本發明屬于仿人機器人領域，具體涉及一種基于直流電機驅動下的仿人機械臂。

背景技術：

現有的市場上流行的仿人服務機器人機械臂大多具有較少的自由度，且結構較為龐大、與人體機構尺寸相差較大；這種機構可以有效的解決仿人服務機器人機械臂的自由度少、機構尺寸過大的問題，且整體結構簡單，加工成本低廉。

技術實現要素：

為了解決現有技術中的仿人服務機器人機械臂的自由度少的問題，本發明提供了一種基于直流電機驅動下的仿人機械臂。本發明要解決的技術問題通過以下技術方案實現：

一種基于直流電機驅動下的仿人機械臂，包括：肩部關節、肘部關節及小臂關節，所述肩部關節通過肘部關節與小臂關節連接；

所述肩部關節包括：由旋轉電機提供動力的小直齒圓柱齒輪軸、與小直齒圓柱齒輪軸配合的大直齒圓柱齒輪、設置在肩部承重件上的小直齒圓錐齒輪軸以及與小直齒圓錐齒輪配合的大直齒圓錐齒輪軸，所述大直齒圓柱齒輪固定在肩膀承重件的外壁上，所述小直齒圓錐齒輪軸的末端與脹套聯軸器連接；

所述大直齒圓錐齒輪軸的一端通過大錐齒輪跨式固定件對其進行軸向及徑向固定支撐；所述大直齒圓錐齒輪軸的另一端依次穿過肩膀承重件的內腔、胸腔固定件后與回轉電機連接，所述肩部承重件與所述肩膀承重件固定連接；所述回轉電機固定在為所述回轉電機提供支撐的回轉電機固定板上；所述小直齒圓柱齒輪軸的末端通過剛性聯軸器與旋轉電機連接，所述旋轉電機固定在旋轉固定件上；

所述肘部關節包括內置于肘部電機殼中的肘部電機，肘部電機與脹套聯軸器固定連接,肘部電機的輸出軸與肘部小斜齒圓錐齒輪軸通過脹套聯軸器固定連接,肘關節上部連接件的一端與肘部電機殼固定連接，肘關節上部連接件的另一端與肘關節中間件連接，肘部中心軸的一端穿過肘關節上部連接件后與大斜齒圓錐齒輪連接，肘部中心軸的另一端與肘部軸承固定件連接，肘關節中間件內部通過肘部中心軸和彈性擋圈固定一深溝球軸承,肘部中心軸右側與大錐齒輪固定連接,肘部中心軸左側與彈性擋圈固定一深溝球軸承于肘部軸承固定件中；

所述小臂關節包括固定于小臂旋轉電機殼中的小臂旋轉電機，所述小臂旋轉電機殼的上部與肘部軸承固定件連接，所述小臂旋轉電機殼的下端設有小臂承重件，所述小臂旋轉電機殼的上部還連接一大錐齒輪連接件，小臂旋轉電機與小臂旋轉電機軸聯軸器固定連接，小臂旋轉電機軸聯軸器的末端與小臂脹套聯軸器固定連接，小臂脹套聯軸器的末端與手掌連接件固定連接，小臂承重件與小臂旋轉電機軸聯軸器活動連接。

上述的一種基于直流電機驅動下的仿人機械臂，所述大直齒圓柱齒輪通過深溝球軸承固定在肩膀承重件的外壁上，所述深溝球軸承內部設有彈性擋圈。

上述的一種基于直流電機驅動下的仿人機械臂，肩部關節與肘部關節通過脹套聯軸器過盈配合，使肘部電機后蓋與小直齒錐齒輪軸連接固定。

上述的一種基于直流電機驅動下的仿人機械臂，手掌連接件通過小臂脹套聯軸器與小臂旋轉電機聯軸器連接，將手掌連接件的重離傳遞至小臂旋轉電機聯軸器；小臂旋轉電機聯軸器與小臂承重件的內孔之間設有與小臂旋轉電機聯軸器配合的深溝球軸承，該深溝球軸承將小臂旋轉電機聯軸器上的重力轉移到小臂軸承承重件上，小臂軸承承重件與小臂旋轉電機殼連接，所述小臂軸承承重件將重力傳遞到小臂旋轉電機殼上。

