[发明专利]安全型机械手臂

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种机器人技术领域的机构，具体地说，是一种安全型机械手臂，尤其适合助残或护理用的机器人机械手臂。

背景技术

现有涉及机器人中有关机械臂机构的传动系统中，大都无机械式过载保护装置。目前，国外一些著名的机器人研究机构如德国航天中心(DLR)的机器人与机械电子研究所正在开展安全型机器人的研究，目的是为了提高未来机器人与人类之间的安全合作，如用于助残或护理的机器人在工作过程中不能对残疾病人有任何伤害的动作，即当机器人与人类之间发生碰撞或误操作引起过大的冲击作用时，安全型能自动减小对人类的撞击力，保护人类不受伤害。

经对现有技术文献的检索发现，中国专利CN02292175.3，发明名称为：多关节仿人型机器人手臂，该技术公开了一种安装在机器人上的机械手臂的结构，它具有多个回转副和摆动副分别组成机械手臂的肩关节、肘关节、腕关节及手爪，该机械手臂能够完成取、放、拧紧、开关等动作。由于该技术中各关节都采用的是刚性传动如齿轮传动或者蜗轮蜗杆传动，传动系统中没有设置过载保护零件，忽略了当机器人在操作过程中若发生碰撞或过载冲击时可能产生的危害，它是一种非安全型机械手臂。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种安全型机械手臂结构。本发明通过在机械臂腰关节内部的传动系统中串联了腰关节扭矩限制器，在肘关节内部的传动系统中串联了肘关节扭矩限制器，当作用在肘关节上的负载力矩过大时，肘关节内部的肘关节扭矩限制器将发生内部打滑作用，从而起到安全保护的作用；当作用在肩关节上的负载力矩过大时，腰关节内部的腰关节扭矩限制器将发生内部打滑作用，从而又起到安全保护的作用。本发明有效地起到了机械臂在发生过载或碰撞等偶然情况下的安全保护作用。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：腰关节、肩关节、肘关节，腕关节、手爪、腰关节扭矩限制器、肘关节扭矩限制器。其中：腰关节、肩关节、肘关节分别具有1个回转摆动自由度，腕关节具有3个正交的回转摆动自由度，手爪具有1个开闭移动自由度。连接关系为：所述肘关节扭矩限制器设置在在肘关节中，所述腰关节扭矩限制器、肘关节扭矩限制器分别限制腰关节、肘关节的最大负载力矩，腰关节连接肩关节，腰关节、肩关节的中心轴线之间互相垂直相交，肩关节连接肘关节，肘关节连接腕关节，肘关节中有两根垂直的中心轴线，其中一根中心轴线与肩关节中心轴线互相垂直相交，肘关节中的另一根中心轴线与肩关节中心轴线互相平行，腕关节的末端连接着手爪。

所述腰关节包括：腰关节壳体、腰关节带编码器的减速直流电机、腰关节电机支座、转轴、腰关节第一轴承座、轴套、腰关节第二轴承座、隔圈、挡板、输出轴套。相互连接关系为：腰关节带编码器的减速直流电机与腰关节电机支座固结，被布置在腰关节壳体内部，腰关节电机支座与腰关节壳体联接，转轴与输出轴套之间键连接，输出轴套用两个滚动轴承支撑在腰关节第一轴承座和腰关节第二轴承座内，轴套安装在输出轴套上，两者之间为过渡配合，分别用于在腰关节第一轴承座和腰关节第二轴承座内的两个滚动轴承的轴向定位，隔圈安装在输出轴套的法兰与腰关节第二轴承座内的滚动轴承之间，隔圈与输出轴套之间也为过渡配合，挡板将输出轴套与转轴的输出端紧连接。

所述腰关节扭矩限制器的一端与腰关节带编码器的减速直流电机的输出轴配合连接，另一端与腰关节中转轴的输入端配合连接。

所述腰关节与腰关节扭矩限制器传动关系为：腰关节带编码器的减速直流电机的输出轴将动力传给腰关节扭矩限制器，腰关节扭矩限制器又将动力传给转轴，转轴通过键连接又将动力传给输出轴套。当腰关节扭矩限制器上作用的负载力矩超过其额定值时，腰关节扭矩限制器的内部将出现打滑，从而一方面可以防止腰关节带编码器的减速直流电机出现过载运行，另一面限制了腰关节的最大负载力矩。