專利名稱：一種仿人型七自由度機械臂的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種應用于仿人機器人系統的機械臂，屬于機器人領域。
背景技術：
機械臂是實現機器人系統主體與末端執行器連接的重要工具，機械臂的活動范圍、負載能力直接影響機器人末端執行器的作業能力。近年來服務型機器人、空間機器人以及特種操作機器人等的迅速發展，對機械臂的性能提出了更高的要求。七自由度機械臂憑借其良好的操作靈活性及避障能力逐漸成為機器人領域的研究熱點。目前由美國國家宇航局(NASA)和通用汽車公司(GM)合作研發的機器人宇航員R2已在空間站正式開展工作，其機械臂模塊化程度低，不利于部件的維修與更換；歐洲宇航局的DEXARM機械臂其自由度配置不利于其后續更高性能的控制工作。目前國內市場上成熟的機械臂普遍存在重量大、負載能力低、靈活性差、集成度低等的問題，限制了機器人系統末端執行器工作能力的進一步 提聞。

發明內容
本發明的目的是提供一種仿人型七自由度機械臂，以解決現有機械臂重量大、負載能力低、靈活性差、集成度低，限制機器人系統末端執行器工作能力進一步提高的問題。本發明為解決上述問題采取的技術方案是一種仿人型七自由度機械臂，所述機械臂包括機械臂基座、導線、七個臂桿及七個機電一體化的模塊化旋轉關節；所述七個臂桿分別第一臂桿、第二臂桿、第三臂桿、第四臂桿、第五臂桿、第六臂桿及第七臂桿，所述七個機電一體化的模塊化旋轉關節分別是第一肩關節、第二肩關節、第一肘關節、第二肘關節、第一腕關節、第二腕關節及第三腕關節；第一肩關節的輸入端與機械臂基座固連，第一肩關節的輸出端與第一臂桿的輸入端固連，第一臂桿的輸出端與第二肩關節的輸入端固連，第二肩關節的輸出端與第二臂桿的輸入端固連，第二臂桿的輸出端與第一肘關節的輸入端固連，第一肘關節的輸出端與第三臂桿的輸入端固連，第三臂桿的輸出端與第二肘關節的輸入端固連，第二肘關節的輸出端與第四臂桿的輸入端固連，第四臂桿的輸出端與第一腕關節的輸入端固連，第一腕關節的輸出端與第五臂桿的輸入端固連，第五臂桿的輸出端與第二腕關節的輸入端固連，第二腕關節的輸出端與第六臂桿的輸入端固連，第六臂桿的輸出端與第三腕關節的輸入端固連，第三腕關節的輸出端與第七臂桿的輸入端固連，第七臂桿的輸出端與機械臂的末端執行器固連；第一肩關節的旋轉軸線、第二肩關節的旋轉軸線和第一肘關節的旋轉軸線相交于一點；第一肘關節的旋轉軸線、第二肘關節的旋轉軸線和第一腕關節的旋轉軸線交于一點；第二肩關節的旋轉軸線與第二肘關節的旋轉軸線空間平行設置；第二腕關節的旋轉軸線與第三腕關節的旋轉軸線正交設置，第一腕關節的旋轉軸線分別與第二腕關節的旋轉軸線及第三腕關節的旋轉軸線垂直相交；第一肩關節、第二肩關節、第一肘關節、第二肘關節、第一腕關節、第二腕關節及第三腕關節中的每相鄰兩個關節間通過導線進行電氣連接。
本發明的有益效果是本發明具有結構模塊化、配置緊湊、重量輕、集成度高、靈活性強、負載能力強、維修維護性強、失電制動、可靠性高等優點。本發明能夠實現肩關節的旋轉與俯仰，肘關節的旋轉與彎曲，腕關節的旋轉、俯仰與側擺；通過設置對應關節的轉動范圍，實現機械臂與人體手臂相近的工作空間；采用臂桿中心孔及關節中心孔走線的方式，將相鄰兩關節進行電氣連接，實現機械臂電氣系統的串聯，提高了機器人系統末端執行器工作能力。


