專利名稱：一種六自由度機(jī)器人靈巧手臂的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)器人手臂。
背景技術(shù)：
機(jī)器人手臂是機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)大范圍宏操作的重要工具，對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)的作業(yè)能 力、作業(yè)水平具有重要的影響。特別是近年來(lái)發(fā)展迅速的服務(wù)機(jī)器人、特種操作機(jī)器人等， 對(duì)操作手臂提出了更高的要求。目前市場(chǎng)上成熟的機(jī)器人手臂，具有重量大、集成度低等問(wèn) 題，限制了靈巧手與機(jī)器人系統(tǒng)的集成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種六自由度機(jī)器人靈巧手臂，以解決現(xiàn)有機(jī)器人手臂重量 大、集成度低，限制了靈巧手與機(jī)器人系統(tǒng)集成的問(wèn)題。 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采取的技術(shù)方案是本發(fā)明的手臂由第一肩關(guān)節(jié)、第 二肩關(guān)節(jié)、第一肘關(guān)節(jié)、第二肘關(guān)節(jié)、兩自由度腕關(guān)節(jié)、基座、第一肩關(guān)節(jié)連接件、第二肩關(guān) 節(jié)連接件、上臂、第一肘關(guān)節(jié)連接件、第二肘關(guān)節(jié)連接件、前臂、第一肩關(guān)節(jié)電路板、第二肩 關(guān)節(jié)電路板、第一肘關(guān)節(jié)電路板、第二肘關(guān)節(jié)電路板、腕關(guān)節(jié)電路板和多根導(dǎo)線組成，所述 上臂和前臂均設(shè)有內(nèi)腔；第一肩關(guān)節(jié)的第一固定端與基座相連接，第一肩關(guān)節(jié)的第一輸出 端通過(guò)第一肩關(guān)節(jié)連接件與第二肩關(guān)節(jié)的第二輸出端連接，第二肩關(guān)節(jié)的第二固定端通過(guò) 第二肩關(guān)節(jié)連接件與上臂的上端連接，上臂的下端通過(guò)第一肘關(guān)節(jié)連接件與第一肘關(guān)節(jié)的 第三固定端連接，第一肘關(guān)節(jié)的第三輸出端通過(guò)第二肘關(guān)節(jié)連接件與第二肘關(guān)節(jié)的第四輸 出端連接，第二肘關(guān)節(jié)的第四固定端與前臂的上端連接，前臂的下端與兩自由度腕關(guān)節(jié)連 接；第一肩關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)中心軸線、第二肘關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)中心軸線及兩自由度腕關(guān)節(jié)的側(cè)擺中 心軸線三者在同一平面內(nèi)，且均與第二肩關(guān)節(jié)的俯仰中心軸線、第一肘關(guān)節(jié)的俯仰中心軸 線及兩自由度腕關(guān)節(jié)的俯仰中心軸線垂直；第一肩關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)中心軸線與第二肩關(guān)節(jié)的 俯仰中心軸線正交，兩自由度腕關(guān)節(jié)的側(cè)擺中心軸線與兩自由度腕關(guān)節(jié)的俯仰中心軸線正 交，第二肘關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)中心軸線與第一肘關(guān)節(jié)的俯仰中心軸線、兩自由度腕關(guān)節(jié)的俯仰中 心軸線及兩自由度腕關(guān)節(jié)的側(cè)擺中心軸線正交；第一肩關(guān)節(jié)電路板固裝在基座與第二肩 關(guān)節(jié)相鄰一側(cè)端面上，第二肩關(guān)節(jié)電路板靠近第二肩關(guān)節(jié)設(shè)置且與上臂的上端固接，第一 肘關(guān)節(jié)電路板靠近第一肘關(guān)節(jié)設(shè)置且與上臂的下端固接，第二肘關(guān)節(jié)電路板和腕關(guān)節(jié)電路 板均固裝在前臂上，第一肩關(guān)節(jié)電路板的輸出端與第二肩關(guān)節(jié)電路板的輸入端之間、第二 肩關(guān)節(jié)電路板的輸出端與第一肘關(guān)節(jié)電路板的輸入端之間、第一肘關(guān)節(jié)電路板的輸出端與 第二肘關(guān)節(jié)電路板的輸入端之間、第二肘關(guān)節(jié)電路板的輸出端與腕關(guān)節(jié)電路板的輸入端之 間、第一肩關(guān)節(jié)的第一輸出端與第一肩關(guān)節(jié)的第一電氣系統(tǒng)之間、第一肩關(guān)節(jié)的第一固定 端與第一肩關(guān)節(jié)的第一電氣系統(tǒng)之間、第二肩關(guān)節(jié)的第二輸出端與第二肩關(guān)節(jié)的第二電氣 系統(tǒng)之間、第二肩關(guān)節(jié)的第二固定端與第二肩關(guān)節(jié)的第二電氣系統(tǒng)之間、第一肘關(guān)節(jié)的第 三輸出端與第一肘關(guān)節(jié)的第三電氣系統(tǒng)之間、第一肘關(guān)節(jié)的第三固定端與第一肘關(guān)節(jié)的第三電氣系統(tǒng)之間、第二肘關(guān)節(jié)的第四輸出端與第二肘關(guān)節(jié)的第四電氣系統(tǒng)之間及第二肘關(guān) 節(jié)的第四固定端與第二肘關(guān)節(jié)的第四電氣系統(tǒng)之間分別通過(guò)導(dǎo)線連接。 