一种混合驱动机械臂制造技术

本实用新型专利技术涉及机器人领域，具体是一种混合驱动机械臂。该机械臂包括依次连接的第一转动关节、肩部摆动关节、第二转动关节、肘部摆动关节、腕部转动关节和腕部摆动关节。肩部摆动关节包括第一顶板、第一底板、第一U型摆架、横置驱动盒、第一气动肌肉和第二气动肌肉。该机械臂中肩部摆动关节和肘部摆动关节均含有气动肌肉，可弥补电机转矩输出的不足，并能大幅增强机械臂整体的刚性力矩，使机械臂能够更好地适应带负载的服务类任务操作。气动肌肉具有柔性特点，可在机械臂遭受碰撞时提供弹性缓冲。腕部摆动关节以四个锥齿轮构成的差动耦合机构输出转矩，有助于提高机械手的承载能力。

【技术实现步骤摘要】
一种混合驱动机械臂
本技术涉及机器人领域，具体是一种混合驱动机械臂。
技术介绍
随着服务行业人力成本的上升以及消费者对服务质量要求的提高，餐饮、咨询、接待等服务类行业也开始逐步推广应用机器人。为了能够更好地兼顾各服务类工种，这类服务型机器人也应配备功能较强的仿生型机械臂以更好地替代服务人员执行相关任务操作。目前仿生类机械臂的自由度普遍较高，动作协调性和运动精度方面也表现良好，这类机械臂在驱动上主要采用电机与减速机构配合的方案，这类机械臂的多自由度运动通过多个电机间的联动来实现。但仿生类机械臂主要用于对真人手臂的姿态进行模拟，而非执行抓取、负载类的任务操作，因此普遍存在驱动力不足和刚性较差的问题。而市场上具备高自由度且适应于多种应用场景的协作机械臂及工业机械臂造价都极为高昂，而一些低自由度机械臂动作协调性极差，且运动精度低，难以胜任各种服务类任务操作。
技术实现思路
本技术的主要目的在于提供一种驱动力强且刚性较好，含有电机和气动肌肉两类动力源并能够胜任多种服务类任务操作的混合驱动机械臂。为实现上述目的，本技术提供一种混合驱动机械臂，包括依次连接的第一转动关节、肩部摆动关节、第二转动关节、肘部摆动关节、腕部转动关节和腕部摆动关节，其特殊之处在于，肩部摆动关节包括第一顶板、第一底板、第一U型摆架、横置驱动盒、第一气动肌肉和第二气动肌肉。肩部摆动关节包括第一顶板、第一底板、横置驱动盒、第一U型摆架、第一气动肌肉和第二气动肌肉。横置驱动盒内固定设有第一减速电机，横置驱动盒位于第一顶板的端部，横置驱动盒顶部与第一顶板连接，横置驱动盒的长度小于第一顶板的长度，第一减速电机的输出轴穿出横置驱动盒的第一侧并与第一U型摆架的第一端垂直连接，第一U型摆架的第二端与横置驱动盒的第二侧铰接，第一U型摆架底部与第一底板连接，第一气动肌肉上端与第一顶板连接，第一气动肌肉下端与第一底板连接，第二气动肌肉上端与横置驱动盒底部连接，第二气动肌肉下端与第一底板连接。由上述方案可见，混合驱动机械臂具备三个转动自由度和三个摆动自由度，机械臂中的肩部摆动关节需要满足较大的力矩输出，引入气动肌肉(PneumaticArtificialMuscle,PAM)可为电机提供辅助动力从而弥补电机转矩输出的不足，同时还能大幅增强机械臂整体的刚性力矩，使机械臂能够更好地适应带负载的服务类任务操作。由于机械臂不工作时须保持自然下垂的状态，故第一气动肌肉长于第二气动肌肉。通常肩部摆动关节的摆动频率高且摆动幅度也较其他摆动关节大，不等长的两根气动肌肉可有效维持肩部摆动关节的摆动后形态。向一根气动肌肉充气可为肩部摆动关节提供摆向对应侧的辅助动力，从而为减速电机提供动力补充。进一步的方案是，肘部摆动关节包括第二顶板、第二底板、竖置驱动盒、第二U型摆架和两根第三气动肌肉。