CN107322582A - 一种六自由度仿生机械臂 - Google Patents

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贾丙辉
杨涛
沈双
张云鹏
戴玉峰
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/06—Programme-controlled manipulators characterised by multi-articulated arms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
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Abstract

本发明公开了一种六自由度仿生机械臂，六自由度仿生机械臂，包括通过七个支架依次连接的六个旋转关节，其中第一旋转关节和第二旋转关节构成肩部的两个自由度，第三旋转关节构成大臂的一个自由度，第四旋转关节构成肘部的一个自由度，第五旋转关节构成小臂的一个自由度，第六旋转关节构成腕部的一个自由度，肩部、大臂、肘部、小臂和腕部共六个关节实现了仿生设计。本发明实现了机械臂和人体手臂的仿生，具有较高的灵活性，且腕关节末端的连接机构可以根据不同的需求连接不同的机械手，可以完成一些高难度动作，具有较高的准确性和精确度。

Description

一种六自由度仿生机械臂
技术领域
本发明属于智能机器人仿生技术领域，具体涉及一种六自由度仿生机械臂，是智能机器人的局部设计。
背景技术
仿生机械臂是当今科研领域及工业领域的研究前沿和热点，具有控制灵活和操纵简单的特点，兼有人行为意识和机械手的作业效能，因此在军事、医疗、空间、工业和海洋等领域有着广泛的应用前景。
六自由度的机械臂在形态结构和功能上接近于人类手臂。仿生机械臂作为类人机器人的一部分，通用性、高灵敏度、多自由度、高仿真是机械臂设计当中亟需解决的问题。
目前市场上的各种机械臂，大多数的灵敏度不高和自由度太少，只能单一的完成一些简单的工作。绝大多数已经授权的机械臂专利中，机械臂的自由度普遍比较少，只能实现单一方向的转动或者同一个平面内的运动，很难完成一些灵敏度较高的任务。因此，提高机械臂的灵活性和适应性是亟待解决的问题。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种灵活度高的六自由度仿生机械臂，以解决市场大部分机械臂笨重、不灵活和自由度较少的问题，提高机械臂的灵活性和可操作性。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种六自由度仿生机械臂，包括通过七个支架依次连接的六个旋转关节，其中第一旋转关节和第二旋转关节构成肩部的两个自由度，第三旋转关节构成大臂的一个自由度，第四旋转关节构成肘部的一个自由度，第五旋转关节构成小臂的一个自由度，第六旋转关节构成腕部的一个自由度；
所述六个旋转关节的结构相同，均包括驱动机构和法兰盘，驱动机构包括主要由直流电机、齿轮减速器和反馈控制器构成的闭环控制***，齿轮减速器箱体和法兰盘分别与两个支架固定连接；反馈控制器用于向直流电机提供控制信号，直流电机产生的转矩通过齿轮减速器调整转速后输出给法兰盘，带动两个支架相对转动，旋转轴线为法兰盘的中轴线；
除位于端部的两个支架外，其余支架均为L型，L型支架的一个垂直面连接一个旋转关节中的齿轮减速器箱体，L型支架的另一个垂直面连接另一个旋转关节中的法兰盘。
本案的机械臂，通过肩部的两个自由度实现肩部的回转和俯仰运动，通过大臂的一个自由度实现大臂的翻转运动，通过肘部的一个自由度实现机械臂的屈伸运动，通过小臂的一个自由度实现小臂的翻转运动，通过腕部的一个自由度实现腕关节的转动；通过肩部、大臂、肘关节、小臂和腕关节的旋转运动的组合构成机械臂的整体运动。
优选的，第i旋转轴线对应第i旋转关节，第一旋转轴线和第二旋转轴线互相垂直，第二旋转轴线和第三旋转轴线互相垂直，第一旋转轴线、第二旋转轴线和第三旋转轴线相交于一点，第三旋转轴线和第四旋转轴线互相垂直，第四旋转轴线第五旋转轴线相互垂直，第三旋转轴线、第四旋转轴线和第五旋转轴线相交于一点，第五旋转轴线和第六旋转轴线相互垂直。