圖I為本發明的整體結構軸測圖；圖2是本發明機械臂的主視圖；圖3是簡化的模塊化關節軸測圖，圖4是簡化的模塊化關節主剖視圖；圖5a_圖5c是模塊化關節軸測圖，其中圖5a為第一肩關節與第二肩關節裝配的整體軸測圖，圖5b為第一肘關節與第二肘關節裝配的整體軸測圖，圖5c為第一腕關節、第二腕關節與第三腕關節裝配的整體軸測圖；圖6a_圖6f是機械臂相鄰關節間電氣連線的走線路徑剖視圖，其中圖6a為第一肩關節與第二肩關節之間的走線路徑俯視剖視圖，圖6b為第二肩關節與第一肘關節之間的走線路 徑右剖視圖，圖6c為第一肘關節與第二肘關節之間的走線路徑右剖視圖，圖6d為第二肘關節與第一腕關節之間的走線路徑右剖視圖，圖6e為第一腕關節與第二腕關節之間的走線路徑主剖視圖，圖6f為第二腕關節與第三腕關節之間的走線路徑剖視圖；圖7a_圖7b為由末端執行器引出的導線在機械臂內部走線路徑的剖視圖，其中圖7a為機械臂內部走線主剖視圖，圖7b為機械臂內部走線右剖視圖；圖8是機械臂關節運動范圍主視圖；圖9是圖8的右視圖；圖10是圖8的仰視圖。
具體實施例方式具體實施方式
一結合圖I、圖2、圖5a-圖5c以及圖6a_圖6f說明，本實施方式的一種仿人型七自由度機械臂，所述機械臂包括機械臂基座8、導線、七個臂桿、及七個機電一體化的模塊化旋轉關節；所述七個臂桿分別第一臂桿9、第二臂桿10、第三臂桿11、第四臂桿12、第五臂桿13、第六臂桿14及第七臂桿15，所述七個機電一體化的模塊化旋轉關節分別是第一肩關節I、第二肩關節2、第一肘關節3、第二肘關節4、第一腕關節5、第二腕關節6及第三腕關節7 ;第一肩關節I的輸入端1-1與機械臂基座8固連，第一肩關節I的輸出端1-2與第一臂桿9的輸入端9-1固連,第一臂桿9的輸出端9-2與第二肩關節2的輸入端2-1固連，第二肩關節2的輸出端2-2與第二臂桿10的輸入端10-1固連，第二臂桿10的輸出端10-2與第一肘關節3的輸入端3-1固連，第一肘關節3的輸出端3-2與第三臂桿11的輸入端11-1固連，第三臂桿11的輸出端11-2與第二肘關節4的輸入端4-1固連，第二肘關節4的輸出端4-2與第四臂桿12的輸入端12-1固連，第四臂桿12的輸出端12_2與第一腕關節5的輸入端5-1固連,第一腕關節5的輸出端5-2與第五臂桿13的輸入端13_1固連，第五臂桿13的輸出端13-2與第二腕關節6的輸入端6-1固連，第二腕關節6的輸出端6-2與第六臂桿14的輸入端14-1固連，第六臂桿14的輸出端14_2與第三腕關節7的輸入端7-1固連，第三腕關節7的輸出端7-2與第七臂桿15的輸入端15-1固連，第七臂桿15的輸出端15-2與機械臂的末端執行器固連；第一肩關節I的旋轉軸線1-3、第二肩關節2的旋轉軸線2-3和第一肘關節3的旋轉軸線3-3相交于一點；第一肘關節3的旋轉軸線3-3、第二肘關節4的旋轉軸線4-3和第一腕關節5的旋轉軸線5-3交于一點；第二肩關節2的旋轉軸線2-3與第二肘關節4的旋轉軸線4-3空間平行設置；第二腕關節6的旋轉軸線6-3與第三腕關節7的旋轉軸線7-3正交設置，第一腕關節5的旋轉軸線5-3分別與第二腕關節6的旋轉軸線6-3及第三腕關節7的旋轉軸線7-3垂直相交；第一肩關節I、第二肩關節2、第一肘關節3、第二肘關節4、第一腕關節5、第二腕關節6及第三腕關節7中的每相鄰兩個關節間通過導線進行電氣連接。
