CN1317109C

CN1317109C - 多关节仿人型机器人手臂

Info

Publication number: CN1317109C
Application number: CNB021588678A
Authority: CN
Inventors: 李瑞峰; 刘广利; 于殿勇
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2007-05-23
Anticipated expiration: 2022-12-26
Also published as: CN1511680A

Abstract

多关节仿人型机器人手臂，它涉及一种安装在机器人上的机械手臂。它由具有回转副和摆动副的肩部关节、具有两个回转副和一个摆动副的肘部关节、具有回转副和摆动副的腕部关节、连接在肩部关节和肘部关节之间的大臂、连接在肘部关节和腕部关节之间的小臂、与腕部关节相连接的夹持手组成；夹持手由壳体、安装在壳体内的蜗杆、设置在蜗杆两侧并与蜗杆啮合的一对蜗轮、分别与一对蜗轮固定连接的一对手爪组成，手爪伸至壳体的外面；各关节的回转副和摆动副、以及夹持手的蜗杆的运动分别由一台伺服电机驱动，肘部关节(C)中的第二齿轮(C2)与第二齿圈(C3)相互啮合并形成肘部关节(C)的上回转副；轴套(C11)与连接盘(C12)和电机护罩(C13)形成转动配合并形成肘部关节(C)的摆动副；第三齿圈(C9)与第三齿轮(C8)相互啮合并形成肘部关节(C)的下回转副。该手臂可以模仿人的手臂功能进行各种各样的操作，完成取、放、拧紧、开关等动作，并通过双手臂的合作与协调动作实现一定的作业功能。

Description

多关节仿人型机器人手臂

技术领域：本发明涉及一种安装在机器人上的机械手臂。

背景技术：现有的机器人关节型手臂大多体积大，重量大，动作欠灵活，活动范围小，多数采用交流伺服电机，只能在固定场所作业，不适用于移动型机器人。同时大多数为单臂，对于需要双臂协调作业的场合无能为力。

发明内容：本发明提供一种多关节仿人型机器人手臂，该手臂可以模仿人的手臂功能进行各种各样的操作，完成取、放、拧紧、开关等动作，并通过双手臂的合作与协调动作实现一定的作业功能。本发明的多关节仿人型机器人手臂由具有回转副和摆动副的肩部关节A、具有两个回转副和一个摆动副的肘部关节C、具有回转副和摆动副的腕部关节E、连接在肩部关节A和肘部关节C之间的大臂B、连接在肘部关节C和腕部关节E之间的小臂D、与腕部关节E相连接的夹持手F组成；夹持手F由壳体F1、安装在壳体F1内的蜗杆F2、设置在蜗杆F2两侧并与蜗杆F2啮合的一对蜗轮F3、分别与一对蜗轮F3固定连接的一对手爪F4组成，手爪F4伸至壳体F1的外面；各关节的回转副和摆动副、以及夹持手F的蜗杆F2的运动分别由一台伺服电机驱动，肘部关节C由安装在大臂(B)内的第三电机(C1)、第二齿轮(C2)、第二齿圈(C3)、肘转关节体(C4)、第四电机(C5)、肘摆轴(C6)、肘摆关节体(C7)、第三齿轮(C8)、第三齿圈(C9)、安装在小臂(D)内的第五电机(C10)组成；第二齿圈(C3)套装在大臂(B)内的轴(B2)上，第二齿圈(C3)与肘转关节体(C4)固定连接，第二齿轮(C2)与第三电机(C1)的主轴相连接，第二齿轮(C2)与第二齿圈(C3)相互啮合并形成肘部关节(C)的上回转副；与第四电机(C5)的主轴相连接的肘摆轴(C6)固定在肘摆关节体(C7)的轴套(C11)内，在肘转关节体(C4)上固定连接有连接盘(C12)和电机护罩(C13)，连接盘(C12)和电机护罩(C13)支撑在轴套(C11)的两端，轴套(C11)与连接盘(C12)和电机护罩(C13)形成转动配合并形成肘部关节(C)的摆动副；第三齿圈(C9)套装在大小臂(D)内的轴(D1)上，第三齿圈(C9)与肘摆关节体(C7)固定连接，第三齿轮(C8)与第五电机(C10)的主轴固定连接，第三齿圈(C9)与第三齿轮(C8)相互啮合并形成肘部关节(C)的下回转副。该多关节仿人型机器人手臂的肩部关节有两个自由度：电机通过齿轮副传动带动手臂绕手臂纵长轴线(0-0以下同)回转(运动范围330°)，另一电机通过连接盘带动大臂绕I轴摆动(运动范围-90°～+100°)；肘部关节分两段：上肘部、下肘部，上肘部有2个自由度：电机通过齿轮副传动带动肘部绕手臂纵长轴线回转(运动范围330°)，电机通过连接盘带动小臂绕II轴摆动(运动范围-90°～+90°)，下肘部有1个自由度：电机通过齿轮副传动带动小臂绕手臂纵长轴线回转(运动范围330°)，增加此自由度可增强避障能力，增大作业范围；腕部关节有2个自由度：电机通过齿形带传动带动腕部绕III轴摆动(运动范围-30°～+45°)、电机通过连接盘，带动夹持手绕手臂纵长轴线回转(运动范围-60°～+60°)，夹持手内电机通过蜗轮蜗杆传动，带动两个手爪进行开闭动作。本发明的多关节仿人型机器人手臂，可左右对称安装于机器人上，其双臂在计算机控制下可协调动作，相互配合(见图1)。手臂采用7+1(冗余)自由度仿人结构，长度与人臂相仿。该机器人手臂机械结构简捷紧凑、体积小、重量轻，各关节连接可靠，拆卸方便，电机线、传感器线内置，传动关系简单明了；手臂具有7+1自由度的特点，手臂运动范围大、灵活，避障能力强；安全性强、可达性强、双手协调运动灵活，应用范围广；作业手臂能耗低，采用直流24v供电；单作业臂最大抓取重量：1Kg。

