仿人机器人及其高集成模块化仿人机械臂制造技术

本发明专利技术提供了一种仿人机器人及其高集成模块化仿人机械臂，包括肩、肘和腕关节，肩关节包括肩关节A、B、C和L形肩部连接件，肩部连接件上端与肩A关节一端固定，肩B关节固定在肩部连接件下端，肩C关节上端与肩B关节底端固连，肩C关节下端通过圆柱镂空状大臂连接件与肘关节连接；肘关节包括斜角状肘关节连接件、肘关节A和B，肘A关节固定在肘关节连接件下端，肘B关节一端与肘A关节下端固连；腕关节包括腕关节A和B、腕部连杆，腕部连杆与腕A关节和腕B关节固连，肘B关节另一端固连“月”字形小臂连接件的一端，小臂连接件另一端连接腕B关节，内部安装腕A关节。本发明专利技术具有高集成度、模块化、高负载重量比和大运动空间的特点。

【技术实现步骤摘要】
仿人机器人及其高集成模块化仿人机械臂
本专利技术涉及仿人机器人
，具体涉及仿人机器人及其高集成模块化仿人机械臂。
技术介绍
具有7自由度的手臂可以保证机械手终端执行更复杂的任务，其中肩关节的3个自由度、肘关节的2个自由度以及腕关节的2个自由度可以保证手臂更大的运动空间，所以仿人机械臂需要具备以上7个自由度才能实现类人的手臂运动。当仿人机器人使用机械手终端执行任务尤其是带负载的任务时，作为悬臂结构，手臂的每个关节均具有不同的功能和要求，如肩关节作为手臂和躯干的连接部位，需要输出最大的力矩，且需要承受最大的力和力矩，还需要足够的运动空间；腕关节作为执行端的连接部位，远离躯干，需要尽量减轻重量尤其是靠近执行端的结构重量，同时可承受一定的力和力矩，还需要足够的运动空间和灵活性；肘关节作为连接肩关节和腕关节的部分，需要提供足够的自由度和运动空间，保证执行端更大的工作空间，同时需要承受较大的力和力矩。连接各个关节的部件需要具备足够的强度，同时满足轻量化要求。综上，仿人机械手臂的基本要求是7自由度、较高转矩、轻量化和大运动空间。现有的仿人机械臂经常出现的问题有：(1)自由度数量不够，难以完成比较复杂的操作任务；(2)手臂强度差，重量载荷比低，仅可完成一些演示动作或者轻载荷的任务；(3)关节运动空间不足；(4)奇异点多，控制难度高；(5)结构复杂，装拆困难。
技术实现思路
针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种仿人机器人及其高集成模块化仿人机械臂，实现高集成度、模块化、高负载重量比和大运动空间的功能，满足机械臂终端顺利执行更多样的任务尤其是带负载的任务。本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。一种高集成模块化仿人机械臂，包括3自由度的肩关节、2自由度的肘关节和2自由度的腕关节；所述肩关节包括肩A关节、肩部连接件、肩B关节和肩C关节，肩部连接件截面呈L形，肩部连接件上端与肩A关节一端固定，肩B关节固定在肩部连接件下端，肩C关节上端与肩B关节底端固连，肩C关节下端通过圆柱镂空状的大臂连接件与肘关节连接；所述肘关节包括肘关节连接件、肘A关节和肘B关节，肘关节连接件外形呈斜角状，肘A关节固定在肘关节连接件下端，肘B关节一端与肘A关节下端固连；所述腕关节包括腕A关节、腕部连杆和腕B关节，腕部连杆与腕A关节和腕B关节固连，肘B关节另一端固连“月”字形小臂连接件的一端，小臂连接件的另外一端连接腕B关节，内部空腔安装腕A关节；所述腕部连杆包括连杆一和连杆二，连杆一两端分别通过与连杆二固连，组成平行四边形结构；所述腕B关节包括腕B柔轮座和腕B减速器外壳，腕B柔轮座固连腕部通线块一，腕B减速器外壳固连腕部通线块二，所述腕部通线块一和腕部通线块二用于穿过线缆。所述大臂连接件上安装有四个高功率电机驱动器，所述小臂连接件上安装有两个高功率电机驱动器，所述肩A关节的高功率电机驱动器安装在躯干内部；所述高功率电机驱动器控制各关节电机的运动。所述肩A关节、肩C关节和肘B关节的结构相同，具体为：包括第一无框电机和第一组件式谐波减速器；所述第一无框电机包括第一电机轴和第一电机外壳，第一电机外壳与第一定子连接，第一电机轴与第一转子连接；所述第一组件式谐波减速器包括第一波发生器和第一减速器外壳，第一波发生器与第一电机轴固连，第一减速器外壳与第一电机外壳转动连接。所述肩B关节和肘A关节的结构相同，具体为：包括第二无框电机和第二组件式谐波减速器；所述第二无框电机包括第二电机轴和第二电机外壳，第二电机外壳与第二定子连接，第二电机轴与第二转子连接；所述第二组件式谐波减速器包括第二波发生器和第二减速器外壳，第二波发生器与第二电机轴固连，第二减速器外壳与第二电机外壳、辅助支撑转动连接。