一種基于人體工程學(xué)的七自由度仿人型機(jī)械臂系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及仿人機(jī)器人領(lǐng)域，具體來說，是涉及一種基于人體工程學(xué)的七自由度仿人型機(jī)械臂系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)械臂是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人系統(tǒng)主體與末端執(zhí)行器連接的重要工具，機(jī)械臂的活動(dòng)范圍、負(fù)載能力直接影響機(jī)器人末端的作業(yè)能力。服務(wù)型機(jī)器人、空間機(jī)器人等的迅速發(fā)展，對機(jī)械臂的性能提出了更高的要求。仿人機(jī)器人是當(dāng)今機(jī)器人研究領(lǐng)域最活躍的研究方向之一，而作為仿人機(jī)器人重要組成部分的仿人機(jī)械臂是研究的熱點(diǎn)。在人體結(jié)構(gòu)中，上肢可以輕松準(zhǔn)確、靈活自如地實(shí)現(xiàn)觸點(diǎn)、抓取、推拉等各種動(dòng)作。目前的機(jī)械臂在工作空間、靈活性、結(jié)構(gòu)構(gòu)型上與人手臂相距甚遠(yuǎn)，不能達(dá)到模擬人臂運(yùn)動(dòng)的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種基于人體工程學(xué)的七自由度仿人型機(jī)械臂系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:一種基于人體工程學(xué)的七自由度仿人型機(jī)械臂系統(tǒng)，它包括肩關(guān)節(jié)及支座、大臂及安裝板、前臂。其位置連接關(guān)系是:大臂及安裝板固定在肩關(guān)節(jié)及支座的動(dòng)平臺上，螺釘連接；前臂固連在大臂及安裝板的肘關(guān)節(jié)活動(dòng)板上。
[0005]所述肩關(guān)節(jié)及支座，是由液壓擺動(dòng)缸底座、肩關(guān)節(jié)X支鏈、肩關(guān)節(jié)Y支鏈、安裝中心底板、肩關(guān)節(jié)動(dòng)平臺支架、長滑塊、肩關(guān)節(jié)動(dòng)平臺組成；其位置連接關(guān)系是:肩關(guān)節(jié)X支鏈、肩關(guān)節(jié)Y支鏈通過鉸鏈連接在液壓擺動(dòng)缸底座上，安裝中心底板固連在液壓擺動(dòng)缸上方，肩關(guān)節(jié)動(dòng)平臺支架固連在安裝中心底板上，長滑塊通過鉸鏈連接在肩關(guān)節(jié)動(dòng)平臺支架和肩關(guān)節(jié)X支鏈上，肩關(guān)節(jié)動(dòng)平臺通過鉸鏈與長滑塊和肩關(guān)節(jié)Y支鏈連接；該液壓擺動(dòng)缸底座是由液壓擺動(dòng)缸、擺動(dòng)缸輸出軸座、偏心安裝底板、X支鏈安裝底座、Y支鏈安裝底座組成；其位置連接關(guān)系是:液壓擺動(dòng)缸上面固連擺動(dòng)缸輸出軸座，偏心安裝底板固連在擺動(dòng)缸輸出軸座上面；X支鏈安裝底座、Y支鏈安裝底座固定在偏心安裝底板上;肩關(guān)節(jié)X支鏈通過鉸鏈連接在X支鏈安裝底座上；肩關(guān)節(jié)Y支鏈通過虎克鉸連接在Y支鏈安裝底座上。
[0006]該肩關(guān)節(jié)X支鏈，由X支鏈液壓缸安裝底座、液壓缸、推桿支座、短滑塊組成。其位置關(guān)系是:液壓缸與X支鏈液壓缸安裝底座同軸心，并固定在X支鏈液壓缸安裝底座上；推桿支座固定在液壓缸的推桿上，通過螺釘固定；短滑塊固定在液壓缸的推桿上，通過鉸鏈連接。該肩關(guān)節(jié)Y支鏈，由Y支鏈液壓缸安裝底座、液壓缸、推桿支座、短滑塊組成。其位置關(guān)系是:液壓缸與Y支鏈液壓缸安裝底座同軸心，并固定在Y支鏈液壓缸安裝底座上；推桿支座固定在液壓缸的推桿上，通過螺釘固定；短滑塊固定在液壓缸的推桿上，通過鉸鏈連接。該安裝中心底板上面連接肩關(guān)節(jié)動(dòng)平臺支架，下連接液壓缸安裝底座，起到支撐肩關(guān)節(jié)動(dòng)平臺支架、傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的作用；該肩關(guān)節(jié)動(dòng)平臺支架的作用是將動(dòng)平臺放置在合適的高度；該長滑塊是將肩關(guān)節(jié)X支鏈的移動(dòng)變?yōu)檗D(zhuǎn)動(dòng)；該肩關(guān)節(jié)動(dòng)平臺是將肩關(guān)節(jié)Y支鏈的移動(dòng)變?yōu)槔@長滑塊的轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0007]所述大臂及安裝板由大臂安裝板、大臂組成，兩者通過螺釘固接。