本發(fā)明涉及服務機器人，具體涉及一款模塊化且具有柔性觸覺傳感器的仿人形機械臂。

背景技術：

1、服務機器人技術，特別是仿人形機械臂領域，目前正處于快速發(fā)展階段。人工智能和機器人技術已經(jīng)日益成熟，仿人形機器人已經(jīng)開始在各個領域得到廣泛應用，機器人已經(jīng)成為解決人力短缺、提高生產(chǎn)效率和改善生活質(zhì)量的重要工具。它們配備了多種傳感器來感知環(huán)境和力控制，實現(xiàn)一些基本操作。

2、現(xiàn)有技術中，機械臂的有效載荷、運動精度和關節(jié)運動范圍及人機交互體驗仍有待提升，整體來看，機械臂技術水平在不斷提高，市場應用逐漸擴大，特別是在老齡化嚴重的國家和地區(qū)，但面臨的技術挑戰(zhàn)，如操作的精細度、靈活性和安全性以及機械臂的有效負載能力，仍是當前需要重點解決的問題，因此需要一款模塊化且具有柔性觸覺傳感器的仿人形機械臂來滿足人們的需求。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明擬解決的技術問題是，提供一款模塊化且具有柔性觸覺傳感器的仿人形機械臂，包括機械臂大臂；所述機械臂大臂上安裝有兩個肘關節(jié)，兩個肘關節(jié)上分別安裝有肩關節(jié)與機械臂小臂，機械臂大臂內(nèi)安裝有下扣蓋一與下扣蓋二，肩關節(jié)內(nèi)安裝有上扣蓋一與上扣蓋二，下扣蓋一與上扣蓋一內(nèi)安裝有驅(qū)動結構，驅(qū)動結構上安裝有聯(lián)動結構，下扣蓋二與上扣蓋二內(nèi)均安裝有控制結構與數(shù)據(jù)采集板，機械臂大臂、肩關節(jié)與機械臂小臂的外表面均覆蓋有電容式電子皮膚，電容式電子皮膚上電性連接有壓力傳感器，兩個數(shù)據(jù)采集板電性連接在電容式電子皮膚上。

2、優(yōu)選的，所述肘關節(jié)包括兩個關節(jié)件一與兩個關節(jié)件二，兩個關節(jié)件二分別轉(zhuǎn)動安裝在兩個關節(jié)件一上，兩個關節(jié)件一分別固定安裝在下扣蓋一與上扣蓋一的一側，兩個關節(jié)件二分別轉(zhuǎn)動安裝在機械臂小臂與下扣蓋二的一側。

3、優(yōu)選的，所述關節(jié)件一的一側固定安裝有固定軸，固定軸上套接有軸承一，固定軸固定安裝在軸承一的內(nèi)圈上，固定軸的一端固定安裝有定位法蘭盤，定位法蘭盤與軸承一內(nèi)圈的一側相接觸，軸承一的外圈固定套接有連接套環(huán)，連接套環(huán)固定安裝在關節(jié)件二上，連接套環(huán)轉(zhuǎn)動安裝在關節(jié)件一上。

4、優(yōu)選的，兩個所述關節(jié)件二的內(nèi)壁均固定安裝有安裝座，兩個安裝座的內(nèi)壁均安裝有軸承二，兩個軸承二的外圈分別固定安裝在兩個安裝座的內(nèi)壁上，兩個軸承二的內(nèi)圈均固定安裝有旋轉(zhuǎn)軸，兩個旋轉(zhuǎn)軸分別固定安裝在機械臂小臂與下扣蓋二的一側。

5、優(yōu)選的，所述驅(qū)動結構包括四個電機一與四個電機二，位于同一側的兩個電機一與兩個電機二分別固定安裝在下扣蓋一與上扣蓋一的內(nèi)壁上，位于同一側的電機一與電機二相互電性連接，四個電機一的兩個輸出端分別安裝有驅(qū)動錐齒輪與傳動輪一，四個驅(qū)動錐齒輪上均安裝有軸承三，四個軸承三的外圈分別對稱固定安裝在下扣蓋一與上扣蓋一的內(nèi)壁上，四個電機二的輸出端均安裝有傳動輪二，位于同一側的傳動輪一與傳動輪二上傳動安裝有同一個傳動帶。

