CN106426134A - 仿生机械臂及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公示了一种仿生机械臂，包括：机架组件，肩组件，大臂组件和小臂组件；所述小臂组件类似人手前臂，其后设有大臂组件；所述大臂组件类似人手大臂，其后设有肩组件，所述肩组件类似人肩结构，设置于机架组件上；所述机架组件包括支座和转动轴承；所述肩组件包括肩支杆、肩摆臂、肩驱动装置；所述大臂组件包括前大臂、后大臂、大臂驱动装置、大臂旋转机构；所述小臂组件包括前小臂、后小臂、小臂驱动装置、小臂旋转机构；所述前小臂上设置有抓手底座，可连接不同类型的抓手，完成各种抓取动作。本发明提供的仿生机械臂，与人手臂具有相似的运动自由度，结构紧凑，维护简便，相对负载大。本发明还公示了一种包括上述仿生机械臂的机器人。

Description

仿生机械臂及机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种仿生机械臂及机器人。

背景技术

近年来，机器人已广泛应用于各领域，其中在工业制造领域中尤其广泛。工业机器人的应用大大降低了工人的劳动强度，提高了工业生产的效率和安全系数。目前工业机器人本体采用的机械臂通常具有多个关节，每个关节的转动均是通过步进电机或者伺服电机实现，由于步进电机或者伺服电机的体积通常较大，这就需要机械臂每个关节部分具有较大的体积，以便于安装步进电机或者伺服电机，因而常规的工业机械臂存在以下缺点：结构臃肿，占用空间大，功能单一，相对负载小等。由于这些缺点，使得普通工业机器人不能或者不适用于对机器人体积和负载有严格要求的场合，比如工程、教学实验、娱乐及家庭服务等行业。

仿生机械臂由于模仿人体手臂运动动作，结构紧凑，占用空间小，适用范围广。目前，采用工业机械臂模式设计的仿生机械臂本体质量大，结构臃肿，控制***复杂；而采用绳驱动及仿生肌肉驱动的仿生机械臂相对负载小，稳定性差。

因此，需要一种本体重量轻，机构简单，相对负载大，运行稳定可靠的仿生机械臂，满足机器人在各领域应用的需求。

发明内容

本发明的目的是设计提供一种仿生机械臂，达到结构简单、成本低、运行稳定、相对负载大的目的。本发明的另一目的是提供一种包括上述仿生机械臂的机器人。

本发明的技术方案如下：

一种仿生机械臂，包括机架组件，肩组件，大臂组件和小臂组件；

所述小臂组件类似人手前臂，其后设有大臂组件；所述大臂组件类似人手大臂，其后设有肩组件，所述肩组件类似人肩结构，设置于机架组件上；

所述机架组件包括支座和转动轴承；所述支座可将整个仿生机械臂装置固定安装到机器人上，其上设有转动轴承，所述机架组件用于支撑所述肩组件；

所述肩组件包括肩支杆、肩摆臂、肩驱动装置；

所述肩支杆设置于转动轴承上且贯穿于转动轴承内圈，其一端与大臂组件连接，位于支座外侧，另一端设有肩摆臂，所述肩摆臂一端与肩支杆固定连接，另一端与肩驱动装置铰接，所述肩驱动装置设置于所述支座内侧，一端与支座连接，另一端与肩摆臂铰接，驱动肩摆臂运动，驱动肩支杆与支座的相对转动；

所述大臂组件包括前大臂、后大臂、大臂驱动装置、大臂旋转机构；所述后大臂与肩支杆铰接，所述大臂驱动装置设置于肩支杆内部，其一端与肩支杆连接，另一端与后大臂铰接，驱动后大臂沿肩支杆轴向的转动；所述大臂旋转机构设置于前大臂与后大臂之间，由大臂旋转支撑轴承、大臂旋转电机和大臂旋转变速机构组成；所述大臂旋转支撑轴承一端与前大臂连接，另一端与后大臂连接，通过所述大臂旋转电机的驱动，大臂旋转变速机构的传动，前大臂与后大臂相对旋转运动；

