一种基于直流电机驱动下的仿人机械臂的制作方法

本发明属于仿人机器人领域，具体涉及一种基于直流电机驱动下的仿人机械臂。

背景技术：

现有的市场上流行的仿人服务机器人机械臂大多具有较少的自由度，且结构较为庞大、与人体机构尺寸相差较大；这种机构可以有效的解决仿人服务机器人机械臂的自由度少、机构尺寸过大的问题，且整体结构简单，加工成本低廉。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的仿人服务机器人机械臂的自由度少的问题，本发明提供了一种基于直流电机驱动下的仿人机械臂。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种基于直流电机驱动下的仿人机械臂，包括：肩部关节、肘部关节及小臂关节，所述肩部关节通过肘部关节与小臂关节连接；

所述肩部关节包括：由旋转电机提供动力的小直齿圆柱齿轮轴、与小直齿圆柱齿轮轴配合的大直齿圆柱齿轮、设置在肩部承重件上的小直齿圆锥齿轮轴以及与小直齿圆锥齿轮配合的大直齿圆锥齿轮轴，所述大直齿圆柱齿轮固定在肩膀承重件的外壁上，所述小直齿圆锥齿轮轴的末端与胀套联轴器连接；

所述大直齿圆锥齿轮轴的一端通过大锥齿轮跨式固定件对其进行轴向及径向固定支撑；所述大直齿圆锥齿轮轴的另一端依次穿过肩膀承重件的内腔、胸腔固定件后与回转电机连接，所述肩部承重件与所述肩膀承重件固定连接；所述回转电机固定在为所述回转电机提供支撑的回转电机固定板上；所述小直齿圆柱齿轮轴的末端通过刚性联轴器与旋转电机连接，所述旋转电机固定在旋转固定件上；

所述肘部关节包括内置于肘部电机壳中的肘部电机，肘部电机与胀套联轴器固定连接,肘部电机的输出轴与肘部小斜齿圆锥齿轮轴通过胀套联轴器固定连接,肘关节上部连接件的一端与肘部电机壳固定连接，肘关节上部连接件的另一端与肘关节中间件连接，肘部中心轴的一端穿过肘关节上部连接件后与大斜齿圆锥齿轮连接，肘部中心轴的另一端与肘部轴承固定件连接，肘关节中间件内部通过肘部中心轴和弹性挡圈固定一深沟球轴承,肘部中心轴右侧与大锥齿轮固定连接,肘部中心轴左侧与弹性挡圈固定一深沟球轴承于肘部轴承固定件中；

所述小臂关节包括固定于小臂旋转电机壳中的小臂旋转电机，所述小臂旋转电机壳的上部与肘部轴承固定件连接，所述小臂旋转电机壳的下端设有小臂承重件，所述小臂旋转电机壳的上部还连接一大锥齿轮连接件，小臂旋转电机与小臂旋转电机轴联轴器固定连接，小臂旋转电机轴联轴器的末端与小臂胀套联轴器固定连接，小臂胀套联轴器的末端与手掌连接件固定连接，小臂承重件与小臂旋转电机轴联轴器活动连接。

上述的一种基于直流电机驱动下的仿人机械臂，所述大直齿圆柱齿轮通过深沟球轴承固定在肩膀承重件的外壁上，所述深沟球轴承内部设有弹性挡圈。

上述的一种基于直流电机驱动下的仿人机械臂，肩部关节与肘部关节通过胀套联轴器过盈配合，使肘部电机后盖与小直齿锥齿轮轴连接固定。

上述的一种基于直流电机驱动下的仿人机械臂，手掌连接件通过小臂胀套联轴器与小臂旋转电机联轴器连接，将手掌连接件的重离传递至小臂旋转电机联轴器；小臂旋转电机联轴器与小臂承重件的内孔之间设有与小臂旋转电机联轴器配合的深沟球轴承，该深沟球轴承将小臂旋转电机联轴器上的重力转移到小臂轴承承重件上，小臂轴承承重件与小臂旋转电机壳连接，所述小臂轴承承重件将重力传递到小臂旋转电机壳上。

