CN204893945U - 仿人类手臂关节的家政机器人 - Google Patents
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Abstract
仿人类手臂关节的家政机器人，属于机器人机械技术领域。本实用新型为了解决现有的机器人手臂存在关节结构臃肿、自身重量大、负重比小和控制繁琐的问题。本实用新型包括机体架、肩关节、手臂、腕部和手爪，肩关节安装在机体架上端，手臂的一端摆动安装在肩关节上，另一端安装有腕部，腕部相对手臂实现摆动动作，手爪回转安装在腕部上，手爪包括手爪基座、爪部和指部，爪部通过轴与指部建立连接，指部设置安装在手爪基座上，所述的各关节的回转副和摆动副、以及手爪的夹持运动分别由一台伺服电机驱动。本实用新型整体结构简捷紧凑、体积小、重量轻，各关节连接可靠，拆卸方便，灵活性强，应用范围广。
Description
技术领域
本实用新型涉及仿人类手臂关节的家政机器人，属于机器人机械技术领域。
背景技术
随着科技的进步，机器人的研究应用领域在不断扩展，其中仿人机器人的研究和应用尤其受到普遍关注，并成为智能机器人领域中最活跃的研究热点之一，仿人机器人在家政、助老、助残领域得到广泛应用，他不仅可完成取药、倒水、冰箱取物、开门和搀扶老人等行为，该机器人还可以根据主人的要求完成家庭守护和照顾老弱病残人物完成替代人类守护的任务，同时因为手臂是以人类手臂为模板设计，可以直接完成许多人类交代的任务，比如：打扫卫生，帮忙拿一些人类拿着累的、沉的东西，还可以拿一些比较烫的东西，能完成原本由人类手臂结构能完成的任务，机器人机械手臂是仿人机器人***中最具代表性的复杂部件，是仿人机器人完成抓取作业和实现人机交互的基础，现有的机器人手臂存在关节结构臃肿、自身重量大、负重比低和控制繁琐，因此其结构设计的紧凑性、通用性和灵活性是实现手臂智能控制的首要因素，同时机械臂的运动灵活性、安全性、平稳性和多自由度关节机构的模块化设计是一个急需解决的问题。同时评价机器人运动灵活性的关键是机器人肩关节、肘关节、腕关节的多自由度运动机构设计，安全性体现在肩关节是否能实现自锁，模块化使关节紧凑和便于更换。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了解决现有的机器人手臂存在关节结构臃肿、自身重量大、负重比小和控制繁琐的问题，进而提供仿人类手臂关节的家政机器人。
本实用新型的技术方案：
仿人类手臂关节的家政机器人包括机体架、肩关节、手臂、腕部和手爪，所述的肩关节安装在机体架上端，所述的手臂的一端摆动安装在肩关节上，另一端安装有腕部，腕部相对手臂实现摆动动作，手爪回转安装在腕部上，所述的手爪包括手爪基座、爪部和指部，爪部通过轴与指部建立连接，指部设置安装在手爪基座上，所述的各关节的回转副和摆动副、以及手爪的夹持运动分别由一台伺服电机驱动。
优选的：所述的肩关节包括肩关节支撑架和肩关节旋转机构，肩关节支撑架是一种设有三项通孔的支撑壳体，肩关节支撑架的壳体内设有安装法兰，肩关节旋转机构通过肩关节旋转机构连接件连接安装在肩关节支撑架的安装法兰上。
优选的：所述的肩关节旋转机构包括肩部旋转安装座和手臂安装座，肩部旋转安装座和手臂安装座为一体加工而成的零件，所述肩部旋转安装座的安装面为设置在肩关节轴向的法兰安装平面，手臂安装座的安装面为水平朝上的法兰安装平面。
优选的：所述的手臂安装座内设有手臂摆动电机，手臂通过轴与摆动电机连接安装，从而完成手臂相对肩关节的摆动动作。
优选的：所述的手臂包括前臂和后臂，前臂相对后臂进行摆动动作。
优选的：所述的前臂设有第一手臂旋转部和第一手臂摆动部，第一手臂摆动部内设有第一旋转电机，第一手臂旋转部与第一旋转电机建立连接，第一手臂旋转部相对第一手臂摆动部实现旋转动作。
优选的：所述的后臂设有第二手臂旋转部和第二手臂摆动部，第二手臂摆动部内设有第二旋转电机，第二手臂旋转部与第二旋转电机建立连接，第二手臂旋转部相对第二手臂摆动部实现旋转动作。
优选的：所述的指部的前端设有指板套，相对应的指部内侧面上设有指板垫。