具體實施方式
二 結合圖I、圖2、圖6a、圖6c及圖6f說明，本實施方式所述機械臂基座8與第二肩關節2的旋轉軸線2-3的距離Hl為220mm，第二肩關節2的旋轉軸線2_3與第二肘關節4的旋轉軸線4-3的距離H2為400mm，第二肘關節4的旋轉軸線4_3與第三腕關節7的旋轉軸線7-3的距離H3為400mm，第二腕關節6的旋轉軸線6_3與第三腕關節7的旋轉軸線7-3間的距離H4為115mm。本實施方式中未公開的技術特征與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三結合圖3及圖4說明，本實施方式的每個機電一體化的模塊化旋 轉關節包括機械系統17-1、失電制動器17-2、電氣系統17-3和傳感器系統17_4，依次連接并集成為一體，具體結構是機械系統17-1包括關節固定端17-5、關節輸出端17-6、關節傳動裝置17-7、十字交叉軸承17-8、第一深溝球軸承17-9、第二深溝球軸承17-10及諧波減速器17-11，關節固定端17-5的一端設置在關節輸出端17-6內，關節固定端17_5與關節輸出端17-6之間通過十字交叉軸承17-8連接，關節傳動裝置17-7設置在關節固定端17_5內，關節固定端17-5與關節傳動裝置17-7之間通過第一深溝球軸承17-9和第二深溝球軸承17-10連接，關節傳動裝置17-7與關節輸出端17-6之間通過諧波減速器17-11連接，關節輸出端17-6和關節傳動裝置17-7設有同軸的關節中心孔17-17 ;失電制動器17_2包括失電制動器外殼17-12及旋轉摩擦片17-13，關節固定端17-5的另一端與失電制動器外殼17-12的兩個相對應側面的其中一個側面固接，旋轉摩擦片17-13設置在失電制動器外殼17-12內并與關節傳動裝置17-7連接；電氣系統17-3包括關節驅動板17-14、關節控制板17-15及關節限位塊17-16，關節驅動板17-14和關節控制板17-15并列設置并固接，關節驅動板17-14與失電制動器外殼17-12兩個相對應側面的另一個側面固接，關節限位塊17-16固定在關節輸出端17-6上，導線經過關節中心孔17-17將傳感器系統17_4與關節控制板17-15進行連接；關節固定端17-5及關節輸出端17-6上各均布設有多個(十二個)螺紋孔17-19，關節固定端17-5及關節輸出端17-6上的多個螺紋孔17-19 —一對應設置，實現關節與相鄰兩臂桿的機械連接。本實施方式中未公開的技術特征與具體實施方式
一相同。如圖I及圖3所示，第一肩關節I與第二肩關節2為同一種類型的旋轉關節，第一肘關節3與第二肘關節4為同一種類型的旋轉關節，第一腕關節5、第二腕關節6及第三腕關節7為同一種類型的旋轉關節；通過改變關節限位塊17-16的安裝位置可以實現關節不同的轉動范圍。
具體實施方式
