專利名稱：仿人形機械手上臂的制作方法
技術領域：
本發明涉及仿生機器人領域，尤其是一種仿人形機械手的手臂。
背景技術：
目前，仿人形義肢在市場上已有產品出售，但綜觀這些國內外產品，對于人的上肢，它們都只有小臂和手部組成，且大都采用肌電信號控制，使用者還需經過專門的訓練后尚可基本使用。另外，尤其是這些義肢價格非常昂貴，非平民們所能涉及。

發明內容
本發明的目的是設計一種仿人形機械手的上臂，該上臂通過肩關節、肘關節和大臂三部分有機組合，實現三個自由度的動作，可分別完成大臂繞肩部的轉動和擺動，以及肘部繞大臂的擺動動作。 為達到上述目的，本發明采取的技術解決方案是 —種仿人形機械手的上臂，它包括肩關節、機械大臂和肘部關節；所述的肩關節具有大臂繞肩部轉動和大臂繞肩部擺動兩個自由度，通過直流伺服電機實現大臂繞肩部轉動，通過直流電機實現大臂繞肩部擺動；所述的肘部關節采用直線電機驅動，實現肘部繞大臂的擺動動作，且擺動方向始終與大臂繞肩部擺動的方向相垂直。 為實現上述三個自由度，所述的肩關節、機械大臂和肘部關節可以采用以下結構，其中 所述的肩關節，包括一個肩膀件、肩部接盤、直流伺服電機座和軸承座，所述的肩部接盤的外側設有上突起支架和下突起支架；所述的軸承座內側固定在義肢的機架上，軸承座內安裝軸承；所述的直流伺服電機座安裝在軸承的內孔中，直流伺服電機座上安裝有直流伺服電機，直流伺服電機軸上連接輸出法蘭，輸出法蘭與肩部接盤連接；所述的肩膀件鉸接在肩部接盤的上突起支架上，直流伺服電機轉動時帶動機械大臂完成回轉運動；在所述的機械大臂的內腔中安裝有驅動大臂擺動的直線電機，直線電機的絲杠上裝有可直線移動的絲母座，絲母座上鉸接有擺桿，擺桿另一端與肩部接盤上的下突起支架用軸連接，直線電機轉動時帶動機械大臂完成擺動運動。 所述的機械大臂呈圓管狀，機械大臂上端與肩關節上的肩膀件連接，下部與肘關節連接座安裝在一起；機械大臂的內腔中安裝有上、下兩個支座，分別用來固定肩關節的直線電機和直線電機的絲杠； 所述的肘部關節，它連接于小臂與大臂之間，它由小臂連接座、大臂連接座和直線電機組成；小臂連接座上設有與小臂連接的接口 ，大臂連接座與大臂的下端連接，大臂連接座內設有電機座，電機座的兩側通過轉軸與大臂連接座連接；電機座上安裝有直線電機，直線電機的絲杠末端連接一個接頭，小臂連接座內設有上支架和下支架，接頭活動連接在小臂連接座的上支架上；大臂連接座通過轉軸與小臂連接座的下支架連接；上述的轉軸兩端固定在大臂連接座的兩個伸出的耳柄孔中，并通過軸承與小臂連接座的下支架連接；接頭在電機絲杠的驅動下，邊轉動邊推動小臂連接座運動，小臂連接座帶動小臂完成小臂的伸曲運動。 為有效降低直流伺服電機的功率，機械大臂的下部還設有支桿彈簧，支桿彈簧的
上端安裝在位于腋部的彈簧支架上，下端安裝在位于大臂下端的支座上。 本發明的有益效果是該臂具有三個自由度，并分別采用直線電機和直流伺服電機驅動，其結構緊湊，重量輕，制造成本低，易于產品化推廣。另外，它還可作為仿人形機器人的手臂，且易于控制，運轉靈活。


圖1為本發明一種實施例的整體結構原理主視圖。
圖2為圖1的A向局部結構原理示意圖，主要示出了肘部關節部分。
圖3為圖1的B向剖切局部結構原理示意圖，主要示出了肩關節部分。
圖4為圖1的D向剖切局部結構原理示意圖，主要示出了擺動關節驅動部分。
