[发明专利]一种腕关节及其机械臂

说明书

本发明公开了一种腕关节及其机械臂，所述腕关节包括：球关节、关节槽、螺杆、万向联轴器、螺杆驱动机构、蜗轮及蜗杆；所述球关节为中空的球缺状结构；所述关节槽为圆柱状结构，且其顶部端面加工有与所述球关节配合的球槽，每个螺杆的顶端分别与对应的万向联轴器的一端连接，该万向联轴器的另一端通过连接部件活动连接在所述球关节的开口端上；每个螺杆的底端分别与对应的螺杆驱动机构连接，所述螺杆驱动机构安装在关节槽的底部端面上；所述蜗轮同轴安装在关节槽的底部端面上；本发明依据人体关节的仿生原理作为理论支撑，最大优化关节的设计，实现了三自由度的转动，降低结构复杂性，增强了关节的控制精度，增强了机械臂的稳定性。

技术领域

本发明属于智能机器人技术领域，具体涉及一种腕关节及其机械臂。

背景技术

机械臂在生产、生活中已得到广泛的应用。传统的机械臂结构复杂，不够紧凑，关节处设计复杂，自由度受限，从而使得机械臂在使用过程中受到很大的局限。而机械臂的腕关节一般需要三个自由度，目前常见的设计是由三个具有单一方向绕动的机械关节组合，以实现机械臂在空间上的移动，因此，现有的腕关节存在结构复杂、控制精度低，转动位置不精确等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种腕关节及其机械臂，依据人体关节的仿生原理作为理论支撑，最大优化关节的设计，实现了三自由度的转动，降低结构复杂性，增强了关节的控制精度，增强了机械臂的稳定性。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种腕关节，包括：球关节、关节槽、螺杆、万向联轴器、螺杆驱动机构、蜗轮及蜗杆；

所述球关节为中空的球缺状结构，即球壳被一个平面所截取部分后剩下的部分，且球关节的体积大于1/2所述球壳的体积；所述球关节的平面为开口；

所述关节槽为圆柱状结构，且其顶部端面加工有与所述球关节配合的球槽，底部端面延伸出环形外沿；所述环形外沿上加工有沿其周向均匀分布的通孔；所述关节槽的球槽内径大于所述球关节的外径；

两个以上螺杆分别一一对应穿过所述通孔；每个螺杆的顶端分别与对应的万向联轴器的一端连接，该万向联轴器的另一端通过连接部件活动连接在所述球关节的开口端上；每个螺杆的底端分别与对应的螺杆驱动机构连接，所述螺杆驱动机构安装在关节槽的底部端面上，用于驱动螺杆沿所述通孔的轴向上下移动；当所述螺杆沿所述通孔的轴向上下移动时，球关节的球心位置会发生偏移，即球关节在所述关节槽的球槽内转动；

所述蜗轮同轴安装在关节槽的底部端面上，且蜗轮与关节槽同步转动；所述蜗杆与蜗轮啮合，并与外部的驱动装置连接，所述驱动装置用于驱动所述蜗杆转动；当蜗杆转动时，蜗杆带动蜗轮转动，进而带动关节槽随蜗轮同步转动，即球关节绕所述关节槽的轴线转动。

进一步的，所述连接部件包括：连接卡和弹簧杆；

所述球关节的开口端设有两个以上沿其周向均匀分布的支耳，所述弹簧杆安装在所述支耳内，所述弹簧杆的两端分别设有可伸缩的伸缩杆；

所述连接卡的一端与万向联轴器上螺杆所在端的相对端连接；连接卡的另一端与弹簧杆连接，实现万向联轴器与球关节的开口端的活动连接；

其中，所述连接卡与弹簧杆的连接方式为：当弹簧杆两端的伸缩杆伸出时，插入到连接卡上加工的连接孔内，实现二者的连接；当弹簧杆两端的伸缩杆收回时，从连接卡上的连接孔拔出，实现二者的分离。

进一步的，所述螺杆驱动机构包括：电机、主动齿轮、空心齿轮及齿轮盖；

所述空心齿轮上加工有与所述螺杆配合的内螺纹；

所述空心齿轮套装在螺杆伸出于关节槽部分的外部，且空心齿轮与螺杆螺纹配合；主动齿轮与空心齿轮啮合，所述齿轮盖通过焊接固定在关节槽的底部端面上，并盖装在齿轮组外部，实现对空心齿轮轴向限位；电机安装在齿轮盖上，电机的输出轴穿过齿轮盖后，与主动齿轮同轴连接。