四結合圖I、圖2、圖5a-圖5c、圖6a_圖6c、圖6e、圖6f、圖7a及圖7b說明，本實施方式的第一腕關節5設有第一腕關節中心孔5-4，第二腕關節6設有第二腕關節中心孔6-4，第一肘關節3設有第一肘關節中心孔3-4，第二肘關節4設有第二肘關節中心孔4-4，第一肩關節I設有第一肩關節中心孔1-4，第二肩關節2設有第二肩關節中心孔2-4，第一臂桿9設有第一臂桿中心孔9-3，第二臂桿10設有第二臂桿中心孔10-3，第三臂桿11設有第三臂桿中心孔11-3，第四臂桿12設有第四臂桿中心孔12-3，第五臂桿13設有第五臂桿中心孔13-3，所述機械臂各關節間采用關節中心孔及臂桿中心孔走線的方式，實現機械臂關節間的電氣連接；導線的具體走線路徑為導線分別由第三腕關節7的驅動板7-5及控制板7-6引出經過第二腕關節中心孔6-4分別與第二腕關節6的驅動板6-5及控制板6-6連接，導線再分別由第二腕關節6的驅動板6-5及控制板6_6弓丨出經過第五臂桿中心孔13-3和第一腕關節中心孔5-4分別與第一腕關節5的驅動板5-5及控制板5-6連接，導線再分別由第一腕關節5的驅動板5-5及控制板5-6引出經過第四臂桿中心孔12-3和第二肘關節中心孔4-4分別與第二肘關節4的驅動板4-5及控制板4_6連接，導線再分別由第二肘關節4的驅動板4-5及控制板4-6引出經過第三臂桿中心孔11-3和第一肘關節中心孔3-4分別與第一肘關節3的驅動板3-5及控制板3-6連接，導線再分別由第一肘關節3的驅動板3-5及控制板3-6引出經過第二臂桿中心孔10-3和第二肩關節中心孔2-4分別與第二肩關節的驅動板2-5及控制板2-6連接，導線再分別由第二肩關節2的驅動板2-5及控制板2-6引出經過第一臂桿中心孔9-3和第一肩關節中心孔1-4分別與第一肩關節的驅動板1-5及控制板1-6連接，導線再分別從第一肩關節I的驅動板1-5及控制板1-6引出與機械臂的外部電氣系統連接。本實施方式中未公開的技術特征與具體實施 方式一、二或三相同。每個機電一體化的模塊化旋轉關節結構與申請日為2012年4月28日、申請號為2012101310839、名稱為《具有失電制動與多種感知功能的機械臂模塊化關節》的結構相同。
具體實施方式
五結合圖2、圖6a_圖6c、圖6e、圖6f及圖7b說明，本實施方式的第七臂桿15設有第七臂桿中心孔15-3，第三腕關節7設有第三腕關節中心孔7-4，所述機械臂的末端執行器采用關節中心孔及臂桿中心孔走線的方式實現與外部電氣系統的連接，具體走線路徑為導線由機械臂的末端執行器引出依次經第七臂桿中心孔15-3、第三腕關節中心孔7-4、第二腕關節中心孔6-4、第五臂桿中心孔13-3、第一腕關節中心孔5-4、第四臂桿中心孔12-3、第二肘關節中心孔4-4、第三臂桿中心孔11-3、第一肘關節中心孔3-4、第二臂桿中心孔10-3、第二肩關節中心孔2-4、第一臂桿中心孔9-3及第一肩關節中心孔1-4與外部電氣系統連接。本實施方式中未公開的技術特征與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
六結合圖I及圖6a說明,本實施方式所述第一肩關節I繞第一肩關節I的旋轉軸線1-3的旋轉運動范圍為-60° 180°，第二肩關節2繞第二肩關節2的旋轉軸線2-3的俯仰運動范圍為-30° 180° ;其中第一肩關節I的旋轉角度和第二肩關節2的俯仰角度定義如下手臂垂直向下位置定義為0°，第一肩關節I繞第一肩關節I的旋轉軸線1-3由手臂垂直向下位置向軀體前方轉動的角度定義為正值，滿足了機械臂肩部旋轉運動的設計要求，第二肩關節2繞第二肩關節2的旋轉軸線2-3由手臂垂直向下位置向軀體外側轉動的角度定義為正值，滿足了機械臂肩部俯仰運動的設計要求。本實施方式中未公開的技術特征與具體實施方式
