仿人机械手臂和机器人的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，具体而言，涉及一种仿人机械手臂和机器人。

背景技术：

随着科技的进步，机器人的研究应用领域在不断扩展，其中仿人机器人的研究和应用尤其受到普遍关注，并成为智能机器人领域中最活跃的研究热点之一。

但是，现有的仿人机器人的两条机械臂，其自由度较少，运动灵活度受限，部件较多，安装复杂，而且目前大部分的机械臂主要应用于工业，仿人机械臂的研究较少。

因此，发明人发现设计一种自由度较多、运动灵活、部件较少、安装简单的仿人机械手臂是目前亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种仿人机械手臂和机器人，其旨在解决现有的机械臂自由度较少、运动灵活度受限、部件较多且安装复杂的技术问题。

本发明提供的第一种技术方案：一种仿人机械手臂包括肩转动关节、肩抬动关节、大臂旋转关节、肘转动关节、小臂旋转关节、手旋转关节、肩结构件、大臂结构件和小臂结构件，所述肩转动关节用于连接机器人机身，所述肩结构件的一端安装于所述肩转动关节上，所述肩抬动关节安装于所述肩结构件的另一端上，所述大臂结构件的一端安装于所述肩抬动关节上，所述大臂旋转关节安装于所述大臂结构件的另一端上，所述肘转动关节安装于所述大臂旋转关节上，所述小臂结构件的一端安装于所述肘转动关节上，所述手旋转关节安装于所述小臂结构件的另一端上。

进一步地，所述肩转动关节包括安装板、肩转动电机和肩转动减速器，所述肩转动电机和所述肩转动减速器均安装于所述安装板上，所述安装板用于连接所述机器人机身，所述肩转动电机与所述肩转动减速器连接，所述肩结构件的一端安装于所述肩转动减速器上。

进一步地，所述肩结构件包括底板和两个相对设置的侧板，所述底板的一侧安装于所述肩转动减速器上，两个所述侧板设置于所述底板的另一侧，所述肩抬动关节安装于两个所述侧板之间。

进一步地，所述肩抬动关节包括支撑结构件、肩抬动电机和肩抬动减速器，所述支撑结构件安装于一个所述侧板上，所述肩抬动电机和所述肩抬动减速器的一侧安装于所述支撑结构件上，所述肩抬动减速器的另一侧安装于另一个所述侧板上，所述肩抬动电机与所述肩抬动减速器连接，所述大臂结构件的一端安装于所述支撑结构件上，所述肩抬动电机驱动所述肩抬动减速器转动，所述肩抬动减速器带动所述支撑结构件、所述大臂结构件围绕所述肩抬动减速器的轴线转动。

进一步地，所述大臂旋转关节包括大臂旋转电机和大臂旋转减速器，所述大臂结构件为中空结构，所述大臂旋转电机安装于所述大臂结构件的内部，所述大臂旋转减速器的一端与所述大臂旋转电机连接、并从所述大臂结构件的内部伸出，所述大臂旋转减速器的另一端用于连接所述肘转动关节。

进一步地，所述肘转动关节包括肘固定件、肘转动电机和肘转动减速器，所述肘固定件安装于所述大臂旋转关节，所述肘转动电机和所述肘转动减速器均安装于所述肘固定件上，所述肘转动电机与所述肘转动减速器的一端连接，所述肘转动减速器的另一端用于连接所述小臂结构件。

进一步地，所述小臂旋转关节包括小臂旋转电机和小臂旋转减速器，所述小臂结构件为中空结构，所述小臂旋转电机安装于所述小臂结构件的内部，所述小臂旋转减速器的一端与所述小臂旋转电机连接、并从所述小臂结构件的内部伸出，所述小臂旋转减速器的另一端用于连接所述手旋转关节。

进一步地，所述手旋转关节包括手旋转固定件、手旋转电机和手旋转减速器，所述手旋转固定件安装于所述小臂旋转关节上，所述手旋转电机和所述手旋转减速器安装于所述手旋转固定件上，所述手旋转电机与所述手旋转减速器的一端连接，所述手旋转减速器的另一端用于连接机器人手掌。

进一步地，所述仿人机械手臂还包括手结构件，所述手结构件的一端安装于所述手旋转减速器上，所述手结构件的另一端用于连接所述机器人手掌。

本发明提供的第二种技术方案：一种机器人包括机器人机身和上述仿人机械手臂，所述仿人机械手臂的所述肩转动关节连接于所述机器人机身。

相比现有的机械臂，本发明提供的仿人机械手臂的有益效果是：首先，仿人机械手臂的自由度较多，运动灵活度高，具体包括六个自由度，分别为肩转动关节、肩抬动关节、大臂旋转关节、肘转动关节、小臂旋转关节和手旋转关节。其次，仿人机械手臂的部件少，结构简单，安装方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明第一实施例提供的仿人机械手臂的结构示意图。

