CN205889243U - 一种模块化仿人机械臂 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于工业机器人机械臂技术领域，具体涉及一种模块化仿人机械臂；该机械臂包括模块化关节和关节连接件；所述模块化关节包括肩部关节、肘关节和腕关节；肩部关节、肘关节和腕关节依次通过关节连接件连接；所述肩部关节、肘关节和腕关节可分别绕自身旋转轴线做旋转运动，肩部关节、肘关节和腕部关节的旋转运动的组合实现机械臂的运动。本实用新型结构紧凑、模块化程度高，负载自重比大；本实用新型肩关节可以实现屈/伸、内收/外展、内旋/外旋运动，肘关节可以实现屈/伸运动，腕关节可以实现摆动、内收/外展、内旋/外旋运动；本实用新型自由度严格模仿人类手臂自由度形式配置，具有与人类手臂类似的工作空间。
Description
技术领域
本发明属于工业机器人机械臂技术领域，具体涉及一种模块化仿人机械臂。
背景技术
对于人机协同工作场合下的工业机械臂而言，其应该能够与操作工人实现无缝交接，要求机械臂具有类似人类手臂的尺寸及相似的自由度构型，这类机械臂应用于工业场合无需对工位和生产线进行大幅度改装，对提升工业生产自动化程度及成本控制具有重要意义。
随着机械臂在工业领域的发展和应用，国内外研制了重型、轻型和仿人型等多种典型机械臂产品，机械臂研制单位专注于开发出高性能(定位精度高)的产品，但仍缺少一种能够在尺寸、自由度配置方面精确模仿人类手臂的机械臂产品，同时未能在定位精度一定的情况下，通过应用模块化关节快速搭建适用于不同场合的仿人机械臂。
发明内容
针对上述现有技术，本发明的目的在于提供一种模块化仿人机械臂，以解决现有工业机械臂负载自重比低、模块化程度低，限制机械臂作业能力的问题。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案。
本发明一种模块化仿人机械臂，包括模块化关节和关节连接件；
所述模块化关节包括肩部关节、肘关节和腕关节；肩部关节、肘关节和腕关节依次通过关节连接件连接；
所述肩部关节、肘关节和腕关节可分别绕自身旋转轴线做旋转运动，肩部关节、肘关节和腕部关节的旋转运动的组合实现机械臂的运动。
所述模块化关节包括肩部第一关节、肩部第二关节、肩部第三关节、肘关节、腕部第一关节、腕部第二关节和腕部第三关节；
所述肩部第一关节包括肩部第一关节输入端、肩部第一关节输出端；
所述肩部第二关节包括肩部第二关节输入端、肩部第二关节输出端；
所述肩部第三关节包括肩部第三关节输入端、肩部第三关节输出端；
所述肘关节包括肘关节输入端、肘关节输出端；
所述腕部第一关节包括腕部第一关节输入端、腕部第一关节输出端；
所述腕部第二关节包括腕部第二关节输入端、腕部第二关节输出端；
所述腕部第三关节包括腕部第三关节输入端、腕部第三关节输出端；
所述关节连接件包括第一关节连接件、第二关节连接件、第三关节连接件、第四关节连接件、第五关节连接件、第六关节连接件；
所述第一关节连接件包括第一关节连接件输入端和第一关节连接件输出端；
所述第二关节连接件包括第二关节连接件输入端和第二关节连接件输出端；
所述第三关节连接件包括第三关节连接件输入端和第三关节连接件输出端；
所述第四关节连接件包括第四关节连接件输入端和第四关节连接件输出端；
所述第五关节连接件包括第五关节连接件输入端和第五关节连接件输出端；
所述第六关节连接件包括第六关节连接件输入端和第六关节连接件输出端；
所述肩部第一关节输出端与第一关节连接件输入端连接，第一关节连接件输出端与肩部第二关节输入端连接，肩部第二关节输出端与第二关节连接件输入端连接，第二关节连接件输出端与肩部第三关节输入端连接，肩部第三关节输出端与第三关节连接件输入端连接，第三关节连接件输出端与肘关节输入端连接，肘关节输出端与第四关节连接件输入端连接，第四关节连接件输出端与腕部第一关节输入端连接，腕部第一关节输出端与第五关节连接件输入端连接，第五关节连接件输出端与腕部第二关节输入端连接，腕部第二关节输出端与第六关节连接件输入端连接，第六关节连接件输出端与腕部第三关节输入端连接，腕部第三关节连接件输出端与外部执行机构连接。