圖5為圖2的E向剖切局部結構原理示意圖，主要示出了肘部關節驅動部分。
圖中l-支座，2-軸承壓蓋，3-軸承，4-下支座，5-氣動支桿彈簧，6-擺桿，7-絲母座，8-機械大臂，9-上支座，10-直線電機，11-法蘭盤，12-軸承座，13-機架，14-軸承壓蓋，15-軸承，16-直流伺服電機，17-伺服電機座，18-彈簧支架，19-小臂連接座，20-上支架，21-接頭，22-直線電機，23-大臂連接座，24-下支架，25-軸，26-肩部接盤，27-軸套，28-軸承，29-肩膀件，30-軸，31-電位器，32-壓蓋，33-轉軸，34-軸，35-電機座，36-轉軸，37-電位器，38-電位器座，39-轉軸，40-軸承，41-軸套，42-壓蓋。
具體實施例方式
如圖1、圖2、圖3、圖4及圖5所示，本發明的仿人形機械手的上臂，其包括肩關節、肘關節和機械大臂，其中 所述的肩關節包括一個呈牛角形的肩膀件29、肩部接盤26、直流伺服電機座17和軸承座12 ;所述的肩部接盤26的外側設有上突起支架和下突起支架，所述的軸承座12內側固定在義肢的機架13上；軸承座12內安裝軸承15和軸承壓蓋14 ;所述的直流伺服電機座17安裝在軸承15的內孔中，直流伺服電機座17上安裝有直流伺服電機16，直流伺服電機16軸上連接法蘭盤ll，法蘭盤11與肩部接盤26連接；所述的肩膀件29用軸30鉸接在肩部接盤26的上突起支架上，直流伺服電機16轉動時帶動機械大臂8擺動。在所述的機械大臂8的內腔中安裝驅動大臂8擺動的直線電機10，直線電機10的絲杠上裝有可直線移動的絲母座17，絲母座17下端安裝能繞其轉動擺桿6，擺桿6另一端與肩部接盤26上的下突起支架用軸25連接，直線電機10轉動時帶動機械大臂外展運動。在軸30的端部安裝有電位器31，以檢測機械大臂8轉動的位置.直線電機10固定在機械大臂8內腔中的上支座9上，直線電機10的絲杠上裝有可直線移動的絲母座7，擺桿6的一端通過轉軸33與絲母座7連接，擺桿6另一端與接盤26上的下突起支架用軸25連接。 所述的機械大臂8呈圓管狀，是擺臂和肘部轉動的動力機構的載體；機械大臂8上端與肩膀件29連接，下部與肘關節連接座23安裝在一起；機械大臂8的腔內安裝有上支座9和下支座4，分別用來固定直線電機IO，直線電機10的絲杠的下端通過軸承3、壓蓋2與下支座4連接在一起。 所述的肘部關節，它處在小臂與機械大臂8之間，它由小臂連接座19、大臂連接座23和直線電機22組成，小臂連接座19端部設有互換接口用于與小臂上端連接，大臂連接座23用于與機械大臂8的下端連接；直線電機22安裝在電機座35上，在電機座35的兩側通過轉軸36與大臂連接座23連接；直線電機22絲杠的末端與一個可繞固定轉軸34擺動的接頭21連接在一起；接頭21在電機絲杠的驅動下，帶動小臂連接座19繞轉軸39轉動；在轉軸39的端部安裝有電位器37，電位器座連接在下支架24上； 上述轉動軸39兩端固定在大臂連接座23的兩個伸出的耳柄孔中，并通過軸承40、軸套41、壓蓋42與小臂連接座19上的下支架24連接；這樣小臂連接座19帶著小臂部分就可繞轉動軸39擺動，以完成小臂的曲臂和伸臂的運動。 在機械大臂8的下端還連接有氣動支桿彈簧5，氣動支桿彈簧5的上端安裝在位于
腋部的機架13上的彈簧支架18上，下端與位于機械大臂8下端的支座1連接。 該仿人形機械手上臂具有手動和接收腦電信號控制兩種模式。在手動控制模式