本实用新型具有以下有益效果：本实用新型的仿人类手臂关节的家政机器人，结构设计中，整个仿生机械手臂分别在肩关节、肘关节和腕关节处设有多个自由度，使各个关节能够完成回转动作和摆动动作，同时通过机械手臂和机械手爪的一系列配合动作可以对家庭等服务环境中的多种物品通过相应的操作方式完成抓取、传递和操控等动作，本实用新型的仿人类手臂关节的家政机器人，其整体结构简捷紧凑、体积小、重量轻，各关节连接可靠，拆卸方便，灵活性强，应用范围广。
附图说明
图1是仿人类手臂关节的家政机器人的整体结构图；
图2是肩关节的结构示意图；
图3是肩关节旋转机构7的主视图；
图4是图3的剖面图；
图5是手爪的结构示意图；
图6是仿人类手臂关节的家政机器人的整体结构局部剖视图；
图中1-机体架，2-肩关节，3-手臂，4-腕部，5-手爪，6-肩关节支撑架，7-肩关节旋转机构，8-手爪基座，9-爪部，10-指部，11-肩部旋转安装座，12-手臂安装座，13-前臂，14-后臂，15-第一手臂旋转部，16-第一手臂摆动部，17-第一旋转电机，18-手臂摆动电机，19-第二手臂旋转部，20-第二手臂摆动部，21-肩关节旋转机构连接件，22-第一锥齿轮，23-第二锥齿轮，24-第二旋转电机。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图6说明本实施方式，本实施方式的仿人类手臂关节的家政机器人包括机体架1、肩关节2、手臂3、腕部4和手爪5，所述的肩关节2安装在机体架1上端，所述的手臂3的一端摆动安装在肩关节2上，另一端安装有腕部4，腕部4相对手臂3实现摆动动作，手爪5回转安装在腕部4上，所述的手爪5包括手爪基座8、爪部9和指部10，爪部9通过轴与指部10建立连接，指部10设置安装在手爪基座8上，所述的各关节的回转副和摆动副、以及手爪的夹持运动分别由一台伺服电机驱动。如此设置，仿人类手臂关节的家政机器人的躯干部分(机体架1)主要起一个支撑的作用，同时，在肩关节处，存在两个方向的旋转，其中一个驱动设置在机体架1内，能够完成整个手臂3的回转动作，而另一个驱动设置在肩关节2内，能够完成整个手臂的摆动动作；本实用新型中，爪部9和指部10的结合组成手指，每个手指有两个自由度，每个手爪5包含3个手指安装在手爪基座8上，且由小型的电机直接作为手指关节进行驱动，每个指节都有着固定的运动轨迹。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的仿人类手臂关节的家政机器人所述的肩关节2包括肩关节支撑架6和肩关节旋转机构7，肩关节支撑架6是一种设有三项通孔的支撑壳体，肩关节支撑架6的壳体内设有安装法兰，肩关节旋转机构7通过肩关节旋转机构连接件21连接安装在肩关节支撑架6的安装法兰上。如此设置，肩关节支撑架6加工制作成一种具有三项通孔的壳体，且壳体的上端设有半圆形安装座，用于安装控制***，肩关节支撑架6的下端设有法兰安装座，用于与机体1连接安装，同时肩关节支撑架6的后侧方还设有安装调试孔，方便维修或加注润滑油操作，同时机体1内安装有第一锥齿轮22，肩关节旋转机构7通过第二锥齿轮23与机体1内设有的第一锥齿轮22建立啮合连接，实现了转向方向的改变，从而实现了肩关节旋转机构7带动手臂3的回转运动。
具体实施方式三：结合图3说明本实施方式，本实施方式的仿人类手臂关节的家政机器人所述的肩关节旋转机构7包括肩部旋转安装座11和手臂安装座12，肩部旋转安装座11和手臂安装座12为一体加工而成的零件，所述肩部旋转安装座11的安装面为设置在肩关节2轴向的法兰安装平面，手臂安装座12的安装面为水平朝上的法兰安装平面。如此设置，肩关节旋转机构7作为手臂3和肩关节2的传递部件，其动作方式模仿了人类手臂的常规动作，使整体机构能够完成回转动作和摆动动作。
具体实施方式四：结合图3说明本实施方式，本实施方式的仿人类手臂关节的家政机器人所述的手臂安装座12内设有手臂摆动电机18，手臂3通过轴与摆动电机18连接安装，从而完成手臂3相对肩关节2的摆动动作。如此设置，安装在手臂安装座12内的手臂摆动电机18工作时，手臂摆动电机18通过安装在手臂内的轴与轴销结构带动手臂3完成水平摆动。
具体实施方式五：结合图6说明本实施方式，本实施方式的仿人类手臂关节的家政机器人所述的手臂3包括前臂13和后臂14，前臂13相对后臂14进行摆动动作。如此设置，前臂13和后臂14能够完成机器人行走空间内的任意点和位置的动作。
