一种仿人型七自由度机械臂

摘要

一种仿人型七自由度机械臂，属于机器人领域。以解决现有机械臂重量大、负载能力低、灵活性差、集成度低，限制机器人系统末端执行器工作能力进一步提高的问题。第一肩关节与机械臂基座及第一臂杆固连，第一臂杆通过第二肩关节与第二臂杆固连，第二臂杆通过第一肘关节与第三臂杆固连，第三臂杆通过第二肘关节与第四臂杆固连，第四臂杆通过第一腕关节与第五臂杆固连，第五臂杆通过第二腕关节与第六臂杆固连，第六臂杆通过第三腕关节与第七臂杆固连，第七臂杆与机械臂的末端执行器固连；第二肩关节的旋转轴线与第二肘关节的旋转轴线空间平行设置；第二腕关节的旋转轴线与第三腕关节的旋转轴线正交设置。本发明用于实现机器人系统主体与末端执行器连接。

主权项

一种仿人型七自由度机械臂，所述机械臂包括机械臂基座(8)、导线、七个臂杆、及七个机电一体化的模块化旋转关节；所述七个臂杆分别第一臂杆(9)、第二臂杆(10)、第三臂杆(11)、第四臂杆(12)、第五臂杆(13)、第六臂杆(14)及第七臂杆(15)，所述七个机电一体化的模块化旋转关节分别是第一肩关节(1)、第二肩关节(2)、第一肘关节(3)、第二肘关节(4)、第一腕关节(5)、第二腕关节(6)及第三腕关节(7)；第一肩关节(1)的输入端(1‑1)与机械臂基座(8)固连，第一肩关节(1)的输出端(1‑2)与第一臂杆(9)的输入端(9‑1)固连，第一臂杆(9)的输出端(9‑2)与第二肩关节(2)的输入端(2‑1)固连，第二肩关节(2)的输出端(2‑2)与第二臂杆(10)的输入端(10‑1)固连，第二臂杆(10)的输出端(10‑2)与第一肘关节(3)的输入端(3‑1)固连，第一肘关节(3)的输出端(3‑2)与第三臂杆(11)的输入端(11‑1)固连，第三臂杆(11)的输出端(11‑2)与第二肘关节(4)的输入端(4‑1)固连，第二肘关节(4)的输出端(4‑2)与第四臂杆(12)的输入端(12‑1)固连，第四臂杆(12)的输出端(12‑2)与第一腕关节(5)的输入端(5‑1)固连，第一腕关节(5)的输出端(5‑2)与第五臂杆(13)的输入端(13‑1)固连，第五臂杆(13)的输出端(13‑2)与第二腕关节(6)的输入端(6‑1)固连，第二腕关节(6)的输出端(6‑2)与第六臂杆(14)的输入端(14‑1)固连，第六臂杆(14)的输出端(14‑2)与第三腕关节(7)的输入端(7‑1)固连，第三腕关节(7)的输出端(7‑2)与第七臂杆(15)的输入端(15‑1)固连，第七臂杆(15)的输出端(15‑2)与机械臂的末端执行器固连；第一肩关节(1)的旋转轴线(1‑3)、第二肩关节(2)的旋转轴线(2‑3)和第一肘关节(3)的旋转轴线(3‑3)相交于一点；第一肘关节(3)的旋转轴线(3‑3)、第二肘关节(4)的旋转轴线(4‑3)和第一腕关节(5)的旋转轴线(5‑3)交于一点；第二肩关节(2)的旋转轴线(2‑3)与第二肘关节(4)的旋转轴线(4‑3)空间平行设置；第二腕关节(6)的旋转轴线(6‑3)与第三腕关节(7)的旋转轴线(7‑3)正交设置，第一腕关节(5)的旋转轴线(5‑3)分别与第二腕关节(6)的旋转轴线(6‑3)及第三腕关节(7)的旋转轴线(7‑3)垂直相交；第一肩关节(1)、第二肩关节(2)、第一肘关节(3)、第二肘关节(4)、第一腕关节(5)、第二腕关节(6)及第三腕关节(7)中的每相邻两个关节间通过导线进行电气连接；所述第一肩关节(1)绕第一肩关节(1)的旋转轴线(1‑3)的旋转运动范围为‑60°～180°，第二肩关节(2)绕第二肩关节(2)的旋转轴线(2‑3)的俯仰运动范围为‑30°～180°；其中第一肩关节(1)的旋转角度和第二肩关节(2)的俯仰角度定义如下：手臂垂直向下位置定义为0°，第一肩关节(1)绕第一肩关节(1)的旋转轴线(1‑3)由手臂垂直向下位置向躯体前方转动的角度定义为正值，第二肩关节(2)绕第二肩关节(2)的旋转轴线(2‑3)由手臂垂直向下位置向躯体外侧转动的角度定义为正值；所述第一肘关节(3)绕第一肘关节(3)的旋转轴线(3‑3)的旋转运动范围为‑150°～150°，第二肘关节(4)绕第二肘关节(