一、二或三相同。
具體實施方式
七結合圖I、圖6b及圖6c說明，本實施方式所述第一肘關節3繞第一肘關節3的旋轉軸線3-3的旋轉運動范圍為-150° 150°，第二肘關節4繞第二肘關節4的旋轉軸線4-3的彎曲運動范圍為-135° 45° ;其中第一肘關節3的旋轉角度和第二肘關節4的彎曲角度定義如下手臂垂直向下位置定義為0°，第一肘關節3繞第一肘關節3的旋轉軸線3-3由手臂垂直向下位置向軀體外側轉動的角度定義為正值，滿足了機械臂肩部俯仰運動的設計要求，第二肘關節4繞第二肘關節4的旋轉軸線4-3由手臂垂直向下位置向軀體外側轉動的角度定義為正值，滿足了機械臂肘部彎曲運動的設計要求。本實施方式中未公開的技術特征與具體實施方式
六相同。
具體實施方式
八結合圖I及圖6d_圖6f說明，本實施方式所述第一腕關節5繞第一腕關節5的旋轉軸線5-3的旋轉運動范圍為-150° 150°，第二腕關節6繞第二腕關節6的旋轉軸線6-3的俯仰運動范圍為-90° 90°，第三腕關節7繞第三腕關節7的旋轉軸線7-3的側擺運動范圍為-90° 90° ;其中第一腕關節5的旋轉角度、第二腕關節6的俯仰角度及第三腕關節7的側擺角度定義如下手臂垂直向下位置定義為0°，第一腕關節5繞第一腕關節5的旋轉軸線5-3由手臂垂直向下位置向軀體外側轉動的角度定義為正值，滿足了機械臂腕部旋轉運動的設計要求，第二腕關節6繞第二腕關節6的旋轉軸線6-3由手臂垂直向下位置向軀體前方轉動的角度定義為正值，滿足了機械臂腕部俯仰運動的設計要求，第三腕關節7繞第三腕關節7的旋轉軸線7-3由手臂垂直向下位置向軀體外側轉動的角度定義為正值，滿足了機械臂腕部側擺運動的設計要求。本實施方式中未公開的技 術特征與具體實施方式
七相同。
權利要求
1.一種仿人型七自由度機械臂，所述機械臂包括機械臂基座(8)、導線、七個臂桿、及七個機電一體化的模塊化旋轉關節；所述七個臂桿分別第一臂桿(9)、第二臂桿(10)、第三臂桿(11)、第四臂桿(12)、第五臂桿(13)、第六臂桿(14)及第七臂桿(15)，所述七個機電一體化的模塊化旋轉關節分別是第一肩關節(I)、第二肩關節(2)、第一肘關節(3)、第二肘關節(4)、第一腕關節(5)、第二腕關節(6)及第三腕關節(7);其特征在于第一肩關節(I)的輸入端(1-1)與機械臂基座(8)固連，第一肩關節(I)的輸出端(1-2)與第一臂桿(9)的輸入端(9-1)固連，第一臂桿(9)的輸出端(9-2)與第二肩關節(2)的輸入端(2-1)固連，第二肩關節(2)的輸出端(2-2)與第二臂桿(10)的輸入端(10-1)固連，第二臂桿(10)的輸出端(10-2)與第一肘關節(3)的輸入端(3-1)固連，第一肘關節(3)的輸出端(3-2)與第三臂桿(11)的輸入端(11-1)固連，第三臂桿(11)的輸出端(11-2)與第二肘關節(4)的輸入端(4-1)固連，第二肘關節(4)的輸出端(4-2)與第四臂桿(12)的輸入端(12-1)固連，第四臂桿(12)的輸出端(12-2)與第一腕關節(5)的輸入端(5_1)固連，第一腕關節(5)的輸出端(5-2)與第五臂桿(13)的輸入端(13-1)固連,第五臂桿(13)的輸出端(13-2)與第二腕關節(6)的輸入端(6-1)固連，第二腕關節(6)的輸出端(6-2)與第六臂桿(14)的輸入端(14-