專利名稱：一種六自由度機器人靈巧手臂的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種機器人手臂。
背景技術：
機器人手臂是機器人系統(tǒng)實現大范圍宏操作的重要工具，對機器人系統(tǒng)的作業(yè)能 力、作業(yè)水平具有重要的影響。特別是近年來發(fā)展迅速的服務機器人、特種操作機器人等， 對操作手臂提出了更高的要求。目前市場上成熟的機器人手臂，具有重量大、集成度低等問 題，限制了靈巧手與機器人系統(tǒng)的集成。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種六自由度機器人靈巧手臂，以解決現有機器人手臂重量 大、集成度低，限制了靈巧手與機器人系統(tǒng)集成的問題。 本發(fā)明為解決上述技術問題采取的技術方案是本發(fā)明的手臂由第一肩關節(jié)、第 二肩關節(jié)、第一肘關節(jié)、第二肘關節(jié)、兩自由度腕關節(jié)、基座、第一肩關節(jié)連接件、第二肩關 節(jié)連接件、上臂、第一肘關節(jié)連接件、第二肘關節(jié)連接件、前臂、第一肩關節(jié)電路板、第二肩 關節(jié)電路板、第一肘關節(jié)電路板、第二肘關節(jié)電路板、腕關節(jié)電路板和多根導線組成，所述 上臂和前臂均設有內腔；第一肩關節(jié)的第一固定端與基座相連接，第一肩關節(jié)的第一輸出 端通過第一肩關節(jié)連接件與第二肩關節(jié)的第二輸出端連接，第二肩關節(jié)的第二固定端通過 第二肩關節(jié)連接件與上臂的上端連接，上臂的下端通過第一肘關節(jié)連接件與第一肘關節(jié)的 第三固定端連接，第一肘關節(jié)的第三輸出端通過第二肘關節(jié)連接件與第二肘關節(jié)的第四輸 出端連接，第二肘關節(jié)的第四固定端與前臂的上端連接，前臂的下端與兩自由度腕關節(jié)連 接；第一肩關節(jié)的旋轉中心軸線、第二肘關節(jié)的旋轉中心軸線及兩自由度腕關節(jié)的側擺中 心軸線三者在同一平面內，且均與第二肩關節(jié)的俯仰中心軸線、第一肘關節(jié)的俯仰中心軸 線及兩自由度腕關節(jié)的俯仰中心軸線垂直；第一肩關節(jié)的旋轉中心軸線與第二肩關節(jié)的 俯仰中心軸線正交，兩自由度腕關節(jié)的側擺中心軸線與兩自由度腕關節(jié)的俯仰中心軸線正 交，第二肘關節(jié)的旋轉中心軸線與第一肘關節(jié)的俯仰中心軸線、兩自由度腕關節(jié)的俯仰中 心軸線及兩自由度腕關節(jié)的側擺中心軸線正交；第一肩關節(jié)電路板固裝在基座與第二肩 關節(jié)相鄰一側端面上，第二肩關節(jié)電路板靠近第二肩關節(jié)設置且與上臂的上端固接，第一 肘關節(jié)電路板靠近第一肘關節(jié)設置且與上臂的下端固接，第二肘關節(jié)電路板和腕關節(jié)電路 板均固裝在前臂上，第一肩關節(jié)電路板的輸出端與第二肩關節(jié)電路板的輸入端之間、第二 肩關節(jié)電路板的輸出端與第一肘關節(jié)電路板的輸入端之間、第一肘關節(jié)電路板的輸出端與 第二肘關節(jié)電路板的輸入端之間、第二肘關節(jié)電路板的輸出端與腕關節(jié)電路板的輸入端之 間、第一肩關節(jié)的第一輸出端與第一肩關節(jié)的第一電氣系統(tǒng)之間、第一肩關節(jié)的第一固定 端與第一肩關節(jié)的第一電氣系統(tǒng)之間、第二肩關節(jié)的第二輸出端與第二肩關節(jié)的第二電氣 系統(tǒng)之間、第二肩關節(jié)的第二固定端與第二肩關節(jié)的第二電氣系統(tǒng)之間、第一肘關節(jié)的第 三輸出端與第一肘關節(jié)的第三電氣系統(tǒng)之間、第一肘關節(jié)的第三固定端與第一肘關節(jié)的第三電氣系統(tǒng)之間、第二肘關節(jié)的第四輸出端與第二肘關節(jié)的第四電氣系統(tǒng)之間及第二肘關 節(jié)的第四固定端與第二肘關節(jié)的第四電氣系統(tǒng)之間分別通過導線連接。 