本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、重量輕、集成度高、可靠性高的 優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)肩關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)和俯仰、肘關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)和俯仰以及腕關(guān)節(jié)的側(cè)擺和俯 仰運(yùn)動(dòng)；采用各連接件、上臂和前臂將各模塊化關(guān)節(jié)相互連接構(gòu)成機(jī)械臂，同時(shí)設(shè)置了各關(guān) 節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍，實(shí)現(xiàn)了靈巧手臂與人手臂相近的工作空間；關(guān)節(jié)電路板集成在靠近關(guān)節(jié)的 基座、上臂及前臂上，采用關(guān)節(jié)上臂及前臂內(nèi)腔走線的方式，實(shí)現(xiàn)手腕及各關(guān)節(jié)間的串行電 氣連接。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)主視圖，圖2是圖1的右視圖，圖3是本發(fā)明的機(jī)械臂各 關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍主視圖，圖4是圖3的右視圖，圖5是圖4的仰視圖，圖6是各關(guān)節(jié)間的機(jī) 械連接結(jié)構(gòu)主視圖，圖7是圖6的右視圖，圖8是各關(guān)節(jié)電路板布置位置軸測(cè)圖(主視)，圖 9是各關(guān)節(jié)電路板布置位置軸測(cè)圖(后視)，圖10a-圖10c是各關(guān)節(jié)與電路板之間的走線 圖(其中圖10a是第一導(dǎo)線15從第一肩關(guān)節(jié)電路板14-1的輸出端引出，繞過(guò)基座6后從 第一肩關(guān)節(jié)1的第一軸向中心孔1-5穿過(guò)的走線圖，圖10b是導(dǎo)線15繞過(guò)第一肩關(guān)節(jié)連接 件7后穿過(guò)第二肩關(guān)節(jié)2的第二軸向中心孔2-5的走線圖，圖10c是導(dǎo)線15繞過(guò)第二肩關(guān) 節(jié)連接件8后向下走線，最后從前臂12的側(cè)壁引出的走線圖)，圖11是第一肩關(guān)節(jié)1或第 二肩關(guān)節(jié)2的主視結(jié)構(gòu)圖，圖12是第一肘關(guān)節(jié)3或第二肘關(guān)節(jié)4的主視結(jié)構(gòu)圖，圖13是第 一肩關(guān)節(jié)1或第二肩關(guān)節(jié)2的主視剖視圖，圖14是第一肘關(guān)節(jié)3或第二肘關(guān)節(jié)4的主視剖 視圖。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一 結(jié)合圖1-圖14說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的手臂由第一肩關(guān) 節(jié)1、第二肩關(guān)節(jié)2、第一肘關(guān)節(jié)3、第二肘關(guān)節(jié)4、兩自由度腕關(guān)節(jié)5、基座6、第一肩關(guān)節(jié)連 接件7、第二肩關(guān)節(jié)連接件8、上臂9、第一肘關(guān)節(jié)連接件10、第二肘關(guān)節(jié)連接件11、前臂12、 第一肩關(guān)節(jié)電路板14-1、第二肩關(guān)節(jié)電路板14-2、第一肘關(guān)節(jié)電路板14-3、第二肘關(guān)節(jié)電 路板14-4、腕關(guān)節(jié)電路板14-5和多根導(dǎo)線15組成，所述上臂9和前臂12均設(shè)有內(nèi)腔；第 一肩關(guān)節(jié)1的第一固定端1-3與基座6相連接，第一肩關(guān)節(jié)1的第一輸出端l-4通過(guò)第一 肩關(guān)節(jié)連接件7與第二肩關(guān)節(jié)2的第二輸出端2-4連接，第二肩關(guān)節(jié)2的第二固定端2-3 通過(guò)第二肩關(guān)節(jié)連接件8與上臂9的上端連接，上臂9的下端通過(guò)第一肘關(guān)節(jié)連接件10與 第一肘關(guān)節(jié)3的第三固定端3-3連接，第一肘關(guān)節(jié)3的第三輸出端3-4通過(guò)第二肘關(guān)節(jié)連 接件11與第二肘關(guān)節(jié)4的第四輸出端4-4連接，第二肘關(guān)節(jié)4的第四固定端4-3與前臂12 的上端連接，前臂12的下端與兩自由度腕關(guān)節(jié)5連接；第一肩關(guān)節(jié)1的旋轉(zhuǎn)中心軸線1-1、 第二肘關(guān)節(jié)4的旋轉(zhuǎn)中心軸線4-1及兩自由度腕關(guān)節(jié)5的側(cè)擺中心軸線5-2三者在同一平 面內(nèi)，且均與第二肩關(guān)節(jié)2的俯仰中心軸線2-l、第一肘關(guān)節(jié)3的俯仰中心軸線3-1及兩自 由度腕關(guān)節(jié)5的俯仰中心軸線5-1垂直；第一肩關(guān)節(jié)1的旋轉(zhuǎn)中心軸線1-1與第二肩關(guān)節(jié) 2的俯仰中心軸線2-1正交，兩自由度腕關(guān)節(jié)5的側(cè)擺中心軸線5-2與兩自由度腕關(guān)節(jié)5的 俯仰中心軸線5-1正交，第二肘關(guān)節(jié)4的旋轉(zhuǎn)中心軸線4-1與第一肘關(guān)節(jié)3的俯仰中心軸線3-l、兩自由度腕關(guān)節(jié)5的俯仰中心軸線5-1及兩自由度腕關(guān)節(jié)5的側(cè)擺中心軸線5-2正 交；第一肩關(guān)節(jié)電路板14-1固裝在基座6與第二肩關(guān)節(jié)2相鄰一側(cè)端面上，第二肩關(guān)節(jié)電 路板14-2靠近第二肩關(guān)節(jié)2設(shè)置且與上臂9的上端固接，第一肘關(guān)節(jié)電路板14-3靠近第 