具体实施方式六：结合图6说明本实施方式，本实施方式的仿人类手臂关节的家政机器人所述的前臂13设有第一手臂旋转部15和第一手臂摆动部16，第一手臂摆动部16内设有第一旋转电机17，第一手臂旋转部15与第一旋转电机17建立连接，第一手臂旋转部15相对第一手臂摆动部16实现旋转动作；所述的后臂14设有第二手臂旋转部19和第二手臂摆动部20，第二手臂摆动部20内设有第二旋转电机24，第二手臂旋转部19与第二旋转电机24建立连接，第二手臂旋转部19相对第二手臂摆动部20实现旋转动作。如此设置，前臂13和后臂14的机械组合能够提高机器人运转的灵活性，扩大机器人机械手的抓取运动空间，其前臂13和后臂14内部分别通过第一旋转电机17和第二旋转电机24连接减速器与第一手臂旋转部15和第二手臂旋转部19连接安装，这样通过机械传动方式实现第一手臂摆动部16和第二手臂摆动部20的精密旋转动作。
具体实施方式七：结合图5说明本实施方式，本实施方式的仿人类手臂关节的家政机器人所述的指部10的前端设有指板套，相对应的指部内侧面上设有指板垫。如此设置，板套和板垫材料为PVC、硅胶材料，如此能够增大手指的摩擦力，这样机器人手指在抓取物品时，具有足够大的抓取摩擦力，避免贵重物品滑落造成损失。
本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。
Claims (8)
1.仿人类手臂关节的家政机器人，包括机体架(1)、肩关节(2)、手臂(3)、腕部(4)和手爪(5)，其特征在于：所述的肩关节(2)安装在机体架(1)上端，所述的手臂(3)的一端摆动安装在肩关节(2)上，另一端安装有腕部(4)，腕部(4)相对手臂(3)实现摆动动作，手爪(5)回转安装在腕部(4)上，所述的手爪(5)包括手爪基座(8)、爪部(9)和指部(10)，爪部(9)通过轴与指部(10)建立连接，指部(10)设置安装在手爪基座(8)上，所述的各关节的回转副和摆动副、以及手爪的夹持运动分别由一台伺服电机驱动。
2.根据权利要求1所述的仿人类手臂关节的家政机器人，其特征在于：所述的肩关节(2)包括肩关节支撑架(6)和肩关节旋转机构(7)，肩关节支撑架(6)是一种设有三项通孔的支撑壳体，肩关节支撑架(6)的壳体内设有安装法兰，肩关节旋转机构(7)通过肩关节旋转机构连接件(21)连接安装在肩关节支撑架(6)的安装法兰上。
3.根据权利要求2所述的仿人类手臂关节的家政机器人，其特征在于：所述的肩关节旋转机构(7)包括肩部旋转安装座(11)和手臂安装座(12)，肩部旋转安装座(11)和手臂安装座(12)为一体加工而成的零件，所述肩部旋转安装座(11)的安装面为设置在肩关节(2)轴向的法兰安装平面，手臂安装座(12)的安装面为水平朝上的法兰安装平面。
4.根据权利要求3所述的仿人类手臂关节的家政机器人，其特征在于：所述的手臂安装座(12)内设有手臂摆动电机(18)，手臂(3)通过轴与摆动电机(18)连接安装，从而完成手臂(3)相对肩关节(2)的摆动动作。
5.根据权利要求1所述的仿人类手臂关节的家政机器人，其特征在于：所述的手臂(3)包括前臂(13)和后臂(14)，前臂(13)相对后臂(14)进行摆动动作。
6.根据权利要求5所述的仿人类手臂关节的家政机器人，其特征在于：所述的前臂(13)设有第一手臂旋转部(15)和第一手臂摆动部(16)，第一手臂摆动部(16)内设有第一旋转电机(17)，第一手臂旋转部(15)与第一旋转电机(17)建立连接，第一手臂旋转部(15)相对第一手臂摆动部(16)实现旋转动作。
7.根据权利要求5所述的仿人类手臂关节的家政机器人，其特征在于：所述的后臂(14)设有第二手臂旋转部(19)和第二手臂摆动部(20)，第二手臂摆动部(20)内设有第二旋转电机(24)，第二手臂旋转部(19)与第二旋转电机(24)建立连接，第二手臂旋转部(19)相对第二手臂摆动部(20)实现旋转动作。
8.根据权利要求1所述的仿人类手臂关节的家政机器人，其特征在于：所述的指部(10)的前端设有指板套，相对应的指部内侧面上设有指板垫。
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