该机械臂还包括机械臂固定端；所述机械臂固定端一端与外部固定装置连接，另一端与所述肩部第一关节输入端。
该仿人机械臂初始状态：肩部第一关节旋转轴线、肩部第二关节旋转轴线和肩部第三关节旋转轴线相互垂直并相交于一点；腕部第一关节旋转轴线、腕部第二关节旋转轴线分别与腕部第三关节旋转轴线垂直，并相交于一点；肩部第二关节旋转轴线、肘关节旋转轴线和腕部第二关节旋转轴线呈空间平行布置；肩部第三关节旋转轴线、腕部第一关节旋转轴线和腕部第三关节旋转轴线呈空间共线布置；
工作状态：肩部第一关节可绕肩部第一关节旋转轴线做旋转运动，肩部第二关节可绕肩部第二关节旋转轴线做旋转运动，肩部第三关节可绕肩部第三关节旋转轴线做旋转运动；肩部第一关节、肩部第二关节和肩部第三关节各自旋转运动以及这三个关节旋转运动的组合实现肩部关节的屈/伸、内收/外展以及内旋/外旋运动；肘关节可绕肘关节旋转轴线做旋转运动，实现肘关节屈/伸运动；腕部第一关节可绕腕部第一关节旋转轴线做旋转运动，腕部第二关节可绕腕部第二关节旋转轴线做旋转运动，腕部第三关节可绕腕部第三关节旋转轴线做旋转运动；腕部第一关节、腕部第二关节和腕部第三关节各自旋转运动以及这三个关节旋转运动的组合实现腕部关节的摆动、内收/外展以及内旋/外旋运动。
所述肩部第一关节和肩部第二关节体积重量最大，输出的力矩最大；肩部第三关节与腕关节体积重量适中，输出的力矩适中；腕部第一关节、腕部第二关节和腕部第三关节体积重量最小，输出的力矩最小。
所述模块化关节包括：机械系统、关节电气系统、传感器系统；机械系统、关节电气系统、传感器系统集成于所述关节内部；机械系统包括失电制动器；所述关节采用大中空轴结构，关节内部走线均设置于中空的内部空间。
所述机械系统还包括：输出端外壳、输出端法兰端盖、关节输出轴、关节编码器安装盘、谐波减速器柔轮、轴端螺母、谐波减速器波发生器、电机输出轴轴承、挡圈、电机光电编码器、电机输出轴、中空轴、关节底座、关节制动器固定部分、电机转子、电机定子、电机外壳、刚轮连接件、输出端轴承、谐波减速器刚轮、电机端盖、制动器安装盘；
谐波减速器刚轮通过刚轮连接件实现与电机外壳的固连；输出端法兰端盖通过柔轮连接件与谐波减速器的谐波减速器柔轮相连，实现动力输出；输出法兰外部连接输出端外壳；输出端外壳通过输出端轴承与刚轮连接件实现轴向固定，同时绕中心轴旋转；关节编码器安装盘固定于刚轮连接件上端，实现传感器系统的关节光电编码器的读数头的固定；电机外壳通过刚轮连接件固定，电机定子固定于电机外壳内部，电机转子通过电机输出轴连接谐波减速器波发生器；电机输出轴通过电机输出轴轴承、电机端盖、挡圈实现电机转子的轴向定位；电机输出轴通过键连接实现与谐波减速器的波发生器连接，同时利用轴端螺母实现上部轴向定位；电机外壳、制动器安装盘相连；电机输出轴通过电机输出轴轴承与制动器安装盘实现下端轴向定位；关节制动器固定部分安装于制动器安装盘下底面，转动部分利用紧固螺钉连接于电机输出轴；中空轴外径小于电机轴内径，通过下端法兰固定于关节底座。
所述传感器系统包括：关节输出端绝对式的关节光电编码器、电机输出端增量式的电机光电编码器；关节输出端绝对式关节光电编码器的读数头通过所述关节编码器安装盘固定于刚轮连接件上，旋转码盘固定于柔轮连接件上；电机光电编码器的码盘底面安装于电机输出轴的突出盘上，电机光电编码器的读数头安装于制动器安装盘顶面。
所述关节电气系统包括：关节控制电路板，关节控制电路板上的电路包括电源转换模块、电机驱动模块、通信模块、中央处理器以及信号采集与AD转换模块；电源转换模块为传感器、电机、电路板进行供电；电机驱动模块用于电机的驱动信号的产生，结合功放驱动电机按照控制指令进行旋转；中央处理器作为控制单元，接收上位机的控制指令，结合信号采集与AD转换模块获取的传感器的信息，完成对于电机运动的伺服控制；通信模块利用CAN总线实现与上位机的通信，完成指控制令的接收和反馈信息的发送；关节控制电路板固定于关节底座内部；关节内部走线通道使用大中空轴的空心部分；制动器连接线在关节底座内部直接连接于关节电路板；电机编码器线、电机驱动线通过制动器安装盘的电路孔连接于下层电路板；关节编码器连接线通过中空轴实现关节输出端绝对式关节光电编码器向电路板的走线；外部电源线以及外部通信串行总线实现关节的供电与通信。
