仿生可攀爬和操作的機械臂的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及機器人，具體地說是一種仿生可攀爬和操作的機械臂。
【背景技術】
[0002]近幾十年來，空間技術的快速發展，使人類在探索太空活動得到了進一步延伸。太空是一個微重力、高真空、強輻射、大溫差的惡劣環境，宇航員探索宇宙太空潛在危險很大。設計一種空間機器人可以協助或代替宇航員完成大量危險的太空任務已成為機器人領域重要的研究方向，尤其是面向空間站應用的機器人更是各個國家研究的熱點。該類機器人主要面向兩大任務:一種是應用在空間站艙外，協助宇航員完成空間站上大型組件的組裝、修理以及勘察工作的艙外空間服務機器人；另一種是應用于空間站艙內，用于協助宇航員完成空間站中的科學實驗，監控艙內科學儀器的艙內空間服務機器人。隨著科學技術的進步，艙內空間服務機器人正朝著小型化、智能化、多功能性、高穩定性的方向發展。
[0003]現有艙內爬行機器人末端執行器大多采用吸附式，不具備額外的操作能力，無法適應于空間站艙內儀器的操作工作。
【實用新型內容】
[0004]為了解決現有艙內爬行機器人吸附式末端執行器存在的上述問題，本實用新型的目的在于提供一種仿生可攀爬和操作的機械臂。該仿生可攀爬和操作的機械臂模擬自然界昆蟲尺蠖，既可以爬行又可以操作，適用于空間站艙內科學儀器操作工作。
[0005]本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現的:
[0006]本實用新型的機械臂為兩端帶有夾持關節模塊、中間具有五自由度的串聯對稱式構型機器人，包括依次串聯的第一夾持關節模塊、第一回轉關節模塊、第一俯仰關節伺服電機、第二俯仰關節伺服電機、第三俯仰關節伺服電機、第二回轉關節模塊及第二夾持關節模塊，所述第一回轉關節模塊及第二回轉關節模塊分別驅動所述機械臂回轉，提供兩個回轉自由度，所述第一俯仰關節伺服電機、第二俯仰關節伺服電機及第三俯仰關節伺服電機獨立驅動或共同驅動所述機械臂翻轉，提供三個翻轉自由度;所述第一夾持關節模塊及第二夾持關節模塊為機械臂的末端執行器，所述機械臂通過第一夾持關節模塊及第二夾持關節豐吳塊夾持定位；
[0007]其中:所述第一夾持關節模塊與第二夾持關節模塊結構相同，均包括夾持關節伺服電機、夾持關節殼體、夾持關節傳動機構、雙向螺桿、左手指及右手指，該夾持關節伺服電機安裝在所述夾持關節殼體上，輸出端通過所述夾持關節傳動機構與轉動安裝在夾持關節殼體上的雙向螺桿相連，驅動所述雙向螺桿旋轉，所述左手指及右手指的一端為夾持端，另一端分別與所述雙向螺桿兩端的螺紋段螺紋連接，通過所述雙向螺桿的旋轉帶動左、右手指夾持或放松;所述左手指及右手指另一端的兩側均設有滑槽，該左手指及右手指另一端兩側的夾持關節殼體上均設有滑軌，所述左手指及右手指另一端兩側的滑槽分別與兩側的所述滑軌滑動連接，實現所述左手指及右手指沿滑軌往復運動；
[0008]所述夾持關節傳動機構為齒輪傳動機構，包括夾持關節小齒輪及夾持關節大齒輪，該夾持關節小齒輪通過小齒輪聯軸器與所述夾持關節伺服電機的輸出端相連，所述夾持關節大齒輪安裝在雙向螺桿上、隨所述雙向螺桿旋轉，并與所述夾持關節小齒輪嚙合傳動；
[0009]所述夾持關節殼體包括夾持關節下殼體、夾持關節左殼體、夾持關節軸端端蓋、夾持關節上殼體及夾持關節右殼體，該夾持關節上殼體安裝在夾持關節下殼體上，兩端分別與所述夾持關節左殼體及夾持關節右殼體連接，所述夾持關節軸端端蓋安裝在夾持關節上殼體上;所述夾持關節傳動機構位于夾持關節軸端端蓋的下方，所述夾持關節下殼體上開有通孔，所述左手指及右手指的一端均由該通孔伸出；所述雙向螺桿的兩端分別通過軸承轉動安裝在夾持關節軸承支座上，兩端的所述夾持關節軸承支座分別固定在夾持關節上殼體上，所述夾持關節伺服電機通過兩側設置的伺服電機支座固定在夾持關節模塊軸承支座上;所述雙向螺桿兩端螺紋段的螺紋旋向相反；
