[发明专利]基于改进柔索传动的七自由度拟人形机械臂

说明书

本发明涉及七自由度机械臂，具体的说是基于改进柔索传动的七自由度拟人形机械臂。包括电机箱、大臂、小臂、灵巧手，其中大臂和小臂外装有外壳。机械臂外形和自由度布局与人手臂相似，具有七个自由度。特别地，两根钢丝绳一端固定于主动轮Ⅱ28，中间经过承力软管，另一端固定于从动轮Ⅱ30或从动轮Ⅲ33，从而形成传动关系，这种传动被应用于本发明中的机械臂。通过改进的柔索传动打破了空间对末端关节的限制，实现了驱动电机的后置，使多关节串联系统更加轻量化，具有结构简单、布局灵活、低成本的优点。

技术领域

本发明涉及一种七自由度机械臂，具体的说是一种基于改进柔索传动的七自由度拟人形机械臂。

背景技术

机械臂可以把物体按空间位姿要求移动，已广泛应用于工业生产线之中，但售价普遍较高。高的价格使其应用领域非常受限，然而消费市场对机械臂有着巨大的潜在需求。例如在教育行业，目前各大高校已陆续开设机械臂方面的教学研究课程，相关教学设备的需求量越来越大。在服务行业，对老人的护理、为残疾人士提供假肢和家庭做饭辅助等。这类需求不需要机械臂达到工业领域应用标准，然而目前这块市场仍然缺乏高性价比产品的存在。

应用于工业的机械臂普遍采用永磁同步电机加谐波减速器的形式，两种部件大多依靠进口，致使机械臂售价较高。另一种方案是采用直流电机和行星减速器，但为了设计美观，末端关节受安装空间小的限制，只能采用小型电机和减速器，致使输出力矩小，不能满足实际需要。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种七自由度拟人形机械臂，通过改进的柔索传动打破了空间对末端关节的限制，实现了驱动电机的后置，使多关节串联系统更加轻量化，具有可模块化、结构简单、成本低、易维护的优点。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

基于改进柔索传动的七自由度拟人形机械臂，包括电机箱、大臂、小臂、灵巧手，其中灵巧手安装于小臂末端，大臂外装有大臂外壳上和大臂外壳下，小臂外装有小臂外壳上和小臂外壳下。

优选地，所述机械臂采用仿生设计，机械臂外形和自由度布局与人手臂相似。

优选地，所述外壳下安装有关节一，关节二、关节三、关节四，关节五，关节六和关节七，各关节依次串联，即，关节一安装于电机箱上，关节二安装于关节一上，关节三通过关节三四连接件与关节二连接，关节四安装于关节三上，关节五安装于关节四上，关节六安装于关节五上，关节七安装于关节六上。

优选地，所述机械臂由两类关节组成，其中关节一、关节三和关节五属于类关节，关节二、关节四、关节六和关节七属于B类关节。

优选地，所述机械臂有七个关节，即具有七个自由度。

优选地，所述机械臂中主动轮Ⅰ上按顺时针与逆时针方向分别缠绕并固定有钢丝绳Ⅰ和钢丝绳Ⅱ，两根钢丝绳经过承力软管挡板Ⅰ后分别经过承力软管Ⅰ和承力软管Ⅱ，然后经过承力软管挡板Ⅱ后固定于从动轮Ⅰ上。当主动轮转动时，从动轮会跟随运动，这种传动方式被应用于本发明中的机械臂。

优选地，所述承力软管挡板Ⅰ和承力软管挡板Ⅱ可以作为单独构件，也可以与其它构件加工在一起。

优选地，所述电机箱中安装有电机、减速器、电机安装板、主动轮Ⅱ和承力软管挡板Ⅲ，电机与减速器安装在一起，减速器安装于电机安装板上，主动轮Ⅱ安装于减速器输出轴上，两根钢丝绳固定于主动轮Ⅱ上，按不同方向缠绕后经承力软管挡板Ⅲ进入承力软管。

优选地，所述A类关节中，两根钢丝绳固定于从动轮Ⅱ上，按不同方向缠绕后经转向滑轮变向，然后经承力软管挡板后进入承力软管。

优选地，所述B类关节中，两根钢丝绳固定于从动轮Ⅲ上，按不同方向缠绕后经关节底座进入承力软管，从动轮Ⅲ与连接件安装在一起。