CN208068261U - 模块化仿生机械臂 - Google Patents

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张俊
许涛
方汉良
汤腾飞
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Abstract

本实用新型涉及一种模块化仿生机械臂,包括相互串联的第一并联机构与第二并联机构,所述第一并联机构包含第一动平台与第一静平台,所述第一动平台与第一静平台之间设置有连接两者的第一中间杆与SPS型第一运动支链,所述第一中间杆的一端与第一静平台固定连接,所述第一中间杆的另一端经球面副与第一动平台相连接;所述第二并联机构包含第二动平台与第二静平台,所述第二动平台与第二静平台之间设置有第二中间杆与SPS型第二运动支链,所述第二中间杆的一端与第二静平台固定连接,所述第二中间杆经转动副与第二动平台相连接。本实用新型结构设计简单、合理,在工业应用和医疗康复领域都有着广阔的应用前景。

Description

模块化仿生机械臂
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种模块化仿生机械臂。
背景技术
[0002] 仿生机械手臂是机械制造与自动化领域机器人方向的研究热点。在康复辅助机器 人、仿生机械等应用领域具有广阔的应用前景。目前仿生机械手臂以电机驱动为主,在关节 柔性、动态刚度和能量密度等方面都难以满足使用要求。 实用新型内容
[0003] 鉴于现有技术的不足,本实用新型所要解决的技术问题是提供一种模块化仿生机 械臂,不仅结构设计合理,而且高效便捷。
[0004] 为了解决上述技术问题,本实用新型的技术方案是:一种模块化仿生机械臂,包括 相互串联的第一并联机构与第二并联机构,所述第一并联机构包含第一动平台与第一静平 台,所述第一动平台与第一静平台之间设置有连接两者的第一中间杆与SPS型第一运动支 链,所述第一中间杆的一端与第一静平台固定连接,所述第一中间杆的另一端经球面副与 第一动平台相连接;所述第二并联机构包含第二动平台与第二静平台,所述第二动平台与 第二静平台之间设置有第二中间杆与SPS型第二运动支链,所述第二中间杆的一端与第二 静平台固定连接,所述第二中间杆经转动副与第二动平台相连接。
[0005] 进一步的,所述第一静平台与第二动平台通过燕尾榫结构串联安装在一起。
[0006] 进一步的,所述第一静平台上开设有第一安装孔,所述第一安装孔内设置有磁铁, 所述第二动平台上开设有与第一安装孔一一对应的第二安装孔,所述第二安装孔内放置有 与磁铁相互吸引的铁珠。
[0007] 进一步的,所述SPS型第一运动支链的一端经球面副与第一静平台相连接,所述 SPS型第一运动支链的另一端经球面副与第一动平台相连接,所述SPS型第一运动支链的中 部为移动副;所述SPS型第二运动支链的一端经球面副与第二静平台相连接,所述SPS型第 二运动支链的另—端经球面副与第二动平台相连接,所述SPS型第二运动支链的中部为移 动副。
[0008] 进一步的,所述第一中间杆设置在第一动平台与第一静平台的圆心处,所述sps型 第一运动支链环绕第一中间杆设置,任意两条所述SPS型第一运动支链之间夹角为120。。
[0009] 进一步的,所述第二中间杆设置在第二动平台与第二静平台的圆心处,所述SPSS 第二运动支链以第二动平台或第二静平台的X轴、Y轴两两对称设置。
[0010] 进一步的,所述移动副由伸缩气缸驱动伸缩。
[0011] 与现有技术相比,本实用新型具有以下有益效果:本实用新型结构设计简单、合 理,刚度大,承载能力强、精度高、结构紧凑,可穿戴在人体上,实现医疗康复或助力机构,在 工业应用和医疗康复领域都有着广阔的应用前景。
[0012] 下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。
附图说明
[0013]图1为本实用新型实施例的构造示意图。
[00M]图2为本实用新型实施例的构造示意图。
[0015]图3为本实用新型实施例第一并联机构的构造示意图。
[0016]图4为本实用新型实施例第二并联机构的构造示意图。
[0017]图5为本实用新型实施例SPS型第一运动支链的构造示意图。
[0018]图6为本实用新型实施例第一中间杆的构造示意图。
[0019]图7为本实用新型实施例第二中间杆的构造示意图。
[0020]图8为本实用新型实施例第一静平台的构造示意图。
[0021]图9为本实用新型实施例第二动平台的构造示意图。
[0022]图10为本实用新型实施例第一静平台与第二动平台的连接构造示意图。
[0023]图中:1-第一并联机构,101-第一动平台,102-第一静平台,103-第一中间杆,104-SPS型第一运动支链,105-第一安装孔,2-第二并联机构,201-第二动平台,202-第二静平 台,2〇3_第二中间杆,204-SPS型第二运动支链,205-第二安装孔,3-燕尾榫结构,S-球面副, P-移动副,R-转动副。
具体实施方式
[0024] 为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂,下文特举实施例,并配合附图, 作详细说明如下。