一肘關(guān)節(jié)3設(shè)置且與上臂9的下端固接，第二肘關(guān)節(jié)電路板14-4和腕關(guān)節(jié)電路板14-5均 固裝在前臂12上，第一肩關(guān)節(jié)電路板14-1的輸出端與第二肩關(guān)節(jié)電路板14-2的輸入端之 間、第二肩關(guān)節(jié)電路板14-2的輸出端與第一肘關(guān)節(jié)電路板14-3的輸入端之間、第一肘關(guān)節(jié) 電路板14-3的輸出端與第二肘關(guān)節(jié)電路板14-4的輸入端之間、第二肘關(guān)節(jié)電路板14-4的 輸出端與腕關(guān)節(jié)電路板14-5的輸入端之間、第一肩關(guān)節(jié)1的第一輸出端1-4與第一肩關(guān)節(jié) 1的第一電氣系統(tǒng)1-10之間、第一肩關(guān)節(jié)1的第一固定端1-3與第一肩關(guān)節(jié)1的第一電氣 系統(tǒng)1-10之間、第二肩關(guān)節(jié)2的第二輸出端2-4與第二肩關(guān)節(jié)2的第二電氣系統(tǒng)2-10之 間、第二肩關(guān)節(jié)2的第二固定端2-3與第二肩關(guān)節(jié)2的第二電氣系統(tǒng)2-10之間、第一肘關(guān) 節(jié)3的第三輸出端3-4與第一肘關(guān)節(jié)3的第三電氣系統(tǒng)3-10之間、第一肘關(guān)節(jié)3的第三固 定端3-3與第一肘關(guān)節(jié)3的第三電氣系統(tǒng)3-10之間、第二肘關(guān)節(jié)4的第四輸出端4-4與第 二肘關(guān)節(jié)4的第四電氣系統(tǒng)4-10之間及第二肘關(guān)節(jié)4的第四固定端4-3與第二肘關(guān)節(jié)4 的第四電氣系統(tǒng)4-10之間分別通過(guò)導(dǎo)線15連接。
具體實(shí)施方式
二 結(jié)合圖10a-圖10c說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的第一肩關(guān)節(jié) 電路板14-1的輸出端與第二肩關(guān)節(jié)電路板14-2的輸入端之間的走線路徑是導(dǎo)線15繞過(guò) 基座6從第一肩關(guān)節(jié)1的第一軸向中心孔1-5穿過(guò)，并繞過(guò)肩關(guān)節(jié)連接件7，再穿過(guò)第二肩 關(guān)節(jié)2的第二軸向中心孔2-5及繞過(guò)第二肩關(guān)節(jié)連接件8，穿入上臂9的內(nèi)腔，從上臂9的 側(cè)壁中間位置穿出連接至第二肩關(guān)節(jié)電路板14-2的輸入端；第一肘關(guān)節(jié)電路板14-3的輸 出端與第二肘關(guān)節(jié)電路板14-4的輸入端之間的走線路徑是導(dǎo)線15從上臂9的側(cè)壁穿入， 沿上臂9的內(nèi)腔走線，繞過(guò)第一肘關(guān)節(jié)連接件10，穿過(guò)第一肘關(guān)節(jié)3的第三軸向中心孔3-5 并繞過(guò)第二肘關(guān)節(jié)連接件11 ，再穿過(guò)第二肘關(guān)節(jié)4的第四軸向中心孔4-5進(jìn)入前臂12的內(nèi) 腔中，最后從前臂12的側(cè)壁引出連接至第二肘關(guān)節(jié)電路板14-4。如此設(shè)置，避免關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng) 引起導(dǎo)線的纏繞。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖1、圖2、圖13和圖14說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的第 一肩關(guān)節(jié)1的第一輸出端l-4與第一肩關(guān)節(jié)1的第一電氣系統(tǒng)l-10之間的走線路徑是導(dǎo) 線15從第一肩關(guān)節(jié)1的第一輸出端1-4引出穿過(guò)第一肩關(guān)節(jié)1的第一軸向中心孔1-5與 第一肩關(guān)節(jié)1的第一電氣系統(tǒng)1-10連接；第二肩關(guān)節(jié)2的第二輸出端2-4與第二肩關(guān)節(jié)2 的第二電氣系統(tǒng)2-10之間的走線路徑是導(dǎo)線15從第二肩關(guān)節(jié)2的第二輸出端2-4引出 穿過(guò)第二肩關(guān)節(jié)2的第二軸向中心孔2-5與第二肩關(guān)節(jié)2的第二電氣系統(tǒng)2-10連接；第一 肘關(guān)節(jié)3的第三輸出端3-4與第一肘關(guān)節(jié)3的第三電氣系統(tǒng)3-10之間的走線路徑是導(dǎo)線 15從第一肘關(guān)節(jié)3的第三輸出端3-4引出穿過(guò)第一肘關(guān)節(jié)3的第三軸向中心孔3-5與第一 肘關(guān)節(jié)3的第三電氣系統(tǒng)3-10連接；第二肘關(guān)節(jié)4的第四輸出端4-4與第二肘關(guān)節(jié)4的第 四電氣系統(tǒng)4-10之間的走線路徑是導(dǎo)線15從第二肘關(guān)節(jié)4的第四輸出端4-4引出穿過(guò) 第二肘關(guān)節(jié)4的第四軸向中心孔4-5與第二肘關(guān)節(jié)4的第四電氣系統(tǒng)4-10連接。如此設(shè) 置，避免關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)引起導(dǎo)線的纏繞。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四結(jié)合圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的第二肩關(guān)節(jié)2的第二肩 關(guān)節(jié)俯仰中心軸線2-1與第一肘關(guān)節(jié)3的第一肘關(guān)節(jié)俯仰中心軸線3-1的距離H1為260mm，第一肘關(guān)節(jié)3的第一肘關(guān)節(jié)俯仰中心軸線3-1與兩自由度腕關(guān)節(jié)5的腕關(guān)節(jié)俯仰中心軸線5-1的距離H2為250mm。如此設(shè)置，滿足了靈巧手臂的設(shè)計(jì)要求。其它與具體實(shí)施方式
