一种模块化七自由度绳驱动仿人臂制造技术

本发明专利技术涉及机器人研究和工程领域，更具体地，涉及一种模块化七自由度绳驱动仿人臂。具体包括肩部模块、肘部模块、腕部模块以及将各模块相连的臂连接件，所述肩部模块、腕部模块为三自由度结构，所述肘部模块为单自由度结构，肩部模块通过一个臂连接件连接肘部模块，肘部模块也通过一个臂连接件连接腕部模块，臂连接件是连接各模块的关键部件，采用臂接口、模块接口的快速装配。该仿人臂整体呈现七自由度的转动，所述肩部模块、肘部模块、腕部模块分别连接有驱动机构，所述驱动机构联动各运动链组，分别驱使肩部模块、肘部模块、腕部模块运动。驱动机构独立于各模块之外设置，通过鲍登线管连接各模块进行驱动，从而减轻模块的整体重量。

A modular 7-DOF rope driven humanoid arm

【技术实现步骤摘要】
一种模块化七自由度绳驱动仿人臂
本专利技术涉及机器人研究和工程领域，更具体地，涉及一种模块化七自由度绳驱动仿人臂。
技术介绍
目前服务机器人在迎宾、教育、向导等方面应用比较多，这些机器人的共同特点是仅需语言交流，没有肢体动作，因此也被认为是“残疾人”。目前也有部分服务机器人拥有仿人臂，但主要以工业机械臂为主，仅在手臂自由度和外形上与人手臂相仿。工业机械臂在设计上，由于其驱动部分安装在关节处，手臂重量重、体积大、不能进行高速的人机交互，因此作为服务机器人使用存在效率低、安全性低等问题。目前解决手臂重量重的一个重要方法是将驱动机构与手臂关节分开布置，将驱动机构布置在肩基座，使得手臂重量大幅降低，而绳索传动可以满足该方法。绳索传动具有较高的柔顺性，相对于刚性传动机构如齿轮、凸轮、轴等其具有如下优点：1)绳索可以进行长距离传动，可以将较重的驱动机构布置在肩基座处减轻执行末端重量；2)绳索不需要润滑，传动效率高；3)：绳索自重比大，可以承受较大的载荷；4)绳索传动路径容易改变，占用空间小；5)可以模仿人手肌腱驱动，具有较好的仿生性能等。公开号为CN110666833A公开的一种基于并联机构的绳驱动七自由度仿人机械臂将腕部和肘部电机布置在肩部，关节与电机之间通过绳索传递运动与力，但其绳索传递路径布满整个手臂，腕部绳索经过肘部时需要进行解耦绕绳比较困难，拆解困难，不便于维护，
技术实现思路
本专利技术为克服上述现有技术所述解耦绕绳的缺陷，提供一种模块化七自由度绳驱动仿人臂，模块化设计使得各模块可以独立于手臂进行单独驱动，通过模块化接口可以快速完成手臂装配与模块更换，而不需要重新缠绕绳索也没有绳索耦合。使用鲍登线管将驱动机构与各模块分开布置，使得手臂重量降低，此外，大部分结构可使用3D打印加工，使得制造成本非常低廉。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种模块化七自由度绳驱动仿人臂，包括肩部模块、肘部模块、腕部模块以及将各模块相连的臂连接件，所述肩部模块、腕部模块为三自由度结构，所述肘部模块为单自由度结构。肩部模块通过一个臂连接件连接肘部模块，肘部模块也通过一个臂连接件连接腕部模块，该仿人臂整体呈现七自由度的转动。所述肩部模块包括肩固定平台、肩活动平台以及用于连接肩固定平台、肩活动平台的肩连杆和若干运动链组，所述肩活动平台转动连接有肩转动体，并通过肩转动体端部连接臂连接件。肩连杆分别与肩固定平台、肩活动平台铰接，其中肩固定平台、肩活动平台之间有两个自由度，肩活动平台与肩转动体有一个自由度。所述肘部模块包括肘固定平台、肘活动平台以及用于连接肘固定平台、肘活动平台的肘连杆和若干运动链组，所述肘固定平台、肘活动平台分别连接臂连接件。肘固定平台与肘活动平台有一个自由度，肘固定平台通过臂连接件连接肩转动体，肘活动平台通过另一臂连接件连接腕部模块的腕固定平台。所述腕部模块包括腕固定平台、腕活动平台以及用于连接腕固定平台、腕活动平台的腕连杆和若干运动链组，所述腕固定平台连接有腕固定体，并通过腕固定体端部连接臂连接件。腕连杆分别与腕固定平台、腕活动平台铰接，腕固定平台与腕活动平台之间有两个自由度。腕部固定平台与腕部活动平台之间也是两个自由度，其原理与肩部模块相似，腕活动平台与手掌之间有一个自由度。所述臂连接件两端均设有臂接口，所述肩部模块、肘部模块、腕部模块与臂连接件相接的一端均对应设有模块接口，所述臂接口与模块接口转动实现快速卡接。臂连接件是连接各模块的关键部件，采用臂接口、模块接口的快速装配，方便装拆，而且两端的连接结构具有通用性，尺寸规格保持一致。