CN204546557U - 一种基于人体工程学的七自由度仿人型机械臂系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于人体工程学的七自由度仿人型机械臂系统，其特征在于：它包括肩关节及支座、大臂及安装板、前臂；大臂及安装板固定在肩关节及支座的动平台上，螺钉连接；前臂固连在大臂及安装板的肘关节活动板上。本实用新型构型及尺寸与人体结构尺寸相近，类似人臂结构特征的仿人手臂能够更好地模拟人臂运动，它采用串并联混合结构，在满足类似人手臂运动空间的基础上，刚度和精度比较高，有较强的运动灵活性和容错性。
Description
技术领域
本实用新型涉及仿人机器人领域，具体来说，是涉及一种基于人体工程学的七自由度仿人型机械臂系统。
背景技术
机械臂是实现机器人系统主体与末端执行器连接的重要工具，机械臂的活动范围、负载能力直接影响机器人末端的作业能力。服务型机器人、空间机器人等的迅速发展，对机械臂的性能提出了更高的要求。仿人机器人是当今机器人研究领域最活跃的研究方向之一，而作为仿人机器人重要组成部分的仿人机械臂是研究的热点。在人体结构中，上肢可以轻松准确、灵活自如地实现触点、抓取、推拉等各种动作。目前的机械臂在工作空间、灵活性、结构构型上与人手臂相距甚远，不能达到模拟人臂运动的效果。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型提供一种基于人体工程学的七自由度仿人型机械臂系统。
本实用新型采取的技术方案是：一种基于人体工程学的七自由度仿人型机械臂系统，它包括肩关节及支座、大臂及安装板、前臂。其位置连接关系是：大臂及安装板固定在肩关节及支座的动平台上，螺钉连接；前臂固连在大臂及安装板的肘关节活动板上。
所述肩关节及支座，是由液压摆动缸底座、肩关节X支链、肩关节Y支链、安装中心底板、肩关节动平台支架、长滑块、肩关节动平台组成；其位置连接关系是：肩关节X支链、肩关节Y支链通过铰链连接在液压摆动缸底座上，安装中心底板固连在液压摆动缸上方，肩关节动平台支架固连在安装中心底板上，长滑块通过铰链连接在肩关节动平台支架和肩关节X支链上，肩关节动平台通过铰链与长滑块和肩关节Y支链连接；该液压摆动缸底座是由液压摆动缸、摆动缸输出轴座、偏心安装底板、X支链安装底座、Y支链安装底座组成；其位置连接关系是：液压摆动缸上面固连摆动缸输出轴座，偏心安装底板固连在摆动缸输出轴座上面；X支链安装底座、Y支链安装底座固定在偏心安装底板上；肩关节X支链通过铰链连接在X支链安装底座上；肩关节Y支链通过虎克铰连接在Y支链安装底座上。
该肩关节X支链，由X支链液压缸安装底座、液压缸、推杆支座、短滑块组成。其位置关系是：液压缸与X支链液压缸安装底座同轴心，并固定在X支链液压缸安装底座上；推杆支座固定在液压缸的推杆上，通过螺钉固定；短滑块固定在液压缸的推杆上，通过铰链连接。该肩关节Y支链，由Y支链液压缸安装底座、液压缸、推杆支座、短滑块组成。其位置关系是：液压缸与Y支链液压缸安装底座同轴心，并固定在Y支链液压缸安装底座上；推杆支座固定在液压缸的推杆上，通过螺钉固定；短滑块固定在液压缸的推杆上，通过铰链连接。该安装中心底板上面连接肩关节动平台支架，下连接液压缸安装底座，起到支撑肩关节动平台支架、传递旋转运动的作用；该肩关节动平台支架的作用是将动平台放置在合适的高度；该长滑块是将肩关节X支链的移动变为转动；该肩关节动平台是将肩关节Y支链的移动变为绕长滑块的转动。
所述大臂及安装板由大臂安装板、大臂组成，两者通过螺钉固接。该大臂安装板的形状是开有固定凹槽的梯形块，它通过液压缸的移动实现肘关节的转动，转动范围在0～150°，与人肘关节一样不能反向转动。该大臂由大臂底板、大臂支架、支链安装底板、液压推缸安装底座、液压缸、液压缸支座、短滑块、肘关节运动板组成。其间关系是：该大臂安装在大臂安装板上，通过螺钉固定；大臂底板连接在大臂支架上，通过螺钉固定；支链安装底板安装在大臂底板上，通过螺钉固定；液压推缸安装底座安装在支链安装底板上，通过铰链连接；液压缸安装在液压缸安装底座上，通过螺钉固定；液压缸支座安装在液压缸的推杆上，通过螺钉固定；短滑块连接在液压缸支座上，通过铰链连接；肘关节运动板分别与短滑块和大臂支架通过铰链连接。
所述前臂由前臂底座、前臂支架、前臂X支链、前臂Y支链、动平台组成。其位置关系是：前臂支架安装在前臂底座上，二者可以相对转动；前臂X支链、前臂Y支链安装在前臂底座上，通过铰链连接在前臂支架、前臂X支链、前臂Y支链上。