本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明具有結構簡單、緊湊、重量輕、集成度高、可靠性高的 優(yōu)點。本發(fā)明能夠實現肩關節(jié)的旋轉和俯仰、肘關節(jié)的旋轉和俯仰以及腕關節(jié)的側擺和俯 仰運動；采用各連接件、上臂和前臂將各模塊化關節(jié)相互連接構成機械臂，同時設置了各關 節(jié)的運動范圍，實現了靈巧手臂與人手臂相近的工作空間；關節(jié)電路板集成在靠近關節(jié)的 基座、上臂及前臂上，采用關節(jié)上臂及前臂內腔走線的方式，實現手腕及各關節(jié)間的串行電 氣連接。


圖1是本發(fā)明的整體結構主視圖，圖2是圖1的右視圖，圖3是本發(fā)明的機械臂各 關節(jié)的運動范圍主視圖，圖4是圖3的右視圖，圖5是圖4的仰視圖，圖6是各關節(jié)間的機 械連接結構主視圖，圖7是圖6的右視圖，圖8是各關節(jié)電路板布置位置軸測圖(主視)，圖 9是各關節(jié)電路板布置位置軸測圖(后視)，圖10a-圖10c是各關節(jié)與電路板之間的走線 圖(其中圖10a是第一導線15從第一肩關節(jié)電路板14-1的輸出端引出，繞過基座6后從 第一肩關節(jié)1的第一軸向中心孔1-5穿過的走線圖，圖10b是導線15繞過第一肩關節(jié)連接 件7后穿過第二肩關節(jié)2的第二軸向中心孔2-5的走線圖，圖10c是導線15繞過第二肩關 節(jié)連接件8后向下走線，最后從前臂12的側壁引出的走線圖)，圖11是第一肩關節(jié)1或第 二肩關節(jié)2的主視結構圖，圖12是第一肘關節(jié)3或第二肘關節(jié)4的主視結構圖，圖13是第 一肩關節(jié)1或第二肩關節(jié)2的主視剖視圖，圖14是第一肘關節(jié)3或第二肘關節(jié)4的主視剖 視圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一 結合圖1-圖14說明本實施方式，本實施方式的手臂由第一肩關 節(jié)1、第二肩關節(jié)2、第一肘關節(jié)3、第二肘關節(jié)4、兩自由度腕關節(jié)5、基座6、第一肩關節(jié)連 接件7、第二肩關節(jié)連接件8、上臂9、第一肘關節(jié)連接件10、第二肘關節(jié)連接件11、前臂12、 第一肩關節(jié)電路板14-1、第二肩關節(jié)電路板14-2、第一肘關節(jié)電路板14-3、第二肘關節(jié)電 路板14-4、腕關節(jié)電路板14-5和多根導線15組成，所述上臂9和前臂12均設有內腔；第 一肩關節(jié)1的第一固定端1-3與基座6相連接，第一肩關節(jié)1的第一輸出端l-4通過第一 肩關節(jié)連接件7與第二肩關節(jié)2的第二輸出端2-4連接，第二肩關節(jié)2的第二固定端2-3 通過第二肩關節(jié)連接件8與上臂9的上端連接，上臂9的下端通過第一肘關節(jié)連接件10與 第一肘關節(jié)3的第三固定端3-3連接，第一肘關節(jié)3的第三輸出端3-4通過第二肘關節(jié)連 接件11與第二肘關節(jié)4的第四輸出端4-4連接，第二肘關節(jié)4的第四固定端4-3與前臂12 的上端連接，前臂12的下端與兩自由度腕關節(jié)5連接；第一肩關節(jié)1的旋轉中心軸線1-1、 第二肘關節(jié)4的旋轉中心軸線4-1及兩自由度腕關節(jié)5的側擺中心軸線5-2三者在同一平 面內，且均與第二肩關節(jié)2的俯仰中心軸線2-l、第一肘關節(jié)3的俯仰中心軸線3-1及兩自 由度腕關節(jié)5的俯仰中心軸線5-1垂直；第一肩關節(jié)1的旋轉中心軸線1-1與第二肩關節(jié) 2的俯仰中心軸線2-1正交，兩自由度腕關節(jié)5的側擺中心軸線5-2與兩自由度腕關節(jié)5的 俯仰中心軸線5-1正交，第二肘關節(jié)4的旋轉中心軸線4-1與第一肘關節(jié)3的俯仰中心軸線3-l、兩自由度腕關節(jié)5的俯仰中心軸線5-1及兩自由度腕關節(jié)5的側擺中心軸線5-2正 交；第一肩關節(jié)電路板14-1固裝在基座6與第二肩關節(jié)2相鄰一側端面上，第二肩關節(jié)電 