一、二或三相同。
具體實(shí)施方式
五結(jié)合圖1和圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的第一肩關(guān)節(jié)1繞第一肩關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心軸線1-1轉(zhuǎn)動(dòng)的角度為-90°至180° ，第一肩關(guān)節(jié)l轉(zhuǎn)動(dòng)角度定義如下手臂垂直向下位置定義為0° ，第一肩關(guān)節(jié)1繞第一肩關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心軸線1-1由手臂垂直向下位置向機(jī)器人軀體后上方轉(zhuǎn)動(dòng)的角度定義為負(fù)值，第一肩關(guān)節(jié)1繞第一肩關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心軸線l-l由手臂垂直向下位置向機(jī)器人軀體前上方轉(zhuǎn)動(dòng)的角度定義為正值。如此設(shè)置，滿足了靈巧手臂的設(shè)計(jì)要求。其它與具體實(shí)施方式
一至四中的任意一個(gè)相同。
具體實(shí)施方式
六結(jié)合圖1-圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的第二肩關(guān)節(jié)2繞第二肩關(guān)節(jié)俯仰中心軸線2-l的俯仰角度為0。至180° ，第二肩關(guān)節(jié)2俯仰角度定義如下手臂垂直向下位置定義為O。，第二肩關(guān)節(jié)2繞第二肩關(guān)節(jié)俯仰中心軸線2-l由手臂垂直向下位置向機(jī)器人軀體外側(cè)上方轉(zhuǎn)動(dòng)的角度定義為正值(即第二肩關(guān)節(jié)2的俯仰軌跡與機(jī)器人軀體在同一平面內(nèi))。如此設(shè)置，滿足了靈巧手臂的設(shè)計(jì)要求。其它與具體實(shí)施方式
一至五中的任意一個(gè)相同。
具體實(shí)施方式
七結(jié)合圖1-圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的第一肘關(guān)節(jié)3繞第一肘關(guān)節(jié)俯仰中心軸線3-1的俯仰角度為-30°至120° ，第一肘關(guān)節(jié)3的俯仰角度定義如下手臂垂直向下位置定義為0° ，第一肘關(guān)節(jié)3繞第一肘關(guān)節(jié)俯仰中心軸線3-1由手臂垂直向下位置向機(jī)器人軀體外側(cè)方向俯仰的角度定義為負(fù)值，第一肘關(guān)節(jié)3繞第一肘關(guān)節(jié)俯仰中心軸線3-l由手臂垂直向下位置向機(jī)器人軀體內(nèi)側(cè)方向俯仰的角度定義為正值(即第一肘關(guān)節(jié)3的俯仰軌跡與機(jī)器人軀體平行)。如此設(shè)置，滿足了靈巧手臂的設(shè)計(jì)要求。其它與具體實(shí)施方式
一至六中任意一個(gè)相同。
具體實(shí)施方式
八結(jié)合圖1、圖2和圖5說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的第二肘關(guān)節(jié)4以第二肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心軸線4-1為回轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)的角度為-90°至90° ，第二肘關(guān)節(jié)4的回轉(zhuǎn)角度定義如下手臂垂直向下位置定義為O。，第二肘關(guān)節(jié)4以第二肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心軸線4-1為回轉(zhuǎn)軸由手臂垂直向下位置向機(jī)器人軀體外側(cè)及前側(cè)方向水平回轉(zhuǎn)的角度定義為正值，第二肘關(guān)節(jié)4以第二肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心軸線4-l為回轉(zhuǎn)軸由手臂垂直向下位置向機(jī)器人軀體內(nèi)側(cè)及前側(cè)方向水平回轉(zhuǎn)的角度定義為負(fù)值。如此設(shè)置，滿足了靈巧手臂的設(shè)計(jì)要求。其它與具體實(shí)施方式
一至七中任意一個(gè)相同。
具體實(shí)施方式
九結(jié)合圖1-圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的兩自由度腕關(guān)節(jié)5繞腕關(guān)節(jié)俯仰中心軸線5-1的俯仰角度為-90°至90° ;兩自由度腕關(guān)節(jié)5繞腕關(guān)節(jié)側(cè)擺中心軸線5-2擺動(dòng)的角度為-60°至60° ，手臂垂直向下位置定義為O。，兩自由度腕關(guān)節(jié)5的俯仰角度定義如下兩自由度腕關(guān)節(jié)5繞腕關(guān)節(jié)俯仰中心軸線5-1由手臂垂直向下位置向機(jī)器人軀體內(nèi)側(cè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)的角度定義為正值，兩自由度腕關(guān)節(jié)5繞腕關(guān)節(jié)俯仰中心軸線5-l由手臂垂直向下位置向機(jī)器人軀體外側(cè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)的角度定義為負(fù)值；兩自由度腕關(guān)節(jié)5的側(cè)擺角度定義如下兩自由度腕關(guān)節(jié)5繞腕關(guān)節(jié)側(cè)擺中心軸線5-2由手臂垂直向下位置向機(jī)器人軀體前側(cè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)的角度定義為正值，兩自由度腕關(guān)節(jié)5繞腕關(guān)節(jié)側(cè)擺中心軸線5-2由手臂垂直向下位置向機(jī)器人軀體后側(cè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)的角度定義為負(fù)值。如此設(shè)置，滿足了靈巧手臂的設(shè)計(jì)要求。本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
