一种机械臂腕部布局结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种机械臂腕部布局结构，包括腕部驱动装置I、腕部驱动装置II和腕部驱动装置III，腕部驱动装置III后置于腕部驱动装置I与腕部驱动装置II之间的空间，且腕部驱动装置II的延伸方向为向末端执行机构相反向延伸。有益效果：本实用新型专利技术使得腕部驱动装置三轴交汇中心到末端执行机构的距离缩小，提高末端执行机构的灵活度；采用腕部布局结构，客观上腕部独立自由度的驱动装置更加靠后，机械臂的重心更靠近肩部，在总重量不变的情况下，降低了机械臂的转动惯量，从而提高了机械臂的工作效率；无需额外增加或改变传动链，不会引入平行四边形机构的运动学死区、同步带的运动滞后以及三轴汇交的专用减速箱传动背隙与加工装配之间的矛盾问题。

A Wrist Layout Structure of Robot Arm

【技术实现步骤摘要】
一种机械臂腕部布局结构
本技术涉及机器人领域，尤其涉及一种仿生类人机械臂腕部的布局结构。
技术介绍
机械臂研究中，一个重要的分支是仿生类人机械臂，与传统的工业机械臂不同，类人机械臂的构造和运动学特性与人类手臂十分接近，可以更好的融入日常生活环境。传统的仿生类人机械臂，如图1-图3所示，采用S-R-S布局，即：肩部有三个独立旋转自由度，如图示中的肩部驱动装置I10、肩部驱动装置II11和肩部驱动装置III12，且三个独立旋转自由度的驱动装置的轴两两正交，汇交在一点构成一个球铰；肘部为一个独立旋转自由度，如图示中的肘部驱动装置20；腕部与肩部类似，有三个独立旋转自由度，如图示中的腕部驱动装置A30A、腕部驱动装置B31A和腕部驱动装置C32A，且三个独立旋转自由度的驱动装置的轴两两正交，汇交在一点构成一个球铰。如此布局，与人类的手臂自由度分布最为接近。S-R-S布局的腕部球铰机构，关系到手臂末端执行机构(图2和图3中的标号40A所连接的机构)的灵活程度，这就要求末端执行机构的安装法兰40A尽可能接近球铰的三轴汇交点33A，这样，末端的三个独立旋转自由度可以更好的调整末端执行机构(如：机械手)的姿态，而在转动的同时，很少会引起末端执行机构位置的变化，从而提高末端的灵活度。然而，如图4所示，传统腕部结构的布局为串联结构，三轴汇交点到末端执行机构的安装法兰41A之间，是最后一级的驱动装置(腕部驱动装置A30A)、末端执行机构的安装法兰41A与结构的三轴汇交点33A(图中，腕部转轴A30A、腕部转轴B31A和腕部转轴C32A的交汇位置)之间的间距较大，难以满足上述自由度布置要求，因此在机械臂具体运动过程中，难以最大程度体现出仿生类人机械臂腕部的结构优势。在工程实践中，需要解决的问题是：在不改变机械臂S-R-S运动学布局的前提下，通过合理布局腕部的驱动机构，令末端执行机构安装法兰40A的位置尽可能接近三转轴的汇交中心点33A。同时，这种布局不应额外增加腕部机构的重量，外观尺寸和传动结构(不引入新的运动机构，为的是不增加传动链上的背隙、死区等非线性因素影响控制性能，运动机构本身的效率问题影响传动效率)。因此，需要针对上述问题提出解决方案。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本技术所要解决的技术问题是提供一种机械臂腕部布局结构，以解决前述
技术介绍
中的问题。为了解决上述问题，本技术提供了一种机械臂腕部布局结构，包括腕部驱动装置I、腕部驱动装置II和腕部驱动装置III，其中所述腕部驱动装置I分别与所述腕部驱动装置II和机械臂的肘部驱动装置通过法兰连接，所述腕部驱动装置III分别与所述腕部驱动装置II和机械臂的末端执行机构通过法兰连接，所述腕部驱动装置III后置于所述腕部驱动装置I与所述腕部驱动装置II之间的空间，且所述腕部驱动装置II的延伸方向为向所述末端执行机构相反向延伸，使得所述腕部驱动装置I、所述腕部驱动装置II和所述腕部驱动装置III三轴交汇中心到所述末端执行机构的距离缩小，以提高末端执行机构的灵活度。进一步的，所述腕部驱动装置I、所述腕部驱动装置II和所述腕部驱动装置III三者串联连接。进一步的，串联的所述腕部驱动装置I、所述腕部驱动装置II和所述腕部驱动装置III为转动驱动装置，三个腕部驱动装置的转轴交汇于一点，为转轴的汇交中心。进一步的，所述末端执行机构到所述转轴交汇中心的偏距等于所述腕部驱动装置II的半径及余量。进一步的，所述腕部驱动装置I与所述腕部驱动装置II之间的连接法兰在位于所述腕部驱动装置II的法兰部分延长，至可容纳所述腕部驱动装置III的空间。进一步的，所述末端执行机构的法兰设置为U型结构，所述腕部驱动装置II设置在U型空间内，防止所述腕部驱动装置III在转动时，所述末端执行机构与腕部其他机构发生干涉。进一步的，所述腕部驱动装置I、腕部驱动装置II和腕部驱动装置III均包括定子部分和转子部分，所述法兰连接所述定子部分或转子部分。