传动组件，再通过连接于第一传动组件的第五传动杆53传递至第三传动组件，第三传动组件连接于末端法兰7，以使得腕部6执行第三旋转运动；所述第二腕部致动器33的动力经由第四传动杆37传递至第二传动组件，再通过连接于第二传动组件的第六传动杆54传递至第四传动组件，第四传动组件连接于腕部结构件64，以使得腕部6执行第四旋转运动。其中，所述第三传动杆36和第四传动杆37设置于大臂3内部沿大臂3的轴向延伸，参图6，所述第五传动杆53和第六传动杆54设置于小臂5内部沿小臂5的轴向延伸，所述小臂包括小臂结构件52，所述第五传动杆53和第六传动杆54设置于所述小臂结构件52的内部。

所述第一传动部包括差动传动组件、第一传动杆38和第二传动杆39，所述第一传动部至少部分设置于肘部4，具体的，所述第一传动杆38和第二传动杆39设置于大臂3内部沿大臂3的轴向延伸，所述差动传动组件设置于肘部4，可理解的，所述差动传动组件可沿肘部4的两侧部分的延伸。所述第一传动部还包括第一传动组件和第二传动组件，所述第一传动组件和第二传动组件设置于肘部4，所述第一传动组件和第二传动组件设置于差动传动组件的内侧。具体的，所述差动传动组件包括第一差动组件和第二差动组件，所述第一差动组件和第二差动组件分布于肘部转动轴的两侧，更具体的，所述第一差动组件和第二差动组件对称分布于肘部4的中轴线两侧。

所述第一腕部致动器32和第二腕部致动器33沿大臂3轴向设置于大臂3内部，也即第一腕部致动器32和第二腕部致动器33纵置于大臂3内部，所述第一传动部和/或第二传动部包括运动方向转换结构以改变所述第一腕部致动器32和第二腕部致动器33的动力方向，在一个具体的实施例中，所述运动方向转换机构形成为锥齿轮。

其中，所述第一传动组件和第二传动组件示例性的包括齿轮传动组件，通过齿轮传动实现动力的传递，具体的所述第一传动组件和第二传动组件分别包括水平向锥齿轮和竖直向锥齿轮以实现致动器运动方向的转换。

参图5，所述第二传动组件包括第三主动锥齿轮417，与所述第三主动锥齿轮417啮合的第三从动锥齿轮418，以及与第三从动锥齿轮啮合的第四从动锥齿轮419。所述第一主动锥齿轮417连接于第三传动杆36，所述第四从动锥齿轮419连接于第六传动杆54。

所述第一传动组件包括第四主动锥齿轮420，与第四主动锥齿轮啮合的第五从动锥齿轮421，以及与第五从动锥齿轮啮合的第六从动锥齿轮422。所述第四主动锥齿轮420连接于第四传动杆37，所述第六从动锥齿轮422连接于第五传动杆53。

所述第三从动锥齿轮418和第五从动锥齿轮421套设于肘部转动轴，所述第五从动锥齿轮421相对于所述第三从动锥齿轮418靠近肘部4的中心轴设置，以使得所述第一传动组件嵌套于所述第二传动组件的内侧。保证肘部4的结构相对紧凑。

类似的，参图7，所述第三传动组件66和第四传动组件62分别包括水平锥齿轮和竖直锥齿轮，以改变第一腕部致动器32和第二腕部致动器33的动力传递方向，所述第三传动组件66连接于末端法兰7，所述第四传动组件62连接于腕部结构件64，以使得腕部分别根据第一腕部致动器32和第二腕部致动器33传递的动力执行第三旋转运动和第四旋转运动。

进一步的，所述机械臂还包括肩部，参图3，肩部2连接于机械臂的基座1，肩部包括肩部结构件21、第一肩部致动器22和第二肩部致动器23，所述第二肩部致动器23设置于所述第一肩部致动器22的上方。在一个具体的实施例中，所述第一肩部致动器22为肩部旋内/旋外致动器，所述第二肩部致动器23为肩部屈曲/伸展致动器。其中，结构件可用于固定其内部的零部件，可选的，部分位置的结构件通过工艺处理后可作为机械臂外壳的一部分。