路板14-2靠近第二肩關節(jié)2設置且與上臂9的上端固接，第一肘關節(jié)電路板14-3靠近第 一肘關節(jié)3設置且與上臂9的下端固接，第二肘關節(jié)電路板14-4和腕關節(jié)電路板14-5均 固裝在前臂12上，第一肩關節(jié)電路板14-1的輸出端與第二肩關節(jié)電路板14-2的輸入端之 間、第二肩關節(jié)電路板14-2的輸出端與第一肘關節(jié)電路板14-3的輸入端之間、第一肘關節(jié) 電路板14-3的輸出端與第二肘關節(jié)電路板14-4的輸入端之間、第二肘關節(jié)電路板14-4的 輸出端與腕關節(jié)電路板14-5的輸入端之間、第一肩關節(jié)1的第一輸出端1-4與第一肩關節(jié) 1的第一電氣系統(tǒng)1-10之間、第一肩關節(jié)1的第一固定端1-3與第一肩關節(jié)1的第一電氣 系統(tǒng)1-10之間、第二肩關節(jié)2的第二輸出端2-4與第二肩關節(jié)2的第二電氣系統(tǒng)2-10之 間、第二肩關節(jié)2的第二固定端2-3與第二肩關節(jié)2的第二電氣系統(tǒng)2-10之間、第一肘關 節(jié)3的第三輸出端3-4與第一肘關節(jié)3的第三電氣系統(tǒng)3-10之間、第一肘關節(jié)3的第三固 定端3-3與第一肘關節(jié)3的第三電氣系統(tǒng)3-10之間、第二肘關節(jié)4的第四輸出端4-4與第 二肘關節(jié)4的第四電氣系統(tǒng)4-10之間及第二肘關節(jié)4的第四固定端4-3與第二肘關節(jié)4 的第四電氣系統(tǒng)4-10之間分別通過導線15連接。
具體實施方式
二 結合圖10a-圖10c說明本實施方式，本實施方式的第一肩關節(jié) 電路板14-1的輸出端與第二肩關節(jié)電路板14-2的輸入端之間的走線路徑是導線15繞過 基座6從第一肩關節(jié)1的第一軸向中心孔1-5穿過，并繞過肩關節(jié)連接件7，再穿過第二肩 關節(jié)2的第二軸向中心孔2-5及繞過第二肩關節(jié)連接件8，穿入上臂9的內腔，從上臂9的 側壁中間位置穿出連接至第二肩關節(jié)電路板14-2的輸入端；第一肘關節(jié)電路板14-3的輸 出端與第二肘關節(jié)電路板14-4的輸入端之間的走線路徑是導線15從上臂9的側壁穿入， 沿上臂9的內腔走線，繞過第一肘關節(jié)連接件10，穿過第一肘關節(jié)3的第三軸向中心孔3-5 并繞過第二肘關節(jié)連接件11 ，再穿過第二肘關節(jié)4的第四軸向中心孔4-5進入前臂12的內 腔中，最后從前臂12的側壁引出連接至第二肘關節(jié)電路板14-4。如此設置，避免關節(jié)轉動 引起導線的纏繞。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三結合圖1、圖2、圖13和圖14說明本實施方式，本實施方式的第 一肩關節(jié)1的第一輸出端l-4與第一肩關節(jié)1的第一電氣系統(tǒng)l-10之間的走線路徑是導 線15從第一肩關節(jié)1的第一輸出端1-4引出穿過第一肩關節(jié)1的第一軸向中心孔1-5與 第一肩關節(jié)1的第一電氣系統(tǒng)1-10連接；第二肩關節(jié)2的第二輸出端2-4與第二肩關節(jié)2 的第二電氣系統(tǒng)2-10之間的走線路徑是導線15從第二肩關節(jié)2的第二輸出端2-4引出 穿過第二肩關節(jié)2的第二軸向中心孔2-5與第二肩關節(jié)2的第二電氣系統(tǒng)2-10連接；第一 肘關節(jié)3的第三輸出端3-4與第一肘關節(jié)3的第三電氣系統(tǒng)3-10之間的走線路徑是導線 15從第一肘關節(jié)3的第三輸出端3-4引出穿過第一肘關節(jié)3的第三軸向中心孔3-5與第一 肘關節(jié)3的第三電氣系統(tǒng)3-10連接；第二肘關節(jié)4的第四輸出端4-4與第二肘關節(jié)4的第 四電氣系統(tǒng)4-10之間的走線路徑是導線15從第二肘關節(jié)4的第四輸出端4-4引出穿過 第二肘關節(jié)4的第四軸向中心孔4-5與第二肘關節(jié)4的第四電氣系統(tǒng)4-10連接。