进一步地，所述肩部模块、肘部模块、腕部模块分别连接有驱动机构，所述驱动机构联动各运动链组，分别驱使肩部模块、肘部模块、腕部模块运动。驱动机构独立于各模块之外设置，通过鲍登线管连接各模块进行驱动，从而减轻模块的整体重量，其中，一个自由度由一个驱动机构独立电机驱动。进一步地，所述肩部模块、腕部模块均设有至少两组运动链组，不同方向的运动链组的运动方向相垂直。两个运动方向的运动链组控制的是两个自由度，同一方向的运动链组可以有多个。进一步地，所述运动链组包括动滑轮、定滑轮以及绕动滑轮、定滑轮设置的驱动绳索，所述驱动绳索套入鲍登线管中，驱动绳索外接至单独设置的驱动机构。驱动机构拉动驱动绳索，从而动滑轮所在一端活动。进一步地，所述肩活动平台固定连接有肩基座，所述肩转动体与肩基座转动连接；所述肩部模块还包括肩线轮和肩转动轴，所述肩线轮转动设于肩基座，肩线轮单独采用驱动绳索外接驱动机构；所述肩转动轴一端连接肩线轮，另一端连接肩转动体，驱动机构透过驱动绳索联动肩线轮、肩转动轴同步转动，从而联动肩转动体。驱动绳索拉动肩线轮，肩线轮联动肩转动体，此为单独一个自由度。进一步地，所述腕部模块还包括腕线轮、腕转动轴和手掌，所述腕线轮转动设于腕固定平台，腕线轮单独采用驱动绳索外接驱动机构；所述腕转动轴一端连接腕线轮组，另一端连接手掌，所述手掌活动固定于腕活动平台外侧，驱动机构透过驱动绳索联动腕线轮、腕转动轴转动，从而联动手掌。驱动绳索拉动腕线轮，腕线轮、腕转动轴联动手掌转动，此为单独一个自由度，手掌活动固定在腕活动平台背向运动链组的一侧，腕转动轴可带动手掌相对于腕活动平台转动。腕部转动自由度通过位于腕固定平台下端的线轮经腕固定平台和腕活动平台之间的转动轴传递到腕活动平台处的手掌上。进一步地，所述肘连杆两端分别与肘固定平台、肘活动平台铰接；所述肩连杆两端分别通过虎克铰与肩固定平台、肩活动平台转动连接；所述腕连杆两端分别通过虎克铰与腕固定平台、腕活动平台转动连接。进一步地，所述肩部模块、腕部模块还设有导向滑轮组，所述导向滑轮组邻近定滑轮设置，所述驱动绳索绕过导向滑轮组外接至驱动机构。导向滑轮组包括多个固定设置的导向轮，主要用于驱动绳索的传导，缓冲拉力。进一步地，所述驱动机构包括电机和电机线轮，驱动绳索缠绕在电机线轮，电机线轮转动实现一端绳索收紧一端绳索放松。一组驱动机构单独控制一个自由度，驱动绳索两端分别绕过电机线轮、运动链组，电机驱动电机线轮转动，对驱动绳索进行收紧或放松，从而实现模块自由度的控制。进一步地，所述臂接口为圆筒结构，所述模块接口则为套接圆筒的圆孔结构，圆筒外壁均匀设有外齿，圆孔内壁对应设有内齿；所述外齿远离圆筒端口的一面延伸限位块，限位块连接圆筒外壁，且各外齿的限位块均同侧设置；所述臂接口设有用于配合内齿与外齿转动卡接的避空位。其中，臂接口、模块接口之间，外齿、内齿通过齿间隙进入，转动相应角度至到内齿卡于外齿远离圆筒端口一面，并抵接限位块，在轴向上相互接触限制轴向移动，从而完成臂接口、模块接口的快速卡接，另外还可以采用螺钉进一步进行固定，防止两接口相对转动。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了一种模块化七自由度绳驱动仿人臂，利用臂接口、模块接口实现模块与臂连接件之间快速卡接，更加便于组装和拆卸，不需频繁进行解耦绕绳。而且，本专利技术将驱动机构独立于各模块之外设置，通过包在鲍登线管中的驱动绳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模块化七自由度绳驱动仿人臂，包括肩部模块、肘部模块、腕部模块以及将各模块相连的臂连接件，所述肩部模块、腕部模块为三自由度结构，所述肘部模块为单自由度结构，其特征在于：/n所述肩部模块包括肩固定平台、肩活动平台以及用于连接肩固定平台、肩活动平台的肩连杆和若干运动链组，所述肩活动平台转动连接有肩转动体，并通过肩转动体端部连接臂连接件；/n所述肘部模块包括肘固定平台、肘活动平台以及用于连接肘固定平台、肘活动平台的肘连杆和若干运动链组，所述肘固定平台、肘活动平台分别连接臂连接件；/n所述腕部模块包括腕固定平台、腕活动平台以及用于连接腕固定平台、腕活动平台的腕连杆和若干运动链组，所述腕固定平台连接有腕固定体，并通过腕固定体端部连接臂连接件；/n所述臂连接件两端均设有臂接口，所述肩部模块、肘部模块、腕部模块与臂连接件相接的一端均对应设有模块接口，所述臂接口与模块接口快速实现转动卡接。/n

