一种可翻转抗冲击的机械臂及其驱动方法技术

本发明专利技术公开了一种可翻转抗冲击的机械臂及其驱动方法，其包括仿肱骨模块、仿尺骨模块、仿桡骨模块、执行器安装块和机械臂驱动模块；仿尺骨模块、仿桡骨模块的一端均与仿肱骨模块连接，另一端均与执行器安装块，分别用于带动执行器安装块摆动和翻转；仿肱骨模块包括肱骨杆；仿尺骨模块包括尺骨杆；仿桡骨模块包括桡骨杆；尺骨杆、桡骨杆的内端与肱骨杆一端的不同位置分别构成球面副；桡骨杆的外端与执行器安装块铰接；尺骨杆的外端与执行器安装块构成球面副；本发明专利技术采用仿肱骨模块、仿尺骨模块和仿桡骨模块使可翻转抗冲击的机械臂既能实现屈曲和伸展运动，又能实现内旋和外旋运动。

【技术实现步骤摘要】
一种可翻转抗冲击的机械臂及其驱动方法
本专利技术属于软体机器人
，具体涉及一种可翻转抗冲击的机械臂及其驱动方法。
技术介绍
为了自然地与人合作并帮助人们，类人机器人的开发与人类的平均规模相仿，有望产生与人类相似的运动。机器人关节通常由旋转关节组成，这些旋转关节提供1自由度的简单旋转运动。多个旋转关节相结合以实现复杂的运动。为了致动机器人操纵器，将旋转致动器(例如电动机或谐波驱动器)直接连接到每个旋转关节。此外，液压缸可以连接到连杆提供像肌肉一样的线性致动运动，或者可以使用肌腱驱动的致动器来模仿人类的肌腱运动。但是，所有这些关节致动机构都是从简单的旋转关节的关节结构产生的。1自由度旋转接头具有配置简单和易于控制的优点。但是，它容易受到除主要操作方向以外的其他方向的外部冲击。即，在操作过程中与机器人的意外碰撞会严重损坏机器人或碰撞物体。特别地，当机器人与人类一起工作时，这些固有的事故可能性成为严重的问题。本专利技术提供一种可翻转抗冲击的机械臂，在意外的外部冲击下显示出很高的耐力，关节脱位机制使关节在受到外力冲撞时，通过关节错位吸收部分外部的冲击，减少仿生关节受意外碰撞造成的伤害；通过使用气动人造肌肉，可以通过压力调节除了可以实现弯曲伸展运动外，还可以实现内旋和外旋运动。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可翻转抗冲击的机械臂。本专利技术一种可翻转抗冲击的机械臂，包括仿肱骨模块、仿尺骨模块、仿桡骨模块、执行器安装块和机械臂驱动模块。仿尺骨模块、仿桡骨模块的一端均与仿肱骨模块连接，另一端均与执行器安装块，分别用于带动执行器安装块摆动和翻转。所述的仿肱骨模块包括肱骨杆。所述的仿尺骨模块包括尺骨杆。所述的仿桡骨模块包括桡骨杆。尺骨杆、桡骨杆的内端与肱骨杆一端的不同位置分别构成球面副。桡骨杆的外端与执行器安装块铰接；尺骨杆的外端与执行器安装块构成球面副。所述的机械臂驱动模块包括第一伸缩元件和第二伸缩元件；第一伸缩元件的一端与肱骨杆铰接，另一端与尺骨杆中部靠内端位置铰接；所述的桡骨杆的中部套置有套环；第二伸缩元件的一端与肱骨杆构成球面副，另一端与套环构成球面副。作为优选，所述尺骨杆的内端与肱骨杆所成球面副受冲击能够错位来避免破坏。作为优选，所述桡骨杆的内端与肱骨杆所成球面副受冲击能够脱离来避免破坏。作为优选，所述的仿尺骨模块包括肱骨球铰座和弹性韧带；所述的仿肱骨模块还包括肱骨关节球和枢轴销；枢轴销贯穿肱骨关节球，且两端均外部。所述的肱骨球铰座固定在尺骨杆的内端；肱骨球铰座与肱骨关节球构成能够脱离的球面副；所述的肱骨球铰座的两侧均开设有V型勾槽，且均设置有弹性韧带；肱骨关节球两侧的枢轴销与两个V型勾槽分别接触。所述弹性韧带的两端均与肱骨球铰座固定，中部绕过对应的枢轴销上环形凹槽，提供枢轴销与V型勾槽保持连接状态的弹力。作为优选，肱骨球铰座与肱骨关节球之间垫有球形保护片。球形保护片的表面上设置有聚四氟乙烯涂层。作为优选，所述的仿肱骨模块还包括桡骨球铰座。所述的桡骨球铰座与肱骨杆的端部固连；所述的肱骨关节球固定在肱骨杆的端部；所述的仿桡骨模块包括桡骨杆和磁球接头；所述的磁球接头固定在桡骨杆的内端；磁球接头与桡骨球铰座通过磁力吸附在一起，并构成能够脱离的球面副；作为优选，第一伸缩元件和第二伸缩元件均采用气动肌肉。作为优选，所述的执行器安装块上安装有机械手模块。所述的机械手指模块包括连杆式手指组件和手指驱动组件。