如此設 置，避免關節(jié)轉動引起導線的纏繞。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四結合圖2說明本實施方式，本實施方式的第二肩關節(jié)2的第二肩 關節(jié)俯仰中心軸線2-1與第一肘關節(jié)3的第一肘關節(jié)俯仰中心軸線3-1的距離H1為260mm，第一肘關節(jié)3的第一肘關節(jié)俯仰中心軸線3-1與兩自由度腕關節(jié)5的腕關節(jié)俯仰中心軸線5-1的距離H2為250mm。如此設置，滿足了靈巧手臂的設計要求。其它與具體實施方式
一、二或三相同。
具體實施方式
五結合圖1和圖4說明本實施方式，本實施方式的第一肩關節(jié)1繞第一肩關節(jié)旋轉中心軸線1-1轉動的角度為-90°至180° ，第一肩關節(jié)l轉動角度定義如下手臂垂直向下位置定義為0° ，第一肩關節(jié)1繞第一肩關節(jié)旋轉中心軸線1-1由手臂垂直向下位置向機器人軀體后上方轉動的角度定義為負值，第一肩關節(jié)1繞第一肩關節(jié)旋轉中心軸線l-l由手臂垂直向下位置向機器人軀體前上方轉動的角度定義為正值。如此設置，滿足了靈巧手臂的設計要求。其它與具體實施方式
一至四中的任意一個相同。
具體實施方式
六結合圖1-圖3說明本實施方式，本實施方式的第二肩關節(jié)2繞第二肩關節(jié)俯仰中心軸線2-l的俯仰角度為0。至180° ，第二肩關節(jié)2俯仰角度定義如下手臂垂直向下位置定義為O。，第二肩關節(jié)2繞第二肩關節(jié)俯仰中心軸線2-l由手臂垂直向下位置向機器人軀體外側上方轉動的角度定義為正值(即第二肩關節(jié)2的俯仰軌跡與機器人軀體在同一平面內)。如此設置，滿足了靈巧手臂的設計要求。其它與具體實施方式
一至五中的任意一個相同。
具體實施方式
七結合圖1-圖3說明本實施方式，本實施方式的第一肘關節(jié)3繞第一肘關節(jié)俯仰中心軸線3-1的俯仰角度為-30°至120° ，第一肘關節(jié)3的俯仰角度定義如下手臂垂直向下位置定義為0° ，第一肘關節(jié)3繞第一肘關節(jié)俯仰中心軸線3-1由手臂垂直向下位置向機器人軀體外側方向俯仰的角度定義為負值，第一肘關節(jié)3繞第一肘關節(jié)俯仰中心軸線3-l由手臂垂直向下位置向機器人軀體內側方向俯仰的角度定義為正值(即第一肘關節(jié)3的俯仰軌跡與機器人軀體平行)。如此設置，滿足了靈巧手臂的設計要求。其它與具體實施方式
一至六中任意一個相同。
具體實施方式
八結合圖1、圖2和圖5說明本實施方式，本實施方式的第二肘關節(jié)4以第二肘關節(jié)旋轉中心軸線4-1為回轉軸回轉的角度為-90°至90° ，第二肘關節(jié)4的回轉角度定義如下手臂垂直向下位置定義為O。，第二肘關節(jié)4以第二肘關節(jié)旋轉中心軸線4-1為回轉軸由手臂垂直向下位置向機器人軀體外側及前側方向水平回轉的角度定義為正值，第二肘關節(jié)4以第二肘關節(jié)旋轉中心軸線4-l為回轉軸由手臂垂直向下位置向機器人軀體內側及前側方向水平回轉的角度定義為負值。如此設置，滿足了靈巧手臂的設計要求。其它與具體實施方式
一至七中任意一個相同。
具體實施方式
九結合圖1-圖4說明本實施方式，本實施方式的兩自由度腕關節(jié)5繞腕關節(jié)俯仰中心軸線5-1的俯仰角度為-90°至90° ;兩自由度腕關節(jié)5繞腕關節(jié)側擺中心軸線5-2擺動的角度為-60°至60° ，手臂垂直向下位置定義為O。，兩自由度腕關節(jié)5的俯仰角度定義如下兩自由度腕關節(jié)5繞腕關節(jié)俯仰中心軸線5-1由手臂垂直向下位置向機器人軀體內側方向轉動的角度定義為正值，兩自由度腕關節(jié)5繞腕關節(jié)俯仰中心軸線5-l由手臂垂直向下位置向機器人軀體外側方向轉動的角度定義為負值；兩自由度腕關節(jié)5的側擺角度定義如下兩自由度腕關節(jié)5繞腕關節(jié)側擺中心軸線5-2由手臂垂直向下位置向機器人軀體前側方向轉動的角度定義為正值，兩自由度腕關節(jié)5繞腕關節(jié)側擺中心軸線5-2由手臂垂直向下位置向機器人軀體后側方向轉動的角度定義為負值。如此設置，滿足了靈巧手臂的設計要求。本實施方式與具體實施方式