6、優(yōu)選的，所述聯(lián)動結構包括連接軸，連接軸轉(zhuǎn)動安裝在關節(jié)件一上，連接軸上轉(zhuǎn)動安裝有兩個準雙面齒輪與兩個主動錐齒輪，位于同一側的準雙面齒輪與主動錐齒輪之間相互固定安裝，旋轉(zhuǎn)軸的一端安裝有從動錐齒輪，從動錐齒輪與兩個主動錐齒輪相嚙合，兩個驅(qū)動錐齒輪分別與兩個準雙面齒輪相嚙合。

7、優(yōu)選的，所述控制結構包括兩個電機控制器，兩個電機控制器分別固定安裝在下扣蓋二與上扣蓋二的內(nèi)壁上，兩個電機控制器分別電性連接在相對應的電機一與電機二上，兩個電機控制器上均電性連接有姿態(tài)傳感器。

8、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明有益效果在于：

9、（1）本發(fā)明，該機械臂肘關節(jié)部分的機械傳動采用兩組電機、準雙面齒輪、主動錐齒輪等結構配合的傳動形式來實現(xiàn)差動控制，該技術克服了多自由度下關節(jié)過多，不能接近人型的設計，同時克服了在較大負載需求下機器人手臂過大的缺點，從而設計出從外形和功能上都與人相似的結構。

10、（2）該機器臂關節(jié)體積小，內(nèi)部空間占用合理，同時將電機控制器和配套觸覺皮膚傳感器的數(shù)據(jù)采集板放置于關節(jié)控制腔體內(nèi)，減小電機與驅(qū)動器的走線距離，使整個關節(jié)變的模塊化，具有高度可移性，內(nèi)部零部件布局合理，零件具有一定的尺寸限制，從而保證各零件的安裝，這使得關節(jié)腔體能夠呈圓柱型從而使得外表光滑，模塊化機器關節(jié)的設計可以使機器人更加靈活和可定制，由于其模塊化的結構，不同的模塊可以按需組合，以滿足特定的任務需求，使得機器人可以在不同的環(huán)境和任務中應用。

11、（3）通過電容式電子皮膚技術可以實現(xiàn)在機器人在搬運過程中的壓力信息監(jiān)測，使機械臂獲得大幅面多感知的能力，為人機共處提供安全圖保障，為人機協(xié)作提供交互手段。

技術特征：

1.一款模塊化且具有柔性觸覺傳感器的仿人形機械臂，包括機械臂大臂（1）；其特征在于：所述機械臂大臂（1）上安裝有兩個肘關節(jié)（2），兩個肘關節(jié)（2）上分別安裝有肩關節(jié)（3）與機械臂小臂（4），機械臂大臂（1）內(nèi)安裝有下扣蓋一（5）與下扣蓋二（6），肩關節(jié)（3）內(nèi)安裝有上扣蓋一（51）與上扣蓋二（61），下扣蓋一（5）與上扣蓋一（51）內(nèi)安裝有驅(qū)動結構，驅(qū)動結構上安裝有聯(lián)動結構，下扣蓋二（6）與上扣蓋二（61）內(nèi)均安裝有控制結構與數(shù)據(jù)采集板，機械臂大臂（1）、肩關節(jié)（3）與機械臂小臂（4）的外表面均覆蓋有電容式電子皮膚，電容式電子皮膚上電性連接有壓力傳感器，兩個數(shù)據(jù)采集板電性連接在電容式電子皮膚上。

2.根據(jù)權利要求1所述的一款模塊化且具有柔性觸覺傳感器的仿人形機械臂，其特征在于：所述肘關節(jié)（2）包括兩個關節(jié)件一（21）與兩個關節(jié)件二（22），兩個關節(jié)件二（22）分別轉(zhuǎn)動安裝在兩個關節(jié)件一（21）上，兩個關節(jié)件一（21）分別固定安裝在下扣蓋一（5）與上扣蓋一（51）的一側，兩個關節(jié)件二（22）分別轉(zhuǎn)動安裝在機械臂小臂（4）與下扣蓋二（6）的一側。

3.根據(jù)權利要求2所述的一款模塊化且具有柔性觸覺傳感器的仿人形機械臂，其特征在于：所述關節(jié)件一（21）的一側固定安裝有固定軸（211），固定軸（211）上套接有軸承一（212），固定軸（211）固定安裝在軸承一（212）的內(nèi)圈上，固定軸（211）的一端固定安裝有定位法蘭盤（213），定位法蘭盤（213）與軸承一（212）內(nèi)圈的一側相接觸，軸承一（212）的外圈固定套接有連接套環(huán)（214），連接套環(huán)（214）固定安裝在關節(jié)件二（22）上，連接套環(huán)（214）轉(zhuǎn)動安裝在關節(jié)件一（21）上。