优选的，将连接第一旋转关节的端部支架作为连接支架，连接第六旋转关节的端部支架称为机械手，其余第i支架对应第i旋转关节，第一支架、第三支架和第五支架的结构尺寸相同，第二支架和第四支架的结构尺寸相同。
优选的，所述第一支架、第三支架和第五支架的短垂直面外侧均安装有一个辅助支撑板，通过辅助支撑板固定法兰盘，此时，法兰盘的中轴线可以设计在对应支架的外侧，以减小整个机械臂的结构尺寸。
优选的，所述第一旋转关节和第二旋转关节输出的扭矩不小于第三旋转关节、第四旋转关节、第五旋转关节和第六旋转关节。
优选的，所述反馈控制器采用编码器设计。
有益效果：本发明提供的六自由度仿生机械臂，六个自由度的组合方式和安装连接的位置不同于市场上的其他机械臂，可以轻松地实现各种复杂的动作，灵活度高；并且可以根据不同使用要求的需要，进行同比例放大或者缩小，具有良好的市场前景。
附图说明
图1为本发明的结构示意图，也是本发明机械臂伸直状态示意图；
图2为第四旋转关节的结构示意图，其他旋转关节类似；
图3为驱动机构的结构示意；
图4为第三支架与辅助支撑板的连接示意图，第一支架与第五支架类似；
图5为法兰盘的结构示意图；
图6为本发明机械臂的某一动作示意图；
图7为本发明机械臂的另某一动作示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示为一种六自由度仿生机械臂，包括通过七个支架依次连接的六个旋转关节，其中第一旋转关节1和第二旋转关节2构成肩部的两个自由度，第三旋转关节3构成大臂的一个自由度，第四旋转关节4构成肘部的一个自由度，第五旋转关节5构成小臂的一个自由度，第六旋转关节6构成腕部的一个自由度；将连接第一旋转关节1的端部支架作为连接支架7，连接第六旋转关节6的端部支架称为机械手，其余第i支架对应第i旋转关节，第i旋转关节对应第i旋转轴线；大臂是从第二旋转轴线203到第四旋转轴线403这一部分，小臂是从第四旋转轴线403到第六旋转轴线603这一部分。
所述六个旋转关节的结构相同，均包括驱动机构和法兰盘14，驱动机构包括主要由直流电机15、齿轮减速器17和反馈控制器18构成的闭环控制***，齿轮减速器箱体和法兰盘14分别与两个支架固定连接；反馈控制器18用于向直流电机15提供控制信号，直流电机15产生的转矩通过齿轮减速器17调整转速后输出给法兰盘14，带动两个支架相对转动，旋转轴线为法兰盘14的中轴线。
除连接支架7和机械手外，其余支架均为L型，L型支架的一个垂直面连接一个旋转关节中的齿轮减速器箱体，L型支架的另一个垂直面连接另一个旋转关节中的法兰盘14；如图所示，第二支架9和第四支架11的结构尺寸相同，第一支架8、第三支架10和第五支架12的结构尺寸相同，且第一支架8、第三支架10和第五支架12的短垂直面外侧均安装有一个辅助支撑板16，通过辅助支撑板16固定法兰盘14。
由于肩部要求输出的力矩较大，因此要求第一旋转关节1和第二旋转关节2输出的扭矩不小于第三旋转关节3、第四旋转关节4、第五旋转关节5和第六旋转关节6，即要求第一旋转关节1和第二旋转关节2的电机输出扭矩较大，而第三旋转关节3、第四旋转关节4、第五旋转关节5和第六旋转关节6的电机输出扭矩较小。
所述第一旋转轴线和第二旋转轴线互相垂直，第二旋转轴线和第三旋转轴线互相垂直，第一旋转轴线、第二旋转轴线和第三旋转轴线相交于一点，第三旋转轴线和第四旋转轴线互相垂直，第四旋转轴线第五旋转轴线相互垂直，第三旋转轴线、第四旋转轴线和第五旋转轴线相交于一点，第五旋转轴线和第六旋转轴线相互垂直。该案中的六个自由度相互独立且互不影响，具体结构如下：
(1)肩部第一自由度由第一直流电机驱动，第一直流电机输出至第一齿轮减速器，并由第一编码器反馈信号构成闭环***，然后由第一法兰盘输出运动；肩部第一自由度为肩部前后方向的摆动。
(2)肩部第二自由度由第二直流电机驱动，第二直流电机输出至第二齿轮减速器，并由第二编码器反馈信号构成闭环***，然后由第二法兰盘输出运动；肩部第二自由度为肩部左右方向的摆动。
(3)大臂的自由度由第三直流电机驱动，第三直流电机输出至第三齿轮减速器，并由第三编码器反馈信号构成闭环***，然后由第三法兰盘输出运动；大臂的自由度为大臂的翻转运动。