竖置驱动盒内固定设有第二减速电机，竖置驱动盒位于第二顶板中部，竖置驱动盒顶部与第二顶板连接，竖置驱动盒的宽度小于第一顶板的长度，第二减速电机的输出轴穿出竖置驱动盒的第一侧并与第二U型摆架的第一端垂直连接，第二U型摆架的第二端与竖置驱动盒的第二侧铰接，第二U型摆架底部与第二底板连接，两根第三气动肌肉分处第二减速电机输出轴的两侧，第三气动肌肉上端与第二顶板连接，第三气动肌肉下端与第二底板连接。由上可见，肘部摆动关节未做摆动时形态也容易受到外力的影响，故气动肌肉不光要为肘部摆动关节的摆动提供助力还要参与维持机械臂的直臂形态。在肘部摆动关节中引入两根等长的第三气动肌肉可在同等的充气量下维持机械臂的直臂形态。进一步的方案是，第一转动关节和第二转动关节均包括外壳、第三减速电机和传动转盘。外壳包括筒体和设于筒体两端的法兰盘，传动转盘包括底壳、环套、齿轮圈、第一挡圈、第二挡圈和外挡圈。底壳包括底板，底板第一侧与法兰盘连接，底板第二侧垂直设有管壳，环套套设于管壳内，齿轮圈套设于环套内侧，第一挡圈与齿轮圈的第一端连接，第二挡圈与齿轮圈的第二端连接，第一挡圈和第二挡圈的边缘均与环套的端面抵接，外挡圈装于管壳端部，外挡圈边缘与环套抵接，第三减速电机固定设置于外壳内，第三减速电机的输出端穿入底壳内并装有与齿轮圈啮合的驱动齿轮。由上可见，两个转动关节均采用齿轮传动方案，其中的传动转盘整合度高，结构紧凑，便于与其他关节进行连接。进一步的方案是，腕部摆动关节包括驱动盒和第三U型摆架，驱动盒内固定设置第一驱动电机和第二驱动电机，第一驱动电机的输出轴从驱动盒的第一侧面穿出，第二驱动电机的输出轴从驱动盒上与第一侧面相对的第二侧面穿出，第一驱动电机输出端装有第一主动带轮，第二驱动电机输出端装有第二主动带轮。驱动盒端部设有相互平行的第一外延支板和第二外延支板，第一外延支板外侧装有第一从动带轮，第二外延支板外侧装有第二从动带轮，第一主动带轮与第一从动带轮间通过皮带传动，第二主动带轮与第二从动带轮间通过皮带传动。第一外延支板内侧装有与第一从动带轮共轴的第一主动锥齿轮，第二外延支板内侧装有与第二从动带轮共轴的第二主动锥齿轮。第三U型摆架两端均装有从动锥齿轮，从动锥齿轮与第一主动锥齿轮和第二主动锥齿轮啮合。由上可见，机械臂的腕部较细，不便设置气动肌肉，腕部摆动关节通过两台驱动电机以皮带传动的方式将转矩传递到四个锥齿轮构成的差动耦合机构，可输出较大的转矩，使得与机械手直接相连的第三U型摆架具备较强的承载能力，可较好地承担机械手处的载荷扭矩。另外差动耦合机构与驱动电机间属于柔性连接，差动耦合机构承受的冲击载荷不会作用到驱动电机上，这将有助于提高腕部摆动关节的耐用性。进一步的方案是，两个从动锥齿轮呈同轴设置且均套装于同一转轴上。由上可见，第三U型摆架差动同步转动传动支架，两个从动锥齿轮套装于同一转轴上可保证同轴度及转动同步性，使得锥齿轮传动更为平稳，同时还能提高机械手的摆动精度。附图说明图1是本技术混合驱动机械臂实施例的结构图。图2是本技术混合驱动机械臂实施例中肩部摆动关节的第一视角结构图。图3是本技术混合驱动机械臂实施例中肩部摆动关节的第二视角结构图。图4是本技术混合驱动机械臂实施例中肘部摆动关节的第一视角结构图。图5是本技术混合驱动机械臂实施例中肘部摆动关节的第二视角结构图。图6是本技术混合驱动机械臂实施例中第二转动关节的结构图。图7是本技术混合驱动机械臂实施例中第二转动关节的俯视图。图8是图7的A-A剖视图。图9是本技术混合驱动机械臂实施例中腕部摆动关节的第一视角结构图。