1)固連，第六臂桿(14)的輸出端(14-2)與第三腕關節(7)的輸入端(7-1)固連，第三腕關節(7)的輸出端(7-2)與第七臂桿(15)的輸入端(15-1)固連，第七臂桿(15)的輸出端(15-2)與機械臂的末端執行器固連；第一肩關節(I)的旋轉軸線(1-3)、第二肩關節(2)的旋轉軸線(2-3)和第一肘關節(3)的旋轉軸線(3-3)相交于一點；第一肘關節(3)的旋轉軸線(3-3)、第二肘關節(4)的旋轉軸線(4-3)和第一腕關節(5)的旋轉軸線(5-3)交于一點；第二肩關節(2)的旋轉軸線(2-3)與第二肘關節(4)的旋轉軸線(4-3)空間平行設置；第二腕關節(6)的旋轉軸線(6-3)與第三腕關節(7)的旋轉軸線(7-3)正交設置，第一腕關節(5)的旋轉軸線(5-3)分別與第二腕關節(6)的旋轉軸線(6-3)及第三腕關節(7)的旋轉軸線(7-3)垂直相交；第一肩關節(I)、第二肩關節(2)、第一肘關節(3)、第二肘關節(4)、第一腕關節(5)、第二腕關節(6)及第三腕關節(7)中的每相鄰兩個關節間通過導線進行電氣連接。
2.根據權利要求I所述一種仿人型七自由度機械臂，其特征在于所述機械臂基座(8)與第二肩關節(2)的旋轉軸線(2-3)的距離(Hl)為220mm，第二肩關節(2)的旋轉軸線(2-3)與第二肘關節⑷的旋轉軸線(4-3)的距離(H2)為400mm，第二肘關節(4)的旋轉軸線(4-3)與第三腕關節(7)的旋轉軸線(7-3)的距離(H3)為400mm，第二腕關節(6)的旋轉軸線出-3)與第三腕關節(7)的旋轉軸線(7-3)間的距離(H4)為115mm。
3.根據權利要求I所述一種仿人型七自由度機械臂，其特征在于每個機電一體化的模塊化旋轉關節包括機械系統(17-1)、失電制動器(17-2)、電氣系統(17-3)和傳感器系統(17-4)，依次連接并集成為一體，具體結構是機械系統(17-1)包括關節固定端(17-5)、關節輸出端(17-6)、關節傳動裝置(17-7)、十字交叉軸承(17-8)、第一深溝球軸承(17_9)、第二深溝球軸承(17-10)及諧波減速器(17-11)，關節固定端(17-5)的一端設置在關節輸出端(17-6)內，關節固定端(17-5)與關節輸出端(17-6)之間通過十字交叉軸承(17_8)連接，關節傳動裝置(17-7)設置在關節固定端(17-5)內，關節固定端(17-5)與關節傳動裝置(17-7)之間通過第一深溝球軸承(17-9)和第二深溝球軸承(17-10)連接，關節傳動裝置(17-7)與關節輸出端(17-6)之間通過諧波減速器(17-11)連接，關節輸出端(17_6)和關節傳動裝置(17-7)設有同軸的關節中心孔(17-17);失電制動器(17-2)包括失電制動器外殼(17-12)及旋轉摩擦片(17-13)，關節固定端(17-5)的另一端與失電制動器外殼(17-12)的兩個相對應側面的其中一個側面固接，旋轉摩擦片(17-13)設置在失電制動器外殼(17-12)內并與關節傳動裝置(17-7)連接；電氣系統(17-3)包括關節驅動板(17-14)、關節控制板(17-15)及關節限位塊(17-16)，關節驅動板(17-14)和關節控制板(17-15)并列設置并固接，關節驅動板(17-14)與失電制動器外殼(17-12)兩個相對應側面的另一個側面固接，關節限位塊(17-16)固定在關節輸出端(17-6)上，導線經過關節中心孔(17-17)將傳感器系統(17-4)與關節控制板(17-15)進行連接；關節固定端(17_5)及關節輸出端(17-6)上各均布設有多個螺紋孔(17-19)，關節固定端(17-5)及關節輸出端(17-6)上的多個螺紋孔(17-19) —一對應設置，實現關節與相鄰兩臂桿的機械連接。