所述机械臂固定端右端面与肩部第二关节旋转轴线的距离H1为155mm；肩部第二关节旋转轴线与肘关节旋转轴线的距离H2为280mm；肘关节旋转轴线与腕部第二关节旋转轴线的距离H3为235mm。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
(1)本发明结构紧凑、模块化程度高，负载自重比大。
(2)本发明肩关节可以实现屈/伸、内收/外展、内旋/外旋运动，肘关节可以实现屈/伸运动，腕关节可以实现摆动、内收/外展、内旋/外旋运动。
(3)本发明自由度严格模仿人类手臂自由度形式配置，具有与人类手臂类似的工作空间。
附图说明
图1为本发明一种模块化仿人机械臂示意图；
图2是本发明一种模块化仿人机械臂主视图；
图3是本发明模块化关节主剖视图；
图4是本发明模块化关节内部走线剖视图；
图5是本发明模块化关节控制系统电气原理图；
图6是本发明肩部第一关节、肩部第二关节轴测图；
图7是本发明肩部第三关节、肘关节轴测图；
图8是本发明腕部第一关节、腕部第二关节、腕部第三关节轴测图；
其中：1-肩部第一关节、2-肩部第二关节、3-肩部第三关节、4-肘关节、5-腕部第一关节、6-腕部第二关节、7-腕部第三关节、8-第一关节连接件、9-第二关节连接件、10-第三关节连接件、11-第四关节连接件、12-第五关节连接件、13-第六关节连接件；
01-输出端外壳、02-输出端法兰端盖、03-关节输出轴、04-关节光电编码器、05-关节编码器安装盘、06-谐波减速器柔轮、07-轴端螺母、08-波发生器内圈、09-谐波减速器波发生器、010-电机输出轴轴承、011-挡圈、012-电机光电编码器、013-电机输出轴、014-中空轴、015-关节控制电路板、016-关节底座、017-关节制动器固定部分、018-电机转子、019-电机定子、020-电机外壳、021-刚轮连接件、022-输出端轴承、023-谐波减速器刚轮、024-电机端盖、025-制动器安装盘、026-电机驱动线、027-电机编码器线、028-制动器连接线、029-关节编码器连接线、030-外部电源线、031-外部通信串行总线；
101-肩部第一关节输入端、102-肩部第一关节输出端、103-肩部第一关节旋转轴线；
201-肩部第二关节输入端、202-肩部第二关节输出端、203-肩部第二关节旋转轴线；
301-肩部第三关节输入端、302-肩部第三关节输出端、303-肩部第三关节旋转轴线；
401-肘关节输入端、402-肘关节输出端、403-肘关节旋转轴线；
501-腕部第一关节输入端、502-腕部第一关节输出端、503-腕部第一关节旋转轴线；
601-腕部第二关节输入端、602-腕部第二关节输出端、603-腕部第二关节旋转轴线；
701-腕部第三关节输入端、702-腕部第三关节输出端、703-腕部第三关节旋转轴线；
801-第一关节连接件输入端、802-第一关节连接件输出端；
901-第二关节连接件输入端、902-第二关节连接件输出端；
1001-第三关节连接件输入端、1002-第三关节连接件输出端；
1101-第四关节连接件输入端、1102-第四关节连接件输出端；
1201-第五关节连接件输入端、1202-第五关节连接件输出端；
1301-第六关节连接件输入端、1302-第六关节连接件输出端。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明一种模块化仿人机械臂作详细说明。
如图1和图2所示，本发明一种模块化仿人机械臂包括模块化关节、关节连接件和机械臂固定端；