图2为图1中肩转动关节和肩抬动关节及其相关部位的结构示意图。

图3为图1中肘转动关节及其相关部位的结构示意图。

图4为图1中手旋转关节及其相关部位的结构示意图。

图标：100-仿人机械手臂；110-肩转动关节；111-安装板；112-肩转动电机；113-肩转动减速器；120-肩结构件；121-底板；122-侧板；130-肩抬动关节；131-支撑结构件；132-肩抬动电机；133-肩抬动减速器；140-大臂结构件；150-大臂旋转关节；151-大臂旋转减速器；160-肘转动关节；161-肘固定件；162-肘转动电机；163-肘转动减速器；170-小臂结构件；180-小臂旋转关节；181-小臂旋转减速器；190-手旋转关节；191-手旋转固定件；192-手旋转电机；193-手旋转减速器；200-手结构件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

第一实施例

图1为本发明第一实施例提供的仿人机械手臂100的结构示意图，请参阅图1。

本实施例提供了一种仿人机械手臂100。仿人机械手臂100包括肩转动关节110、肩抬动关节130、大臂旋转关节150、肘转动关节160、小臂旋转关节180、手旋转关节190、肩结构件120、大臂结构件140、小臂结构件170和手结构件200。

肩转动关节110用于连接机器人机身，且可围绕其自身轴线旋转。肩结构件120的一端固定安装于肩转动关节110上。肩抬动关节130固定安装于肩结构件120的另一端上，肩抬动关节130可围绕其自身轴线旋转。大臂结构件140的一端固定安装于肩抬动关节130上。大臂旋转关节150固定安装于大臂结构件140的另一端上，且可围绕其自身轴线旋转。肘转动关节160固定安装于大臂旋转关节150上，且可围绕其自身轴线旋转。小臂结构件170的一端固定安装于肘转动关节160上。手旋转关节190固定安装于小臂结构件170的另一端上，且可围绕其自身轴线旋转。手结构件200的一端安装于手旋转关节190，手结构件200的另一端用于连接机器人手掌。

肩转动关节110包括安装板111、肩转动电机112和肩转动减速器113。肩转动电机112和肩转动减速器113均固定安装于安装板111上。安装板111用于连接机器人机身。肩转动电机112与肩转动减速器113连接。肩转动电机112的轴线和肩转动减速器113的轴线相互平行。肩结构件120的一端安装于肩转动减速器113上。肩转动电机112驱动肩转动减速器113转动，肩转动减速器113带动肩结构件120运动。在图1中，肩转动减速器113带动肩结构件120围绕肩转动减速器113的轴线作往复地旋转运动，旋转的角度可达到360度。

肩转动电机112与肩转动减速器113之间的传动形式有多种选择，例如带传动、齿轮传动。本实施例中，具体选用2GT的同步带传动，以实现肩转动电机112对肩转动减速器113的无间隙控制。肩转动减速器113可具体选用谐波减速器。

图2为图1中肩转动关节110和肩抬动关节130及其相关部位的结构示意图，请参阅图2。

肩结构件120包括底板121和两个相对设置的侧板122，底板121与两个侧板122可一体成型。肩结构件120的整体外形呈U字型形状。底板121的一侧安装于肩转动减速器113上，两个侧板122设置于底板121的另一侧，肩抬动关节130安装于两个侧板122之间。

肩抬动关节130包括支撑结构件131、肩抬动电机132和肩抬动减速器133，支撑结构件131安装于一个侧板122上，肩抬动电机132和肩抬动减速器133的一侧安装于支撑结构件131上，肩抬动减速器133的另一侧安装于另一个侧板122上，肩抬动电机132与肩抬动减速器133连接，大臂结构件140的一端安装于支撑结构件131上，肩抬动电机132驱动肩抬动减速器133转动，肩抬动减速器133带动支撑结构件131、大臂结构件140围绕肩抬动减速器133的轴线转动。

肩抬动电机132的轴线与肩转动减速器113的轴线相互垂直。肩抬动电机132与肩抬动减速器133可以是直联，也可以是通过同步带传动，本实施例中，肩抬动电机132与肩抬动减速器133直联。

具体的，支撑结构件131为一个中空结构。肩抬动电机132安装支撑结构件131的内部。肩抬动减速器133的一侧与支撑结构件131连接，肩抬动减速器133的另一侧与另一个侧板122连接。肩抬动电机132与肩抬动减速器133传动连接，肩抬动减速器133与大臂结构件140传动连接。这样，肩抬动电机132驱动肩抬动减速器133转动，肩抬动减速器133带动支撑结构件131、大臂结构件140围绕肩抬动减速器133的轴线作往复地旋转运动，旋转的角度范围为-90度到90度，其中，0度相当于大臂结构件140水平时的角度。

