一种带传动的3关节5自由度机械臂制造技术

本发明专利技术涉及一种带传动的3关节5自由度机械臂，用于解决现有机械臂转动惯量大、控制精度低、负载低的问题。具体包括机械爪总成、腕关节及小臂总成、肘关节及大臂总成、以及基座关节总成。机械爪总成相对于腕关节及小臂总成的角度由下移安装在肘关节的腕关节电机总成通过带传动驱动改变，腕关节及小臂总成相对于肘关节及大臂总成的角度由下移安装在基座关节的肘关节电机通过带传动驱动改变，用于减少机械臂总成运动时产生的转动惯量。本发明专利技术利用带传动机构将肘关节电机集成在机械臂的机体位置，将腕关节电机集成在机器人的肘位置，减少了机械臂总成运动时产生的转动惯量，提高了机械臂机动性能。械臂机动性能。械臂机动性能。

【技术实现步骤摘要】
一种带传动的3关节5自由度机械臂


[0001]本专利技术涉及一种电驱动仿生机器人的机械臂结构，尤其涉及一种带传动的3关节5自由度机械臂结构。

技术介绍

[0002]近年来，随着机器人技术的发展，高速度、高精度、高负载自重比的高性能机械臂的应用，受到工业和航空航天领域的关注。目前的机械臂主要是直接把驱动电机安装在相应的关节上，通过控制电机转角直接控制机械臂的运动。
[0003]这种布置方式的驱动电机靠近工作端，整个机械臂的转动惯量大，控制精度低，负载较低。目前针对机械臂动力传递形式的研究较少。