[0010]所述第一回轉關節模塊及第二回轉關節模塊結構相同、均包括回轉關節殼體、回轉關節伺服電機、回轉關節傳動機構及回轉關節轉盤，該回轉關節殼體通過夾持關節連桿與第一夾持關節模塊或第二夾持關節模塊相連，所述回轉關節伺服電機安裝在回轉關節殼體內，輸出端通過所述回轉關節傳動機構與回轉關節轉盤連接、驅動該回轉關節轉盤轉動；所述回轉關節傳動機構包括回轉關節齒輪及回轉關節齒輪軸，該回轉關節齒輪通過回轉關節聯軸器與所述回轉關節伺服電機的輸出端相連，該回轉關節伺服電機上安裝有回轉關節伺服電機連接塊，所述回轉關節齒輪軸的一端轉動安裝在回轉關節伺服電機連接塊，另一端與所述回轉關節轉盤相連，所述回轉關節齒輪軸上的齒輪部分與回轉關節齒輪嚙合傳動;所述回轉關節轉盤的下表面安裝有支撐圈，該支撐圈隨回轉關節轉盤繞所述回轉關節殼體的軸向中心線轉動;所述回轉關節轉盤的下邊緣設有限位塊，所述回轉關節殼體的內表面上設有限位螺釘，所述回轉關節轉盤及支撐圈的轉動通過限位塊及限位螺釘限位；
[0011]所述第一俯仰關節伺服電機一端的輸出端通過回轉關節連桿與第一回轉關節模塊相連，另一端通過第一俯仰關節連桿與所述第二俯仰關節伺服電機一端的輸出端連接，該第二俯仰關節伺服電機的另一端通過第二俯仰關節連桿與所述第三俯仰關節伺服電機的輸出端相連，該第三俯仰關節伺服電機通過第三俯仰關節連桿安裝在所述第二回轉關節模塊上;所述第一俯仰關節伺服電機、第二俯仰關節伺服電機及第三俯仰關節伺服電機的電機本體上設有電機外法蘭，所述第一俯仰關節伺服電機上的電機外法蘭與所述回轉關節連桿連接，所述第二俯仰關節伺服電機上的電機外法蘭與所述第一俯仰關節連桿連接，所述第三俯仰關節伺服電機上的電機外法蘭與所述第二俯仰關節連桿連接。
[0012]本實用新型的優點與積極效果為:
[0013]1.本實用新型模仿自然界昆蟲尺蠖的身體結構，采用五自由度對稱構型設計，機械臂可實現三種運動步態，運動靈活，具有很好的越障能力。
[0014]2.本實用新型為兼備移動特性和操作特性，擺脫了固定式機器人操作范圍小的限制;本實用新型可以爬行到目標位置，然后固定，之后完成操作任務。
[0015]3.本實用新型的各關節設計采用模塊化設計，將主要的執行機構進行模塊化封裝，共包括三種模塊:夾持關節模塊、回轉關節模塊及俯仰關節模塊，模塊化設計使機械臂的可替換性強，便于固件更新升級。
[0016]4.本實用新型的驅動電機采用小型伺服電機，其內部帶有減速器，可同時實現精確運動定位及輸出力矩要求;且伺服電機整體體積小，質量輕，可以大大減小有效載荷的發射成本。
[0017]5.本實用新型的結構緊湊，關鍵元器件均保護在殼體的內部，受到很好的保護。
[0018]6.本實用新型結構新穎，功能多樣，各關節工作靈活，適用于限制性環境下的移動和操作任務，如空間站艙內儀器科學操作任務。
【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型安裝完畢狀態的整體結構示意圖；
[0020]圖2為本實用新型第一(二)夾持關節模塊的結構示意圖；
[0021 ]圖3為本實用新型第一(二)夾持關節模塊的爆炸圖；
[0022]圖4為本實用新型第一(二)回轉關節模塊的結構示意圖；
[0023]圖5為本實用新型第一(二)回轉關節模塊的爆炸圖；
[0024]圖6為本實用新型第一(二)夾持關節連桿的結構示意圖；
[0025]圖7為本實用新型回轉關節連桿的結構示意圖；
[0026]圖8為本實用新型第一(二)俯仰關節連桿的結構示意圖；
[0027]圖9為本實用新型第三俯仰關節連桿的結構示意圖；
[0028]圖10為本實用新型第一(二、三)俯仰關節伺服電機的結構示意圖；
[0029]圖11為本實用新型的結構原理圖；
[0030]圖12A為本實用新型尺蠖式運動步態示意圖；
[0031]圖12B為本實用新型翻轉運動步態的示意圖；
[0032]圖12C為本實用新型回轉運動步態的示意圖；
[0033]其中:丨為第一夾持關節模塊，2為第一夾持關節連桿，3為第一回轉關節模塊，4為回轉關節連桿，5為第一俯仰關節伺服電機，5a為電機外法蘭，5b為電機本體，6為第一俯仰關節連桿，7為第二俯仰關節伺服電機，8為第二俯仰關節連桿，9為第三俯仰關節伺服電機，10為第三俯仰關節連桿，11為第二回轉關節模塊，12為第二夾持關節連桿，13為第二夾持關節模塊，14為右手指，15為滑軌，16為左手指，17為夾持關節下殼體，18為夾持關節左殼體，19為夾持關節軸端端蓋，20為夾持關節上殼體，21為夾持關節大齒輪，22為夾持關節軸承支座，23為夾持關節小齒輪，24為小齒輪聯軸器，25為夾持關節伺服電機，26為伺服電機支座，27為