下，使用者可用健康手操作無線遙控器控制直流伺服電機和直線電機運轉，調整上臂的各
種姿態。也可通過腦電信號控制；即把使用者較強烈意識的腦電信號利用電極帽等形式接
受或提取出來，經軟件系統分析后，轉換成機器控制信號，來控制直流伺服電機和直線電機
的運轉來驅動手臂動作。
權利要求
一種仿人形機械手上臂，其特征在于，它包括肩關節、機械大臂和肘部關節；所述的肩關節具有大臂繞肩部轉動和大臂繞肩部擺動兩個自由度，通過直流伺服電機實現大臂繞肩部轉動，通過直線電機實現大臂繞肩部擺動；所述的肘部關節采用直線電機驅動，實現肘部繞大臂的擺動動作，且擺動方向始終與大臂繞肩部擺動的方向相垂直。
2. 如權利要求1所述的仿人形機械手上臂，其特征在于，所述的肩關節，包括一個肩膀件、肩部接盤、直流伺服電機座和軸承座，所述的肩部接盤的外側設有上突起支架和下突起支架；所述的軸承座內側固定在義肢的機架上，軸承座內安裝軸承；所述的直流伺服電機座安裝在軸承的內孔中，直流伺服電機座上安裝有直流伺服電機，直流伺服電機軸上連接輸出法蘭，輸出法蘭與肩部接盤連接；所述的肩膀件鉸接在肩部接盤的上突起支架上，直流伺服電機轉動時帶動機械大臂完成回轉運動；在所述的機械大臂的內腔中安裝有驅動大臂擺動的直線電機，直線電機的絲杠上裝有可直線移動的絲母座，絲母座上鉸接有擺桿，擺桿另一端與肩部接盤上的下突起支架用軸連接，直線電機轉動時帶動機械大臂完成擺動運動；所述的機械大臂呈圓管狀，機械大臂上端與肩關節上的肩膀件連接，下部與肘關節連接座安裝在一起；機械大臂的內腔中安裝有上、下兩個支座，分別用來固定肩關節的直線電機和直線電機的絲杠；所述的肘部關節，它連接于小臂與大臂之間，它由小臂連接座、大臂連接座和直線電機組成；小臂連接座上設有與小臂連接的接口 ，大臂連接座與大臂的下端連接，大臂連接座內設有電機座，電機座的兩側通過轉軸與大臂連接座連接；電機座上安裝有直線電機，直線電機的絲杠末端連接一個接頭，小臂連接座內設有上支架和下支架，接頭活動連接在小臂連接座的上支架上；大臂連接座通過轉軸與小臂連接座的下支架連接；上述的轉軸兩端固定在大臂連接座的兩個伸出的耳柄孔中，并通過軸承與小臂連接座的下支架連接；接頭在電機絲杠的驅動下，邊轉動邊推動小臂連接座運動，小臂連接座帶動小臂完成小臂的伸曲運動。
3. 如權利要求2所述的仿人形機械手上臂，其特征在于，機械大臂的下部設有支桿彈簧，支桿彈簧的上端安裝在位于腋部的彈簧支架上，下端安裝在位于大臂下端的支座上。
全文摘要
本發明公開了一種仿人形機械手上臂，其特征在于，它包括肩關節、機械大臂和肘部關節；所述的肩關節具有大臂繞肩部轉動和大臂繞肩部擺動兩個自由度，通過直流伺服電機實現大臂繞肩部轉動，通過直流電機實現大臂繞肩部擺動；所述的肘部關節采用直線電機驅動，實現肘部繞大臂的擺動動作，且擺動方向始終與大臂繞肩部擺動的方向相垂直。本發明具有三個自由度，并分別采用直線電機和直流伺服電機驅動，其結構緊湊，重量輕，制造成本低，易于產品化推廣。另外，它還可作為仿人形機器人的手臂，且易于控制，運轉靈活。
文檔編號A61F2/58GK101779991SQ20101010989
公開日2010年7月21日 申請日期2010年2月6日 優先權日2010年2月6日
發明者孫愛芹, 孫高祚, 張志獻, 徐文尚, 樊炳輝, 江浩, 王傳江 申請人:山東科技大學