连杆式手指组件包括第一支座，第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆和第五连杆；第一支座固定在手掌侧面；所述第一连杆的中下部与第一支座的中部铰接，第一连杆的另一端与第三连杆的中下部铰接，第一连杆的一端与拉杆的另一端铰接；所述的第二连杆的一端与第一支座的侧面铰接，第二连杆的另一端与第三连杆的一端铰接；所述的第三连杆的另一端与第四连杆的中下部铰接；所述第五连杆的一端与第一连杆的另一端铰接，第五连杆的另一端与第四连杆的一端铰接。所述的手指驱动组件包括舵机、连接转盘和拉杆。舵机固定在手掌的中部，主轴上固连有连接块；连接块采用弹性材料。拉杆的一端与连接转盘连接，另一端与第一连杆的内端连接；作为优选，所述的拉杆的中后部间隔固定有第一固定块和第二固定块；在第一固定块和第二固定块之间设置有滑块，所述滑块与拉杆滑动连接；所述滑块与连接转盘铰接；所述的第一固定块与滑块之间设置有第一弹簧。所述的第二固定块与滑块之间设置有第二弹簧。该可翻转抗冲击的机械臂的驱动方法如下：当可翻转抗冲击的机械臂需要实现屈曲和伸展运动时，第一伸缩元件缩短或伸长，拉动尺骨杆和执行器安装块摆动，实现屈曲和伸展运动。当需要翻转执行器安装块时，第二伸缩元件缩短或伸长，拉动桡骨杆做内旋运动，带动桡骨杆和执行器安装块7进行翻转。本专利技术具有的有益效果是：1、本专利技术采用仿肱骨模块、仿尺骨模块和仿桡骨模块使可翻转抗冲击的机械臂既能实现屈曲和伸展运动，又能实现内旋和外旋运动。2、本专利技术的仿尺骨模块与仿桡骨模块通过弹性韧带连接，当可翻转抗冲击的机械臂受到外力冲击时，仿尺骨模块与仿肱骨模块产生错位缓冲部分冲击力，磁球接头与桡骨球铰座通过磁球接头连接，磁球接头能够从桡骨球铰座上脱落，从而减少外力对可翻转抗冲击的机械臂的伤害，在外力去除后，通过重新装配磁球接头和桡骨球铰座的磁球接头连接，错位的可翻转抗冲击的机械臂将自动恢复初始状态。3、本专利技术的肱骨球铰座的两侧分别设置有V型勾槽，当尺骨受到侧向冲撞时，使肱骨球铰座与肱骨关节球产生错位，V型勾槽能够使错位更容易恢复。4、本专利技术的桡骨杆的中部套置有能够转动和滑动的套环，当气泵向第二气动肌肉充气加压时，第二气动肌肉收缩拉动套环，套环带动桡骨杆运动，实现执行器安装块的翻转，在此过程中，套环能够沿着桡骨杆滑动，从而使第二气动肌肉更容易拉动尺骨杆做翻转运动。附图说明图1为本专利技术的整体结构示意图；图2为本专利技术中机械手模块翻转后的示意图；图3为本专利技术中可翻转抗冲击的机械臂屈曲的示意图；图4为本专利技术中机械手模块释放状态的第一张示意图；图5为本专利技术的机械手模块抓取状态的示意图；图6为本专利技术的机械手模块释放状态的第二张示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术作进一步说明。如图1-5所示，一种可翻转抗冲击的机械臂，包括仿肱骨模块1、仿尺骨模块2、仿桡骨模块3、执行器安装块7、机械手模块4和机械臂驱动模块5。所述的机械手模块4安装在执行器安装块7上具有抓取功能；仿尺骨模块2、仿桡骨模块3的一端均与仿肱骨模块1连接，另一端均与执行器安装块7，分别用于带动执行器安装块7摆动和翻转。仿肱骨模块1包括肱骨杆1-1、肱骨关节球1-2、桡骨球铰座1-3和枢轴销1-4；所述的肱骨关节球1-2固定在肱骨杆1-1的下端；所述的肱骨关节球1-2横向开设有销孔1-5，所述枢轴销1-4插在销孔1-5内保持固定；所述的桡骨球铰座1-3与肱骨杆1-1下端的一侧固连；所述的仿尺骨模块2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可翻转抗冲击的机械臂，其特征在于：，包括仿肱骨模块(1)、仿尺骨模块(2)、仿桡骨模块(3)、执行器安装块(7)和机械臂驱动模块(5)；仿尺骨模块(2)、仿桡骨模块(3)的一端均与仿肱骨模块(1)连接，另一端均与执行器安装块(7)，分别用于带动执行器安装块(7)摆动和翻转；所述的仿肱骨模块(1)包括肱骨杆(1-1)；所述的仿尺骨模块(2)包括尺骨杆(2-1)；所述的仿桡骨模块(3)包括桡骨杆(3-1)；尺骨杆(2-1)、桡骨杆(3-1)的内端与肱骨杆(1-1)一端的不同位置分别构成球面副；桡骨杆(3-1)的外端与执行器安装块(7)铰接；尺骨杆(2-1)的外端与执行器安装块(7)构成球面副；所述的机械臂驱动模块(5)包括第一伸缩元件和第二伸缩元件；第一伸缩元件的一端与肱骨杆(1-1)铰接，另一端与尺骨杆(2-1)中部靠内端位置铰接；所述的桡骨杆(3-1)的中部套置有套环(3-3)；第二伸缩元件的一端与肱骨杆(1-1)构成球面副，另一端与套环(3-3)构成球面副。/n

