仿生機械臂及機器人的制作方法

本實用新型涉及機器人技術領域，尤其涉及一種仿生機械臂及機器人。

背景技術：

近年來，機器人已廣泛應用于各領域，其中在工業制造領域中尤其廣泛。工業機器人的應用大大降低了工人的勞動強度，提高了工業生產的效率和安全系數。目前工業機器人本體采用的機械臂通常具有多個關節，每個關節的轉動均是通過步進電機或者伺服電機實現，由于步進電機或者伺服電機的體積通常較大，這就需要機械臂每個關節部分具有較大的體積，以便于安裝步進電機或者伺服電機，因而常規的工業機械臂存在以下缺點：結構臃腫，占用空間大，功能單一，相對負載小等。由于這些缺點，使得普通工業機器人不能或者不適用于對機器人體積和負載有嚴格要求的場合，比如工程、教學實驗、娛樂及家庭服務等行業。

仿生機械臂由于模仿人體手臂運動動作，結構緊湊，占用空間小，適用范圍廣。目前，采用工業機械臂模式設計的仿生機械臂本體質量大，結構臃腫，控制系統復雜；而采用繩驅動及仿生肌肉驅動的仿生機械臂相對負載小，穩定性差。

因此，需要一種本體重量輕，機構簡單，相對負載大，運行穩定可靠的仿生機械臂，滿足機器人在各領域應用的需求。

技術實現要素：

本實用新型的目的是設計提供一種仿生機械臂，達到結構簡單、成本低、運行穩定、相對負載大的目的。本實用新型的另一目的是提供一種包括上述仿生機械臂的機器人。

本實用新型的技術方案如下：

一種仿生機械臂，包括機架組件，肩組件，大臂組件和小臂組件；

所述小臂組件類似人手前臂，其后設有大臂組件；所述大臂組件類似人手大臂，其后設有肩組件，所述肩組件類似人肩結構，設置于機架組件上；

所述機架組件包括支座和轉動軸承；所述支座可將整個仿生機械臂裝置固定安裝到機器人上，其上設有轉動軸承，所述機架組件用于支撐所述肩組件；

所述肩組件包括肩支桿、肩擺臂、肩驅動裝置；

所述肩支桿設置于轉動軸承上且貫穿于轉動軸承內圈，其一端與大臂組件連接，位于支座外側，另一端設有肩擺臂，所述肩擺臂一端與肩支桿固定連接，另一端與肩驅動裝置鉸接，所述肩驅動裝置設置于所述支座內側，一端與支座連接，另一端與肩擺臂鉸接，驅動肩擺臂運動，驅動肩支桿與支座的相對轉動；

所述大臂組件包括前大臂、后大臂、大臂驅動裝置、大臂旋轉機構；所述后大臂與肩支桿鉸接，所述大臂驅動裝置設置于肩支桿內部，其一端與肩支桿連接，另一端與后大臂鉸接，驅動后大臂沿肩支桿軸向的轉動；所述大臂旋轉機構設置于前大臂與后大臂之間，由大臂旋轉支撐軸承、大臂旋轉電機和大臂旋轉變速機構組成；所述大臂旋轉支撐軸承一端與前大臂連接，另一端與后大臂連接，通過所述大臂旋轉電機的驅動，大臂旋轉變速機構的傳動，前大臂與后大臂相對旋轉運動；

所述小臂組件包括前小臂、后小臂、小臂驅動裝置、小臂旋轉機構；所述后小臂與前大臂鉸接，所述小臂驅動裝置一端與前大臂連接，另一端與后小臂鉸接，驅動后小臂沿前大臂軸向的轉動；所述小臂旋轉機構設置于前小臂與后小臂之間，由小臂旋轉支撐軸承、小臂旋轉電機和小臂旋轉變速機構組成；所述小臂旋轉支撐軸承一端與前小臂連接，另一端與后小臂連接，通過所述小臂旋轉電機的驅動，小臂旋轉變速機構的傳動，前小臂與后小臂相對旋轉運動；所述前小臂上設置有抓手底座，通過抓手底座，可連接不同類型的抓手，完成各種抓取動作。