所述小臂组件包括前小臂、后小臂、小臂驱动装置、小臂旋转机构；所述后小臂与前大臂铰接，所述小臂驱动装置一端与前大臂连接，另一端与后小臂铰接，驱动后小臂沿前大臂轴向的转动；所述小臂旋转机构设置于前小臂与后小臂之间，由小臂旋转支撑轴承、小臂旋转电机和小臂旋转变速机构组成；所述小臂旋转支撑轴承一端与前小臂连接，另一端与后小臂连接，通过所述小臂旋转电机的驱动，小臂旋转变速机构的传动，前小臂与后小臂相对旋转运动；所述前小臂上设置有抓手底座，通过抓手底座，可连接不同类型的抓手，完成各种抓取动作。

所述肩支杆为中空结构，所述大臂驱动装置隐藏设置于肩支杆中空结构内，驱动后大臂沿肩支杆轴向运动的同时，与所述肩支杆一起绕所述支座相对转动。

所述肩驱动装置、大臂驱动装置和小臂驱动装置为直线执行装置；所使用的直线执行装置可以是液压油缸、气缸、电动推杆或电液推杆等直线运动执行器。

优选的，所述大臂旋转机构和所述小臂旋转机构具有相同的结构，所采用的旋转支撑轴承为可同时承受轴向载荷和径向载荷的轴承，所采用的旋转驱动电机及旋转变速机构设置于臂结构内部。

所述肩支杆与后大臂连接端、后大臂末端、前大臂末端、后小臂末端为U型结构，与前端及后端机构铰接方式连接。

本发明还提供一种机器人，包括控制***和仿生机械臂，所述仿生机械臂具体为上述任意一项所述的仿生机械臂。

本发明提供的仿生机械臂，模仿人手臂结构，具有多个自由度：肩驱动装置驱动肩摆臂运动，带动肩支杆在转动轴承上转动；大臂驱动装置驱动大臂沿肩支杆轴向的摆动，同时随肩支杆一起相对支座旋转转动；大臂旋转机构驱动前大臂与后大臂的相对旋转，使小臂具有旋转运动；小臂驱动装置驱动小臂沿大臂轴向的摆动；小臂旋转机构驱动前小臂与后小臂的相对旋转，带动机械抓手的旋转。

本发明提供的仿生机械臂及具有该仿生机械臂的机器人，与人手臂的运动方式相似，驱动机构设置于臂机构内，结构紧凑；采用直线执行装置驱动臂关节运动，相对负载大，控制简便；前后组件之间铰接的连接方式方便组合和维护；具有应用范围广，能耗低，维护方便等特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的仿生机械臂的具体实施例的结构示意图。

图2为本发明具体实施例的大臂旋转机构的结构分解图。

图3为本发明具体实施例的小臂旋转机构的结构分解图。

图中：1、小臂组件，2、大臂组件，3、肩组件，4、机架组件，101、前小臂，102、后小臂，103、小臂驱动装置，104、小臂旋转机构，105、小臂旋转支撑轴承，106、小臂旋转主齿轮，107、小臂旋转电机，108、小臂旋转电机底座，109、抓手底座，201、前大臂，202、后大臂，203、大臂驱动装置，204、大臂旋转机构，205、大臂旋转支撑轴承，206、大臂旋转主齿轮，207、大臂旋转电机，208、大臂旋转电机底座，301、肩支杆，302、肩摆臂，303、肩驱动装置，401、支座，402、转动轴承。

具体实施方式

下面结合附图及实施方式对本发明的仿生机械臂及机器人作进一步的详细说明。

请参考图 1至图 3，图 1为本发明所提供的仿生机械臂的一种具体实施方式的结构示意图；图 2 为本发明所提供的仿生机械臂大臂的一种具体实施方式的结构示意图 ；图 3 为本发明所提供的仿生机械臂小臂的一种具体实施方式的结构示意图。