所述模块化关节包括肩部第一关节1、肩部第二关节2、肩部第三关节3、肘关节4、腕部第一关节5、腕部第二关节6和腕部第三关节7；
如图6至图8所示，所述肩部第一关节1包括肩部第一关节输入端101、肩部第一关节输出端102和肩部第一关节旋转轴线103；
所述肩部第二关节2包括肩部第二关节输入端201、肩部第二关节输出端202和肩部第二关节旋转轴线203；
所述肩部第三关节3包括肩部第三关节输入端301、肩部第三关节输出端302和肩部第三关节旋转轴线303；
所述肘关节4包括肘关节输入端401、肘关节输出端402和肘关节旋转轴线403；
所述腕部第一关节5包括腕部第一关节输入端501、腕部第一关节输出端502和腕部第一关节旋转轴线503；
所述腕部第二关节6包括腕部第二关节输入端601、腕部第二关节输出端602和腕部第二关节旋转轴线603；
所述腕部第三关节7包括腕部第三关节输入端701、腕部第三关节输出端702和腕部第三关节旋转轴线703；
所述关节连接件包括第一关节连接件8、第二关节连接件9、第三关节连接件10、第四关节连接件11、第五关节连接件12、第六关节连接件13；
所述第一关节连接件8包括第一关节连接件输入端801和第一关节连接件输出端802；
所述第二关节连接件9包括第二关节连接件输入端901和第二关节连接件输出端902；
所述第三关节连接件10包括第三关节连接件输入端1001和第三关节连接件输出端1002；
所述第四关节连接件11包括第四关节连接件输入端1101和第四关节连接件输出端1102；
所述第五关节连接件12包括第五关节连接件输入端1201和第五关节连接件输出端1202；
所述第六关节连接件13包括第六关节连接件输入端1301和第六关节连接件输出端1302；
所述机械臂固定端一端与外部固定装置连接，另一端与所述肩部第一关节输入端101，所述肩部第一关节输出端102与第一关节连接件输入端801连接，第一关节连接件输出端802与肩部第二关节输入端201连接，肩部第二关节输出端202与第二关节连接件输入端901连接，第二关节连接件输出端902与肩部第三关节输入端301连接，肩部第三关节输出端302与第三关节连接件输入端1001连接，第三关节连接件输出端1002与肘关节输入端401连接，肘关节输出端402与第四关节连接件输入端1101连接，第四关节连接件输出端1102与腕部第一关节输入端501连接，腕部第一关节输出端502与第五关节连接件输入端1201连接，第五关节连接件输出端1202与腕部第二关节输入端601连接，腕部第二关节输出端602与第六关节连接件输入端1301连接，第六关节连接件输出端1302与腕部第三关节输入端701连接，腕部第三关节连接件输出端702与外部执行机构连接；
初始状态：肩部第一关节旋转轴线103、肩部第二关节旋转轴线203和肩部第三关节旋转轴线303相互垂直并相交于一点；腕部第一关节旋转轴线503、腕部第二关节旋转轴线603分别与腕部第三关节旋转轴线703垂直，并相交于一点；肩部第二关节旋转轴线203、肘关节旋转轴线403和腕部第二关节旋转轴线603呈空间平行布置；肩部第三关节旋转轴线303、腕部第一关节旋转轴线503和腕部第三关节旋转轴线703呈空间共线布置。
工作状态：肩部第一关节1可绕肩部第一关节旋转轴线103做旋转运动，肩部第二关节2可绕肩部第二关节旋转轴线203做旋转运动，肩部第三关节3可绕肩部第三关节旋转轴线303做旋转运动；肩部第一关节1、肩部第二关节2和肩部第三关节3各自旋转运动以及这三个关节旋转运动的组合实现肩部关节的屈/伸、内收/外展以及内旋/外旋运动；肘关节4可绕肘关节旋转轴线403做旋转运动，实现肘关节屈/伸运动；腕部第一关节5可绕腕部第一关节旋转轴线503做旋转运动，腕部第二关节6可绕腕部第二关节旋转轴线603做旋转运动，腕部第三关节7可绕腕部第三关节旋转轴线703做旋转运动；腕部第一关节5、腕部第二关节6和腕部第三关节7各自旋转运动以及这三个关节旋转运动的组合实现腕部关节的摆动、内收/外展以及内旋/外旋运动；上述肩部关节、肘关节和腕部关节运动的组合实现本发明仿人机械臂的运动。