本申请还要求保护一种机械臂，包括肩部驱动装置、肘部驱动装置和腕部驱动装置，所述肩部驱动装置、肘部驱动装置和腕部驱动装置串联连接，所述腕部驱动装置采用前述腕部布局结构设置。通过实施上述本技术提供的机械臂腕部布局结构，具有如下技术效果：(1)本技术令末端执行机构安装法兰位置更靠近运动学上三轴汇交点，从而机械臂的腕部运动在改变末端执行机构姿态的同时，尽可能少的改变末端执行机构的位置，从而使机械臂的腕部机构更接近人类的运动特性，更好满足仿生类人机械臂的设计初衷；(2)本技术采用腕部布局结构时，客观上腕部独立自由度的驱动装置更加靠后，从而令机械臂的重心更靠近肩部，在总重量不变的情况下，降低了机械臂的转动惯量，从而提高了机械臂的工作效率；(3)与目前有的机械臂采用平行四边形机构或者同步带机构或三轴汇交的专用减速箱方案实现上述功能不同，本技术的技术无需额外增加或改变传动链，不会引入平行四边形机构的运动学死区，即平行四边形机构处于或接近某些特定位置时无法有效传递载荷；同步带的运动滞后，即带在传动中会有较大变形和较大阻尼特性，从而影响系统的动力学特性；以及三轴汇交的专用减速箱传动背隙与加工装配之间的矛盾问题，即三轴汇交型的专用减速箱通常采用锥齿轮传动，锥齿轮传动对减速箱箱体的加工和装配精度有很高的要求，且存在齿轮啮合较大的背隙。附图说明以下将结合附图对本技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本技术的目的、特征和效果。图1是本技术
技术介绍
中传统的仿生类人机械臂立体图；图2是本技术
技术介绍
中传统的仿生类人机械臂主视图；图3是本技术
技术介绍
中传统的仿生类人机械臂俯视图；图4是本技术
技术介绍
中传统的仿生类人机械臂的腕部铰链结构示意图；图5是本技术具体实施方式中机械臂腕部布局结构立体图；图6是本技术具体实施方式中机械臂腕部布局结构主视图；图7是本技术具体实施方式中机械臂腕部布局结构俯视图。具体实施方式下面将结合本技术实施例，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。下面采用如下具体实施方式详细描述本技术的技术方案。如图5-7所示是一种机械臂腕部布局结构，包括腕部驱动装置3，具体包括腕部驱动装置I30、腕部驱动装置II31和腕部驱动装置III32，其中腕部驱动装置I30分别与腕部驱动装置II31和机械臂的肘部驱动装置2通过法兰连接，腕部驱动装置III32分别与腕部驱动装置II32和机械臂的末端执行机构通过法兰连接，腕部驱动装置III32后置于腕部驱动装置I30与腕部驱动装置II31之间的空间，且腕部驱动装置II31的延伸方向为向末端执行机构相反向延伸，使得腕部驱动装置I30、腕部驱动装置II31和腕部驱动装置III32三轴交汇中心到末端执行机构的距离缩小，以提高末端执行机构的灵活度。进一步的，腕部驱动装置I30、腕部驱动装置II31和腕部驱动装置III32三者串联连接。进一步的，串联的腕部驱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机械臂腕部布局结构，包括腕部驱动装置I、腕部驱动装置II和腕部驱动装置III，其中所述腕部驱动装置I分别与所述腕部驱动装置II和机械臂的肘部驱动装置通过法兰连接，所述腕部驱动装置III分别与所述腕部驱动装置II和机械臂的末端执行机构通过法兰连接，其特征在于，所述腕部驱动装置III后置于所述腕部驱动装置I与所述腕部驱动装置II之间的空间，且所述腕部驱动装置II的延伸方向为向所述末端执行机构相反向延伸。

【技术特征摘要】
1.一种机械臂腕部布局结构，包括腕部驱动装置I、腕部驱动装置II和腕部驱动装置III，其中所述腕部驱动装置I分别与所述腕部驱动装置II和机械臂的肘部驱动装置通过法兰连接，所述腕部驱动装置III分别与所述腕部驱动装置II和机械臂的末端执行机构通过法兰连接，其特征在于，所述腕部驱动装置III后置于所述腕部驱动装置I与所述腕部驱动装置II之间的空间，且所述腕部驱动装置II的延伸方向为向所述末端执行机构相反向延伸。2.如权利要求1所述的机械臂腕部布局结构，其特征在于，所述腕部驱动装置I、所述腕部驱动装置II和所述腕部驱动装置III三者串联连接。3.如权利要求2所述的机械臂腕部布局结构，其特征在于，串联的所述腕部驱动装置I、所述腕部驱动装置II和所述腕部驱动装置III为转动驱动装置，三个腕部驱动装置的转轴交汇于一点，为转轴的汇交中心。4.如权利要求3所述的机械臂腕部布局结构，其特征在于，所述末端执行机构到所述转轴交汇...

【专利技术属性】
技术研发人员：张戬杰，
申请(专利权)人：上海岭先机器人科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31