本发明的有益效果：

本发明通过结构的仿生设计，结构间的合理连接和配合，动力机构间的有效搭配，成功的实现了仿人机器人机械臂较大运动范围的运动性能，此结构科学合理，功能完善，机构性能稳定，便于生产调试。

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1为本发明的整体结构图。

图2为本发明的肩部结构图。

图3为本发明的肘部与小臂结构图。

具体实施方式

为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

本实施例要解决的问题是提供一种基于直流电机驱动下的仿人机械臂结构，与传统仿人机器人机械臂机构相比，该机构具有结构简单，大小尺寸接近人体尺寸，运行平稳，功能完善，结构性能稳定，便于装配调整等优点。参照图1、图2和图3，本实施例采用的技术方案是：

一种基于直流电机驱动下的仿人机械臂，包括：

一肩部关节，肩部关节包括一对直齿圆柱齿轮1和46，小直齿圆柱齿轮46以齿轮轴的形式呈现，小直齿圆柱齿轮46以悬臂式固定方式固定，在固定支撑端首先通过深沟球轴承和轴肩，弹性挡圈的配合对齿轮轴进行轴向及径向固定，齿轮的末端通过刚性联轴器15与旋转电机14固定连接，旋转电机14通过旋转固定件16与螺钉的配合进行固定，大直齿圆柱齿轮1在其左侧与肩膀承重件6通过螺钉固定，在大直齿圆柱齿轮1内部，通过弹性挡圈，轴肩对深沟球轴承进行固定。大直齿圆锥齿轮1以齿轮轴形式呈现，大直齿圆锥齿轮47采用跨式固定方式固定，在大直齿圆锥齿轮的左侧，设置有结构内孔，在内孔中固定深沟球轴承，深沟球左侧通过相应的弹性挡圈固定，大锥齿轮跨式固定件45的轴、内伸与大锥齿轮47内孔通过轴肩对大直齿圆锥齿轮47进行轴向及径向固定支撑，大直齿圆锥齿轮47的另一端内穿于大圆柱齿轮1内孔后再通过深沟球轴承，弹性挡圈固定于胸腔固定件10中，在大直齿圆锥齿轮47的末端通过螺钉与法兰盘18固定连接，回转电机17直接与法兰盘18固定连接，回转电机17与回转电机固定板19通过螺钉固定连接，对回转电机进行固定支撑。小直齿圆柱齿轮46也以齿轮轴的形式呈现，在小直齿圆锥齿轮2中部，肩部承重件4内部通过弹性挡圈固定一角接触球轴承，小直齿圆锥齿轮2通过轴肩在竖直方向上将重力卸载于角接触球轴承的内环面上，肩部承重件4通过螺栓与肩膀承重件6固定连接。小直齿锥齿轮2末端与z11型胀套联轴器37连接；

一肘部关节，肘部关节，包括一肘部电机21，肘部电机21内置于肘部电机壳7中，在肘部电机21的首端通过沉头螺钉与肘部电机壳7固定，在末端通过螺钉与肘部电机后盖38固定，肘部电机壳7与肘部电机后盖38共同配合限制肘部电机的轴向，径向移动,肘部电机后盖38与肩部关节中的胀套联轴器37通过紧配合连接,肘部电机21的输出轴与肘部小斜齿圆锥齿轮轴20通过z11型胀套联轴器22连接固定,大斜齿圆锥齿轮48通过螺钉与大锥齿轮连接件32固定,肘关节上部连接件23通过螺钉与肘部电机壳7连接固定,在肘关节上部连接件23的下端通过螺钉与肘关节中间件24连接,在肘关节中间件24内部通过肘部中心轴26、弹性挡圈、固定一深沟球轴承,肘部中心轴26右侧通过螺钉与大锥齿轮48固定连接,左侧与弹性挡圈固定一深沟球轴承于肘部轴承固定件31中;