肩部第一关节1和肩部第二关节2为第一类机械臂关节，体积重量最大，输出的力矩最大；肩部第三关节3与腕关节4为第二类机械臂关节，体积重量适中，输出的力矩适中；腕部第一关节5、腕部第二关节6、腕部第三关节7为第三类机械臂关节，体积重量最小，输出的力矩最小。
如图2所示，所述机械臂固定端右端面与肩部第二关节旋转轴线203的距离H1为155mm；肩部第二关节旋转轴线203与肘关节旋转轴线403的距离H2为280mm；肘关节旋转轴线403与腕部第二关节旋转轴线603的距离H3为235mm。
如图3至图5所示，所述模块化关节包括机械系统、关节电气系统、传感器系统；机械系统、关节电气系统、传感器系统集成于一个关节内部，通过标准化机械接口实现与外部的机械结构连接，通过标准化电气接口与外部实现电气连接；从而通过总线与上位机控制器进行通信，从而实现相应关节的位置和速度控制。
其机械系统主要由机械外壳、驱动电机、传动装置以及作为失电制动器的抱闸装置构成；机械外壳外部具有通用的机械接口以及电气接口，从而完成于外部的机械臂的连接杆件的固连，其内部为电机、电路板、传感器等部件提供安装位置和安装接口，机械外壳的设计影响的最终的机械结构的外形，并且对于结构的紧凑性具有一定的影响。无刷直流电机为整套伺服关节的动力输出来源，其主要的运动性能决定了最终的伺服关节表现出的运动能力，选择无刷直流电机作为其动力输出部分。传动及减速器将驱动器的运动传递至相应的位置，同时增加其输出力矩并且改变输出速度，为了保证一体化伺服关节结构的紧凑性，选择谐波减速器作为其主要的减速机构。掉电抱闸装置保证在掉电情况下，由于惯性以及重力作用导致关节被动旋转从而造成机械伤害以及人员伤害，掉电抱闸装置在掉电情况下对电机轴抱死，从而避免此类伤害的发生。
具体而言，机械系统包括：输出端外壳01、输出端法兰端盖02、关节输出轴03、关节编码器安装盘05、谐波减速器柔轮06、轴端螺母07、谐波减速器波发生器09、电机输出轴轴承010、挡圈011、电机光电编码器012、电机输出轴013、中空轴014、关节底座016、关节制动器固定部分017、电机转子018、电机定子019、电机外壳020、刚轮连接件021、输出端轴承022、谐波减速器刚轮023、电机端盖024、制动器安装盘025；
利用谐波减速器实现减速与传动，主要包括谐波减速器波发生器09、谐波减速器刚轮023、谐波减速器柔轮06；谐波减速器刚轮06通过刚轮连接件021实现与电机外壳020的固连；输出端法兰02通过柔轮连接件03与谐波减速器的谐波减速器柔轮06相连，实现动力输出；输出法兰03外部连接输出端外壳01；输出端外壳01通过输出端轴承022与刚轮连接件021实现轴向固定，同时绕中心轴旋转；关节编码器安装盘05固定于刚轮连接件021上端，实现关节编码器04的读数头的固定；电机外壳020通过刚轮连接固定，电机定子019固定于电机外壳内部，电机转子018通过电机输出轴013连接谐波减速器的波发生器09；电机输出轴通过电机输出轴轴承(深沟球轴承)010、电机端盖024、挡圈011实现电机转子的轴向定位；电机输出轴013通过键连接实现与谐波减速器的波发生器09连接，同时利用轴端螺母07实现上部轴向定位；电机外壳020、制动器安装盘025相连；电机输出轴013通过深沟球轴承010与制动器安装盘025实现下端轴向定位；关节制动器固定部分017安装于制动器安装盘下底面，转动部分利用紧固螺钉连接与电机输出轴；中空轴014外径略小于电机轴013内径，通过下端法兰固定于关节底座；
传感器系统主要由关节力矩传感器、电机编码器、关节位置传感器、传感器电路部分组成。与上位机的通信利用总线通信模式，可以实现位置控制、速度控制以及力矩控制三种模式。