五至八的方案組合在一起可完全
8滿足靈巧手臂的設計要求。
具體實施方式
十結合圖1、圖2、圖11和圖12說明本實施方式，本實施方式的第一肩關節(jié)1、第二肩關節(jié)2、第一肘關節(jié)3和第二肘關節(jié)4采用模施方式的第一肩關節(jié)1、第二肩關節(jié)2、第一肘關節(jié)3和第二肘關節(jié)4采用模塊化設計，第一肩關節(jié)1由第一固定端l-3、第一輸出端l-4、第一固定端擋塊l-8、第一輸出端限位塊1-9及第一電氣系統(tǒng)1-10組成；所述第一固定端擋塊1-8設置在第一固定端1-3內，第一固定端1-3與第一輸出端1-4之間通過軸承連接，第一肩關節(jié)1上設有第一軸向中心孔l-5，第一固定端1-3的外圓周端面上沿其圓周方向均布設有六個第一螺釘孔l-6，第一輸出端1-4的外圓周端面上沿其圓周方向均布設有至少六個第二螺釘孔l-7，實現關節(jié)的上下機械連接，第一輸出端限位塊
1- 9裝在第一固定端1-3的外壁上且與第一輸出端l-4相鄰一側端面可拆卸連接，第一電氣系統(tǒng)1-10設置在第一固定端1-3上；第二肩關節(jié)2由第二固定端2-3、第二輸出端2-4、第二固定端擋塊2-8、第二輸出端限位塊2-9及第二電氣系統(tǒng)2-10組成；所述第二固定端擋塊2-8設置在第二固定端2-3內，第二固定端2-3與第二輸出端2-4之間通過軸承連接，第二肩關節(jié)2上設有第二軸向中心孔2-5，第二固定端2-3的外圓周端面上沿其圓周方向均布設有六個第三螺釘孔2-6，第二輸出端2-4的外圓周端面上沿其圓周方向均布設有至少六個第四螺釘孔2-7，實現關節(jié)的上下機械連接，第二輸出端限位塊2-9裝在第二固定端
2- 3的外壁上且與第二輸出端2-4相鄰一側端面可拆卸連接，第二電氣系統(tǒng)2-10設置在第二固定端2-3上；第一肘關節(jié)3由第三固定端3-3、第三輸出端3-4、第三固定端擋塊3_8、第三輸出端限位塊3-9及第三電氣系統(tǒng)3-10組成；所述第三固定端擋塊3-8設置在第三固定端3-3內，第三固定端3-3與第三輸出端3-4之間通過軸承連接，第一肘關節(jié)3上設有第三軸向中心孔3-5，第三固定端3-3的外圓周端面上沿其圓周方向均布設有六個第五螺釘孔3-6，第三輸出端3-4的外圓周端面上沿其圓周方向均布設有至少六個第六螺釘孔3-7，實現關節(jié)的上下機械連接，第三輸出端限位塊3-9裝在第三固定端3-3的外壁上且與第三輸出端3-4相鄰一側端面可拆卸連接，第三電氣系統(tǒng)3-10設置在第三固定端3-3上；第二肘關節(jié)4由第四固定端4-3、第四輸出端4-4、第四固定端擋塊4-8、第四輸出端限位塊4_9及第四電氣系統(tǒng)4-10組成；所述第四固定端擋塊4-8設置在第四固定端4-3內，第四固定端4-3與第四輸出端4-4之間通過軸承連接，第二肘關節(jié)4上設有第四軸向中心孔4-5，第四固定端4-3的外圓周端面上沿其圓周方向均布設有六個第七螺釘孔4-6，第四輸出端4-4的外圓周端面上沿其圓周方向均布設有至少六個第八螺釘孔4-7，實現關節(jié)的上下機械連接，第四輸出端限位塊4-9裝在第四固定端4-3的外壁上且與第四輸出端4-4相鄰一側端面可拆卸連接，第四電氣系統(tǒng)4-10設置在第四固定端4-3上。如此設置，可實現各關節(jié)的上下機械連接，并能限定各關節(jié)運動范圍。 工作原理每個關節(jié)固定端(包括第一固定端l-3、第二固定端2-3、第三固定端
3- 3和第四固定端4-3)與相應的一個電機定子固接，每個關節(jié)輸出端(包括第一輸出端l-4、第二輸出端2-4、第三輸出端3-4和第四輸出端4-4)與相應的一個力矩傳感器連接，每個關節(jié)固定端與該關節(jié)輸出端相對轉動，形成了該關節(jié)的運動。設定每個關節(jié)固定端與該關節(jié)輸出端的相對運動范圍，限制了機械手臂各關節(jié)的運動范圍(具有與人手臂相近的關