该前臂底座由静平台底座、输出轴轴座、滑动轴承、隔离套组成。其位置关系是：输出轴轴座安装在静平台底座上，通过螺钉固定；滑动轴承安装在输出轴座上；隔离套套在3-803滑动轴承里。该前臂支架由摆动单元、连接法兰、立架、支座、短滑块组成。其位置关系是：连接法兰与摆动单元通过螺钉固连；立架与连接法兰通过螺钉固连；支座与立架固连；短滑块与立架通过铰链连接。该前臂X支链由液压缸安装底座、液压缸、支座、短滑块组成。其位置关系是：液压缸固连在液压缸底座上；通过螺钉固连在液压缸的推杆上；短滑块通过铰链连接在支座上。该前臂Y支链由短滑块、液压缸底座、液压缸及推杆、支架、短滑块组成。其位置关系是：短滑块通过铰链连接在液压缸底座上；液压缸及推杆连接在液压缸底座上；支架固连在液压缸及推杆上；短滑块通过铰链连接在支架上。
本实用新型一种基于人体工程学的七自由度仿人型机械臂系统的优点在于：
1、本实用新型构型及尺寸与人体结构尺寸相近，类似人臂结构特征的仿人手臂能够更好地模拟人臂运动；
2、本实用新型采用串并联混合结构，在满足类似人手臂运动空间的基础上，刚度和精度比较高；
3、本实用新型结构可达工作空间与人手臂相似，有较强的运动灵活性和容错性；
附图说明
图1为本实用新型基于人体工程学的7自由度仿人型机械臂整体结构示意图；
图2为本图1中肩关节及支座1的结构示意图；
图3为图2中400底座结构示意图；
图4为图2中500肩关节X支链结构示意图；
图5为图2中600肩关节Y支链结构示意图；
图6为图1中2结构示意图；
图7为图6中2-201大臂安装板示意图。
图8为图6中2-700大臂结构示意图；
图9为图1中3前臂结构示意图；
图10为图9中3-800底座结构示意图；
图11为图9中3-900支架结构示意图；
图12为图9中3-1000X支链结构示意图；
图13为图9中3-1100Y支链结构示意图；
图中：
1-肩关节及支座 2-大臂及安装板 3-前臂 1-101-安装中心底板
1-102-肩关节动平台 1-103-长滑块 1-104肩关节动平台 1-500肩关节X支链支架
1-600肩关节Y支链 1-401液压摆动缸 1-402摆动缸输出轴 1-403偏心安装底板
座
1-404X支链安装底座 1-405Y支链安装底座 1-501X支链液压缸安 1-502液压缸
装底座
1-503推杆支座 1-504短滑块 1-601Y支链液压缸安 1-602液压缸
装底座
1-603推杆支座 1-604短滑块 2-201大臂安装板 2-700大臂
2-701大臂底板 2-702大臂支架 2-703支链安装底板 2-704液压推缸安装底
座
2-705液压缸 2-706液压缸支座 2-707肘关节运动板 3-800前臂底座
3-900前臂支架 3-1000前臂X支链 3-1100前臂Y支链 3-801静平台底座
3-802输出轴轴座 3-803滑动轴承 3-804隔离套 3-901摆动单元
3-902连接法兰 3-903立架 3-904支座 3-905短滑块
3-1001液压缸安装底 3-1002液压缸及推杆 3-1003支架 3-1004短滑块
座
3-1101短滑块1 3-1102直销轴 3-1103液压缸及推杆 3-1104支架
3-1105短滑块2 3-301动平台 1-400液压摆动缸底
座
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
如图1，本实用新型所述图1中机械结构包括肩关节及支座1、大臂及安装板2、前臂3。其中肩关节及支座1全长600mm，大臂2全长为340mm，前臂全长为270mm。其位置连接关系是：大臂及安装板2固定在肩关节及支座1的动平台上，螺钉连接；前臂3固连在大臂及安装板中2的肘关节运动板2-707上。
如图2，本实用新型所述肩关节及支座1，液压摆动缸1-401、摆动缸输出轴座1-402、偏心安装底板1-403、安装中心底板1-101、肩关节动平台支架1-102、长滑块1-103、肩关节动平台1-104、X支链安装底座1-404、Y支链安装底座1-405、肩关节X支链1-500、肩关节Y支链1-600组成。其位置连接关系是：液压摆动缸1-401上面固连摆动缸输出轴座1-402；偏心安装底板1-403固连在摆动缸输出轴座1-402上面；X支链安装底座1-404、Y支链安装底座1-405固定在偏心安装底板1-403上；安装中心底板1-101分别与偏安装底板1-403、摆动缸输出转轴座1-402固连；肩关节动平台支架1-102固定在安装中心底板1-101上；肩关节X支链1-500通过铰链连接在X支链安装底座1-404上；肩关节Y支链1-600通过虎克铰连接在Y支链安装底座1-405上。