技术实现思路

[0004]为了解决现有机械臂转动惯量大、控制精度低、负载低的问题，本专利技术提供了一种仿生机器人的机械臂总成方案，通过将电机安装位置下移，利用带传动机构将肘关节电机集成在机械臂的机体位置，将腕关节电机集成在机器人的肘位置，减少机械臂总成运动时产生的转动惯量，提高机械臂机动性能。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0006]一种带传动的3关节5自由度机械臂，包括机械爪总成、腕关节及小臂总成、肘关节及大臂总成、以及基座关节总成，机械爪总成下端连接腕关节及小臂总成，腕关节及小臂总成下端连接肘关节及大臂总成，肘关节及大臂总成下端连接基座关节总成，整条机械臂通过基座关节总成与躯干连接固定，三关节包括腕关节、肘关节和基座关节3个关节，5个自由度包括对应的腕关节纵平面电机自由度和旋转自由度，肘关节电机自由度，以及与肘关节同轴的基座纵平面自由度和基座本身的水平面旋转自由度；机械爪总成相对于腕关节及小臂总成的角度由下移安装在肘关节的腕关节电机总成通过带传动驱动改变，腕关节及小臂总成相对于肘关节及大臂总成的角度由下移安装在基座关节的肘关节电机通过带传动驱动改变，用于减少机械臂总成运动时产生的转动惯量。
[0007]所述的机械爪总成包括主爪，副爪，爪咬合电机，爪旋转电机，爪轴承，爪电机支座与爪转动板；爪咬合电机的定子端通过爪轴承与爪电机支座固定在主爪上，爪咬合电机的转子端通过爪转动板与副爪联结；通过控制爪咬合电机的转动实现机械爪副爪绕爪轴承旋转，完成机械爪的开合，实现夹取功能；主爪通过爪旋转电机与腕关节及小臂总成的腕关节前端连接，实现机械爪总成绕小臂轴向的旋转功能。
[0008]所述的腕关节及小臂总成包括小臂外壳，腕传动带，腕关节前端，腕关节后端，腕关节轴承，腕关节轴，轴端挡圈，盖板，腕关节电机总成；小臂外壳与盖板构成腕关节及小臂总成的小臂主体结构，轴端挡圈固定安装于小臂前端，腕关节前端通过腕关节轴和腕关节轴承与轴端挡圈相连，小臂后端通过腕关节后端连接肘关节及大臂总成；安装在靠近腕关节后端的腕关节电机总成通过腕传动带带动腕关节轴承，进而带动远端的腕关节前端绕腕
关节轴转动。
[0009]进一步在腕关节轴承外壁设置腕关节齿，用于增强腕传动带对腕关节前端的驱动力。
[0010]所述的肘关节及大臂总成包括肘关节前端，肘关节壳体，肘传动带，带张紧装置，肘关节齿轴，肘关节齿轴挡板，大臂支座，肘关节电机支座以及肘关节电机支座端盖，肘关节电机端齿，肘关节电机，肘关节同轴电机；所述的肘关节壳体构成肘关节及大臂总成的大臂主体结构，肘关节壳体后端固定连接肘关节电机支座，肘关节壳体前端固定连接肘关节齿轴挡板，其中，肘关节电机支座两侧分别设有肘关节电机与肘关节同轴电机，肘关节电机用于改变小臂和大臂之间的夹角，肘关节同轴电机用于改变大臂和大臂支座之间的夹角；肘关节电机与肘关节同轴电机外均由一个肘关节电机支座端盖保护；肘关节齿轴挡板上设有肘关节齿轴，肘关节齿轴与肘关节前端相连；肘关节电机依次通过肘关节电机端齿、肘传动带带动远端的肘关节齿轴，使肘关节前端绕肘关节齿轴转动；肘关节同轴电机另一端固定在大臂支座，肘关节同轴电机转动使整个肘关节及大臂总成绕大臂支座的中心轴转动；肘关节前端与腕关节后端连接固定。
[0011]进一步在肘关节齿轴外侧依次设置轴承和肘关节齿。
[0012]进一步设置带张紧装置，用于张紧肘传动带。
[0013]所述的基座关节总成包括基座，基座轴承，基座底，基座电机；基座底安装在机器人或其他固定位置；基座电机固定在基座底上，另一端连接基座，基座上固定连接大臂支座，由此基座电机通过大臂支座带动整个机械臂绕基座关节总成的中心轴线转动，实现机械臂的水平平面自由度。
[0014]所述的带张紧装置包括第一张紧轮、第二张紧轮，张紧支座，张紧架；张紧支座固定在肘关节壳体上，两个张紧轮固定在张紧架上，肘传动带从两个张紧轮和张紧支座之间穿过，张紧架通过四个定位螺栓安装在张紧支座上，通过定位螺栓调节张紧架和张紧支座之间的距离，由此改变两个张紧轮的位置，达到调节肘传动带松紧的目的。
[0015]有益效果
[0016]现有技术中最为常用的就是利用平行四边形或反平行四边形机构传递关节电机驱动机械臂的动力，本专利技术通过将电机下移并利用带传动进行动力传递，带传动比起多连杆传动具有质量轻、转动惯量小、无死点、传动比稳定、噪音低、可靠性高、对材料没有刚度要求等优点，且同步带具有一定吸振减震和抗冲击的能力，因此本专利技术大大减小对关节电机的性能要求和使用负担，提高机械臂整体可靠性能，有效的解决了机械臂转动惯量大、负载高的问题，为进一步提高控制精度奠定了基础。
附图说明
[0017]图1机械臂整机示意图；
[0018]图2机械爪总成示意图；
[0019]图3腕关节及小臂总成示意图；
[0020]图4肘关节及大臂总成示意图；
[0021]图5基座关节总成示意图；