一小臂关节,包括小臂旋转电机34,小臂旋转电机34固定于小臂旋转电机壳33中,小臂旋转电机壳33上部通过螺钉分别与肘部轴承固定件31,大锥齿轮连接件32固定连接,小臂旋转电机34输出轴与小臂旋转电机轴联轴器39通过顶丝固定,联轴器39末端与小臂胀套联轴器42固定连接,小臂胀套联轴器42末端再通过紧配合与手掌连接件43固定连接,小臂承重件41通过内孔与小臂旋转电机输出轴联轴器39配合固定一深沟球轴承,小臂承重件41末端与小臂旋转电机壳33通过螺钉固定连接。

整个机械臂在四个直流电机及锥齿轮与圆柱齿轮的配合下以及各个构件不同的连接方式和配合实现了肩部的两个自由度，肘部一个自由度，小臂一个自由度，通过四个直流电机提供动能，两对锥齿轮和一对圆柱齿轮的啮合配合传动，使此机械臂在较小的结构设计空间下达到较多的运动空间范围，完成仿人服务机器人所需求的运动能力。

一肩部关节，肩部关节包括一对直齿圆柱齿轮，小直齿圆柱齿轮以齿轮轴的形式呈现，小直齿圆柱齿轮以悬臂式固定方式固定，在固定支撑端首先通过深沟球轴承和轴肩，弹性挡圈的配合对齿轮轴进行轴向及径向固定，齿轮的末端通过刚性联轴器与旋转电机固定连接，旋转电机通过旋转固定件与螺钉的配合进行固定，大直齿圆柱齿轮在其左侧与肩膀承重件通过螺钉固定，在大直齿圆柱齿轮内部，通过弹性挡圈，轴肩对深沟球轴承进行固定。大直齿圆锥齿轮以齿轮轴形式呈现，在大直齿圆锥齿轮采用跨式固定方式固定，在大直齿圆锥齿轮的左侧，设置有结构内孔，在内孔中固定深沟球轴承，深沟球左侧通过相应的弹性挡圈固定，大锥齿轮跨式固定件的轴内伸与大锥齿轮内孔，通过轴肩对圆锥齿轮进行轴向及径向固定支撑，大锥齿轮轴的另一端内穿大圆柱齿轮内孔后再通过深沟球轴承，弹性挡圈固定于胸腔固定件中，在齿轮轴的末端通过螺钉与法兰盘固定连接，回转电机直接与法兰盘固定连接，回转电机与回转电机固定板通过螺钉固定连接，对回转电机进行固定支撑。小直齿圆柱齿轮也以齿轮轴的形式呈现，在小直齿圆锥齿轮轴中部，肩部承重件内部通过弹性挡圈固定一角接触球轴承，小直齿圆锥齿轮轴通过轴肩在竖直方向上将重力卸载于角接触球轴承的内环面上，肩部承重件通过螺栓与肩膀承重件固定连接。小直齿锥齿轮轴末端与z11型胀套联轴器连接；

一肘部关节，肘部关节包括一肘部电机，肘部电机内置于肘部电机壳中，在肘部电机的首端通过沉头螺钉与肘部电机壳固定，在末端通过螺钉与肘部电机后盖固定，肘部电机壳与肘部电机后盖共同配合限制肘部电机的轴向，径向移动,肘部电机后盖与肩部关节中的胀套联轴器通过紧配合连接,肘部电机轴与肘部小斜齿圆锥齿轮轴通过z11型胀套联轴器连接固定,大斜齿圆锥齿轮通过螺钉与大锥齿轮连接件固定,肘关节上部连接件通过螺钉与肘部电机壳连接固定,在肘关节上部连接件的下端通过螺钉与肘关节中间件连接,在轴关节中间件内部,通过肘部中心轴,弹性挡圈固定一深沟球轴承,肘部中心轴右侧通过螺钉与大锥齿轮固定连接,左侧与弹性挡圈固定一深沟球轴承于肘部轴承固定件中;