本发明具体实施方式所提供的仿生机械臂，包括机架组件4，肩组件3，大臂组件2和小臂组件1；

所述小臂组件1类似人手前臂，其后设有大臂组件2；所述大臂组件2类似人手大臂，其后设有肩组件3，所述肩组件3类似人肩结构，设置于机架组件4上；

所述机架组件4包括支座401和转动轴承402；所述支座401可将整个仿生机械臂装置固定安装到机器人上，其上设有转动轴承402，所述机架组件4用于支撑所述肩组件3；

所述肩组件3包括肩支杆301、肩摆臂302、肩驱动装置303；

所述肩支杆301设置于转动轴承402上且贯穿于转动轴承402内圈，其一端与大臂组件2连接，位于支座401外侧，另一端设有肩摆臂302；所述肩摆臂302一端与肩支杆301固定连接，另一端与肩驱动装置303铰接；所述肩驱动装置303设置于支座401内侧，一端与支座401连接，另一端与肩摆臂302铰接，驱动肩摆臂302运动，驱动肩支杆301与支座401的相对转动；

所述大臂组件2包括前大臂201、后大臂202、大臂驱动装置203、大臂旋转机构204；所述后大臂202与肩支杆301铰接，所述大臂驱动装置203设置于肩支杆301内部，其一端与肩支杆301连接，另一端与后大臂202铰接，驱动后大臂202沿肩支杆301轴向的转动；

所述大臂旋转机构204设置于前大臂201与后大臂202之间，由大臂旋转支撑轴承205、大臂旋转主齿轮206、大臂旋转电机207、大臂旋转电机固定架208组成；所述大臂旋转支撑轴承205为可同时承受轴向载荷和径向载荷的回转支撑轴承，其内圈与后大臂202连接，外圈与前大臂201连接，外圈上设有齿轮圈；所述大臂旋转电机207通过大臂旋转电机固定架208固定于后大臂202上，其输出端设有大臂旋转主齿轮206；大臂旋转主齿轮206与大臂旋转支撑轴承205的外圈齿轮共同构成大臂旋转变速机构，通过所述大臂旋转电机207的驱动，前大臂201与后大臂202相对旋转转动；

所述小臂组件1包括前小臂101、后小臂102、小臂驱动装置103、小臂旋转机构104；所述后小臂102与前大臂201铰接，所述小臂驱动装置103一端与前大臂201连接，另一端与后小臂102铰接，驱动后小臂102沿前大臂201轴向的转动；所述小臂旋转机构104设置于前小臂101与后小臂102之间，由小臂旋转支撑轴承105、小臂旋转主齿轮106、小臂旋转电机107和小臂旋转电机固定架108组成；所述小臂旋转支撑轴承105可同时承受轴向载荷和径向载荷的回转支撑轴承，其内圈与后小臂102连接，外圈与前小臂101连接，外圈上设有齿轮圈；所述小臂旋转电机107通过小臂旋转电机固定架108固定于后小臂102上，其输出端设有小臂旋转主齿轮106；小臂旋转主齿轮106与小臂旋转支撑轴承105的外圈齿轮共同构成小臂旋转变速机构，通过小臂旋转电机107的驱动，前小臂101与后小臂102相对旋转转动；所述前小臂101上设置有抓手底座109，通过抓手底座109，可连接不同类型的抓手，完成各种抓取动作。

所述肩支杆301为中空结构，所述大臂驱动装置203隐藏设置于肩支杆301中空结构内，驱动后大臂202沿肩支杆301轴向运动的同时，与所述肩支杆301一起绕所述支座401相对转动。

所述肩驱动装置303、大臂驱动装置203和小臂驱动装置103为直线执行装置；所使用的直线执行装置可以是液压油缸、气缸、电动推杆或电液推杆等直线运动执行器。

所述肩支杆301与后大臂202连接端、后大臂202末端、前大臂201末端、后小臂102末端为U型结构，与前端及后端机构铰接方式连接。

本实施方式提供的仿生机械臂，模仿人体手臂运动方式：肩驱动装置303驱动肩摆臂302运动，带动肩支杆301在转动轴承402上转动；大臂驱动装置203驱动后大臂202沿肩支杆301轴向的摆动，同时随肩支杆301一起相对支座401旋转转动；大臂旋转机构204驱动前大臂201与后大臂202的相对旋转，使小臂组件1具有旋转运动；小臂驱动装置103驱动后小臂102沿前大臂201轴向的摆动；小臂旋转机构104驱动前小臂101与后小臂102的相对旋转，带动机械抓手的旋转。