五至八的方案組合在一起可完全
8滿足靈巧手臂的設(shè)計(jì)要求。
具體實(shí)施方式
十結(jié)合圖1、圖2、圖11和圖12說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的第一肩關(guān)節(jié)1、第二肩關(guān)節(jié)2、第一肘關(guān)節(jié)3和第二肘關(guān)節(jié)4采用模施方式的第一肩關(guān)節(jié)1、第二肩關(guān)節(jié)2、第一肘關(guān)節(jié)3和第二肘關(guān)節(jié)4采用模塊化設(shè)計(jì)，第一肩關(guān)節(jié)1由第一固定端l-3、第一輸出端l-4、第一固定端擋塊l-8、第一輸出端限位塊1-9及第一電氣系統(tǒng)1-10組成；所述第一固定端擋塊1-8設(shè)置在第一固定端1-3內(nèi)，第一固定端1-3與第一輸出端1-4之間通過(guò)軸承連接，第一肩關(guān)節(jié)1上設(shè)有第一軸向中心孔l-5，第一固定端1-3的外圓周端面上沿其圓周方向均布設(shè)有六個(gè)第一螺釘孔l-6，第一輸出端1-4的外圓周端面上沿其圓周方向均布設(shè)有至少六個(gè)第二螺釘孔l-7，實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的上下機(jī)械連接，第一輸出端限位塊
1- 9裝在第一固定端1-3的外壁上且與第一輸出端l-4相鄰一側(cè)端面可拆卸連接，第一電氣系統(tǒng)1-10設(shè)置在第一固定端1-3上；第二肩關(guān)節(jié)2由第二固定端2-3、第二輸出端2-4、第二固定端擋塊2-8、第二輸出端限位塊2-9及第二電氣系統(tǒng)2-10組成；所述第二固定端擋塊2-8設(shè)置在第二固定端2-3內(nèi)，第二固定端2-3與第二輸出端2-4之間通過(guò)軸承連接，第二肩關(guān)節(jié)2上設(shè)有第二軸向中心孔2-5，第二固定端2-3的外圓周端面上沿其圓周方向均布設(shè)有六個(gè)第三螺釘孔2-6，第二輸出端2-4的外圓周端面上沿其圓周方向均布設(shè)有至少六個(gè)第四螺釘孔2-7，實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的上下機(jī)械連接，第二輸出端限位塊2-9裝在第二固定端
2- 3的外壁上且與第二輸出端2-4相鄰一側(cè)端面可拆卸連接，第二電氣系統(tǒng)2-10設(shè)置在第二固定端2-3上；第一肘關(guān)節(jié)3由第三固定端3-3、第三輸出端3-4、第三固定端擋塊3_8、第三輸出端限位塊3-9及第三電氣系統(tǒng)3-10組成；所述第三固定端擋塊3-8設(shè)置在第三固定端3-3內(nèi)，第三固定端3-3與第三輸出端3-4之間通過(guò)軸承連接，第一肘關(guān)節(jié)3上設(shè)有第三軸向中心孔3-5，第三固定端3-3的外圓周端面上沿其圓周方向均布設(shè)有六個(gè)第五螺釘孔3-6，第三輸出端3-4的外圓周端面上沿其圓周方向均布設(shè)有至少六個(gè)第六螺釘孔3-7，實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的上下機(jī)械連接，第三輸出端限位塊3-9裝在第三固定端3-3的外壁上且與第三輸出端3-4相鄰一側(cè)端面可拆卸連接，第三電氣系統(tǒng)3-10設(shè)置在第三固定端3-3上；第二肘關(guān)節(jié)4由第四固定端4-3、第四輸出端4-4、第四固定端擋塊4-8、第四輸出端限位塊4_9及第四電氣系統(tǒng)4-10組成；所述第四固定端擋塊4-8設(shè)置在第四固定端4-3內(nèi)，第四固定端4-3與第四輸出端4-4之間通過(guò)軸承連接，第二肘關(guān)節(jié)4上設(shè)有第四軸向中心孔4-5，第四固定端4-3的外圓周端面上沿其圓周方向均布設(shè)有六個(gè)第七螺釘孔4-6，第四輸出端4-4的外圓周端面上沿其圓周方向均布設(shè)有至少六個(gè)第八螺釘孔4-7，實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的上下機(jī)械連接，第四輸出端限位塊4-9裝在第四固定端4-3的外壁上且與第四輸出端4-4相鄰一側(cè)端面可拆卸連接，第四電氣系統(tǒng)4-10設(shè)置在第四固定端4-3上。如此設(shè)置，可實(shí)現(xiàn)各關(guān)節(jié)的上下機(jī)械連接，并能限定各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍。 工作原理每個(gè)關(guān)節(jié)固定端(包括第一固定端l-3、第二固定端2-3、第三固定端
3- 3和第四固定端4-3)與相應(yīng)的一個(gè)電機(jī)定子固接，每個(gè)關(guān)節(jié)輸出端(包括第一輸出端l-4、第二輸出端2-4、第三輸出端3-4和第四輸出端4-4)與相應(yīng)的一個(gè)力矩傳感器連接，每個(gè)關(guān)節(jié)固定端與該關(guān)節(jié)輸出端相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，形成了該關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。設(shè)定每個(gè)關(guān)節(jié)固定端與該關(guān)節(jié)輸出端的相對(duì)運(yùn)動(dòng)范圍，限制了機(jī)械手臂各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍(具有與人手臂相近的關(guān)