[0025]如图1〜10所示,一种模块化仿生机械臂,包括相互串联的第一并联机构1与第二并 联机构2,所述第一并联机构1包含第一动平台101与第一静平台102,所述第一动平台101与 第一静平台102之间设置有连接两者的第一中间杆103与SPS型第一运动支链104,所述第一 中间杆103的一端与第一静平台102固定连接,所述第一中间杆103的另一端经球面副S与第 一动平台101相连接;所述第二并联机构2包含第二动平台201与第二静平台202,所述第二 动平台201与第二静平台202之间设置有第二中间杆203与SPS型第二运动支链204,所述第 二中间杆203的一端与第二静平台202固定连接,所述第二中间杆203经转动副R与第二动平 台201相连接。
[°026]在本实用新型实施例中,所述第一静平台102与第二动平台201通过燕尾榫结构3 串联安装在一起,本实用新型采用模块化设计,第一并联机构1与第二并联机构2之间既可 单独独立使用,也可任意多组串联实现所需要的自由度,形成可重构制造或装配的单元与 系统。
[0027]在本实用新型实施例中,所述第一静平台102上开设有第一安装孔105,所述第一 安装孔105内设置有磁铁,所述第二动平台201上开设有与第一安装孔105—一对应的第二 安装孔205,所述第二安装孔205内放置有与磁铁相互吸引的铁珠;安装时,在所述第二安装 孔20f5内装入铁珠,铁珠与第一安装孔105内的磁铁吸紧,从而达到限制第一静平台102、第 二动平台201产生相对移动的目的;拆卸时,使用比装入第一安装孔1〇5内的磁铁磁性更强 的磁铁就能将铁珠取出,在具体实施时,采用其它任意一种可拆卸结构形式作为连接方式 都是可以的。
[0028] 在本实用新型实施例中,所述SPS型第一运动支链104的一端经球面副S与第一静 平台102相连接,所述SPS型第一运动支链104的另一端经球面副S与第一动平台101相连接, 所述SPS型第一运动支链104的中部为移动副P;所述SPS型第二运动支链204的一端经球面 高IJS与第二静平台202相连接,所述SPS型第二运动支链204的另一端经球面副S与第二动平 台201相连接,所述SPS型第二运动支链204的中部为移动副P。
[0029]在本实用新型实施例中,所述第一中间杆103设置在第一动平台101与第一静平台 102的圆心处,第一并联机构1包含三条SPS型第一运动支链104,三条所述SPS型第一运动支 链104环绕第一中间杆103设置,任意两条所述SPS型第一运动支链104之间夹角为120°。 [0030]在本实用新型实施例中,所述第二中间杆203设置在第二动平台201与第二静平台 202的圆心处,第二并联机构2包含四条SPS型第二运动支链204,且四条所述SPS型第二运动 支链204以第二动平台201或第二静平台202的X轴、Y轴两两对称设置。
[0031]在本实用新型实施例中,所述移动副P由伸缩气缸驱动,所述移动副P为主动运动 副,动力源为气动;所述伸缩气缸的底部和推杆的顶部分别经过连接件与球面副S相连接; 所述移动副P驱动装置均采用气压的驱动方式,为了达到同样目的,所述移动副P还可以由 丝杆螺母机构、液力马达、直线电机等驱动,根据实际情况而定,并不局限于此。
[0032]在本实用新型实施例中,所述球面副S采用球铰,所述转动副P采用铰链,根据实际 情况而定,并不局限于此。
[0033]本实用新型的工作方法,包括所述的模块化仿生机械臂,包含以下步骤:所有所述 SPS型第一运动支链104发生伸缩动作,所述第一动平台101相对第一静平台102实现空间任 意方向的转动动作,所有所述SPS型第二运动支链204发生伸缩动作,所述第二动平台201相 对第二静平台202实现单方向转动动作。
[0034] 在本实用新型实施例中,两条对称设置的所述SPS型第二运动支链204收缩,另外 两条对称设置的所述SPS型第二运动支链204伸出,实现所述第二动平台201相对第二静平 台202的一个转动动作,模拟前臂相对后臂的转动动作。
[0035] 在本实用新型实施例中,三条所述SPS型第一运动支链104之间通过运动学方程, 分别计算出每条运动支链相应的伸缩长度,可以模拟手腕的三个自由度转动动作,所述第 一动平台101相对第一静平台102实现三个自由度转动动作。
[0036]在本实用新型实施例中,所述第一并联机构1相当于人体前臂,所述第二并联机构 2相当于人体后臂,三条所述SPS型第一运动支链104当于人体前臂的肱桡肌、腕屈肌、桡侧 腕伸肌,四条所述SPS型第二运动支链204相当于人体后臂的肱二头肌、肱三头肌,第一动平 台101能够实现三个方向的转动相当于人的手腕有三个自由度的转动,第二动平台201有一 个方向的转动相当于人体手臂的肘部有一个自由度的转动,所述第二中间杆203的作用相 当于人体后臂的骨骼,对整个手臂起到支撑作用。
[0037]本实用新型不局限于上述最佳实施方式,任何人在本实用新型的启示下都可以得 出其他各种形式的模块化仿生机械臂。凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修 饰,皆应属本实用新型的涵盖范围。