4.根據(jù)權利要求2所述的一款模塊化且具有柔性觸覺傳感器的仿人形機械臂，其特征在于：兩個所述關節(jié)件二（22）的內(nèi)壁均固定安裝有安裝座（215），兩個安裝座（215）的內(nèi)壁均安裝有軸承二（216），兩個軸承二（216）的外圈分別固定安裝在兩個安裝座（215）的內(nèi)壁上，兩個軸承二（216）的內(nèi)圈均固定安裝有旋轉(zhuǎn)軸（217），兩個旋轉(zhuǎn)軸（217）分別固定安裝在機械臂小臂（4）與下扣蓋二（6）的一側。

5.根據(jù)權利要求1所述的一款模塊化且具有柔性觸覺傳感器的仿人形機械臂，其特征在于：所述驅(qū)動結構包括四個電機一（511）與四個電機二（512），位于同一側的兩個電機一（511）與兩個電機二（512）分別固定安裝在下扣蓋一（5）與上扣蓋一（51）的內(nèi)壁上，位于同一側的電機一（511）與電機二（512）相互電性連接，四個電機一（511）的兩個輸出端分別安裝有驅(qū)動錐齒輪（513）與傳動輪一（519），四個驅(qū)動錐齒輪（513）上均安裝有軸承三（514），四個軸承三（514）的外圈分別對稱固定安裝在下扣蓋一（5）與上扣蓋一（51）的內(nèi)壁上，四個電機二（512）的輸出端均安裝有傳動輪二（520），位于同一側的傳動輪一（519）與傳動輪二（520）上傳動安裝有同一個傳動帶（521）。

6.根據(jù)權利要求1所述的一款模塊化且具有柔性觸覺傳感器的仿人形機械臂，其特征在于：所述聯(lián)動結構包括連接軸（515），連接軸（515）轉(zhuǎn)動安裝在關節(jié)件一（21）上，連接軸（515）上轉(zhuǎn)動安裝有兩個準雙面齒輪（516）與兩個主動錐齒輪（517），位于同一側的準雙面齒輪（516）與主動錐齒輪（517）之間相互固定安裝，旋轉(zhuǎn)軸（217）的一端安裝有從動錐齒輪（518），從動錐齒輪（518）與兩個主動錐齒輪（517）相嚙合，兩個驅(qū)動錐齒輪（513）分別與兩個準雙面齒輪（516）相嚙合。

7.根據(jù)權利要求1所述的一款模塊化且具有柔性觸覺傳感器的仿人形機械臂，其特征在于：所述控制結構包括兩個電機控制器（611），兩個電機控制器（611）分別固定安裝在下扣蓋二（6）與上扣蓋二（61）的內(nèi)壁上，兩個電機控制器（611）分別電性連接在相對應的電機一（511）與電機二（512）上，兩個電機控制器（611）上均電性連接有姿態(tài)傳感器。

技術總結
本發(fā)明公開了一款模塊化且具有柔性觸覺傳感器的仿人形機械臂，包括機械臂大臂；機械臂大臂上安裝有兩個肘關節(jié)，兩個肘關節(jié)上分別安裝有肩關節(jié)與機械臂小臂，機械臂大臂內(nèi)安裝有下扣蓋一與下扣蓋二，肩關節(jié)內(nèi)安裝有上扣蓋一與上扣蓋二，下扣蓋一與上扣蓋一內(nèi)安裝有驅(qū)動結構，驅(qū)動結構上安裝有聯(lián)動結構，下扣蓋二與上扣蓋二內(nèi)均安裝有控制結構與數(shù)據(jù)采集板；本發(fā)明，該機械臂肘關節(jié)部分的機械傳動采用兩組電機、準雙面齒輪、主動錐齒輪等結構配合的傳動形式來實現(xiàn)差動控制，該技術克服了多自由度下關節(jié)過多，不能接近人型的設計，同時克服了在較大負載需求下機器人手臂過大的缺點，從而設計出從外形和功能上都與人相似的結構。

技術研發(fā)人員：馬藝萱,李洋,郭士杰,朱德良,謝淦軒,趙琦,鄭若璞
受保護的技術使用者：河北工業(yè)大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/19