4.根據權利要求1、2或3所述一種仿人型七自由度機械臂，其特征在于第一腕關節(5)設有第一腕關節中心孔(5-4)，第二腕關節(6)設有第二腕關節中心孔￠-4)，第一肘關節(3)設有第一肘關節中心孔(3-4)，第二肘關節(4)設有第二肘關節中心孔(4-4)，第一肩關節(I)設有第一肩關節中心孔(1-4)，第二肩關節(2)設有第二肩關節中心孔(2-4)，第一臂桿(9)設有第一臂桿中心孔(9-3)，第二臂桿(10)設有第二臂桿中心孔(10-3)，第三臂桿(11)設有第三臂桿中心孔(11-3)，第四臂桿(12)設有第四臂桿中心孔(12-3)，第五臂桿(13)設有第五臂桿中心孔(13-3)，所述機械臂各關節間采用關節中心孔及臂桿中心孔走線的方式，實現機械臂關節間的電氣連接；導線的具體走線路徑為導線分別由第三腕關節(7)的驅動板(7-5)及控制板(7-6)引出經過第二腕關節中心孔(6-4)分別與第二腕關節(6)的驅動板(6-5)及控制板(6-6)連接，導線再分別由第二腕關節(6)的驅動板(6-5)及控制板￠-6)引出經過第五臂桿中心孔(13-3)和第一腕關節中心孔(5-4)分別與第一腕關節(5)的驅動板(5-5)及控制板(5-6)連接，導線再分別由第一腕關節(5)的驅動板(5-5)及控制板(5-6)引出經過第四臂桿中心孔(12-3)和第二肘關節中心孔(4-4)分別與第二肘關節(4)的驅動板(4-5)及控制板(4-6)連接，導線再分別由第二肘關節(4)的驅動板(4-5)及控制板(4-6)引出經過第三臂桿中心孔(11-3)和第一肘關節中心孔(3-4)分別與第一肘關節(3)的驅動板(3-5)及控制板(3-6)連接，導線再分別由第一肘關節(3)的驅動板(3-5)及控制板(3-6)引出經過第二臂桿中心孔(10-3)和第二肩關節中心孔(2-4)分別與第二肩關節的驅動板(2-5)及控制板(2-6)連接，導線再分別由第二肩關節(2)的驅動板(2-5)及控制板(2-6)引出經過第一臂桿中心孔(9-3)和第一肩關節中心孔(1-4)分別與第一肩關節的驅動板(1-5)及控制板(1-6)連接，導線再分別從第一肩關節(I)的驅動板(1-5)及控制板(1-6)引出與機械臂的外部電氣系統連接。
5.根據權利要求4所述的一種仿人型七自由度機械臂，其特征在于第七臂桿(15)設有第七臂桿中心孔(15-3)，第三腕關節(7)設有第三腕關節中心孔(7-4)，所述機械臂的末端執行器采用關節中心孔及臂桿中心孔走線的方式實現與外部電氣系統的連接，具體走線路徑為導線由機械臂的末端執行器引出依次經第七臂桿中心孔(15-3)、第三腕關節中心孔(7-4)、第二腕關節中心孔￠-4)、第五臂桿中心孔(13-3)、第一腕關節中心孔(5-4)、第四臂桿中心孔(12-3)、第二肘關節中心孔(4-4)、第三臂桿中心孔(11-3)、第一肘關節中心孔(3-4)、第二臂桿中心孔(10-3)、第二肩關節中心孔(2-4)、第一臂桿中心孔(9-3)及第一肩關節中心孔(1-4)與外部電氣系統連接。