[0022]图6张紧装置示意图；
[0023]1、机械爪总成，1.1、主爪，1.2、副爪，1.3、爪咬合电机，1.4、爪旋转电机，1.5、爪轴承，1.6、爪电机支座，1.7、爪转动板，2、腕关节及小臂总成，2.1、小臂外壳，2.2、腕传动带，2.3、腕关节前端，2.4、腕关节后端，2.5、腕关节轴承，2.6、腕关节齿，2.7、腕关节轴，2.8、轴端挡圈，2.9、盖板，2.10、腕关节电机总成，3、肘关节及大臂总成，3.1、肘关节前端，3.2、肘关节壳体，3.3、肘传动带，3.4、带张紧装置，3.4.1、第一张紧轮，3.4.2、第二张紧轮，3.4.3、张紧支座，3.4.4、张紧架，3.5.1、肘关节齿，3.5.2、肘关节齿轴，3.5.3、肘关节齿轴挡板，3.6、大臂支座，3.7.1、肘关节电机支座，3.7.2、肘关节电机支座端盖，3.8、肘关节电机端齿，3.9、肘关节电机，3.10、肘关节同轴电机，4、基座关节总成，4.1、基座，4.2、基座轴承，4.3、基座底，4.4、基座电机。
具体实施方式
[0024]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加便于理解，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0025]相反，本专利技术涵盖任何由权利要求定义的在本专利技术的精髓和范围上做本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带传动的3关节5自由度机械臂，包括机械爪总成(1)、腕关节及小臂总成(2)、肘关节及大臂总成(3)、以及基座关节总成(4)，机械爪总成(1)下端连接腕关节及小臂总成(2)，腕关节及小臂总成(2)下端连接肘关节及大臂总成(3)，肘关节及大臂总成(3)下端连接基座关节总成(4)，整条机械臂通过基座关节总成(4)与躯干连接固定，其特征在于：三关节包括腕关节、肘关节和基座关节3个关节，5个自由度包括对应的腕关节纵平面电机自由度和旋转自由度，肘关节电机自由度，以及与肘关节同轴的基座纵平面自由度和基座本身的水平面旋转自由度；机械爪总成(1)相对于腕关节及小臂总成(2)的角度由下移安装在肘关节的腕关节电机总成(2.10)通过带传动驱动改变，腕关节及小臂总成(2)相对于肘关节及大臂总成(3)的角度由下移安装在基座关节的肘关节电机(3.9)通过带传动驱动改变，用于减少机械臂总成运动时产生的转动惯量。2.如权利要求1所述的一种带传动的3关节5自由度机械臂，其特征在于：所述的机械爪总成(1)包括主爪(1.1)，副爪(1.2)，爪咬合电机(1.3)，爪旋转电机(1.4)，爪轴承(1.5)，爪电机支座(1.6)与爪转动板(1.7)；爪咬合电机(1.3)的定子端通过爪轴承(1.5)与爪电机支座(1.6)固定在主爪(1.1)上，爪咬合电机(1.3)的转子端通过爪转动板(1.7)与副爪(1.2)联结；通过控制爪咬合电机(1.3)的转动实现机械爪副爪(1.2)绕爪轴承(1.5)旋转，完成机械爪的开合，实现夹取功能；主爪(1.1)通过爪旋转电机(1.4)与腕关节及小臂总成(2)的腕关节前端(2.3)连接，实现机械爪总成(1)绕小臂轴向的旋转功能。3.如权利要求1所述的一种带传动的3关节5自由度机械臂，其特征在于：所述的腕关节及小臂总成(2)包括小臂外壳(2.1)，腕传动带(2.2)，腕关节前端(2.3)，腕关节后端(2.4)，腕关节轴承(2.5)，腕关节轴(2.7)，轴端挡圈(2.8)，盖板(2.9)，腕关节电机总成(2.10)；小臂外壳(2.1)与盖板(2.9)构成腕关节及小臂总成(2)的小臂主体结构，轴端挡圈(2.8)固定安装于小臂前端，腕关节前端(2.3)通过腕关节轴(2.7)和腕关节轴承(2.5)与轴端挡圈(2.8)相连，小臂后端通过腕关节后端(2.4)连接肘关节及大臂总成(3)；安装在靠近腕关节后端(2.4)的腕关节电机总成(2.10)通过腕传动带(2.2)带动腕关节轴承(2.5)，进而带动远端的腕关节前端(2.3)绕腕关节轴(2.7)转动。4.如权利要求3所述的一种带传动的3关节5自由度机械臂，其特征在于：进一步在腕关节轴承(2.5)外壁设置腕关节齿(2.6)，用于增强腕传动带(2.2)对腕关节前端(2.3)的驱动力。5.如权利要求1所述的一种带传动的3关节5自由度机械臂，其特征在于：所述的肘关节及大臂总成(3)包括肘关节前端(3.1)，肘关节壳体(3.2)，肘传动带(3.3)，带张紧装...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁振杰，闫曈，苏波，赵建新，江磊，许威，党睿娜，慕林栋，邓秦丹，蒋云峰，汪建兵，姚其昌，许鹏，郭亮，刘宇飞，邢伯阳，王志瑞，邱天奇，
申请(专利权)人：中国北方车辆研究所，
类型：发明
国别省市：