節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍旋轉(zhuǎn)(第一肩關(guān)節(jié)l) :-90°至180° ;俯仰(第二肩關(guān)節(jié)2) :0° -180° ;俯仰(第一肘關(guān)節(jié)3) :_30° _120° ;旋轉(zhuǎn)(第二肘關(guān)節(jié)4) :-90° _90° ;俯仰(兩自由度腕關(guān)節(jié)5):-90° -90° ;側(cè)擺(兩自由度腕關(guān)節(jié)5) :-60° -6(T
權(quán)利要求
一種六自由度機(jī)器人靈巧手臂，所述手臂由第一肩關(guān)節(jié)(1)、第二肩關(guān)節(jié)(2)、第一肘關(guān)節(jié)(3)、第二肘關(guān)節(jié)(4)、兩自由度腕關(guān)節(jié)(5)、基座(6)、第一肩關(guān)節(jié)連接件(7)、第二肩關(guān)節(jié)連接件(8)、上臂(9)、第一肘關(guān)節(jié)連接件(10)、第二肘關(guān)節(jié)連接件(11)、前臂(12)、第一肩關(guān)節(jié)電路板(14-1)、第二肩關(guān)節(jié)電路板(14-2)、第一肘關(guān)節(jié)電路板(14-3)、第二肘關(guān)節(jié)電路板(14-4)、腕關(guān)節(jié)電路板(14-5)和多根導(dǎo)線(15)組成，所述上臂(9)和前臂(12)均設(shè)有內(nèi)腔；其特征在于第一肩關(guān)節(jié)(1)的第一固定端(1-3)與基座(6)相連接，第一肩關(guān)節(jié)(1)的第一輸出端(1-4)通過(guò)第一肩關(guān)節(jié)連接件(7)與第二肩關(guān)節(jié)(2)的第二輸出端(2-4)連接，第二肩關(guān)節(jié)(2)的第二固定端(2-3)通過(guò)第二肩關(guān)節(jié)連接件(8)與上臂(9)的上端連接，上臂(9)的下端通過(guò)第一肘關(guān)節(jié)連接件(10)與第一肘關(guān)節(jié)(3)的第三固定端(3-3)連接，第一肘關(guān)節(jié)(3)的第三輸出端(3-4)通過(guò)第二肘關(guān)節(jié)連接件(11)與第二肘關(guān)節(jié)(4)的第四輸出端(4-4)連接，第二肘關(guān)節(jié)(4)的第四固定端(4-3)與前臂(12)的上端連接，前臂(12)的下端與兩自由度腕關(guān)節(jié)(5)連接；第一肩關(guān)節(jié)(1)的旋轉(zhuǎn)中心軸線(1-1)、第二肘關(guān)節(jié)(4)的旋轉(zhuǎn)中心軸線(4-1)及兩自由度腕關(guān)節(jié)(5)的側(cè)擺中心軸線(5-2)三者在同一平面內(nèi)，且均與第二肩關(guān)節(jié)(2)的俯仰中心軸線(2-1)、第一肘關(guān)節(jié)(3)的俯仰中心軸線(3-1)及兩自由度腕關(guān)節(jié)(5)的俯仰中心軸線(5-1)垂直；第一肩關(guān)節(jié)(1)的旋轉(zhuǎn)中心軸線(1-1)與第二肩關(guān)節(jié)(2)的俯仰中心軸線(2-1)正交，兩自由度腕關(guān)節(jié)(5)的側(cè)擺中心軸線(5-2)與兩自由度腕關(guān)節(jié)(5)的俯仰中心軸線(5-1)正交，第二肘關(guān)節(jié)(4)的旋轉(zhuǎn)中心軸線(4-1)與第一肘關(guān)節(jié)(3)的俯仰中心軸線(3-1)、兩自由度腕關(guān)節(jié)(5)的俯仰中心軸線(5-1)及兩自由度腕關(guān)節(jié)(5)的側(cè)擺中心軸線(5-2)正交；第一肩關(guān)節(jié)電路板(14-1)固裝在基座(6)與第二肩關(guān)節(jié)(2)相鄰一側(cè)端面上，第二肩關(guān)節(jié)電路板(14-2)靠近第二肩關(guān)節(jié)(2)設(shè)置且與上臂(9)的上端固接，第一肘關(guān)節(jié)電路板(14-3)靠近第一肘關(guān)節(jié)(3)設(shè)置且與上臂(9)的下端固接，第二肘關(guān)節(jié)電路板(14-4)和腕關(guān)節(jié)電路板(14-5)均固裝在前臂(12)上，第一肩關(guān)節(jié)電路板(14-1)的輸出端與第二肩關(guān)節(jié)電路板(14-2)的輸入端之間、第二肩關(guān)節(jié)電路板(14-2)的輸出端與第一肘關(guān)節(jié)電路板(14-3)的輸入端之間、第一肘關(guān)節(jié)電路板(14-3)的輸出端與第二肘關(guān)節(jié)電路板(14-4)的輸入端之間、第二肘關(guān)節(jié)電路板(14-4)的輸出端與腕關(guān)節(jié)電路板(14-5)的輸入端之間、第一肩關(guān)節(jié)(1)的第一輸出端(1-4)與第一肩關(guān)節(jié)(1)的第一電氣系統(tǒng)(1-10)之間、第一肩關(guān)節(jié)(1)的第一固定端(1-3)與第一肩關(guān)節(jié)(1)的第一電氣系統(tǒng)(1-10)之間、第二肩關(guān)節(jié)(2)的第二輸出端(2-4)與第二肩關(guān)節(jié)(2)的第二電氣系統(tǒng)(2-10)之間、第二肩關(guān)節(jié)(2)的第二固定端(2-3)與第二肩關(guān)節(jié)(2)的第二電氣系統(tǒng)(2-10)之間、第一肘關(guān)節(jié)(3)的第三輸出端(3-4)與第一肘關(guān)節(jié)(3)的第三電氣系統(tǒng)(3-10)之間、第一肘關(guān)節(jié)(3)的第三固定端(3-3)與第一肘關(guān)節(jié)(3)的第三電氣系統(tǒng)(3-10)之間、第二肘關(guān)節(jié)(4)的第四輸出端(4-4)與第二肘關(guān)節(jié)(4)的第四電氣系統(tǒng)(4-10)之間及第二肘關(guān)節(jié)(4)的第四固定端(4-3)與第二肘關(guān)節(jié)(4)的第四電氣系統(tǒng)(4-10)之間分別通過(guò)導(dǎo)線(15)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種六自由度機(jī)器人靈巧手臂，其特征在于第一肩關(guān)節(jié)電 