一种模块化仿人机械臂制造技术

本实用新型专利技术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。本实用新型专利技术结构紧凑、模块化程度高，负载自重比大；本实用新型专利技术肩关节可以实现屈/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；本实用新型专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于工业机器人机械臂
，具体涉及一种模块化仿人机械臂。
技术介绍
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。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术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，本专利技术采用以下技术方案。本专利技术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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈志航，李楠，张新华，王晓林，王嘉力，
申请(专利权)人：北京自动化控制设备研究所，
类型：新型
国别省市：北京;11