具体而言，传感器系统包括关节输出端绝对式光电编码器04、电机输出端增量式光电编码器012；关节输出端绝对式光电编码器04读数头件通过关节编码器安装盘固定于刚轮连接件上，旋转码盘固定于柔轮连接件上；电机编码器012码盘底面安装于电机输出轴的突出盘上，读数头安装于制动器安装盘025顶面。
控制系统主要由电源模块、电机驱动电路、关节运动控制电路以及通信接口电路组成。电源供电模块主要为传感器、电机、电路板等进行供电。电机驱动模块用于电机的驱动信号的产生，结合功放驱动电机按照指令进行旋转。关节控制器其作为控制单元，接收上位机的控制指令，结合传感器的信息，完成对于电机运动的伺服控制。通信接口电路利用CAN总线实现与上位机的通信，完成指令的接收和反馈信息的发送。
具体而言，关节控制电路板015固定于关节底座016内部；关节控制电路包括电源转换模块、电机驱动模块、通信模块、中央处理器以及信号采集与AD转换模块；电源转换模块实现外接电源的电平转换、光电隔离以及实时监控，输出电压需要供给电机驱动模块、中央处理器、关节编码器、电机编码器、制动器以及AD转换模块；通信模块接收外界控制信号，输出中央处理器；反馈状态信息给上位机；中央控制器结合控制指令以及传感器反馈信号，完成对关节的位置伺服控制。
关节采用大中空轴结构，实现关节内部走线；制动器连接线028在关节底座内部直接连接于关节电路板015；电机编码器线027、电机驱动线026通过制动器安装盘025的电路孔连接于下层电路板；关节编码器连接线029通过中空轴实现关节输出端绝对式光电编码器04到电路板的走线；外部电源线030以及外部通信串行总线031实现关节的供电与通信。
模块化关节的工作原理为：电机转子在电机定子的作用下，实现电机输出的旋转，利用谐波减速器的波发生器向谐波减速器传递力矩，谐波减速器的柔轮输出力矩至输出端法兰安装盘，利用机械接口将力矩输出；关节掉电时，失电制动器的为电机输出轴相对于制动器安装盘之间的制动力矩，阻止两者的相对运动；关节输出端与关键固定端之间利用迷宫密封方式，实现关节的整体密封；
所用的电机为直流无刷电机，利用大中空轴实现关节走线，实现关节内部的电气连接以及关节外部的电气连接；整个关节具有结构紧凑、位置伺服控制，负载能力强、失电制动、关节控制电路小型化等优点，本发明适用于轻量化、高精度、高负载的串联型机械臂、移动式机器人。
Claims (10)
1.一种模块化仿人机械臂，其特征在于：该机械臂包括模块化关节和关节连接件；
所述模块化关节包括肩部关节、肘关节和腕关节；肩部关节、肘关节和腕关节依次通过关节连接件连接；
所述肩部关节、肘关节和腕关节可分别绕自身旋转轴线做旋转运动，肩部关节、肘关节和腕部关节的旋转运动的组合实现机械臂的运动。
2.根据权利要求1所述的一种模块化仿人机械臂，其特征在于：
所述模块化关节包括肩部第一关节(1)、肩部第二关节(2)、肩部第三关节(3)、肘关节(4)、腕部第一关节(5)、腕部第二关节(6)和腕部第三关节(7)；
所述肩部第一关节(1)包括肩部第一关节输入端(101)、肩部第一关节输出端(102)；
所述肩部第二关节(2)包括肩部第二关节输入端(201)、肩部第二关节输出端(202)；
所述肩部第三关节(3)包括肩部第三关节输入端(301)、肩部第三关节输出端(302)；
所述肘关节(4)包括肘关节输入端(401)、肘关节输出端(402)；
所述腕部第一关节(5)包括腕部第一关节输入端(501)、腕部第一关节输出端(502)；
所述腕部第二关节(6)包括腕部第二关节输入端(601)、腕部第二关节输出端(602)；
所述腕部第三关节(7)包括腕部第三关节输入端(701)、腕部第三关节输 出端(702)；
所述关节连接件包括第一关节连接件(8)、第二关节连接件(9)、第三关节连接件(10)、第四关节连接件(11)、第五关节连接件(12)、第六关节连接件(13)；
所述第一关节连接件(8)包括第一关节连接件输入端(801)和第一关节连接件输出端(802)；
所述第二关节连接件(9)包括第二关节连接件输入端(901)和第二关节连接件输出端(902)；