图10是本技术混合驱动机械臂实施例中腕部摆动关节的第二视角结构图。以下结合附图及实施例对本技术作进一步说明。具体实施方式参见图1至3，本技术提供的混合驱动机械臂包括依次连接的第一转动关节1、肩部摆动关节2、第二转动关节3、肘部摆动关节4、腕部转动关节5和腕部摆动关节6。肩部摆动关节2包括第一顶板21、第一底板22、横置驱动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合驱动机械臂，包括依次连接的第一转动关节、肩部摆动关节、第二转动关节、肘部摆动关节、腕部转动关节和腕部摆动关节，其特征在于：/n所述肩部摆动关节包括第一顶板、第一底板、横置驱动盒、第一U型摆架、第一气动肌肉和第二气动肌肉，所述横置驱动盒内固定设有第一减速电机，所述横置驱动盒位于所述第一顶板的端部，所述横置驱动盒顶部与所述第一顶板连接，所述横置驱动盒的长度小于所述第一顶板的长度，所述第一减速电机的输出轴穿出所述横置驱动盒的第一侧并与所述第一U型摆架的第一端垂直连接，所述第一U型摆架的第二端与所述横置驱动盒的第二侧铰接，所述第一U型摆架底部与所述第一底板连接，所述第一气动肌肉上端与所述第一顶板连接，所述第一气动肌肉下端与所述第一底板连接，所述第二气动肌肉上端与所述横置驱动盒底部连接，所述第二气动肌肉下端与所述第一底板连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种混合驱动机械臂，包括依次连接的第一转动关节、肩部摆动关节、第二转动关节、肘部摆动关节、腕部转动关节和腕部摆动关节，其特征在于：
所述肩部摆动关节包括第一顶板、第一底板、横置驱动盒、第一U型摆架、第一气动肌肉和第二气动肌肉，所述横置驱动盒内固定设有第一减速电机，所述横置驱动盒位于所述第一顶板的端部，所述横置驱动盒顶部与所述第一顶板连接，所述横置驱动盒的长度小于所述第一顶板的长度，所述第一减速电机的输出轴穿出所述横置驱动盒的第一侧并与所述第一U型摆架的第一端垂直连接，所述第一U型摆架的第二端与所述横置驱动盒的第二侧铰接，所述第一U型摆架底部与所述第一底板连接，所述第一气动肌肉上端与所述第一顶板连接，所述第一气动肌肉下端与所述第一底板连接，所述第二气动肌肉上端与所述横置驱动盒底部连接，所述第二气动肌肉下端与所述第一底板连接。


2.如权利要求1所述的混合驱动机械臂，其特征在于：
所述肘部摆动关节包括第二顶板、第二底板、竖置驱动盒、第二U型摆架和两根第三气动肌肉，所述竖置驱动盒内固定设有第二减速电机，所述竖置驱动盒位于所述第二顶板中部，所述竖置驱动盒顶部与所述第二顶板连接，所述竖置驱动盒的宽度小于所述第一顶板的长度，所述第二减速电机的输出轴穿出所述竖置驱动盒的第一侧并与所述第二U型摆架的第一端垂直连接，所述第二U型摆架的第二端与所述竖置驱动盒的第二侧铰接，所述第二U型摆架底部与所述第二底板连接，两根所述第三气动肌肉分处所述第二减速电机输出轴的两侧，所述第三气动肌肉上端与所述第二顶板连接，所述第三气动肌肉下端与所述第二底板连接。


3.如权利要求1所述的混合驱动机械臂，其特征在于：
所述第一转动关节和所述第二转动关节均包括外壳、第三减速电...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩子天，梁振猷，
申请(专利权)人：中山安信通机器人制造有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44