附图说明：图1是本发明的机器人手臂安装在机器人身上的作业原理图，图2是本发明的机器人手臂的结构示意图，图3是图2的俯视图，图4是肩部关节A的结构示意图，图5是肘部关节C的结构示意图，图6是腕部关节E的结构示意图，图7是夹持手F的结构示意图。

具体实施方式：参阅图2、图3，本实施方式的机器人手臂由具有回转副和摆动副的肩部关节A、具有两个回转副和一个摆动副的肘部关节C、具有回转副和摆动副的腕部关节E、连接在肩部关节A和肘部关节C之间的大臂B、连接在肘部关节C和腕部关节E之间的小臂D、与腕部关节E相连接的夹持手F组成；参阅图4，肩部关节A由关节体A1、肩转关节体A2、第一电机A3、第一齿轮A4、第一齿圈A5、肩摆轴A6、第二电机A7组成；第一电机A3安装在关节体A1上，第一齿圈A5套装在关节体A1的轴A8上，第一齿圈A5与肩转关节体A2固定连接，第一齿轮A4与第一电机A3的主轴相连接，第一齿轮A4与第一齿圈A5相啮合并形成肩部关节A的回转副；与第二电机A7的主轴相连接的肩摆轴A6固定在大臂B左端的轴套B1内，在肩转关节体A2上还固定有连接盘A9和电机护罩A10，连接盘A9与电机护罩A10支撑在轴套B1的两端，连接盘A9和电机护罩A10与轴套B1形成转动配合并形成肩部关节A的摆动副。参阅图5，肘部关节C由安装在大臂B内的第三电机C1、第二齿轮C2、第二齿圈C3、肘转关节体C4、第四电机C5、肘摆轴C6、肘摆关节体C7、第三齿轮C8、第三齿圈C9、安装在小臂D内的第五电机C10组成；第二齿圈C3套装在大臂B内的轴B2上，第二齿圈C3与肘转关节体C4固定连接，第二齿轮C2与第三电机C1的主轴相连接，第二齿轮C2与第二齿圈C3相互啮合并形成肘部关节C的上回转副；与第四电机C5的主轴相连接的肘摆轴C6固定在肘摆关节体C7的轴套C11内，在肘转关节体C4上固定连接有连接盘C12和电机护罩C13，连接盘C12和电机护罩C13支撑在轴套C11的两端，轴套C11与连接盘C12和电机护罩C13形成转动配合并形成肘部关节C的摆动副；第三齿圈C9套装在小臂D内的轴D1上，第三齿圈C9与肘摆关节体C7固定连接，第三齿轮C8与第五电机C10的主轴固定连接，第三齿圈C9与第三齿轮C8相互啮合并形成肘部关节C的下回转副。参阅图6，腕部关节E由安装在小臂D内的第六电机E1、齿形带传动机构E2、腕轴E3、第七电机E4、腕转关节体E5组成；齿形带传动机构E2分别连接第六电机E1的主轴和腕轴E3，腕轴E3的两端与小臂D端部形成转动配合即构成腕部关节E的摆动副；第七电机E4通过固定装置E6固定在腕轴E3上，腕转关节体E5与第七电机E4的主轴固定连接即构成腕部关节E的回转副，腕转关节体E5与夹持手F的壳体F1固定连接。参阅图7，夹持手F由壳体F1、安装在壳体F1内的螺杆F2、设置在蜗杆F2两侧并与蜗杆F2啮合的一对蜗轮F3、分别与一对蜗轮F3固定连接的一对手爪F4组成，手爪F4伸至壳体F1的外面。以上各电机均为伺服电机。