本發明的有益效果：

本發明通過結構的仿生設計，結構間的合理連接和配合，動力機構間的有效搭配，成功的實現了仿人機器人機械臂較大運動范圍的運動性能，此結構科學合理，功能完善，機構性能穩定，便于生產調試。

以下將結合附圖及實施例對本發明做進一步詳細說明。

附圖說明

圖1為本發明的整體結構圖。

圖2為本發明的肩部結構圖。

圖3為本發明的肘部與小臂結構圖。

具體實施方式

為進一步闡述本發明達成預定目的所采取的技術手段及功效，以下結合附圖及實施例對本發明的具體實施方式、結構特征及其功效，詳細說明如下。

本實施例要解決的問題是提供一種基于直流電機驅動下的仿人機械臂結構，與傳統仿人機器人機械臂機構相比，該機構具有結構簡單，大小尺寸接近人體尺寸，運行平穩，功能完善，結構性能穩定，便于裝配調整等優點。參照圖1、圖2和圖3，本實施例采用的技術方案是：

一種基于直流電機驅動下的仿人機械臂，包括：

一肩部關節，肩部關節包括一對直齒圓柱齒輪1和46，小直齒圓柱齒輪46以齒輪軸的形式呈現，小直齒圓柱齒輪46以懸臂式固定方式固定，在固定支撐端首先通過深溝球軸承和軸肩，彈性擋圈的配合對齒輪軸進行軸向及徑向固定，齒輪的末端通過剛性聯軸器15與旋轉電機14固定連接，旋轉電機14通過旋轉固定件16與螺釘的配合進行固定，大直齒圓柱齒輪1在其左側與肩膀承重件6通過螺釘固定，在大直齒圓柱齒輪1內部，通過彈性擋圈，軸肩對深溝球軸承進行固定。大直齒圓錐齒輪1以齒輪軸形式呈現，大直齒圓錐齒輪47采用跨式固定方式固定，在大直齒圓錐齒輪的左側，設置有結構內孔，在內孔中固定深溝球軸承，深溝球左側通過相應的彈性擋圈固定，大錐齒輪跨式固定件45的軸、內伸與大錐齒輪47內孔通過軸肩對大直齒圓錐齒輪47進行軸向及徑向固定支撐，大直齒圓錐齒輪47的另一端內穿于大圓柱齒輪1內孔后再通過深溝球軸承，彈性擋圈固定于胸腔固定件10中，在大直齒圓錐齒輪47的末端通過螺釘與法蘭盤18固定連接，回轉電機17直接與法蘭盤18固定連接，回轉電機17與回轉電機固定板19通過螺釘固定連接，對回轉電機進行固定支撐。小直齒圓柱齒輪46也以齒輪軸的形式呈現，在小直齒圓錐齒輪2中部，肩部承重件4內部通過彈性擋圈固定一角接觸球軸承，小直齒圓錐齒輪2通過軸肩在豎直方向上將重力卸載于角接觸球軸承的內環面上，肩部承重件4通過螺栓與肩膀承重件6固定連接。小直齒錐齒輪2末端與z11型脹套聯軸器37連接；

一肘部關節，肘部關節，包括一肘部電機21，肘部電機21內置于肘部電機殼7中，在肘部電機21的首端通過沉頭螺釘與肘部電機殼7固定，在末端通過螺釘與肘部電機后蓋38固定，肘部電機殼7與肘部電機后蓋38共同配合限制肘部電機的軸向，徑向移動,肘部電機后蓋38與肩部關節中的脹套聯軸器37通過緊配合連接,肘部電機21的輸出軸與肘部小斜齒圓錐齒輪軸20通過z11型脹套聯軸器22連接固定,大斜齒圓錐齒輪48通過螺釘與大錐齒輪連接件32固定,肘關節上部連接件23通過螺釘與肘部電機殼7連接固定,在肘關節上部連接件23的下端通過螺釘與肘關節中間件24連接,在肘關節中間件24內部通過肘部中心軸26、彈性擋圈、固定一深溝球軸承,肘部中心軸26右側通過螺釘與大錐齒輪48固定連接,左側與彈性擋圈固定一深溝球軸承于肘部軸承固定件31中;