該大臂安裝板的形狀是開有固定凹槽的梯形塊，它通過液壓缸的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)肘關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)范圍在O?150°，與人肘關(guān)節(jié)一樣不能反向轉(zhuǎn)動(dòng)。該大臂由大臂底板、大臂支架、支鏈安裝底板、液壓推缸安裝底座、液壓缸、液壓缸支座、短滑塊、肘關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)板組成。其間關(guān)系是:該大臂安裝在大臂安裝板上，通過螺釘固定；大臂底板連接在大臂支架上，通過螺釘固定；支鏈安裝底板安裝在大臂底板上，通過螺釘固定；液壓推缸安裝底座安裝在支鏈安裝底板上，通過鉸鏈連接；液壓缸安裝在液壓缸安裝底座上，通過螺釘固定；液壓缸支座安裝在液壓缸的推桿上，通過螺釘固定；短滑塊連接在液壓缸支座上，通過鉸鏈連接；肘關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)板分別與短滑塊和大臂支架通過鉸鏈連接。
[0008]所述前臂由前臂底座、前臂支架、前臂X支鏈、前臂Y支鏈、動(dòng)平臺組成。其位置關(guān)系是:前臂支架安裝在前臂底座上，二者可以相對轉(zhuǎn)動(dòng)；前臂X支鏈、前臂Y支鏈安裝在前臂底座上，通過鉸鏈連接在前臂支架、前臂X支鏈、前臂Y支鏈上。
[0009]該前臂底座由靜平臺底座、輸出軸軸座、滑動(dòng)軸承、隔離套組成。其位置關(guān)系是:輸出軸軸座安裝在靜平臺底座上，通過螺釘固定；滑動(dòng)軸承安裝在輸出軸座上；隔離套套在3-803滑動(dòng)軸承里。該前臂支架由擺動(dòng)單元、連接法蘭、立架、支座、短滑塊組成。其位置關(guān)系是:連接法蘭與擺動(dòng)單元通過螺釘固連；立架與連接法蘭通過螺釘固連；支座與立架固連；短滑塊與立架通過鉸鏈連接。該前臂X支鏈由液壓缸安裝底座、液壓缸、支座、短滑塊組成。其位置關(guān)系是:液壓缸固連在液壓缸底座上；通過螺釘固連在液壓缸的推桿上；短滑塊通過鉸鏈連接在支座上。該前臂Y支鏈由短滑塊、液壓缸底座、液壓缸及推桿、支架、短滑塊組成。其位置關(guān)系是:短滑塊通過鉸鏈連接在液壓缸底座上；液壓缸及推桿連接在液壓缸底座上；支架固連在液壓缸及推桿上；短滑塊通過鉸鏈連接在支架上。
[0010]本發(fā)明一種基于人體工程學(xué)的七自由度仿人型機(jī)械臂系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0011]1、本發(fā)明構(gòu)型及尺寸與人體結(jié)構(gòu)尺寸相近，類似人臂結(jié)構(gòu)特征的仿人手臂能夠更好地模擬人臂運(yùn)動(dòng)；
[0012]2、本發(fā)明采用串并聯(lián)混合結(jié)構(gòu)，在滿足類似人手臂運(yùn)動(dòng)空間的基礎(chǔ)上，剛度和精度比較高；
[0013]3、本發(fā)明結(jié)構(gòu)可達(dá)工作空間與人手臂相似，有較強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)靈活性和容錯(cuò)性；
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明基于人體工程學(xué)的7自由度仿人型機(jī)械臂整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為本圖1中肩關(guān)節(jié)及支座I的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3為圖2中400底座結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖4為圖2中500肩關(guān)節(jié)X支鏈結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖5為圖2中600肩關(guān)節(jié)Y支鏈結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖6為圖1中2結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖7為圖6中2-201大臂安裝板示意圖。