(4)肘部的自由度由第四直流电机驱动，第四直流电机输出至第四齿轮减速器，并由第四编码器反馈信号构成闭环***，然后由第四法兰盘输出运动；肘关节的自由度为机械臂的屈伸运动。
(5)小臂的自由度由第五直流电机驱动，第五直流电机输出至第五齿轮减速器，并由第五编码器反馈信号构成闭环***，然后由第五法兰盘输出运动；小臂的自由度为小臂的翻转运动。
(6)腕部的自由度由第六直流电机驱动，第六直流电机输出至第六齿轮减速器，并由第六编码器反馈信号构成闭环***，然后由第六法兰盘输出运动；腕关节的自由度为腕关节的旋转运动。
上述六个自由度的旋转轴线彼此之间的位置均有对应的关系，故六个自由度的运动组合构成了整个机械臂的仿生运动。本案现了机械臂和人体手臂的仿生，具有较高的灵活性，且腕关节末端的连接机构可以根据不同的需求连接不同的机械手，可以完成一些高难度动作，具有较高的准确性和精确度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种六自由度仿生机械臂，其特征在于：包括通过七个支架依次连接的六个旋转关节，其中第一旋转关节(1)和第二旋转关节(2)构成肩部的两个自由度，第三旋转关节(3)构成大臂的一个自由度，第四旋转关节(4)构成肘部的一个自由度，第五旋转关节(5)构成小臂的一个自由度，第六旋转关节(6)构成腕部的一个自由度；
所述六个旋转关节的结构相同，均包括驱动机构和法兰盘(14)，驱动机构包括主要由直流电机(15)、齿轮减速器(17)和反馈控制器(18)构成的闭环控制***，齿轮减速器箱体和法兰盘(14)分别与两个支架固定连接；反馈控制器(18)用于向直流电机(15)提供控制信号，直流电机(15)产生的转矩通过齿轮减速器(17)调整转速后输出给法兰盘(14)，带动两个支架相对转动，旋转轴线为法兰盘(14)的中轴线；
除位于端部的两个支架外，其余支架均为L型，L型支架的一个垂直面连接一个旋转关节中的齿轮减速器箱体，L型支架的另一个垂直面连接另一个旋转关节中的法兰盘(14)。
2.根据权利要求1所述的六自由度仿生机械臂，其特征在于：第i旋转轴线对应第i旋转关节，第一旋转轴线和第二旋转轴线互相垂直，第二旋转轴线和第三旋转轴线互相垂直，第一旋转轴线、第二旋转轴线和第三旋转轴线相交于一点，第三旋转轴线和第四旋转轴线互相垂直，第四旋转轴线第五旋转轴线相互垂直，第三旋转轴线、第四旋转轴线和第五旋转轴线相交于一点，第五旋转轴线和第六旋转轴线相互垂直。
3.根据权利要求1所述的六自由度仿生机械臂，其特征在于：将连接第一旋转关节(1)的端部支架作为连接支架(7)，连接第六旋转关节(6)的端部支架称为机械手(13)，其余第i支架对应第i旋转关节，第一支架(8)、第三支架(10)和第五支架(12)的结构尺寸相同，第二支架(9)和第四支架(11)的结构尺寸相同。
4.根据权利要求1所述的六自由度仿生机械臂，其特征在于：所述第一支架(8)、第三支架(10)和第五支架(12)的短垂直面外侧均安装有一个辅助支撑板(16)，通过辅助支撑板(16)固定法兰盘(14)。
5.根据权利要求1所述的六自由度仿生机械臂，其特征在于：所述第一旋转关节(1)和第二旋转关节(2)输出的扭矩不小于第三旋转关节(3)、第四旋转关节(4)、第五旋转关节(5)和第六旋转关节(6)。
6.根据权利要求1所述的六自由度仿生机械臂，其特征在于：所述反馈控制器(18)采用编码器设计。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108189065A (zh) * 2018-03-15 2018-06-22 深圳勇艺达机器人有限公司 一种带有筋式仿生手指装置的机器人机械手臂
CN109202954A (zh) * 2018-11-01 2019-01-15 华南智能机器人创新研究院 一种适用于服务机器人的六自由度机械臂及服务机器人
CN109397330A (zh) * 2018-12-26 2019-03-01 上海岭先机器人科技股份有限公司 一种机械臂腕部布局结构
CN109848977A (zh) * 2019-03-28 2019-06-07 北京勤牛创智科技有限公司 一种小型桌面六自由度机械臂
CN113183139A (zh) * 2021-05-10 2021-07-30 北京化工大学 一种小型柔性驱动蛇形机械臂