所述腕A关节包括第三无框电机和第三组件式谐波减速器，所述第三无框电机包括腕A电机轴和腕A电机外壳，腕A电机外壳与腕A定子连接，腕A电机轴与腕A转子连接；所述第三组件式谐波减速器包括腕A减速器轴和腕A减速器外壳，腕A减速器轴与腕A电机轴串接固连，腕A减速器轴和腕A波发生器固连，腕A减速器外壳与腕A柔轮座通过轴承连接定位，腕A柔轮座末端与腕A输出座固连。所述腕B关节包括第四无框电机和第四组件式谐波减速器，所述第四无框电机包括腕B电机轴和腕B电机外壳，腕B电机外壳与腕B定子连接，腕B电机轴与腕B转子连接；所述第四组件式谐波减速器包括腕B波发生器和腕B减速器外壳，腕B波发生器与腕B电机轴固连，腕B减速器外壳与腕B柔轮座连接，腕B柔轮座与腕B的U型架固连。所述腕B的U型架与六维力传感器固连。所述肩A关节、肩B关节、肩C关节、肘A关节、肘B关节、腕A关节和腕B关节上均安装有编码器。所述腕B减速器外壳、腕B电机外壳、U型架和小臂连接件以及部件之间的轴承组成十字轴结构。一种仿人机器人，包括上述高集成模块化仿人机械臂。本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术高集成模块化仿人机械臂包括3自由度的肩关节、2自由度的肘关节和2自由度的腕关节，每个关节均采用无框电机和组件式减速器，提高仿人机械臂的集成度，减小仿人机械臂的重量；(2)本专利技术的关节连接件均采用一体化设计，关节与关节连接件直接连接，无需转接件；另外，根据受力情况，对关节连接件进行充分合理的减重设计，保证结构强度的同时大大减小手臂结构件的数量和重量，便于装拆；(3)本专利技术的电机驱动器合理布局安装于手臂连接件上，便于散热、布线及装拆；(4)本专利技术中肩关节和肘关节采用内部走线形式、腕关节采用旋转中心走线形式、肩部连接件的圆弧形设计、肘关节连接件的斜向设计和小臂的的避让设计，增大了各关节的运动空间。附图说明图1为本专利技术所述高集成模块化仿人机械臂整体结构图；图2为本专利技术所述高集成模块化仿人机械臂爆炸图；图3(a)为本专利技术肩A关节轴测图；图3(b)为本专利技术肩A关节剖视图；图4(a)为本专利技术肩B关节轴测图；图4(b)为本专利技术肩B关节轴测图；图5为本专利技术肩C关节轴测图；图6(a)为本专利技术肩关节零点位置图；图6(b)为本专利技术肩关节在躯干前部的极限位置图；图7为本专利技术肘A关节轴测图；图8为本专利技术肘B关节轴测图；图9为本专利技术小臂轴测图；图10(a)为本专利技术腕A关节轴测图；图10(b)为本专利技术腕A关节剖视图；图11为本专利技术腕部连杆模块轴测图；图12(a)为本专利技术腕B关节轴测图；图12(b)为本专利技术腕B关节剖视图。图中，1、肩A关节；2、肩部连接件；3、肩B关节；4、肩C关节；5、高功率电机驱动器；6、大臂连接件；7、肘关节连接件；8、肘A关节；9、肘B关节；10、小臂连接件；11、腕A关节；12、腕部连杆；13、腕B关节；14、六维力传感器；101、肩A柔轮；102、肩A波发生器；103、肩A钢轮；104、肩A减速器外壳；105、肩A电机外壳；106、肩A定子；107、肩A电机端盖；108、肩A编本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高集成模块化仿人机械臂，其特征在于，包括3自由度的肩关节、2自由度的肘关节和2自由度的腕关节；所述肩关节包括肩A关节(1)、肩部连接件(2)、肩B关节(3)和肩C关节(4)，肩部连接件(2)截面呈L形，肩部连接件(2)上端与肩A关节(1)一端固定，肩B关节(3)固定在肩部连接件(2)下端，肩C关节(4)上端与肩B关节(3)底端固连，肩C关节(4)下端通过圆柱镂空状的大臂连接件(6)与肘关节连接；所述肘关节包括肘关节连接件(7)、肘A关节(8)和肘B关节(9)，肘关节连接件(7)外形呈斜角状，肘A关节(8)固定在肘关节连接件(7)下端，肘B关节(9)一端与肘A关节(8)下端固连；所述腕关节包括腕A关节(11)、腕部连杆(12)和腕B关节(13)，腕部连杆(12)与腕A关节(11)和腕B关节(13)固连，肘B关节(9)另一端固连“月”字形小臂连接件(10)的一端，小臂连接件(10)的另外一端连接腕B关节(13)，内部空腔安装腕A关节(11)；/n所述腕部连杆(12)包括连杆一(121)和连杆二(123)，连杆一(121)两端分别通过与连杆二(123)固连，组成平行四边形结构；/n所述腕B关节(13)包括腕B柔轮座(132)和腕B减速器外壳(133)，腕B柔轮座(132)固连腕部通线块一(151)，腕B减速器外壳(133)固连腕部通线块二(152)，所述腕部通线块一(151)和腕部通线块二(152)用于穿过线缆。/n...