[0021]圖8為圖6中2-700大臂結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖9為圖1中3前臂結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖10為圖9中3-800底座結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖11為圖9中3-900支架結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖12為圖9中3-1000X支鏈結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖13為圖9中3-1100Y支鏈結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖中:
[0028]1-肩關(guān)節(jié)及支座 2-大臂及安裝板 3-前臂 1-101-安裝中心底板
[0029]1-102-肩關(guān)節(jié)動(dòng)平臺1-103-長滑塊 1-104肩關(guān)節(jié)動(dòng)平臺1-500肩關(guān)節(jié)X支鏈支架
[0030]1-600肩關(guān)節(jié)Y支鏈 1-401液壓擺動(dòng)缸 1-402擺動(dòng)缸輸出軸座1-403偏心安裝底板[0031 ] 1-404X支鏈安裝底座1-405Y支鏈安裝底座1-501X支鏈液壓缸安裝底座1-502液壓缸
[0032]1-503推桿支座 1-504短滑塊1-601Y支鏈液壓缸安裝底座1-602液壓缸
[0033]1-603推桿支座 1-604短滑塊2-201大臂安裝板 2-700大臂
[0034]2-701大臂底板 2-702大臂支架 2-703支鏈安裝底板2-704液壓推缸安裝底座
[0035]2-705液壓缸2-706液壓缸支座 2-707肘關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)板3-800前臂底座
[0036]3-900前臂支架3-1000前臂X支鏈 3-1100前臂Y支鏈3-801靜平臺底座
[0037]3-802輸出軸軸座 3-803滑動(dòng)軸承 3-804隔離套 3-901擺動(dòng)單元
[0038]3-902連接法蘭3-903立架3-904支座 3-905短滑塊
[0039]3-1001液壓缸安裝底座3-1002液壓缸及推桿3-1003支架 3-1004短滑塊
[0040]3-1101短滑塊I3-1102直銷軸3-1103液壓缸及推桿3-1104支架
[0041]3-1105短滑塊2 3-301動(dòng)平臺1-400液壓擺動(dòng)缸底座
【具體實(shí)施方式】
[0042]下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0043]如圖1，本發(fā)明所述圖1中機(jī)械結(jié)構(gòu)包括肩關(guān)節(jié)及支座1、大臂及安裝板2、前臂3。其中肩關(guān)節(jié)及支座I全長600mm，大臂2全長為340mm，前臂全長為270mm。其位置連接關(guān)系是:大臂及安裝板2固定在肩關(guān)節(jié)及支座I的動(dòng)平臺上，螺釘連接；前臂3固連在大臂及安裝板中2的肘關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)板2-707上。
[0044]如圖2，本發(fā)明所述肩關(guān)節(jié)及支座1，液壓擺動(dòng)缸1-401、擺動(dòng)缸輸出軸座1_402、偏心安裝底板1-403、安裝中心底板1-101、肩關(guān)節(jié)動(dòng)平臺支架1-102、長滑塊1_103、肩關(guān)節(jié)動(dòng)平臺1-104、X支鏈安裝底座1-404、Y支鏈安裝底座1-405、肩關(guān)節(jié)X支鏈1_500、肩關(guān)節(jié)Y支鏈1-600組成。其位置連接關(guān)系是:液壓擺動(dòng)缸1-401上面固連擺動(dòng)缸輸出軸座1-402 ；偏心安裝底板1-403固連在擺動(dòng)缸輸出軸座1-402上面；X支鏈安裝底座1_404、Υ支鏈安裝底座1-405固定在偏心安裝底板1-403上；安裝中心底板1-101分別與偏安裝底板1_403、擺動(dòng)缸輸出轉(zhuǎn)軸座1-402固連；肩關(guān)節(jié)動(dòng)平臺支架1-102固定在安裝中心底板1-101上；肩關(guān)節(jié)X支鏈1-500通過鉸鏈連接在X支鏈安裝底座1-404上；肩關(guān)節(jié)Y支鏈1_600通過