所述肩支桿為中空結構，所述大臂驅動裝置隱藏設置于肩支桿中空結構內，驅動后大臂沿肩支桿軸向運動的同時，與所述肩支桿一起繞所述支座相對轉動。

所述肩驅動裝置、大臂驅動裝置和小臂驅動裝置為直線執行裝置；所使用的直線執行裝置可以是液壓油缸、氣缸、電動推桿或電液推桿等直線運動執行器。

優選的，所述大臂旋轉機構和所述小臂旋轉機構具有相同的結構，所采用的旋轉支撐軸承為可同時承受軸向載荷和徑向載荷的軸承，所采用的旋轉驅動電機及旋轉變速機構設置于臂結構內部。

所述肩支桿與后大臂連接端、后大臂末端、前大臂末端、后小臂末端為U型結構，與前端及后端機構鉸接方式連接。

本實用新型還提供一種機器人，包括控制系統和仿生機械臂，所述仿生機械臂具體為上述任意一項所述的仿生機械臂。

本實用新型提供的仿生機械臂，模仿人手臂結構，具有多個自由度：肩驅動裝置驅動肩擺臂運動，帶動肩支桿在轉動軸承上轉動；大臂驅動裝置驅動大臂沿肩支桿軸向的擺動，同時隨肩支桿一起相對支座旋轉轉動；大臂旋轉機構驅動前大臂與后大臂的相對旋轉，使小臂具有旋轉運動；小臂驅動裝置驅動小臂沿大臂軸向的擺動；小臂旋轉機構驅動前小臂與后小臂的相對旋轉，帶動機械抓手的旋轉。

本實用新型提供的仿生機械臂及具有該仿生機械臂的機器人，與人手臂的運動方式相似，驅動機構設置于臂機構內，結構緊湊；采用直線執行裝置驅動臂關節運動，相對負載大，控制簡便；前后組件之間鉸接的連接方式方便組合和維護；具有應用范圍廣，能耗低，維護方便等特點。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型的仿生機械臂的具體實施例的結構示意圖。

圖2為本實用新型具體實施例的大臂旋轉機構的結構分解圖。

圖3為本實用新型具體實施例的小臂旋轉機構的結構分解圖。

圖中：1、小臂組件，2、大臂組件，3、肩組件，4、機架組件，101、前小臂，102、后小臂，103、小臂驅動裝置，104、小臂旋轉機構，105、小臂旋轉支撐軸承，106、小臂旋轉主齒輪，107、小臂旋轉電機，108、小臂旋轉電機底座，109、抓手底座，201、前大臂，202、后大臂，203、大臂驅動裝置，204、大臂旋轉機構，205、大臂旋轉支撐軸承，206、大臂旋轉主齒輪，207、大臂旋轉電機，208、大臂旋轉電機底座，301、肩支桿，302、肩擺臂，303、肩驅動裝置，401、支座，402、轉動軸承。

具體實施方式

下面結合附圖及實施方式對本實用新型的仿生機械臂及機器人作進一步的詳細說明。

請參考圖 1至圖 3，圖 1為本實用新型所提供的仿生機械臂的一種具體實施方式的結構示意圖；圖 2 為本實用新型所提供的仿生機械臂大臂的一種具體實施方式的結構示意圖 ；圖 3 為本實用新型所提供的仿生機械臂小臂的一種具體實施方式的結構示意圖。

本實用新型具體實施方式所提供的仿生機械臂，包括機架組件4，肩組件3，大臂組件2和小臂組件1；

所述小臂組件1類似人手前臂，其后設有大臂組件2；所述大臂組件2類似人手大臂，其后設有肩組件3，所述肩組件3類似人肩結構，設置于機架組件4上；

所述機架組件4包括支座401和轉動軸承402；所述支座401可將整個仿生機械臂裝置固定安裝到機器人上，其上設有轉動軸承402，所述機架組件4用于支撐所述肩組件3；

所述肩組件3包括肩支桿301、肩擺臂302、肩驅動裝置303；

所述肩支桿301設置于轉動軸承402上且貫穿于轉動軸承402內圈，其一端與大臂組件2連接，位于支座401外側，另一端設有肩擺臂302；所述肩擺臂302一端與肩支桿301固定連接，另一端與肩驅動裝置303鉸接；所述肩驅動裝置303設置于支座401內側，一端與支座401連接，另一端與肩擺臂302鉸接，驅動肩擺臂302運動，驅動肩支桿301與支座401的相對轉動；