一小臂關節,包括小臂旋轉電機34,小臂旋轉電機34固定于小臂旋轉電機殼33中,小臂旋轉電機殼33上部通過螺釘分別與肘部軸承固定件31,大錐齒輪連接件32固定連接,小臂旋轉電機34輸出軸與小臂旋轉電機軸聯軸器39通過頂絲固定,聯軸器39末端與小臂脹套聯軸器42固定連接,小臂脹套聯軸器42末端再通過緊配合與手掌連接件43固定連接,小臂承重件41通過內孔與小臂旋轉電機輸出軸聯軸器39配合固定一深溝球軸承,小臂承重件41末端與小臂旋轉電機殼33通過螺釘固定連接。

整個機械臂在四個直流電機及錐齒輪與圓柱齒輪的配合下以及各個構件不同的連接方式和配合實現了肩部的兩個自由度，肘部一個自由度，小臂一個自由度，通過四個直流電機提供動能，兩對錐齒輪和一對圓柱齒輪的嚙合配合傳動，使此機械臂在較小的結構設計空間下達到較多的運動空間范圍，完成仿人服務機器人所需求的運動能力。

一肩部關節，肩部關節包括一對直齒圓柱齒輪，小直齒圓柱齒輪以齒輪軸的形式呈現，小直齒圓柱齒輪以懸臂式固定方式固定，在固定支撐端首先通過深溝球軸承和軸肩，彈性擋圈的配合對齒輪軸進行軸向及徑向固定，齒輪的末端通過剛性聯軸器與旋轉電機固定連接，旋轉電機通過旋轉固定件與螺釘的配合進行固定，大直齒圓柱齒輪在其左側與肩膀承重件通過螺釘固定，在大直齒圓柱齒輪內部，通過彈性擋圈，軸肩對深溝球軸承進行固定。大直齒圓錐齒輪以齒輪軸形式呈現，在大直齒圓錐齒輪采用跨式固定方式固定，在大直齒圓錐齒輪的左側，設置有結構內孔，在內孔中固定深溝球軸承，深溝球左側通過相應的彈性擋圈固定，大錐齒輪跨式固定件的軸內伸與大錐齒輪內孔，通過軸肩對圓錐齒輪進行軸向及徑向固定支撐，大錐齒輪軸的另一端內穿大圓柱齒輪內孔后再通過深溝球軸承，彈性擋圈固定于胸腔固定件中，在齒輪軸的末端通過螺釘與法蘭盤固定連接，回轉電機直接與法蘭盤固定連接，回轉電機與回轉電機固定板通過螺釘固定連接，對回轉電機進行固定支撐。小直齒圓柱齒輪也以齒輪軸的形式呈現，在小直齒圓錐齒輪軸中部，肩部承重件內部通過彈性擋圈固定一角接觸球軸承，小直齒圓錐齒輪軸通過軸肩在豎直方向上將重力卸載于角接觸球軸承的內環面上，肩部承重件通過螺栓與肩膀承重件固定連接。小直齒錐齒輪軸末端與z11型脹套聯軸器連接；

一肘部關節，肘部關節包括一肘部電機，肘部電機內置于肘部電機殼中，在肘部電機的首端通過沉頭螺釘與肘部電機殼固定，在末端通過螺釘與肘部電機后蓋固定，肘部電機殼與肘部電機后蓋共同配合限制肘部電機的軸向，徑向移動,肘部電機后蓋與肩部關節中的脹套聯軸器通過緊配合連接,肘部電機軸與肘部小斜齒圓錐齒輪軸通過z11型脹套聯軸器連接固定,大斜齒圓錐齒輪通過螺釘與大錐齒輪連接件固定,肘關節上部連接件通過螺釘與肘部電機殼連接固定,在肘關節上部連接件的下端通過螺釘與肘關節中間件連接,在軸關節中間件內部,通過肘部中心軸,彈性擋圈固定一深溝球軸承,肘部中心軸右側通過螺釘與大錐齒輪固定連接,左側與彈性擋圈固定一深溝球軸承于肘部軸承固定件中;