節(jié)運動范圍旋轉(第一肩關節(jié)l) :-90°至180° ;俯仰(第二肩關節(jié)2) :0° -180° ;俯仰(第一肘關節(jié)3) :_30° _120° ;旋轉(第二肘關節(jié)4) :-90° _90° ;俯仰(兩自由度腕關節(jié)5):-90° -90° ;側擺(兩自由度腕關節(jié)5) :-60° -6(T
權利要求
一種六自由度機器人靈巧手臂，所述手臂由第一肩關節(jié)(1)、第二肩關節(jié)(2)、第一肘關節(jié)(3)、第二肘關節(jié)(4)、兩自由度腕關節(jié)(5)、基座(6)、第一肩關節(jié)連接件(7)、第二肩關節(jié)連接件(8)、上臂(9)、第一肘關節(jié)連接件(10)、第二肘關節(jié)連接件(11)、前臂(12)、第一肩關節(jié)電路板(14-1)、第二肩關節(jié)電路板(14-2)、第一肘關節(jié)電路板(14-3)、第二肘關節(jié)電路板(14-4)、腕關節(jié)電路板(14-5)和多根導線(15)組成，所述上臂(9)和前臂(12)均設有內腔；其特征在于第一肩關節(jié)(1)的第一固定端(1-3)與基座(6)相連接，第一肩關節(jié)(1)的第一輸出端(1-4)通過第一肩關節(jié)連接件(7)與第二肩關節(jié)(2)的第二輸出端(2-4)連接，第二肩關節(jié)(2)的第二固定端(2-3)通過第二肩關節(jié)連接件(8)與上臂(9)的上端連接，上臂(9)的下端通過第一肘關節(jié)連接件(10)與第一肘關節(jié)(3)的第三固定端(3-3)連接，第一肘關節(jié)(3)的第三輸出端(3-4)通過第二肘關節(jié)連接件(11)與第二肘關節(jié)(4)的第四輸出端(4-4)連接，第二肘關節(jié)(4)的第四固定端(4-3)與前臂(12)的上端連接，前臂(12)的下端與兩自由度腕關節(jié)(5)連接；第一肩關節(jié)(1)的旋轉中心軸線(1-1)、第二肘關節(jié)(4)的旋轉中心軸線(4-1)及兩自由度腕關節(jié)(5)的側擺中心軸線(5-2)三者在同一平面內，且均與第二肩關節(jié)(2)的俯仰中心軸線(2-1)、第一肘關節(jié)(3)的俯仰中心軸線(3-1)及兩自由度腕關節(jié)(5)的俯仰中心軸線(5-1)垂直；第一肩關節(jié)(1)的旋轉中心軸線(1-1)與第二肩關節(jié)(2)的俯仰中心軸線(2-1)正交，兩自由度腕關節(jié)(5)的側擺中心軸線(5-2)與兩自由度腕關節(jié)(5)的俯仰中心軸線(5-1)正交，第二肘關節(jié)(4)的旋轉中心軸線(4-1)與第一肘關節(jié)(3)的俯仰中心軸線(3-1)、兩自由度腕關節(jié)(5)的俯仰中心軸線(5-1)及兩自由度腕關節(jié)(5)的側擺中心軸線(5-2)正交；第一肩關節(jié)電路板(14-1)固裝在基座(6)與第二肩關節(jié)(2)相鄰一側端面上，第二肩關節(jié)電路板(14-2)靠近第二肩關節(jié)(2)設置且與上臂(9)的上端固接，第一肘關節(jié)電路板(14-3)靠近第一肘關節(jié)(3)設置且與上臂(9)的下端固接，第二肘關節(jié)電路板(14-4)和腕關節(jié)電路板(14-5)均固裝在前臂(12)上，第一肩關節(jié)電路板(14-1)的輸出端與第二肩關節(jié)電路板(14-2)的輸入端之間、第二肩關節(jié)電路板(14-2)的輸出端與第一肘關節(jié)電路板(14-3)的輸入端之間、第一肘關節(jié)電路板(14-3)的輸出端與第二肘關節(jié)電路板(14-4)的輸入端之間、第二肘關節(jié)電路板(14-4)的輸出端與腕關節(jié)電路板(14-5)的輸入端之間、第一肩關節(jié)(1)的第一輸出端(1-4)與第一肩關節(jié)(1)的第一電氣系統(tǒng)(1-10)之間、第一肩關節(jié)(1)的第一固定端(1-3)與第一肩關節(jié)(1)的第一電氣系統(tǒng)(1-10)之間、第二肩關節(jié)(2)的第二輸出端(2-4)與第二肩關節(jié)(2)的第二電氣系統(tǒng)(2-10)之間、第二肩關節(jié)(2)的第二固定端(2-3)與第二肩關節(jié)(2)的第二電氣系統(tǒng)(2-10)之間、第一肘關節(jié)(3)的第三輸出端(3-4)與第一肘關節(jié)(3)的第三電氣系統(tǒng)(3-10)之間、第一肘關節(jié)(3)的第三固定端(3-3)與第一肘關節(jié)(3)的第三電氣系統(tǒng)(3-10)之間、第二肘關節(jié)(4)的第四輸出端(4-4)與第二肘關節(jié)(4)的第四電氣系統(tǒng)(4-10)之間及第二肘關節(jié)(4)的第四固定端(4-3)與第二肘關節(jié)(4)的第四電氣系統(tǒng)(4-10)之間分別通過導線(15)連接。