以上本发明的优选实施例，将提供腕部运动自由度和肘部运动自由度的四个致动器均设置于大臂内部，小臂内部无致动器，减轻了小臂和腕部的重量，从而减小了机械臂的运动惯量，使得机械臂结构紧凑，可实现机械臂的高动态运动；同时，各致动器轴向分布，使得机械臂腕部的运动轴线相交于腕部中心，肘部运动的运动轴线相交于肘部中心，肩部运动的运动轴线相较于肩部中心，消除了轴线偏差，不存在偏置力矩，提高了机械臂的工作效率。

最后还需要指出，由于文字表达的有限性，上述说明仅是示例性的，并非穷尽性的，本发明并不限于所披露的各实施方式，在不偏离上述示例的范围和精神的情况下，对于本领域的技术人员来说还可以作若干改进和修饰，这些改进和修饰也应视为本发明的保护范围。因此本发明的保护范围应以权利要求为准。

Claims (10)

1.一种高动态机械臂，其特征在于，包括大臂、小臂、连接大臂和小臂的肘部、设置于大臂内部的第一肘部致动器和第二肘部致动器、以及至少部分设置于肘部的第一传动部，所述第一传动部包括差动传动组件、第一传动杆和第二传动杆，所述第一传动杆连接于第一肘部致动器以将动力传递至差动传动组件，所述第二传动杆连接于第二肘部致动器以将动力传递至差动传动组件，所述差动传动组件合成第一肘部致动器和第二肘部致动器的动力，以使得小臂执行第一旋转运动和/或第二旋转运动。

2.根据权利要求1所述的高动态机械臂，其特征在于，所述差动传动组件包括齿轮传动组件，所述齿轮传动组件设置于所述肘部的内部，所述第一传动杆和第二传动杆设置于大臂内部沿轴向延伸连接至差动传动组件。

3.根据权利要求1所述的高动态机械臂，其特征在于，所述差动传动组件包括第一差动组件、第二差动组件、以及垂直于第一传动杆和第二传动杆的肘部转动轴，所述第一差动组件和第二差动组件分布于所述肘部转动轴的两侧。

4.根据权利要求3所述的高动态机械臂，其特征在于，所述第一差动组件包括套设于所述肘部转动轴的第一中心锥齿轮、连接于第一传动杆且与所述第一中心锥齿轮啮合的第一传动齿轮组；所述第二差动组件包括套设于所述肘部转动轴的第二中心锥齿轮、连接于所述第二传动杆且与所述第二中心锥齿轮啮合的第二传动齿轮组；所述差动传动组件包括与所述第一中心锥齿轮和所述第二中心锥齿轮分别啮合的肘部行星锥齿轮，所述肘部行星锥齿轮连接于小臂。

5.根据权利要求3所述的高动态机械臂，其特征在于，所述第一肘部致动器和第二肘部致动器沿大臂的轴向设置，所述第二肘部致动器设置于所述第一肘部致动器的前端，所述第一传动杆穿过所述第二肘部致动器和第二传动杆。

6.根据权利要求5所述的高动态机械臂，其特征在于，所述机械臂还包括设置于小臂前端的腕部、沿轴向设置于大臂内部的第一腕部致动器和第二腕部致动器、以及至少部分设置于腕部的第二传动部，所述第一腕部致动器和第二腕部致动器的动力通过第一传动部和第二传动部传递至腕部。

7.根据权利要求6所述的高动态机械臂，其特征在于，所述第一腕部致动器和第二腕部致动器设置于所述第一肘部致动器和第二肘部致动器的后侧。

8.根据权利要求7所述的高动态机械臂，其特征在于，所述第一传动部包括用于传递第一腕部致动器动力的第一传动组件、用于传递第二腕部致动器动力的第二传动组件、连接于第一腕部致动器的第三传动杆、以及连接于第二腕部致动器的第四传动杆，所述第二腕部致动器设置于所述第一腕部致动器的前端，所述第三传动杆穿过所述第一肘部致动器、第二肘部致动器和第二腕部致动器连接于第一传动组件，所述第四传动杆穿过所述第一肘部致动器和第二肘部致动器连接于第二传动组件。

9.根据权利要求8所述的高动态机械臂，其特征在于，第一传动组件和第二传动组件设置于所述差动传动组件的内侧，所述第一传动组件嵌套于所述第二传动组件的内侧。

10.根据权利要求1所述的高动态机械臂，其特征在于，所述机械臂包括基座、肩部、设置于肩部内部的第一肩部致动器和第二肩部致动器，所述第二肩部致动器设置于所述第一肩部致动器的上方。