一小臂關節,包括小臂旋轉電機,小臂旋轉電機固定于小臂電機殼中,小臂旋轉電機殼上部通過螺釘分別于肘部軸承固定件,大錐齒輪連接件固定連接,小臂旋轉電機軸與小臂旋轉電機聯軸器通過頂絲固定,聯軸器末端與小臂脹套聯軸器固定連接,小臂脹套聯軸器末端再通過緊配合與手掌連接件固定連接,小臂承重件通過內孔與小臂旋轉電機輸出軸聯軸器配合固定一深溝球軸承,小臂承重件末端與小臂旋轉電機殼通過螺釘固定連接。

在一些實施方式中，其中肩部大圓錐齒輪內置于大直齒圓柱齒輪內，回轉電機通過法蘭盤直接驅動大圓錐齒輪旋轉，嚙合小圓錐齒輪，旋轉電機通過聯軸器直接驅動小直齒圓柱齒輪與大直齒圓柱齒輪嚙合。

在一些實施方式中，其中：肩部關節的旋轉運動與回轉運動通過結構內部的深溝球軸承的配合，是旋轉運動與回轉運動具有相互獨立的運動形式。

在一些實施方式中，其中：肩部關節與肘部關機的過度連接部分采用脹套聯軸器，通過緊配合，使肘部電機后蓋與小直齒錐齒輪軸連接固定。

在一些實施方式中，其中：手掌連接件的重量通過小臂脹套聯軸器傳遞到小臂旋轉電機聯軸器上，小臂旋轉電機聯軸器又通過與之配合的深溝球軸承將重力轉移到小臂軸承承重件上，而小臂軸承承重件又將重力傳遞到小臂旋轉電機殼上。

通過上述技術方案，本實施例的有益效果是：

本實施例各個構件不同的連接方式和配合實現了肩部的兩個自由度，肘部一個自由度，小臂一個自由度，通過四個直流電機提供動能，兩對錐齒輪和一對圓柱齒輪的嚙合配合傳動，使此機械臂在較小的結構設計空間下達到較多的運動空間范圍，完成仿人服務機器人所需求的運動能力。

本實施例公開了一種基于直流電機驅動下的仿人機械臂的機構設計。包括肩部關節組件，肘部關節組件和小臂關節組件，其中肩部關節的兩個自由度可以解決仿人機器人肩部運動的靈活性問題，肘部關節通過直流電機與一對斜齒圓錐齒輪的配合，十分貼近的模擬了人類肘部關節的運動特性，小臂關節采用脹套聯軸器與角接觸球軸承、聯軸器的配合下、在提供仿人機器人小臂關節旋轉運動特性的性能下，將小臂下部構件的重量轉移到電機小臂旋轉電機殼上，解決了電機軸不受軸向與徑向力的問題。所述機械臂具有結構簡單，運行平穩，經濟實用，綠色環保，空間結構體接近人體手臂，便于生產裝配等優點。

本實施例具有功能完善到位，機構簡單，目的性強，運動平穩，機構性能穩定，便于裝配調整等優點。

本實施例通過結構的仿生設計，結構間的合理連接和配合，動力機構間的有效搭配，成功的實現了仿人機器人機械臂較大運動范圍的運動性能，此結構科學合理，功能完善，機構性能穩定，便于生產調試。

本實施例各個構件不同的連接方式和配合實現了肩部的兩個自由度，肘部一個自由度，小臂一個自由度，通過四個直流電機提供動能，兩對錐齒輪和一對圓柱齒輪的嚙合配合傳動，使此機械臂在較小的結構設計空間下達到較多的運動空間范圍，完成仿人服務機器人所需求的運動能力。并且，本實施例具有功能完善到位，機構簡單，目的性強，運動平穩，機構性能穩定，便于裝配調整等優點。

以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發明的保護范圍。