所述第三关节连接件(10)包括第三关节连接件输入端(1001)和第三关节连接件输出端(1002)；
所述第四关节连接件(11)包括第四关节连接件输入端(1101)和第四关节连接件输出端(1102)；
所述第五关节连接件(12)包括第五关节连接件输入端(1201)和第五关节连接件输出端(1202)；
所述第六关节连接件(13)包括第六关节连接件输入端(1301)和第六关节连接件输出端(1302)；
所述肩部第一关节输出端(102)与第一关节连接件输入端(801)连接，第一关节连接件输出端(802)与肩部第二关节输入端(201)连接，肩部第二关节输出端(202)与第二关节连接件输入端(901)连接，第二关节连接件输出端(902)与肩部第三关节输入端(301)连接，肩部第三关节输出端(302)与第三关节连接件输入端(1001)连接，第三关节连接件输出端(1002)与肘关节输入端(401)连接，肘关节输出端(402)与第四关节连接件输入端(1101)连接，第四关节连接件输出端(1102)与腕部第一关节输入端(501)连接，腕部第一关节输出端(502)与第五关节连接件输入端(1201)连接，第五关节连接件输出端(1202)与腕部第二关节输入端(601)连接，腕部第二关节输出端(602)与第六关节连接件输入端(1301)连接，第六关节连接件输出端(1302)与腕部第三关节输入端(701)连接，腕部第三关节连接件输出端(702)与外部执行机构连接。
3.根据权利要求2所述的一种模块化仿人机械臂，其特征在于：
该机械臂还包括机械臂固定端；所述机械臂固定端一端与外部固定装置连接，另一端与所述肩部第一关节输入端(101)。
4.根据权利要求2所述的一种模块化仿人机械臂，其特征在于：该仿人机械臂初始状态：肩部第一关节旋转轴线(103)、肩部第二关节旋转轴线(203)和肩部第三关节旋转轴线(303)相互垂直并相交于一点；腕部第一关节旋转轴线(503)、腕部第二关节旋转轴线(603)分别与腕部第三关节旋转轴线(703)垂直，并相交于一点；肩部第二关节旋转轴线(203)、肘关节旋转轴线(403)和腕部第二关节旋转轴线(603)呈空间平行布置；肩部第三关节旋转轴线(303)、腕部第一关节旋转轴线(503)和腕部第三关节旋转轴线(703)呈空间共线布置；
工作状态：肩部第一关节(1)可绕肩部第一关节旋转轴线(103)做旋转运动，肩部第二关节(2)可绕肩部第二关节旋转轴线(203)做旋转运动，肩部第三关节(3)可绕肩部第三关节旋转轴线(303)做旋转运动；肩部第一关节(1)、肩部第二关节(2)和肩部第三关节(3)各自旋转运动以及这三个关节旋转运动的组合实现肩部关节的屈/伸、内收/外展以及内旋/外旋运动；肘关 节(4)可绕肘关节旋转轴线(403)做旋转运动，实现肘关节屈/伸运动；腕部第一关节(5)可绕腕部第一关节旋转轴线(503)做旋转运动，腕部第二关节(6)可绕腕部第二关节旋转轴线(603)做旋转运动，腕部第三关节(7)可绕腕部第三关节旋转轴线(703)做旋转运动；腕部第一关节(5)、腕部第二关节(6)和腕部第三关节(7)各自旋转运动以及这三个关节旋转运动的组合实现腕部关节的摆动、内收/外展以及内旋/外旋运动。
5.根据权利要求2所述的一种模块化仿人机械臂，其特征在于：肩部第一关节(1)和肩部第二关节(2)体积重量最大，输出的力矩最大；肩部第三关节(3)与腕关节(4)体积重量适中，输出的力矩适中；腕部第一关节(5)、腕部第二关节(6)和腕部第三关节(7)体积重量最小，输出的力矩最小。
6.根据权利要求1或2所述的一种模块化仿人机械臂，其特征在于：所述模块化关节包括：机械系统、关节电气系统、传感器系统；机械系统、关节电气系统、传感器系统集成于所述关节内部；机械系统包括失电制动器；所述关节采用大中空轴结构，关节内部走线均设置于中空的内部空间。