路板(14-1)的輸出端與第二肩關(guān)節(jié)電路板(14-2)的輸入端之間的走線路徑是導(dǎo)線(15) 繞過(guò)基座(6)從第一肩關(guān)節(jié)(1)的第一軸向中心孔(1-5)穿過(guò)，并繞過(guò)肩關(guān)節(jié)連接件(7)， 再穿過(guò)第二肩關(guān)節(jié)(2)的第二軸向中心孔(2-5)及繞過(guò)第二肩關(guān)節(jié)連接件(8)，穿入上臂 (9)的內(nèi)腔，從上臂(9)的側(cè)壁中間位置穿出連接至第二肩關(guān)節(jié)電路板(14-2)的輸入端；第一肘關(guān)節(jié)電路板(14-3)的輸出端與第二肘關(guān)節(jié)電路板(14-4)的輸入端之間的走線路 徑是導(dǎo)線(15)從上臂(9)的側(cè)壁穿入，沿上臂(9)的內(nèi)腔走線，繞過(guò)第一肘關(guān)節(jié)連接件 (IO)，穿過(guò)第一肘關(guān)節(jié)(3)的第三軸向中心孔(3-5)并繞過(guò)第二肘關(guān)節(jié)連接件(ll)，再穿過(guò) 第二肘關(guān)節(jié)(4)的第四軸向中心孔(4-5)進(jìn)入前臂(12)的內(nèi)腔中，最后從前臂(12)的側(cè) 壁引出連接至第二肘關(guān)節(jié)電路板(14-4)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種六自由度機(jī)器人靈巧手臂，其特征在于第一肩關(guān)節(jié)(1) 的第一輸出端(1-4)與第一肩關(guān)節(jié)(1)的第一電氣系統(tǒng)(1-10)之間的走線路徑是導(dǎo)線 (15)從第一肩關(guān)節(jié)(1)的第一輸出端(1-4)引出穿過(guò)第一肩關(guān)節(jié)(1)的第一軸向中心孔 (1-5)與第一肩關(guān)節(jié)(1)的第一電氣系統(tǒng)(1-10)連接；第二肩關(guān)節(jié)(2)的第二輸出端(2-4) 與第二肩關(guān)節(jié)(2)的第二電氣系統(tǒng)(2-10)之間的走線路徑是導(dǎo)線(15)從第二肩關(guān)節(jié)(2) 的第二輸出端(2-4)引出穿過(guò)第二肩關(guān)節(jié)(2)的第二軸向中心孔(2-5)與第二肩關(guān)節(jié)(2) 的第二電氣系統(tǒng)(2-10)連接；第一肘關(guān)節(jié)(3)的第三輸出端(3-4)與第一肘關(guān)節(jié)(3)的第 三電氣系統(tǒng)(3-10)之間的走線路徑是導(dǎo)線(15)從第一肘關(guān)節(jié)(3)的第三輸出端(3-4)引 出穿過(guò)第一肘關(guān)節(jié)(3)的第三軸向中心孔(3-5)與第一肘關(guān)節(jié)(3)的第三電氣系統(tǒng)(3-10) 連接；第二肘關(guān)節(jié)(4)的第四輸出端(4-4)與第二肘關(guān)節(jié)(4)的第四電氣系統(tǒng)(4-10)之間 的走線路徑是導(dǎo)線(15)從第二肘關(guān)節(jié)(4)的第四輸出端(4-4)引出穿過(guò)第二肘關(guān)節(jié)(4) 的第四軸向中心孔(4-5)與第二肘關(guān)節(jié)(4)的第四電氣系統(tǒng)(4-10)連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種六自由度機(jī)器人靈巧手臂，其特征在于所述第 二肩關(guān)節(jié)(2)的第二肩關(guān)節(jié)俯仰中心軸線(2-1)與第一肘關(guān)節(jié)(3)的第一肘關(guān)節(jié)俯仰中心 軸線(3-1)的距離(HI)為260mm，第一肘關(guān)節(jié)(3)的第一肘關(guān)節(jié)俯仰中心軸線(3_1)與兩 自由度腕關(guān)節(jié)(5)的腕關(guān)節(jié)俯仰中心軸線(5-1)的距離(H2)為250rnm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種六自由度機(jī)器人靈巧手臂，其特征在于所述第 一肩關(guān)節(jié)(1)繞第一肩關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心軸線(1-1)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度為-90°至180° ，第一肩關(guān)節(jié)(1) 轉(zhuǎn)動(dòng)角度定義如下手臂垂直向下位置定義為0° ，第一肩關(guān)節(jié)(1)繞第一肩關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn) 中心軸線(1-1)由手臂垂直向下位置向機(jī)器人軀體后上方轉(zhuǎn)動(dòng)的角度定義為負(fù)值，第一肩 關(guān)節(jié)(1)繞第一肩關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心軸線(1-1)由手臂垂直向下位置向機(jī)器人軀體前上方轉(zhuǎn)動(dòng) 的角度定義為正值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種六自由度機(jī)器人靈巧手臂，其特征在于所述第 二肩關(guān)節(jié)(2)繞第二肩關(guān)節(jié)俯仰中心軸線(2-1)的俯仰角度為O。