一小臂关节,包括小臂旋转电机,小臂旋转电机固定于小臂电机壳中,小臂旋转电机壳上部通过螺钉分别于肘部轴承固定件,大锥齿轮连接件固定连接,小臂旋转电机轴与小臂旋转电机联轴器通过顶丝固定,联轴器末端与小臂胀套联轴器固定连接,小臂胀套联轴器末端再通过紧配合与手掌连接件固定连接,小臂承重件通过内孔与小臂旋转电机输出轴联轴器配合固定一深沟球轴承,小臂承重件末端与小臂旋转电机壳通过螺钉固定连接。

在一些实施方式中，其中肩部大圆锥齿轮内置于大直齿圆柱齿轮内，回转电机通过法兰盘直接驱动大圆锥齿轮旋转，啮合小圆锥齿轮，旋转电机通过联轴器直接驱动小直齿圆柱齿轮与大直齿圆柱齿轮啮合。

在一些实施方式中，其中：肩部关节的旋转运动与回转运动通过结构内部的深沟球轴承的配合，是旋转运动与回转运动具有相互独立的运动形式。

在一些实施方式中，其中：肩部关节与肘部关机的过度连接部分采用胀套联轴器，通过紧配合，使肘部电机后盖与小直齿锥齿轮轴连接固定。

在一些实施方式中，其中：手掌连接件的重量通过小臂胀套联轴器传递到小臂旋转电机联轴器上，小臂旋转电机联轴器又通过与之配合的深沟球轴承将重力转移到小臂轴承承重件上，而小臂轴承承重件又将重力传递到小臂旋转电机壳上。

通过上述技术方案，本实施例的有益效果是：

本实施例各个构件不同的连接方式和配合实现了肩部的两个自由度，肘部一个自由度，小臂一个自由度，通过四个直流电机提供动能，两对锥齿轮和一对圆柱齿轮的啮合配合传动，使此机械臂在较小的结构设计空间下达到较多的运动空间范围，完成仿人服务机器人所需求的运动能力。

本实施例公开了一种基于直流电机驱动下的仿人机械臂的机构设计。包括肩部关节组件，肘部关节组件和小臂关节组件，其中肩部关节的两个自由度可以解决仿人机器人肩部运动的灵活性问题，肘部关节通过直流电机与一对斜齿圆锥齿轮的配合，十分贴近的模拟了人类肘部关节的运动特性，小臂关节采用胀套联轴器与角接触球轴承、联轴器的配合下、在提供仿人机器人小臂关节旋转运动特性的性能下，将小臂下部构件的重量转移到电机小臂旋转电机壳上，解决了电机轴不受轴向与径向力的问题。所述机械臂具有结构简单，运行平稳，经济实用，绿色环保，空间结构体接近人体手臂，便于生产装配等优点。

本实施例具有功能完善到位，机构简单，目的性强，运动平稳，机构性能稳定，便于装配调整等优点。

本实施例通过结构的仿生设计，结构间的合理连接和配合，动力机构间的有效搭配，成功的实现了仿人机器人机械臂较大运动范围的运动性能，此结构科学合理，功能完善，机构性能稳定，便于生产调试。

本实施例各个构件不同的连接方式和配合实现了肩部的两个自由度，肘部一个自由度，小臂一个自由度，通过四个直流电机提供动能，两对锥齿轮和一对圆柱齿轮的啮合配合传动，使此机械臂在较小的结构设计空间下达到较多的运动空间范围，完成仿人服务机器人所需求的运动能力。并且，本实施例具有功能完善到位，机构简单，目的性强，运动平稳，机构性能稳定，便于装配调整等优点。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。