所述大臂組件2包括前大臂201、后大臂202、大臂驅動裝置203、大臂旋轉機構204；所述后大臂202與肩支桿301鉸接，所述大臂驅動裝置203設置于肩支桿301內部，其一端與肩支桿301連接，另一端與后大臂202鉸接，驅動后大臂202沿肩支桿301軸向的轉動；

所述大臂旋轉機構204設置于前大臂201與后大臂202之間，由大臂旋轉支撐軸承205、大臂旋轉主齒輪206、大臂旋轉電機207、大臂旋轉電機固定架208組成；所述大臂旋轉支撐軸承205為可同時承受軸向載荷和徑向載荷的回轉支撐軸承，其內圈與后大臂202連接，外圈與前大臂201連接，外圈上設有齒輪圈；所述大臂旋轉電機207通過大臂旋轉電機固定架208固定于后大臂202上，其輸出端設有大臂旋轉主齒輪206；大臂旋轉主齒輪206與大臂旋轉支撐軸承205的外圈齒輪共同構成大臂旋轉變速機構，通過所述大臂旋轉電機207的驅動，前大臂201與后大臂202相對旋轉轉動；

所述小臂組件1包括前小臂101、后小臂102、小臂驅動裝置103、小臂旋轉機構104；所述后小臂102與前大臂201鉸接，所述小臂驅動裝置103一端與前大臂201連接，另一端與后小臂102鉸接，驅動后小臂102沿前大臂201軸向的轉動；所述小臂旋轉機構104設置于前小臂101與后小臂102之間，由小臂旋轉支撐軸承105、小臂旋轉主齒輪106、小臂旋轉電機107和小臂旋轉電機固定架108組成；所述小臂旋轉支撐軸承105可同時承受軸向載荷和徑向載荷的回轉支撐軸承，其內圈與后小臂102連接，外圈與前小臂101連接，外圈上設有齒輪圈；所述小臂旋轉電機107通過小臂旋轉電機固定架108固定于后小臂102上，其輸出端設有小臂旋轉主齒輪106；小臂旋轉主齒輪106與小臂旋轉支撐軸承105的外圈齒輪共同構成小臂旋轉變速機構，通過小臂旋轉電機107的驅動，前小臂101與后小臂102相對旋轉轉動；所述前小臂101上設置有抓手底座109，通過抓手底座109，可連接不同類型的抓手，完成各種抓取動作。

所述肩支桿301為中空結構，所述大臂驅動裝置203隱藏設置于肩支桿301中空結構內，驅動后大臂202沿肩支桿301軸向運動的同時，與所述肩支桿301一起繞所述支座401相對轉動。

所述肩驅動裝置303、大臂驅動裝置203和小臂驅動裝置103為直線執行裝置；所使用的直線執行裝置可以是液壓油缸、氣缸、電動推桿或電液推桿等直線運動執行器。

所述肩支桿301與后大臂202連接端、后大臂202末端、前大臂201末端、后小臂102末端為U型結構，與前端及后端機構鉸接方式連接。

本實施方式提供的仿生機械臂，模仿人體手臂運動方式：肩驅動裝置303驅動肩擺臂302運動，帶動肩支桿301在轉動軸承402上轉動；大臂驅動裝置203驅動后大臂202沿肩支桿301軸向的擺動，同時隨肩支桿301一起相對支座401旋轉轉動；大臂旋轉機構204驅動前大臂201與后大臂202的相對旋轉，使小臂組件1具有旋轉運動；小臂驅動裝置103驅動后小臂102沿前大臂201軸向的擺動；小臂旋轉機構104驅動前小臂101與后小臂102的相對旋轉，帶動機械抓手的旋轉。

除了上述仿生機械臂，本實用新型的具體實施方式還提供一種包括上述仿生機械臂的機器人，該機器人其他各部分的結構請參考現有技術，本文不再贅述。

以上對本實用新型所提供的仿生機械臂及具有該仿生機械臂的機器人進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本實用新型的原理及實施方式進行了闡述，以上實施方式的說明只是用于幫助理解本實用新型的核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以對本實用新型進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本實用新型權利要求的保護范圍內。