【技术特征摘要】
1.一种模块化七自由度绳驱动仿人臂，包括肩部模块、肘部模块、腕部模块以及将各模块相连的臂连接件，所述肩部模块、腕部模块为三自由度结构，所述肘部模块为单自由度结构，其特征在于：
所述肩部模块包括肩固定平台、肩活动平台以及用于连接肩固定平台、肩活动平台的肩连杆和若干运动链组，所述肩活动平台转动连接有肩转动体，并通过肩转动体端部连接臂连接件；
所述肘部模块包括肘固定平台、肘活动平台以及用于连接肘固定平台、肘活动平台的肘连杆和若干运动链组，所述肘固定平台、肘活动平台分别连接臂连接件；
所述腕部模块包括腕固定平台、腕活动平台以及用于连接腕固定平台、腕活动平台的腕连杆和若干运动链组，所述腕固定平台连接有腕固定体，并通过腕固定体端部连接臂连接件；
所述臂连接件两端均设有臂接口，所述肩部模块、肘部模块、腕部模块与臂连接件相接的一端均对应设有模块接口，所述臂接口与模块接口快速实现转动卡接。


2.根据权利要求1所述模块化七自由度绳驱动仿人臂，其特征在于：所述肩部模块、肘部模块、腕部模块分别连接有驱动机构，所述驱动机构联动各运动链组，分别驱使肩部模块、肘部模块、腕部模块运动。


3.根据权利要求2所述模块化七自由度绳驱动仿人臂，其特征在于：所述肩部模块、腕部模块均设有至少两组运动链组，不同方向的运动链组的运动方向相垂直。


4.根据权利要求3所述模块化七自由度绳驱动仿人臂，其特征在于：所述运动链组包括动滑轮、定滑轮以及绕动滑轮、定滑轮设置的驱动绳索，所述驱动绳索套入鲍登线管中，驱动绳索外接至单独设置的驱动机构。


5.根据权利要求4所述模块化七自由度绳驱动仿人臂，其特征在于：所述肩活动平台固定连接有肩基座，所述肩转动体与肩基座转动...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，王斌，宋耀威，梁智豪，王兵，晁超越，朱海飞，管贻生，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44