2. 根據權利要求1所述的一種六自由度機器人靈巧手臂，其特征在于第一肩關節(jié)電 路板(14-1)的輸出端與第二肩關節(jié)電路板(14-2)的輸入端之間的走線路徑是導線(15) 繞過基座(6)從第一肩關節(jié)(1)的第一軸向中心孔(1-5)穿過，并繞過肩關節(jié)連接件(7)， 再穿過第二肩關節(jié)(2)的第二軸向中心孔(2-5)及繞過第二肩關節(jié)連接件(8)，穿入上臂 (9)的內腔，從上臂(9)的側壁中間位置穿出連接至第二肩關節(jié)電路板(14-2)的輸入端；第一肘關節(jié)電路板(14-3)的輸出端與第二肘關節(jié)電路板(14-4)的輸入端之間的走線路 徑是導線(15)從上臂(9)的側壁穿入，沿上臂(9)的內腔走線，繞過第一肘關節(jié)連接件 (IO)，穿過第一肘關節(jié)(3)的第三軸向中心孔(3-5)并繞過第二肘關節(jié)連接件(ll)，再穿過 第二肘關節(jié)(4)的第四軸向中心孔(4-5)進入前臂(12)的內腔中，最后從前臂(12)的側 壁引出連接至第二肘關節(jié)電路板(14-4)。
3. 根據權利要求l所述的一種六自由度機器人靈巧手臂，其特征在于第一肩關節(jié)(1) 的第一輸出端(1-4)與第一肩關節(jié)(1)的第一電氣系統(tǒng)(1-10)之間的走線路徑是導線 (15)從第一肩關節(jié)(1)的第一輸出端(1-4)引出穿過第一肩關節(jié)(1)的第一軸向中心孔 (1-5)與第一肩關節(jié)(1)的第一電氣系統(tǒng)(1-10)連接；第二肩關節(jié)(2)的第二輸出端(2-4) 與第二肩關節(jié)(2)的第二電氣系統(tǒng)(2-10)之間的走線路徑是導線(15)從第二肩關節(jié)(2) 的第二輸出端(2-4)引出穿過第二肩關節(jié)(2)的第二軸向中心孔(2-5)與第二肩關節(jié)(2) 的第二電氣系統(tǒng)(2-10)連接；第一肘關節(jié)(3)的第三輸出端(3-4)與第一肘關節(jié)(3)的第 三電氣系統(tǒng)(3-10)之間的走線路徑是導線(15)從第一肘關節(jié)(3)的第三輸出端(3-4)引 出穿過第一肘關節(jié)(3)的第三軸向中心孔(3-5)與第一肘關節(jié)(3)的第三電氣系統(tǒng)(3-10) 連接；第二肘關節(jié)(4)的第四輸出端(4-4)與第二肘關節(jié)(4)的第四電氣系統(tǒng)(4-10)之間 的走線路徑是導線(15)從第二肘關節(jié)(4)的第四輸出端(4-4)引出穿過第二肘關節(jié)(4) 的第四軸向中心孔(4-5)與第二肘關節(jié)(4)的第四電氣系統(tǒng)(4-10)連接。
4. 根據權利要求1、2或3所述的一種六自由度機器人靈巧手臂，其特征在于所述第 二肩關節(jié)(2)的第二肩關節(jié)俯仰中心軸線(2-1)與第一肘關節(jié)(3)的第一肘關節(jié)俯仰中心 軸線(3-1)的距離(HI)為260mm，第一肘關節(jié)(3)的第一肘關節(jié)俯仰中心軸線(3_1)與兩 自由度腕關節(jié)(5)的腕關節(jié)俯仰中心軸線(5-1)的距離(H2)為250rnm。
5. 根據權利要求1、2或3所述的一種六自由度機器人靈巧手臂，其特征在于所述第 一肩關節(jié)(1)繞第一肩關節(jié)旋轉中心軸線(1-1)轉動的角度為-90°至180° ，第一肩關節(jié)(1) 轉動角度定義如下手臂垂直向下位置定義為0° ，第一肩關節(jié)(1)繞第一肩關節(jié)旋轉 中心軸線(1-1)由手臂垂直向下位置向機器人軀體后上方轉動的角度定義為負值，第一肩 關節(jié)(1)繞第一肩關節(jié)旋轉中心軸線(1-1)由手臂垂直向下位置向機器人軀體前上方轉動 的角度定義為正值。