Claims (7)

1. 一种模块化仿生机械臂,其特征在于:包括相互串联的第一并联机构与第二并联机 构,所述第一并联机构包含第一动平台与第一静平台,所述第一动平台与第一静平台之间 设置有连接两者的第一中间杆与SPS型第一运动支链,所述第一中间杆的一端与第一静平 台固定连接,所述第一中间杆的另一端经球面副与第一动平台相连接;所述第二并联机构 包含第二动平台与第二静平台,所述第二动平台与第二静平台之间设置有第二中间杆与 SPS型第二运动支链,所述第二中间杆的一端与第二静平台固定连接,所述第二中间杆经转 动副与第二动平台相连接。
2. 根据权利要求1所述的模块化仿生机械臂,其特征在于:所述第一静平台与第二动平 台通过燕尾榫结构串联安装在一起。
3. 根据权利要求1所述的模块化仿生机械臂,其特征在于:所述第一静平台上开设有第 一安装孔,所述第一安装孔内设置有磁铁,所述第二动平台上开设有与第一安装孔一一对 应的第二安装孔,所述第二安装孔内放置有与磁铁相互吸引的铁珠。
4. 根据权利要求1所述的模块化仿生机械臂,其特征在于:所述SPS型第一运动支链的 一端经球面副与第一静平台相连接,所述SPS型第一运动支链的另一端经球面副与第一动 平台相连接,所述SPS型第一运动支链的中部为移动副;所述SPS型第二运动支链的一端经 球面副与第二静平台相连接,所述spS型第二运动支链的另一端经球面副与第二动平台相 连接,所述SPS型第二运动支链的中部为移动副。
5. 根据权利要求1所述的模块化仿生机械臂,其特征在于:所述第一中间杆设置在第一 动平台与第一静平台的圆心处,所述第一并联机构包含三条SPS型第一运动支链,所述SPS 型第一运动支链环绕第一中间杆设置,任意两条所述SPS型第一运动支链之间夹角为120°。
6. 根据权利要求1所述的模块化仿生机械臂,其特征在于:所述第二中间杆设置在第二 动平台与第二静平台的圆心处,所述第二并联机构包含四条SPS型第二运动支链,所述SPS 型第二运动支链以第二动平台或第二静平台的x轴、Y轴两两对称设置。
7. 根据权利要求4所述的模块化仿生机械臂,其特征在于:所述移动副由伸缩气缸驱动 伸缩。
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CN108297074A (zh) * 2018-03-30 2018-07-20 福州大学 模块化仿生机械臂及其工作方法
CN111482955A (zh) * 2020-04-15 2020-08-04 哈尔滨工业大学 一种柔性驱动装置

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