至18(T ，第二肩關(guān)節(jié)(2) 俯仰角度定義如下手臂垂直向下位置定義為0° ，第二肩關(guān)節(jié)(2)繞第二肩關(guān)節(jié)俯仰 中心軸線(2-1)由手臂垂直向下位置向機(jī)器人軀體外側(cè)上方轉(zhuǎn)動(dòng)的角度定義為正值。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種六自由度機(jī)器人靈巧手臂，其特征在于所述第 一肘關(guān)節(jié)(3)繞第一肘關(guān)節(jié)俯仰中心軸線3-l的俯仰角度為-30°至12(T ，第一肘關(guān)節(jié)(3) 的俯仰角度定義如下手臂垂直向下位置定義為O。，第一肘關(guān)節(jié)(3)繞第一肘關(guān)節(jié)俯 仰中心軸線(3-1)由手臂垂直向下位置向機(jī)器人軀體外側(cè)方向俯仰的角度定義為負(fù)值，第 一肘關(guān)節(jié)(3)繞第一肘關(guān)節(jié)俯仰中心軸線(3-1)由手臂垂直向下位置向機(jī)器人軀體內(nèi)側(cè)方 向俯仰的角度定義為正值。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種六自由度機(jī)器人靈巧手臂，其特征在于所述第 二肘關(guān)節(jié)(4)以第二肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心軸線(4-1)為回轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)的角度為-90°至90° ，第二肘關(guān)節(jié)(4)的回轉(zhuǎn)角度定義如下手臂垂直向下位置定義為0。，第二肘關(guān)節(jié)(4)以第二 肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心軸線(4-1)為回轉(zhuǎn)軸由手臂垂直向下位置向機(jī)器人軀體外側(cè)及前側(cè)方向 水平回轉(zhuǎn)的角度定義為正值，第二肘關(guān)節(jié)(4)以第二肘關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心軸線(4-1)為回轉(zhuǎn)軸 由手臂垂直向下位置向機(jī)器人軀體內(nèi)側(cè)及前側(cè)方向水平回轉(zhuǎn)的角度定義為負(fù)值。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種六自由度機(jī)器人靈巧手臂，其特征在于所述兩 自由度腕關(guān)節(jié)(5)繞腕關(guān)節(jié)俯仰中心軸線(5-1)的俯仰角度為-90°至90° ;兩自由度腕 關(guān)節(jié)(5)繞腕關(guān)節(jié)側(cè)擺中心軸線(5-2)擺動(dòng)的角度為-60°至60° ，手臂垂直向下位置定 義為0° ，兩自由度腕關(guān)節(jié)(5)的俯仰角度定義如下兩自由度腕關(guān)節(jié)(5)繞腕關(guān)節(jié)俯仰中 心軸線(5-1)由手臂垂直向下位置向機(jī)器人軀體內(nèi)側(cè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)的角度定義為正值，兩自由 度腕關(guān)節(jié)(5)繞腕關(guān)節(jié)俯仰中心軸線(5-1)由手臂垂直向下位置向機(jī)器人軀體外側(cè)方向轉(zhuǎn) 動(dòng)的角度定義為負(fù)值；兩自由度腕關(guān)節(jié)(5)的側(cè)擺角度定義如下兩自由度腕關(guān)節(jié)(5)繞 腕關(guān)節(jié)側(cè)擺中心軸線(5-2)由手臂垂直向下位置向機(jī)器人軀體前側(cè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)的角度定義 為正值，兩自由度腕關(guān)節(jié)(5)繞腕關(guān)節(jié)側(cè)擺中心軸線(5-2)由手臂垂直向下位置向機(jī)器人 軀體后側(cè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)的角度定義為負(fù)值。
全文摘要
一種六自由度機(jī)器人靈巧手臂，它涉及一種機(jī)器人手臂。以解決現(xiàn)有機(jī)器人手臂重量大、集成度低，限制了靈巧手與機(jī)器人系統(tǒng)集成問(wèn)題。第一肩關(guān)節(jié)與基座相連接，第一肩關(guān)節(jié)通過(guò)第一肩關(guān)節(jié)連接件與第二肩關(guān)節(jié)連接，第二肩關(guān)節(jié)通過(guò)第二肩關(guān)節(jié)連接件與上臂連接，上臂通過(guò)第一肘關(guān)節(jié)連接件與第一肘關(guān)節(jié)連接，第一肘關(guān)節(jié)通過(guò)第二肘關(guān)節(jié)連接件與第二肘關(guān)節(jié)連接，第二肘關(guān)節(jié)與前臂連接，前臂與兩自由度腕關(guān)節(jié)連接，第一肩關(guān)節(jié)電路板固裝在基座上，第二肩關(guān)節(jié)電路板及第一肘關(guān)節(jié)電路板與上臂固接，第二肘關(guān)節(jié)電路板和腕關(guān)節(jié)電路板固裝在前臂上。導(dǎo)線與第一、二肩關(guān)節(jié)電路板及第一、二肘關(guān)節(jié)電路板以及腕關(guān)節(jié)電路板依次連接。本發(fā)明重量輕、集成度和可靠性高。
文檔編號(hào)B25J9/08GK101745913SQ200910073469
公開(kāi)日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2009年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月21日
發(fā)明者劉伊威, 劉宏, 張奇, 謝宗武, 趙京東 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)