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060213048A1 (en) * 2005-03-23 2006-09-28 Control Systems Technologies, Llc Positioning apparatus and method incorporating modular gimbal unit and jewelry processing system incorporating the positioning apparatus
CN104385266A (zh) * 2014-08-28 2015-03-04 北京邮电大学 七自由度外骨骼式遥操作主手
CN106945031A (zh) * 2017-03-16 2017-07-14 广东省智能制造研究所 一种机器人单自由度驱动模块
CN207223974U (zh) * 2017-08-14 2018-04-13 南京工程学院 一种六自由度仿生机械臂

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060213048A1 (en) * 2005-03-23 2006-09-28 Control Systems Technologies, Llc Positioning apparatus and method incorporating modular gimbal unit and jewelry processing system incorporating the positioning apparatus
CN104385266A (zh) * 2014-08-28 2015-03-04 北京邮电大学 七自由度外骨骼式遥操作主手
CN106945031A (zh) * 2017-03-16 2017-07-14 广东省智能制造研究所 一种机器人单自由度驱动模块
CN207223974U (zh) * 2017-08-14 2018-04-13 南京工程学院 一种六自由度仿生机械臂

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
邵志宇等: "一种空间机械臂构造模块的研制" *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108189065A (zh) * 2018-03-15 2018-06-22 深圳勇艺达机器人有限公司 一种带有筋式仿生手指装置的机器人机械手臂
CN109202954A (zh) * 2018-11-01 2019-01-15 华南智能机器人创新研究院 一种适用于服务机器人的六自由度机械臂及服务机器人
CN109397330A (zh) * 2018-12-26 2019-03-01 上海岭先机器人科技股份有限公司 一种机械臂腕部布局结构
CN109397330B (zh) * 2018-12-26 2023-12-29 上海岭先机器人科技股份有限公司 一种机械臂腕部布局结构
CN109848977A (zh) * 2019-03-28 2019-06-07 北京勤牛创智科技有限公司 一种小型桌面六自由度机械臂
CN109848977B (zh) * 2019-03-28 2024-03-26 北京勤牛创智科技有限公司 一种小型桌面六自由度机械臂
CN113183139A (zh) * 2021-05-10 2021-07-30 北京化工大学 一种小型柔性驱动蛇形机械臂
CN113183139B (zh) * 2021-05-10 2024-04-26 北京化工大学 一种小型柔性驱动蛇形机械臂

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