6.根據權利要求1、2或3所述的一種仿人型七自由度機械臂，其特征在于所述第一肩關節(I)繞第一肩關節(I)的旋轉軸線(1-3)的旋轉運動范圍為-60° 180°，第二肩關節(2)繞第二肩關節(2)的旋轉軸線(2-3)的俯仰運動范圍為-30° 180° ;其中第一肩關節(I)的旋轉角度和第二肩關節(2)的俯仰角度定義如下手臂垂直向下位置定義為0°，第一肩關節(I)繞第一肩關節(I)的旋轉軸線(1-3)由手臂垂直向下位置向軀體前方轉動的角度定義為正值，第二肩關節(2)繞第二肩關節(2)的旋轉軸線(2-3)由手臂垂直向下位置向軀體外側轉動的角度定義為正值。
7.根據權利要求6所述的一種仿人型七自由度機械臂，其特征在于所述第一肘關節(3)繞第一肘關節(3)的旋轉軸線(3-3)的旋轉運動范圍為-150° 150°，第二肘關節(4)繞第二肘關節(4)的旋轉軸線(4-3)的彎曲運動范圍為-135° 45°;其中第一肘關節(3)的旋轉角度和第二肘關節(4)的彎曲角度定義如下手臂垂直向下位置定義為0°，第一肘關節(3)繞第一肘關節(3)的旋轉軸線(3-3)由手臂垂直向下位置向軀體外側轉動的角度定義為正值，第二肘關節(4)繞第二肘關節(4)的旋轉軸線(4-3)由手臂垂直向下位置向軀體外側轉動的角度定義為正值。
8.根據權利要求7所述的一種仿人型七自由度機械臂，其特征在于所述第一腕關節(5)繞第一腕關節(5)的旋轉軸線(5-3)的旋轉運動范圍為-150° 150°，第二腕關節(6)繞第二腕關節(6)的旋轉軸線(6-3)的俯仰運動范圍為-90° 90°，第三腕關節(7)繞第三腕關節(7)的旋轉軸線(7-3)的側擺運動范圍為-90° 90° ;其中第一腕關節(5)的旋轉角度、第二腕關節(6)的俯仰角度及第三腕關節(7)的側擺角度定義如下手臂垂直向下位置定義為0°，第一腕關節(5)繞第一腕關節(5)的旋轉軸線(5-3)由手臂垂直向下位置向軀體外側轉動的角度定義為正值，第二腕關節(6)繞第二腕關節￠)的旋轉軸線(6-3)由手臂垂直向下位置向軀體前方轉動的角度定義為正值，第三腕關節(7)繞第三腕關節(7)的旋轉軸線(7-3)由手臂垂直向下位置向軀體外側轉動的角度定義為正值。
全文摘要
一種仿人型七自由度機械臂，屬于機器人領域。以解決現有機械臂重量大、負載能力低、靈活性差、集成度低，限制機器人系統末端執行器工作能力進一步提高的問題。第一肩關節與機械臂基座及第一臂桿固連，第一臂桿通過第二肩關節與第二臂桿固連，第二臂桿通過第一肘關節與第三臂桿固連，第三臂桿通過第二肘關節與第四臂桿固連，第四臂桿通過第一腕關節與第五臂桿固連，第五臂桿通過第二腕關節與第六臂桿固連，第六臂桿通過第三腕關節與第七臂桿固連，第七臂桿與機械臂的末端執行器固連；第二肩關節的旋轉軸線與第二肘關節的旋轉軸線空間平行設置；第二腕關節的旋轉軸線與第三腕關節的旋轉軸線正交設置。本發明用于實現機器人系統主體與末端執行器連接。
文檔編號B25J18/04GK102837322SQ20121036369
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月26日 優先權日2012年9月26日
發明者黃剛 申請人:黃剛