如图3所示，该液压摆动缸底座1-400是由液压摆动缸1-401、摆动缸输出轴座1-402、偏心安装底板1-403、X支链安装底座1-404、Y支链安装底座组成1-405；其位置连接关系是：液压摆动缸1-401上面固连摆动缸输出轴座1-402，偏心安装底板1-403固连在摆动缸输出轴座上面1-402；X支链安装底座1-404、Y支链安装底座1-405固定在偏心安装底板1-403上；肩关节X支链1-500通过铰链连接在X支链安装底座1-404上；肩关节Y支链1-600通过虎克铰连接在Y支链安装底座1-405上。
如图4所示，本实用新型所述肩关节X支链1-500由X支链液压缸安装底座1-501、液压缸1-502、推杆支座1-503、短滑块1-504组成。其位置连接关系是：液压缸1-502与X支链液压缸安装底座1-501同轴心，并固定在X支链液压缸安装底座1-501上；推杆支座1-503固定在液压缸1-502的推杆上，通过螺钉固定；短滑块1-504固定在液压缸1-502的推杆上，通过铰链连接。
如图5所示，本实用新型所述肩关节Y支链1-600由Y支链液压缸安装底座1-601、液压缸1-602、推杆支座1-603、短滑块1-604组成。其位置连接关系是：液压缸1-602与Y支链液压推缸安装底座1-601同轴心，并固定在Y支链液压缸安装底座1-601上；推杆支座1-603固定在液压缸1-602的推杆上，通过螺钉固定；短滑块1-604固定在液压缸1-602的推杆上，通过铰链连接。
如图6所示，本实用新型所述大臂及安装板2由大臂安装板2-201、大臂2-700组成。
如图7所示，大臂安装板2-201的外形是开有固定凹槽的梯形块，它通过液压缸的移动实现肘关节的转动，转动范围在0～150°，与人肘关节一样不能反向转动。
如图8，大臂2-700由大臂底板2-701、大臂支架2-702、支链安装底板2-703、液压推缸安装底座2-704、液压缸2-705、液压缸支座2-706、肘关节运动板2-707、短滑块、组成。大臂2-700安装在大臂底板2-701上，通过螺钉固定；大臂底板2-701连接在大臂支架2-702上，通过螺钉固定；支链安装底板2-703安装在大臂底板2-701上，通过螺钉固定；液压推缸安装底座2-704安装在支链安装底板2-703上，通过铰链连接；液压缸2-705安装在液压推缸安装底座2-704上，通过螺钉固定；液压缸支座2-706安装在液压缸2-705的推杆上，通过螺钉固定；短滑块连接在2-706液压缸推杆支座上，通过铰链连接；肘关节运动板2-707分别与短滑块和大臂支架2-702通过铰链连接。
如图9，本实用新型所述前臂3由前臂底座3-800、前臂支架3-900、前臂X支链3-1000、前臂Y支链3-1100、动平台3-301组成。其位置连接关系是：前臂支架3-900安装在前臂底座3-800上，二者可以相对转动；前臂X支链3-1000、前臂Y支链安装3-1100在前臂底座3-800上，动平台3-301通过铰链连接在前臂支架3-900、前臂X支链3-1000、前臂Y支链3-1100上。
如图10所示前臂底座3-800，由静平台底座3-801、输出轴轴座3-802、滑动轴承3-803、隔离套3-804组成。其位置连接关系是：输出轴轴座3-802安装在静平台底座3-801上，通过螺钉固定；滑动轴承3-803安装在输出轴轴座3-802上；隔离套3-804套在滑动轴承3-803里。
如图11所示，前臂支架3-900由摆动单元3-901、连接法兰3-902、立架3-903、支座3-904、短滑块3-905组成。其位置连接关系是：连接法兰3-902与摆动单元3-901通过螺钉固连；立架3-903与连接法兰3-902通过螺钉固连；支座3-904与立架3-903固连；短滑块3-905与支座3-904通过铰链连接。
如图12所示，前臂X支链3-1000由液压缸安装底座3-1001、液压缸及推杆3-1002、支架3-1003、短滑块3-1004组成。其位置连接关系是：液压缸及推杆3-1002固连在液压缸安装底座3-1001上；支架3-1003通过螺钉固连在液压缸及推杆3-1002上；短滑块3-1004通过铰链连接在支架3-1003上。