6. 根據權利要求1、2或3所述的一種六自由度機器人靈巧手臂，其特征在于所述第 二肩關節(jié)(2)繞第二肩關節(jié)俯仰中心軸線(2-1)的俯仰角度為O。至18(T ，第二肩關節(jié)(2) 俯仰角度定義如下手臂垂直向下位置定義為0° ，第二肩關節(jié)(2)繞第二肩關節(jié)俯仰 中心軸線(2-1)由手臂垂直向下位置向機器人軀體外側上方轉動的角度定義為正值。
7. 根據權利要求1、2或3所述的一種六自由度機器人靈巧手臂，其特征在于所述第 一肘關節(jié)(3)繞第一肘關節(jié)俯仰中心軸線3-l的俯仰角度為-30°至12(T ，第一肘關節(jié)(3) 的俯仰角度定義如下手臂垂直向下位置定義為O。，第一肘關節(jié)(3)繞第一肘關節(jié)俯 仰中心軸線(3-1)由手臂垂直向下位置向機器人軀體外側方向俯仰的角度定義為負值，第 一肘關節(jié)(3)繞第一肘關節(jié)俯仰中心軸線(3-1)由手臂垂直向下位置向機器人軀體內側方 向俯仰的角度定義為正值。
8. 根據權利要求1、2或3所述的一種六自由度機器人靈巧手臂，其特征在于所述第 二肘關節(jié)(4)以第二肘關節(jié)旋轉中心軸線(4-1)為回轉軸回轉的角度為-90°至90° ，第二肘關節(jié)(4)的回轉角度定義如下手臂垂直向下位置定義為0。，第二肘關節(jié)(4)以第二 肘關節(jié)旋轉中心軸線(4-1)為回轉軸由手臂垂直向下位置向機器人軀體外側及前側方向 水平回轉的角度定義為正值，第二肘關節(jié)(4)以第二肘關節(jié)旋轉中心軸線(4-1)為回轉軸 由手臂垂直向下位置向機器人軀體內側及前側方向水平回轉的角度定義為負值。
9.根據權利要求1、2或3所述的一種六自由度機器人靈巧手臂，其特征在于所述兩 自由度腕關節(jié)(5)繞腕關節(jié)俯仰中心軸線(5-1)的俯仰角度為-90°至90° ;兩自由度腕 關節(jié)(5)繞腕關節(jié)側擺中心軸線(5-2)擺動的角度為-60°至60° ，手臂垂直向下位置定 義為0° ，兩自由度腕關節(jié)(5)的俯仰角度定義如下兩自由度腕關節(jié)(5)繞腕關節(jié)俯仰中 心軸線(5-1)由手臂垂直向下位置向機器人軀體內側方向轉動的角度定義為正值，兩自由 度腕關節(jié)(5)繞腕關節(jié)俯仰中心軸線(5-1)由手臂垂直向下位置向機器人軀體外側方向轉 動的角度定義為負值；兩自由度腕關節(jié)(5)的側擺角度定義如下兩自由度腕關節(jié)(5)繞 腕關節(jié)側擺中心軸線(5-2)由手臂垂直向下位置向機器人軀體前側方向轉動的角度定義 為正值，兩自由度腕關節(jié)(5)繞腕關節(jié)側擺中心軸線(5-2)由手臂垂直向下位置向機器人 軀體后側方向轉動的角度定義為負值。
全文摘要
一種六自由度機器人靈巧手臂，它涉及一種機器人手臂。以解決現有機器人手臂重量大、集成度低，限制了靈巧手與機器人系統(tǒng)集成問題。第一肩關節(jié)與基座相連接，第一肩關節(jié)通過第一肩關節(jié)連接件與第二肩關節(jié)連接，第二肩關節(jié)通過第二肩關節(jié)連接件與上臂連接，上臂通過第一肘關節(jié)連接件與第一肘關節(jié)連接，第一肘關節(jié)通過第二肘關節(jié)連接件與第二肘關節(jié)連接，第二肘關節(jié)與前臂連接，前臂與兩自由度腕關節(jié)連接，第一肩關節(jié)電路板固裝在基座上，第二肩關節(jié)電路板及第一肘關節(jié)電路板與上臂固接，第二肘關節(jié)電路板和腕關節(jié)電路板固裝在前臂上。導線與第一、二肩關節(jié)電路板及第一、二肘關節(jié)電路板以及腕關節(jié)電路板依次連接。本發(fā)明重量輕、集成度和可靠性高。
文檔編號B25J9/08GK101745913SQ200910073469
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月21日 優(yōu)先權日2009年12月21日
發(fā)明者劉伊威, 劉宏, 張奇, 謝宗武, 趙京東 申請人:哈爾濱工業(yè)大學