除了上述仿生机械臂，本发明的具体实施方式还提供一种包括上述仿生机械臂的机器人，该机器人其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。

以上对本发明所提供的仿生机械臂及具有该仿生机械臂的机器人进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施方式的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种仿生机械臂，其特征在于，包括：机架组件，肩组件，大臂组件和小臂组件；所述机架组件包括支座和转动轴承；所述支座可将整个仿生机械臂装置固定安装到机器人上，其上设有转动轴承，所述机架组件用于支撑所述肩组件；

所述肩组件包括肩支杆、肩摆臂和肩驱动装置；所述肩支杆设置于转动轴承上且贯穿于转动轴承内圈，其一端与大臂组件连接，另一端设有肩摆臂，所述肩摆臂一端与肩支杆固定连接，另一端与肩驱动装置铰接，所述肩驱动装置一端与支座连接，另一端与肩摆臂铰接，驱动肩摆臂运动，带动肩支杆与支座的相对转动；所述大臂组件包括前大臂、后大臂、大臂驱动装置和大臂旋转机构；所述后大臂与肩支杆铰接，所述大臂驱动装置设置于肩支杆内部，其一端与肩支杆连接，另一端与后大臂铰接，驱动后大臂沿肩支杆轴向的转动；所述大臂旋转机构设置于前大臂与后大臂之间，由大臂旋转支撑轴承、大臂旋转电机和大臂旋转变速机构组成；所述大臂旋转支撑轴承一端与前大臂连接，另一端与后大臂连接，通过所述大臂旋转电机的驱动，大臂旋转变速机构的传动，前大臂与后大臂相对旋转运动；所述小臂组件包括前小臂、后小臂、小臂驱动装置和小臂旋转机构；所述后小臂与前大臂铰接，所述小臂驱动装置一端与前大臂连接，另一端与后小臂铰接，驱动后小臂沿前大臂轴向的转动；所述小臂旋转机构设置于前小臂与后小臂之间，由小臂旋转支撑轴承、小臂旋转电机和小臂旋转变速机构组成；所述小臂旋转支撑轴承一端与前小臂连接，另一端与后小臂连接，通过所述小臂旋转电机的驱动，小臂旋转变速机构的传动，前小臂与后小臂相对旋转运动；所述前小臂上设有抓手底座，通过抓手底座，可连接不同类型的抓手，完成各种抓取动作。

2.根据权利要求1所述的仿生机械臂，其特征在于，所述肩支杆为中空结构，所述大臂驱动装置隐藏设置于肩支杆中空结构内，驱动后大臂沿肩支杆轴向运动的同时，与所述肩支杆一起相对所述支座转动。

3.根据权利要求1所述的仿生机械臂，其特征在于，所述肩驱动装置、大臂驱动装置和小臂驱动装置为直线执行装置；所使用的直线执行装置包括但不限于液压油缸、气缸、电动推杆或电液推杆。

4.根据权利要求1所述的仿生机械臂，其特征在于，所述大臂旋转机构和所述小臂旋转机构中的旋转支撑轴承为可同时承受轴向载荷和径向载荷的轴承。

5.根据权利要求1所述的仿生机械臂，其特征在于，所述大臂旋转机构和所述小臂旋转机构中的旋转支撑轴承、旋转电机和旋转变速机构隐藏设置于臂结构内。

6.根据权利要求1所述的仿生机械臂，其特征在于，所述肩支杆与后大臂连接端、后大臂末端、前大臂末端、后小臂末端为U型结构，与前端及后端机构铰接方式连接。

7.一种机器人，包括控制***和仿生机械臂，其特征在于，包括如权利要求1~6任意一项所述的仿生机械臂。