如图13所示，前臂Y支链3-1100由短滑块13-1101、直销轴3-1102、液压缸及推杆3-1103、支架3-1004、短滑块23-1005组成。其位置连接关系是：短滑块13-1001通过铰链连接在直销轴3-1002上；液压缸及推杆3-1103连接在直销轴3-1002；支架3-1004固连在液压缸及推杆3-1103上；短滑块23-1005通过铰链连接在支架3-1104上。
Claims (1)
1.一种基于人体工程学的七自由度仿人型机械臂系统，其特征在于：它包括肩关节及支座、大臂及安装板、前臂；大臂及安装板固定在肩关节及支座的动平台上，螺钉连接；前臂固连在大臂及安装板的肘关节活动板上；
所述肩关节及支座，是由液压摆动缸底座、肩关节X支链、肩关节Y支链、安装中心底板、肩关节动平台支架、长滑块、肩关节动平台组成；肩关节X支链、肩关节Y支链通过铰链连接在液压摆动缸底座上，安装中心底板固连在液压摆动缸上方，肩关节动平台支架固连在安装中心底板上，长滑块通过铰链连接在肩关节动平台支架和肩关节X支链上，肩关节动平台通过铰链与长滑块和肩关节Y支链连接；该液压摆动缸底座是由液压摆动缸、摆动缸输出轴座、偏心安装底板、X支链安装底座、Y支链安装底座组成；液压摆动缸上面固连摆动缸输出轴座，偏心安装底板固连在摆动缸输出轴座上面；X支链安装底座、Y支链安装底座固定在偏心安装底板上；肩关节X支链通过铰链连接在X支链安装底座上；肩关节Y支链通过虎克铰连接在Y支链安装底座上；该肩关节X支链，由X支链液压缸安装底座、液压缸、推杆支座、短滑块组成，液压缸与X支链液压缸安装底座同轴心，并固定在X支链液压缸安装底座上；推杆支座固定在液压缸的推杆上，通过螺钉固定；短滑块固定在液压缸的推杆上，通过铰链连接；该肩关节Y支链，由Y支链液压缸安装底座、液压缸、推杆支座、短滑块组成，液压缸与Y支链液压缸安装底座同轴心，并固定在Y支链液压缸安装底座上；推杆支座固定在液压缸的推杆上，通过螺钉固定；短滑块固定在液压缸的推杆上，通过铰链连接；该安装中心底板上面连接肩关节动平台支架，下连接液压缸安装底座；
所述大臂及安装板由大臂安装板、大臂组成，两者通过螺钉固接；该大臂安装板的形状是开有固定凹槽的梯形块，它通过液压缸的移动实现肘关节的转动，转动范围在0～150°，与人肘关节一样不能反向转动；该大臂由大臂底板、大臂支架、支链安装底板、液压推缸安装底座、液压缸、液压缸支座、短滑块、肘关节运动板组成；该大臂安装在大臂安装板上，通过螺钉固定；大臂底板连接在大臂支架上，通过螺钉固定；支链安装底板安装在大臂底板上，通过螺钉固定；液压推缸安装底座安装在支链安装底板上，通过铰链连接；液压缸安装在液压缸安装底座上，通过螺钉固定；液压缸支座安装在液压缸的推杆上，通过螺钉固定；短滑块连接在液压缸支座上，通过铰链连接；肘关节运动板分别与短滑块和大臂支架通过铰链连接；
所述前臂由前臂底座、前臂支架、前臂X支链、前臂Y支链、动平台组成；前臂支架安装在前臂底座上，二者能相对转动；前臂X支链、前臂Y支链安装在前臂底座上，通过铰链连接在前臂支架、前臂X支链、前臂Y支链上；该前臂底座由静平台底座、输出轴轴座、滑动轴承、隔离套组成；输出轴轴座安装在静平台底座上，通过螺钉固定；滑动轴承安装在输出轴座上；隔离套套在滑动轴承里；该前臂支架由摆动单元、连接法兰、立架、支座、短滑块组成；连接法兰与摆动单元通过螺钉固连；立架与连接法兰通过螺钉固连；支座与立架固连；短滑块与立架通过铰链连接；该前臂X支链由液压缸安装底座、液压缸、支座、短滑块组成；液压缸固连在液压缸底座上，通过螺钉固连在液压缸的推杆上；短滑块通过铰链连接在支座上；该前臂Y支链由短滑块、液压缸底座、液压缸及推杆、支架、短滑块组成，短滑块通过铰链连接在液压缸底座上；液压缸及推杆连接在液压缸底座上；支架固连在液压缸及推杆上；短滑块通过铰链连接在支架上。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201520021902.3U CN204546557U (zh) | 2015-01-13 | 2015-01-13 | 一种基于人体工程学的七自由度仿人型机械臂系统 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20150812 Effective date of abandoning: 20161012 |
|
| C25 | Abandonment of patent right or utility model to avoid double patenting |