7.根据权利要求6所述的一种模块化仿人机械臂，其特征在于：所述机械系统还包括：输出端外壳(01)、输出端法兰端盖(02)、关节输出轴(03)、关节编码器安装盘(05)、谐波减速器柔轮(06)、轴端螺母(07)、谐波减速器波发生器(09)、电机输出轴轴承(010)、挡圈(011)、电机光电编码器(012)、电机输出轴(013)、中空轴(014)、关节底座(016)、关节制动器固定部分(017)、电机转子(018)、电机定子(019)、电机外壳(020)、刚轮连接件(021)、输出端轴承(022)、谐波减速器刚轮(023)、电机端盖(024)、制动器安装盘(025)；
谐波减速器刚轮(023)通过刚轮连接件(021)实现与电机外壳(020)的 固连；输出端法兰端盖(02)通过关节输出轴(03)与谐波减速器的谐波减速器柔轮(06)相连，实现动力输出；输出端法兰端盖(02)外部连接输出端外壳(01)；输出端外壳(01)通过输出端轴承(022)与刚轮连接件(021)实现轴向固定，同时绕中心轴旋转；关节编码器安装盘(05)固定于刚轮连接件(021)上端，实现传感器系统的关节光电编码器(04)的读数头的固定；电机外壳(020)通过刚轮连接件(021)固定，电机定子(019)固定于电机外壳(020)内部，电机转子(018)通过电机输出轴(013)连接谐波减速器波发生器(09)；电机输出轴(013)通过电机输出轴轴承(010)、电机端盖(024)、挡圈(011)实现电机转子的轴向定位；电机输出轴(013)通过键连接实现与谐波减速器的波发生器(09)连接，同时利用轴端螺母(07)实现上部轴向定位；电机外壳(020)、制动器安装盘(025)相连；电机输出轴(013)通过电机输出轴轴承(010)与制动器安装盘(025)实现下端轴向定位；关节制动器固定部分(017)安装于制动器安装盘(025)下底面，转动部分利用紧固螺钉连接于电机输出轴；中空轴(014)外径小于电机输出轴(013)内径，通过下端法兰固定于关节底座。
8.根据权利要求7所述的一种模块化仿人机械臂，其特征在于：
所述传感器系统包括：关节输出端绝对式的关节光电编码器(04)、电机输出端增量式的电机光电编码器(012)；关节输出端绝对式关节光电编码器(04)的读数头通过所述关节编码器安装盘(05)固定于刚轮连接件(021)上，旋转码盘固定于关节输出轴(03)上；电机光电编码器(012)的码盘底面安装于电机输出轴的突出盘上，电机光电编码器(012)的读数头安装于制动器安装盘(025)顶面。
9.根据权利要求8所述的一种模块化仿人机械臂，其特征在于：
所述关节电气系统包括：关节控制电路板(015)，关节控制电路板(015)上的电路包括电源转换模块、电机驱动模块、通信模块、中央处理器以及信号采集与AD转换模块；电源转换模块为传感器、电机、电路板进行供电；电机驱动模块用于电机的驱动信号的产生，结合功放驱动电机按照控制指令进行旋转；中央处理器作为控制单元，接收上位机的控制指令，结合信号采集与AD转换模块获取的传感器的信息，完成对于电机运动的伺服控制；通信模块利用CAN总线实现与上位机的通信，完成指控制令的接收和反馈信息的发送；关节控制电路板(015)固定于关节底座(016)内部；关节内部走线通道使用大中空轴的空心部分；制动器连接线(028)在关节底座内部直接连接于关节电路板(015)；电机编码器线(027)、电机驱动线(026)通过制动器安装盘(025)的电路孔连接于下层电路板；关节编码器连接线(029)通过中空轴实现关节输出端绝对式关节光电编码器(04)向电路板的走线；外部电源线(030)以及外部通信串行总线(031)实现关节的供电与通信。
10.根据权利要求2所述的一种模块化仿人机械臂，其特征在于：所述机械臂固定端右端面与肩部第二关节旋转轴线(203)的距离H1为155mm；肩部第二关节旋转轴线(203)与肘关节旋转轴线(403)的距离H2为280mm；肘关节旋转轴线(403)与腕部第二关节旋转轴线(603)的距离H3为235mm。
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