【技术特征摘要】
1.一种高集成模块化仿人机械臂，其特征在于，包括3自由度的肩关节、2自由度的肘关节和2自由度的腕关节；所述肩关节包括肩A关节(1)、肩部连接件(2)、肩B关节(3)和肩C关节(4)，肩部连接件(2)截面呈L形，肩部连接件(2)上端与肩A关节(1)一端固定，肩B关节(3)固定在肩部连接件(2)下端，肩C关节(4)上端与肩B关节(3)底端固连，肩C关节(4)下端通过圆柱镂空状的大臂连接件(6)与肘关节连接；所述肘关节包括肘关节连接件(7)、肘A关节(8)和肘B关节(9)，肘关节连接件(7)外形呈斜角状，肘A关节(8)固定在肘关节连接件(7)下端，肘B关节(9)一端与肘A关节(8)下端固连；所述腕关节包括腕A关节(11)、腕部连杆(12)和腕B关节(13)，腕部连杆(12)与腕A关节(11)和腕B关节(13)固连，肘B关节(9)另一端固连“月”字形小臂连接件(10)的一端，小臂连接件(10)的另外一端连接腕B关节(13)，内部空腔安装腕A关节(11)；
所述腕部连杆(12)包括连杆一(121)和连杆二(123)，连杆一(121)两端分别通过与连杆二(123)固连，组成平行四边形结构；
所述腕B关节(13)包括腕B柔轮座(132)和腕B减速器外壳(133)，腕B柔轮座(132)固连腕部通线块一(151)，腕B减速器外壳(133)固连腕部通线块二(152)，所述腕部通线块一(151)和腕部通线块二(152)用于穿过线缆。


2.根据权利要求1所述的高集成模块化仿人机械臂，其特征在于，所述大臂连接件(6)上安装有四个高功率电机驱动器(5)，所述小臂连接件(10)上安装有两个高功率电机驱动器(5)，所述肩A关节(1)的高功率电机驱动器安装在躯干内部；所述高功率电机驱动器(5)控制各关节电机的运动。


3.根据权利要求1所述的高集成模块化仿人机械臂，其特征在于，所述肩A关节(1)、肩C关节(4)和肘B关节(9)的结构相同，具体为：包括第一无框电机和第一组件式谐波减速器；所述第一无框电机包括第一电机轴和第一电机外壳，第一电机外壳与第一定子连接，第一电机轴与第一转子连接；所述第一组件式谐波减速器包括第一波发生器和第一减速器外壳，第一波发生器与第一电机轴固连，第一减速器外壳与第一电机外壳转动连接。


4.根据权利要求1所述的高集成模块化仿人机械臂，其特征在于，所述肩B关节(3)和肘A关节(8)的结构相同，具体为：包...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱鑫，余张国，陈学超，黄强，阿卜杜拉赫曼赫达尔，泽宫得特皮埃尔，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11