大臂结构件140为中空结构，大臂旋转关节150包括大臂旋转电机(图中未示出)和大臂旋转减速器151，大臂旋转电机安装于大臂结构件140的内部，大臂旋转减速器151的一端与大臂旋转电机连接、并从大臂结构件140的内部伸出，大臂旋转减速器151的另一端用于连接肘转动关节160。

大臂旋转电机的轴线与肩抬动减速器133的轴线相互垂直。大臂旋转电机与大臂旋转减速器151可以是直联，也可以是通过同步带传动，本实施例中，大臂旋转电机与大臂旋转减速器151直联。

图3为图1中肘转动关节160及其相关部位的结构示意图，请参阅图3。

大臂旋转减速器151与肘转动关节160连接，以带动肘转动关节160围绕大臂旋转减速器151的轴线作往复地旋转运动，旋转的角度可达到360度。

肘转动关节160包括肘固定件161、肘转动电机162和肘转动减速器163。肘固定件161安装于大臂旋转关节150的大臂旋转减速器151。肘转动电机162的轴线与大臂旋转减速器151的轴线相互垂直。肘转动电机162与肘转动减速器163可以是直联，也可以是通过同步带传动，本实施例中，肘转动电机162与肘转动减速器163通过同步带传动。

肘转动电机162和肘转动减速器163均安装于肘固定件161上，肘固定件161为中空结构，肘转动电机162安装于肘固定件161的内部。肘转动电机162与肘转动减速器163的一端连接，肘转动减速器163的另一端用于连接小臂结构件170。这样，肘转动电机162驱动肘转动减速器163转动，肘转动减速器163带动小臂结构件170围绕肘转动减速器163的轴线作往复地旋转运动，旋转的角度范围可以为-90度到90度，其中，0度相当于小臂结构件170水平时的角度。

小臂旋转关节180包括小臂旋转电机(图中未示出)和小臂旋转减速器181，小臂结构件170为中空结构，小臂旋转电机安装于小臂结构件170的内部，小臂旋转减速器181的一端与小臂旋转电机连接、并从小臂结构件170的内部伸出，小臂旋转减速器181的另一端用于连接手旋转关节190。

小臂旋转电机的轴线与肘转动减速器163的轴线相互垂直。小臂旋转电机与小臂旋转减速器181可以是直联，也可以是通过同步带传动，本实施例中，小臂旋转电机与小臂旋转减速器181直联。

图4为图1中手旋转关节190及其相关部位的结构示意图，请参阅图4。

小臂旋转减速器181与手旋转关节190连接，以带动手旋转关节190围绕小臂旋转减速器181的轴线作往复地旋转运动，旋转的角度可达到360度。

手旋转关节190包括手旋转固定件191、手旋转电机192和手旋转减速器193，手旋转固定件191安装于小臂旋转关节180上，手旋转电机192和手旋转减速器193安装于手旋转固定件191上，手旋转固定件191为中空结构，手旋转电机192安装在手旋转固定件191的内部。

手旋转电机192与手旋转减速器193的一端连接，手旋转减速器193的另一端连接手结构件200的一端。手结构件200的另一端用于连接机器人手掌。手旋转电机192的轴线与小臂旋转减速器181的轴线相互垂直。手旋转电机192与手旋转减速器193可以是直联，也可以是通过同步带传动，本实施例中，手旋转电机192与手旋转减速器193通过同步带传动。这样，手旋转电机192驱动手旋转减速器193转动，手旋转减速器193带动手结构件200围绕手旋转减速器193的轴线作往复地旋转运动，旋转的角度范围为-100度到100度，其中，0度相当于手结构件200竖直时的角度。

本实施例提供的仿人机械手臂100中，肩转动电机112、肩抬动电机132、大臂旋转电机、肘转动电机162、小臂旋转电机和手旋转电机192都可以采用无刷直流电机，六个电机分别独立驱动，使仿人机械手臂100具有六个自由度，运动灵活度高、控制灵敏。肩转动减速器113、肩抬动减速器133、大臂旋转减速器151、肘转动减速器163、小臂旋转减速器181和手旋转减速器193都可以采用谐波减速器，谐波减速器传动效率高、运动平稳、传动精度高、承载能力高、体积小且重量轻。本实施例提供的仿人机械手臂100部件少、结构简单且安装方便。

第二实施例

本实施例提供一种机器人。该机器人包括机器人机身和第一实施例中的仿人机械手臂100，仿人机械手臂100的肩转动关节110连接于机器人机身。

本实施例提供的机器人通过安装第一实施例中的仿人机械手臂100，具有较多的自由度，运动灵活度高，具有良好的使用效果，而且部件少，结构简单，安装方便。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。