Claims

1、多关节仿人型机器人手臂，其特征在于它由具有回转副和摆动副的肩部关节(A)、具有两个回转副和一个摆动副的肘部关节(C)、具有回转副和摆动副的腕部关节(E)、连接在肩部关节(A)和肘部关节(C)之间的大臂(B)、连接在肘部关节(C)和腕部关节(E)之间的小臂(D)、与腕部关节(E)相连接的夹持手(F)组成；夹持手(F)由壳体(F1)、安装在壳体(F1)内的蜗杆(F2)、设置在蜗杆(F2)两侧并与蜗杆(F2)啮合的一对蜗轮(F3)、分别与一对蜗轮(F3)固定连接的一对手爪(F4)组成，手爪(F4)伸至壳体(F1)的外面；各关节的回转副和摆动副、以及夹持手(F)的蜗杆(F2)的运动分别由一台伺服电机驱动，肘部关节C由安装在大臂(B)内的第三电机(C1)、第二齿轮(C2)、第二齿圈(C3)、肘转关节体(C4)、第四电机(C5)、肘摆轴(C6)、肘摆关节体(C7)、第三齿轮(C8)、第三齿圈(C9)、安装在小臂(D)内的第五电机(C10)组成；第二齿圈(C3)套装在大臂(B)内的轴(B2)上，第二齿圈(C3)与肘转关节体(C4)固定连接，第二齿轮(C2)与第三电机(C1)的主轴相连接，第二齿轮(C2)与第二齿圈(C3)相互啮合并形成肘部关节(C)的上回转副；与第四电机(C5)的主轴相连接的肘摆轴(C6)固定在肘摆关节体(C7)的轴套(C11)内，在肘转关节体(C4)上固定连接有连接盘(C12)和电机护罩(C13)，连接盘(C12)和电机护罩(C13)支撑在轴套(C11)的两端，轴套(C11)与连接盘(C12)和电机护罩(C13)形成转动配合并形成肘部关节(C)的摆动副；第三齿圈(C9)套装在大小臂(D)内的轴(D1)上，第三齿圈(C9)与肘摆关节体(C7)固定连接，第三齿轮(C8)与第五电机(C10)的主轴固定连接，第三齿圈(C9)与第三齿轮(C8)相互啮合并形成肘部关节(C)的下回转副。

2、根据权利要求1所述的多关节仿人型机器人手臂，其特征在于肩部关节(A)由关节体(A1)、肩转关节体(A2)、第一电机(A3)、第一齿轮(A4)、第一齿圈(A5)、肩摆轴(A6)、第二电机(A7)组成；第一电机(A3)安装在关节体(A1)上，第一齿圈(A5)套装在关节体(A1)的轴(A8)上，第一齿圈(A5)与肩转关节体(A2)固定连接，第一齿轮(A4)与第一电机(A3)的主轴相连接，第一齿轮(A4)与第一齿圈(A5)相啮合并形成肩部关节(A)的回转副；与第二电机(A7)的主轴相连接的肩摆轴(A6)固定在大臂(B)左端的轴套(B1)内，在肩转关节体(A2)上还固定有连接盘(A9)和电机护罩(A10)，连接盘(A9)和电机护罩(A10)支撑在轴套(B1)的两端，连接盘(A9)和电机护罩(A10)与轴套(B1)形成转动配合并形成肩部关节(A)的摆动副。

3、根据权利要求1所述的多关节仿人型机器人手臂，其特征在于腕部关节(E)由安装在小臂(D)内的第六电机(E1)、齿形带传动机构(E2)、腕轴(E3)、第七电机(E4)、腕转关节体(E5)组成；齿形带传动机构(E2)分别连接第六电机(E1)的主轴和腕轴(E3)，腕轴(E3)的两端与小臂(D)端部形成转动配合即构成腕部关节(E)的摆动副；第七电机(E4)通过固定装置(E6)固定在腕轴(E3)上，腕转关节体(E5)与第七电机(E4)的主轴固定连接即构成腕部关节(E)的回转副，腕转关节体(E5)与夹持手(F)的壳体(F1)固定连接。