4)的旋转轴线(4‑3)的弯曲运动范围为‑135°～45°；其中第一肘关节(3)的旋转角度和第二肘关节(4)的弯曲角度定义如下：手臂垂直向下位置定义为0°，第一肘关节(3)绕第一肘关节(3)的旋转轴线(3‑3)由手臂垂直向下位置向躯体外侧转动的角度定义为正值，第二肘关节(4)绕第二肘关节(4)的旋转轴线(4‑3)由手臂垂直向下位置向躯体外侧转动的角度定义为正值；所述第一腕关节(5)绕第一腕关节(5)的旋转轴线(5‑3)的旋转运动范围为‑150°～150°，第二腕关节(6)绕第二腕关节(6)的旋转轴线(6‑3)的俯仰运动范围为‑90°～90°，第三腕关节(7)绕第三腕关节(7)的旋转轴线(7‑3)的侧摆运动范围为‑90°～90°；其中第一腕关节(5)的旋转角度、第二腕关节(6)的俯仰角度及第三腕关节(7)的侧摆角度定义如下：手臂垂直向下位置定义为0°，第一腕关节(5)绕第一腕关节(5)的旋转轴线(5‑3)由手臂垂直向下位置向躯体外侧转动的角度定义为正值，第二腕关节(6)绕第二腕关节(6)的旋转轴线(6‑3)由手臂垂直向下位置向躯体前方转动的角度定义为正值，第三腕关节(7)绕第三腕关节(7)的旋转轴线(7‑3)由手臂垂直向下位置向躯体外侧转动的角度定义为正值；其特征在于：第一腕关节(5)设有第一腕关节中心孔(5‑4)，第二腕关节(6)设有第二腕关节中心孔(6‑4)，第一肘关节(3)设有第一肘关节中心孔(3‑4)，第二肘关节(4)设有第二肘关节中心孔(4‑4)，第一肩关节(1)设有第一肩关节中心孔(1‑4)，第二肩关节(2)设有第二肩关节中心孔(2‑4)，第一臂杆(9)设有第一臂杆中心孔(9‑3)，第二臂杆(10)设有第二臂杆中心孔(10‑3)，第三臂杆(11)设有第三臂杆中心孔(11‑3)，第四臂杆(12)设有第四臂杆中心孔(12‑3)，第五臂杆(13)设有第五臂杆中心孔(13‑3)，所述机械臂各关节间采用关节中心孔及臂杆中心孔走线的方式，实现机械臂关节间的电气连接；导线的具体走线路径为：导线分别由第三腕关节(7)的驱动板(7‑5)及控制板(7‑6)引出经过第二腕关节中心孔(6‑4)分别与第二腕关节(6)的驱动板(6‑5)及控制板(6‑6)连接，导线再分别由第二腕关节(6)的驱动板(6‑5)及控制板(6‑6)引出经过第五臂杆中心孔(13‑3)和第一腕关节中心孔(5‑4)分别与第一腕关节(5)的驱动板(5‑5)及控制板(5‑6)连接，导线再分别由第一腕关节(5)的驱动板(5‑5)及控制板(5‑6)引出经过第四臂杆中心孔(12‑3)和第二肘关节中心孔(4‑4)分别与第二肘关节(4)的驱动板(4‑5)及控制板(4‑6)连接，导线再分别由第二肘关节(4)的驱动板(4‑5)及控制板(4‑6)引出经过第三臂杆中心孔(11‑3)和第一肘关节中心孔(3‑4)分别与第一肘关节(3)的驱动板(3‑5)及控制板(3‑6)连接，导线再分别由第一肘关节(3)的驱动板(3‑5)及控制板(3‑6)引出经过第二臂杆中心孔(10‑3)和第二肩关节中心孔(2‑4)分别与第二肩关节的驱动板(2‑5)及控制板(2‑6)连接，导线再分别由第二肩关节(2)的驱动板(2‑5)及控制板(2‑6)引出经过第一臂杆中心孔(9‑3)和第一肩关节中心孔(1‑4)分别与第一肩关节的驱动板(1‑5)及控制板(1‑6)连接，导线再分别从第一肩关节(1)的驱动板(1‑5)及控制板(1‑6)引出与机械臂的外部电气系统连接；第七臂杆(15)设有第七臂杆中心孔(15‑3)，第三腕关节(7)设有第三腕关节中心孔(7‑4)，所述机械臂的末端执行器采用关节中心孔及臂杆中心孔走线的方式实现与外部电气系统的连接，具体走线路径为：导线由机械臂的末端执行器引出依次经第七臂杆中心孔(15‑3)、第三腕关节中心孔(7‑4)、第二腕关节中心孔(6‑4)、第五臂杆中心孔(13‑3)、第一腕关节中心孔(5‑4)、第四臂杆中心孔(12‑3)、第二肘关节中心孔(4‑4)、第三臂杆中心孔(11‑3)、第一肘关节中心孔(3‑4)、第二臂杆中心孔(10‑3)、第二肩关节中心孔(2‑4)、第一臂杆中心孔(9‑3)及第一肩关节中心孔(1‑4)与外部电气系统连接。