【技术特征摘要】
1.一种可翻转抗冲击的机械臂，其特征在于：，包括仿肱骨模块(1)、仿尺骨模块(2)、仿桡骨模块(3)、执行器安装块(7)和机械臂驱动模块(5)；仿尺骨模块(2)、仿桡骨模块(3)的一端均与仿肱骨模块(1)连接，另一端均与执行器安装块(7)，分别用于带动执行器安装块(7)摆动和翻转；所述的仿肱骨模块(1)包括肱骨杆(1-1)；所述的仿尺骨模块(2)包括尺骨杆(2-1)；所述的仿桡骨模块(3)包括桡骨杆(3-1)；尺骨杆(2-1)、桡骨杆(3-1)的内端与肱骨杆(1-1)一端的不同位置分别构成球面副；桡骨杆(3-1)的外端与执行器安装块(7)铰接；尺骨杆(2-1)的外端与执行器安装块(7)构成球面副；所述的机械臂驱动模块(5)包括第一伸缩元件和第二伸缩元件；第一伸缩元件的一端与肱骨杆(1-1)铰接，另一端与尺骨杆(2-1)中部靠内端位置铰接；所述的桡骨杆(3-1)的中部套置有套环(3-3)；第二伸缩元件的一端与肱骨杆(1-1)构成球面副，另一端与套环(3-3)构成球面副。


2.根据权利要求1所述的一种可翻转抗冲击的机械臂，其特征在于：所述尺骨杆(2-1)的内端与肱骨杆(1-1)所成球面副受冲击能够错位来避免破坏。


3.根据权利要求1所述的一种可翻转抗冲击的机械臂，其特征在于：所述桡骨杆(3-1)的内端与肱骨杆(1-1)所成球面副受冲击能够脱离来避免破坏。


4.根据权利要求1所述的一种可翻转抗冲击的机械臂，其特征在于：所述的仿尺骨模块(2)包括肱骨球铰座(2-2)和弹性韧带(2-3)；所述的仿肱骨模块(1)还包括肱骨关节球(1-2)和枢轴销(1-4)；枢轴销(1-4)贯穿肱骨关节球(1-2)，且两端均外部；所述的肱骨球铰座(2-2)固定在尺骨杆(2-1)的内端；肱骨球铰座(2-2)与肱骨关节球(1-2)构成能够脱离的球面副；所述的肱骨球铰座(2-2)的两侧均开设有V型勾槽(2-4)，且均设置有弹性韧带(2-3)；肱骨关节球(1-2)两侧的枢轴销(1-4)与两个V型勾槽(2-4)分别接触；所述弹性韧带(2-3)的两端均与肱骨球铰座(2-2)固定，中部绕过对应的枢轴销(1-4)上环形凹槽(1-6)，提供枢轴销(1-4)与V型勾槽(2-4)保持连接状态的弹力。


5.根据权利要求4所述的一种可翻转抗冲击的机械臂，其特征在于：肱骨球铰座(2-2)与肱骨关节球(1-2)之间垫有球形保护片(6)；球形保护片(6)的表面上设置有聚四氟乙烯涂层。


6.根据权利要求1所述的一种可翻转抗冲击的机械臂，其特征在于：所述的仿肱骨模块(1)还包括桡骨球铰座(1-3)；所述的桡骨球铰座(1-3)与肱骨杆(1-1)的端部固连；所述的肱骨关节球(...

【专利技术属性】
技术研发人员：许明，张帝，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33